一种气体传感器及其封装方法技术

一种封装式气体传感器，其构成如下：传感元件(1)、外壳、电路板(4)、管脚(6)；其中：传感元件(1)的构成如下：聚合物部件(11)、金属化表面层上表面(12)、金属化表面层下表面(13)；其中：后二者分别固定设置在聚合物部件(11)的上、下表面且三者固定为一体；外壳的顶层盖板与传感元件(1)的金属化表面层上表面(12)形成电接触，金属化表面层下表面(13)与电路板(4)上的管脚(6)构成电连接。本发明专利技术封装过程操作简单，可批量封装，封装方式效率更高；避免了过程中温度对传感元件造成性能影响，更可通过电路变化一次性实现高级功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气体传感器的结构设计和应用
，特别提供了一种气体传感器及其封装方法。
技术介绍
气体传感器是指将环境中某种被测气体及其浓度转换为与其成一定关系电信号输出的装置或器件，根据输出的电信号可获得与被测气体在环境中存在状况有关的信息，电信号经过处理，从而可对被测气体进行检测、监控和报警；更可以通过接口与计算机组成自动检测、控制和报警系统。气体传感器封装形式通常有：TO管座封装形式、塑料圆筒型封装形式等。TO管座封装形式虽然结构简单，但整体采用金属材料，且电极与管脚连接、管壳的封装都要采用焊接的方式，成本较高；而塑料圆筒型材料成本虽低，但其结构内部复杂，电极与管脚连接同样需要焊接。这些封装方式决定每只传感器都要单独封装，即使在部分工艺过程中使用自动化设备，生产效率也很低。更有传感器封装后仅为元件级别的产品，而后续的使用还需加装电路，不能提供从气体测量到标准电信号输出的完整解决方案，因此目前亟待解决的技术问题是：人们期望获得一种技术更简易、效率更高的气体传感器封装方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种技术效果优良的气体传感器及其封装方法。其主要解决的技术问题是：使相关技术更简易、封装加工制造效率更高。本专利技术提供了一种气体传感器，其特征在于：其构成如下：传感元件1、外壳、电路板4、管脚6；其中：外壳为一端开口的管型结构；外壳将传感元件1封装在其内部空腔中；电路板4作为封堵外壳为一端开口端的结构布置于外壳开口处且与外壳壁共同将外壳内腔围堵成一个封闭腔室；所述气体传感器中，传感元件1的构成如下：聚合物部件11、金属化表面层上表面12、金属化表面层下表面13；其中：后二者分别固定设置在聚合物部件11的上、下表面且三者固定为一体；管脚6的一部分布置在外壳的内部且与金属化表面层下表面13和电路板4连接，管脚6的另一部分伸出到电路板4与外壳围裹的腔室外部；靠近金属化表面层上表面12一侧的外壳的顶层盖板与传感元件1的金属化表面层上表面12形成电接触。所述气体传感器，其特征在于：外壳具体为金属壳3或金属管帽5；其中：外壳的顶部盖板为向内腔伸出弯曲弹性结构，其以受压迫发生弹性形变的方式与传感元件1的金属化表面层上表面12形成电接触；金属壳3的顶部盖板与向内腔伸出的弯曲弹性结构为一体化整体结构。现有技术中：其他封装方式如TO管座、塑料圆筒型的封装方式内部通过金属丝电极与外部管脚连接，完成这种电气连接需要使用点焊机将金属丝电极与外部管脚点焊在一起。本专利技术不需要使用点焊机进行点焊，通过使用预制件，在装配时进行简单的机械预紧挤压连接即可，这种方式可一次完成多只传感器的封装，而不再是单体的操作。本封装方式，金属壳可采用不锈钢等材料，顶部盖板的大小根据传感器的尺寸来确定，顶部盖板与传感元件上表面接触部分的大小根据传感元件上表面的面积来确定，在金属壳顶部盖板弯折部位设置一个弯折方向的豁口，方便弯折。弯折过程使用机械臂将顶部盖板弯折盖到传感元件上，使金属壳与传感元件上表面完成电气接触，弯折后顶部盖板保持水平状态。本专利技术弯折顶部盖板为封装过程的最后一道工序，本工序中可在电路板上连接检测装置，一旦在弯折金属壳顶部盖板的过程中完成电气连接，即可实时检测传感器性能，封装和检测一次完成。而其他封装方式在完成电极与外部管脚连接后还需要连接其他部件组装成完整的传感器后，才能再针对每一只传感器进行检测，效率低下，浪费了大量人力物力。。所述气体传感器，其特征在于：靠近金属化表面层上表面12一侧的外壳的顶层盖板和金属化表面层上表面12之间还设置有用于填充二者之间间隙且形成电连接的下述几种结构之一：海绵状聚合物、垫圈结构、弹簧；其具体为能用于确保持续挤压上下表面与敏感材料形成电学连接的结构。可以在外壳的顶部盖板具有向内腔伸出弯曲弹性结构的基础上再使用海绵状聚合物、垫圈结构、弹簧等电连接结构；也可以直接在常规外壳顶部盖板内侧使用海绵状聚合物、垫圈结构、弹簧等电连接结构组合成相应的功能模块。所述封装式气体传感器，其特征在于：气体传感器的金属化表面层上表面12和金属化表面层下表面13具体是通过电镀、溅射或是蒸发的铂黑、铂碳、Pt、Au、Ag、Ni、Pd、Cu、C制得的。以下相似内容可按上述修改。如上所述的气体传感器的装配方法，其特征在于：依次按照下述步骤进行操作以便装配得到所述封装式气体传感器方法：首先，预先购买或者制造传感元件1、外壳、电路板4、管脚6；外壳具体为一端开口另一端为封闭盲孔的管状结构，其金属壳3或金属管帽5；所述外壳的顶部盖板是向内腔伸出弯曲弹性结构，其以受压迫发生弹性形变的方式与传感元件1的金属化表面层上表面12形成电接触；金属壳3的顶部盖板与向内腔伸出的弯曲弹性结构是一体化整体结构；其次，将管脚6布置在电路板4的对应位置处；可以之间将管脚6固定布置在电路板4上并使其成为一体化结构；将传感元件1装入金属壳3或金属管帽5的内腔中，要求将传感元件1的金属化表面层上表面12一侧靠近金属壳3或金属管帽5的内腔盲孔端布置；然后将电路板4固定在管脚6布置在金属壳3或金属管帽5的开口端，并借助于工具或者电路板4自身向内顶紧传感元件1使金属化表面层上表面12与外壳的顶部盖板内部向内腔伸出弯曲的弹性结构紧密接触构成电连接，同时外壳的顶部盖板内部向内腔伸出弯曲的弹性结构发生弹性变形保证其二者的接触可靠性；最终电路板4朝向外壳内腔一侧的侧面局部应贴紧传感元件1的金属化表面层下表面13布置并构成电路板4或固定在其上的管脚6与金属化表面层下表面13之间的电连接关系；最后将外壳与电路板4通过外部附带结构进一步辅助固定以形成可靠的整体装配结构。本专利技术采用的技术方案：将由聚合物部件、金属化表面层上表面和下表面组成的气体传感器传感元件通过机械连接的方式固定在金属壳或金属管帽与电路板组成的腔体内，传感元件测量被测气体时产生的电信号通过与其电气连接的管脚输出到电路板上，电路板上的电信号处理电路完成电信号处理；其中，通过弯曲金属壳顶部盖板或整体压下金属管帽将传感元件固定在腔体内，之间使用可持续挤压连接面的结构保证传感元件与外部电路完成电气连接。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：封装过程操作简单，可批量封装，相比单独封装方式效率更高；由于封装过程中使用电路板，可根据目标需求，先回流焊电信号处理元件后封装传感元件，避免了过程中温度对传感元件造成性能影响，更可通过电路变化一次性实现高级功能。所述封装式气体传感器的装配方法没有使用传统的将传感元件1与外壳焊接为一体的焊接操作工艺，大大简化了装配工艺过程，节约了装配时间，提高了装配效率，更为适合电子技术工业化生产和装配的要求。附图说明下面结合附图及实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1为使用金属壳封装形式的电路板结构图；图2为使用金属壳封装的气体传感器结构图；图3为使用金属管帽封装形式的电路板结构图；图4为使用金属管帽封装的气体传感器结构图。具体实施方式附图标记及附图相关说明：传感元件1、弹簧结构2、金属壳3、电路板4、金属管帽5、管脚6、电信号处理元件7；聚合物部件11、金属化表面层上表面12、金属化表面层下表面13；顶部盖板31。注：弹簧结构2和“靠近金属化表面层上表面12一侧的外壳的顶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体传感器，其特征在于：其构成如下：传感元件(1)、外壳、电路板(4)、管脚(6)；其中：外壳为一端开口的管型结构；外壳将传感元件(1)封装在其内部空腔中；电路板(4)作为封堵外壳为一端开口端的结构布置于外壳开口处且与外壳壁共同将外壳内腔围堵成一个封闭腔室；所述气体传感器中，传感元件(1)的构成如下：聚合物部件(11)、金属化表面层上表面(12)、金属化表面层下表面(13)；其中：后二者分别固定设置在聚合物部件(11)的上、下表面且三者固定为一体；管脚(6)的一部分布置在外壳的内部且与金属化表面层下表面(13)和电路板(4)连接，管脚(6)的另一部分伸出到电路板(4)与外壳围裹的腔室外部；靠近金属化表面层上表面(12)一侧的外壳的顶层盖板与传感元件(1)的金属化表面层上表面(12)形成电接触。

【技术特征摘要】
1.一种气体传感器，其特征在于：其构成如下：传感元件(1)、外壳、电路板(4)、管脚(6)；其中：外壳为一端开口的管型结构；外壳将传感元件(1)封装在其内部空腔中；电路板(4)作为封堵外壳为一端开口端的结构布置于外壳开口处且与外壳壁共同将外壳内腔围堵成一个封闭腔室；所述气体传感器中，传感元件(1)的构成如下：聚合物部件(11)、金属化表面层上表面(12)、金属化表面层下表面(13)；其中：后二者分别固定设置在聚合物部件(11)的上、下表面且三者固定为一体；管脚(6)的一部分布置在外壳的内部且与金属化表面层下表面(13)和电路板(4)连接，管脚(6)的另一部分伸出到电路板(4)与外壳围裹的腔室外部；靠近金属化表面层上表面(12)一侧的外壳的顶层盖板与传感元件(1)的金属化表面层上表面(12)形成电接触。2.按照权利要求1所述气体传感器，其特征在于：外壳具体为金属壳(3)或金属管帽(5)；其中：外壳的顶部盖板是向内腔伸出弯曲弹性结构，其以受压迫发生弹性形变的方式与传感元件(1)的金属化表面层上表面(12)形成电接触；金属壳(3)的顶部盖板与向内腔伸出的弯曲弹性结构为一体化整体结构。3.按照权利要求1或2所述气体传感器，其特征在于：靠近金属化表面层上表面(12)一侧的外壳的顶层盖板和金属化表面层上表面(12)之间还设置有用于填充二者之间间隙且形成电连接的下述几种结构之一：海绵状聚合物、垫圈结构、弹簧；其具体为能用于确保持续挤压上下表面与敏感材料形成电学连接的结构。4.按照权利要求1或2所述气体传感器，其特征在于：气体传感器的金属化表面层上表面(12)和金属化表面层下表面(13)具体是通过电镀、溅射或是蒸发的铂黑、铂碳、Pt、Au、Ag、Ni、Pd、Cu、C制得的。...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄向向，道格拉斯·斯巴克斯，关键，
申请(专利权)人：罕王微电子辽宁有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21