具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器，包括壳体、顶盖、传感芯片和转接电路板，转接电路板安装于壳体内腔的底部，传感芯片安装于转接电路板上，转接电路板上设有焊盘，传感芯片的接线端与焊盘连接，电缆的内端穿过电缆孔与焊盘连接；传感芯片由下而上依次设有基底层、绝缘层、下层阻氢层、加热/测温层、上层阻氢层、氢敏层、抗氧化层，加热/测温层设有测温电阻丝和加热电阻丝，氢敏层设有氢敏电阻丝。本实用新型专利技术通过在传感芯片上设置加热电阻丝，使传感芯片具有自加热功能，通过将传感芯片封装在封闭的壳体内腔内，便于增加温度补偿效果，从而提高测量精度；通过安装转接电路板，使其便于应用。

Thin film hydrogen sensor with self heating and temperature compensation function

The utility model discloses a thin film hydrogen sensor with the functions of self-heating and temperature compensation, which comprises a shell, a top cover, a sensing chip and a switching circuit board. The switching circuit board is installed at the bottom of the inner cavity of the shell, the sensing chip is installed on the switching circuit board, the switching circuit board is provided with a pad, and the wiring end of the sensing chip. Connecting with the pad, the inner end of the cable is connected with the pad through the hole of the cable; the sensor chip is successively provided with a base layer, an insulating layer, a lower layer of hydrogen resistance, a heating/temperature measuring layer, an upper layer of hydrogen resistance, a hydrogen sensitive layer, an oxidation resistant layer, a heating/temperature measuring layer with a temperature measuring resistance wire and a heating resistance wire, and a hydrogen sensitive layer with a hydrogen sensitive resistance wire. The utility model makes the sensor chip have the function of self-heating by setting the heating resistance wire on the sensor chip. By encapsulating the sensor chip in the enclosed inner cavity of the shell, the temperature compensation effect can be easily increased and the measuring precision can be improved, and the application of the sensor chip can be conveniently made by installing a transfer circuit board.

【技术实现步骤摘要】
具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器
本技术涉及一种薄膜氢气传感器，尤其涉及一种具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器，采用不同封装和转接方法也可适用于微间隙层间氢气测量。
技术介绍
氢气作为一种新型的清洁能源，广泛应用于工业生产和军工航空领域中，但其也是一种危险气体，当其浓度高于4％时极易发生爆炸，威胁生产和人员安全。因此无论是在新能源开发中氢气生产、存储、运输和作为燃料电池氢能使用方面，还是在航空工业中氢气燃料安全性检测，以及核电工业预防氢泄露事故，氢爆快速预警及核废料处理等方面，可靠的氢气检测都具有重要意义。氢气传感器种类繁多，不同种类传感器各有优缺点，多数气氛传感探头存在体积大、易受温度干扰等缺点，因此在某些如微间隙等密闭狭小空间内，或者充放气和温度变化大的场合均无法适用。其中伴随半导体制备工艺成熟和后处理工艺不断完善，迅速发展起来一种薄膜电阻型氢气传感器，简称薄膜氢气传感器，其主要工作原理是当传感器暴露在氢气中，氢气吸附、渗透会使传感器中氢敏材料敏感层电阻变大，当传感器从氢气中移开，氢气会脱离氢敏材料，使氢敏电阻降低并恢复到零点电阻。由于其具有体积微小、量程大、后端测试设备和测试技术成熟等优点，在某些狭小空间内应用具有很好的前景。但薄膜氢气传感器，具有强的温度敏感特性，环境温度和周围空气的微小环境温度波动和充放气时气流波动大，都会给测量带来很大误差。
技术实现思路
本技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种测量误差小的具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器。本技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器，包括壳体、顶盖和传感芯片，所述壳体内设有壳体内腔，所述传感芯片置于所述壳体内腔内，所述顶盖安装在所述壳体上，所述薄膜氢气传感器还包括转接电路板，所述转接电路板安装于所述壳体内腔的底部且所述转接电路板与所述壳体内腔的底部之间设有绝缘层，所述传感芯片安装于所述转接电路板上，所述转接电路板上设有焊盘，所述传感芯片的接线端与所述焊盘连接，所述壳体内腔的腔壁上设有电缆孔，电缆的内端穿过所述电缆孔与所述焊盘连接；所述传感芯片由下而上依次设有基底层、绝缘层、下层阻氢层、加热/测温层、上层阻氢层、氢敏层、抗氧化层，所述加热/测温层设有测温电阻丝和加热电阻丝，所述氢敏层设有氢敏电阻丝。根据实际需要，所述转接电路板为适用于微间隙传感芯片的转接电路板，包括由聚酰胺树脂制作而成的柔性薄膜基底，所述柔性薄膜基底上设有所述焊盘，所述微间隙传感芯片粘贴在所述柔性薄膜基底上，所述微间隙传感芯片的电极与所述焊盘之间通过金丝连接；或者，所述转接电路板为适用于插拔式传感芯片的转接电路板，包括芯片封装壳体和PCB基板，所述插拔式传感芯片置于所述芯片封装壳体内，所述芯片封装壳体安装在所述PCB基板上，所述PCB基板上设有相互连接的所述焊盘和焊盘孔，所述插拔式传感芯片的电极与所述焊盘之间通过金属引线连接。为了便于绝缘安装，所述壳体下面设有绝缘垫。为了使外部气体能够进入壳体内腔内，所述壳体的侧壁上设有与所述壳体内腔相通的侧气孔，所述顶盖上设有所述壳体内腔相通的顶部气孔。为了便于透气隔热，所述壳体内腔内的空余空间内填充有透气隔热材料。透气隔热材料使得外界波动气流无法直接吹到传感芯片上带走热量，且具有良好透气和保温作用。优选地，所述透气隔热材料为硅酸铝材料。本技术的有益效果在于：本技术通过在传感芯片上设置加热电阻丝，使传感芯片具有自加热功能，通过将传感芯片封装在封闭的壳体内腔内，形成一个小的恒温空间，便于减少传感芯片热平衡时间并可降低温度对氢气浓度测量结果的影响，增加温度补偿效果，从而提高测量精度；通过在壳体内腔内安装转接电路板并使其与壳体绝缘，便于安装传感芯片的同时还便于将传感芯片的信号传输出壳体与其它部件连接，使其便于应用，而且可以根据需要安装微间隙传感芯片或插拔式传感芯片，使其具有可铠装也可适用于微间隙测量的功能。附图说明图1是本技术所述具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器的立体结构示意图，图中顶盖未与壳体连接；图2是本技术所述具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器的传感芯片的俯视结构示意图；图3是本技术所述具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器的传感芯片的主视剖视结构示意图；图4是本技术所述具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器采用的微间隙传感芯片的俯视结构示意图；图5是本技术所述具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器采用的插拔式传感芯片的俯视结构示意图；图6是本技术所述具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器的氢敏电阻丝的温度特性曲线；图7是本技术所述具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器的测温电阻丝的温度特性曲线；图8是本技术所述具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器的氢气响应特性曲线。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步说明：如图1-图5所示，本技术所述具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器包括壳体1、绝缘垫11、顶盖2、传感芯片4和转接电路板3，壳体1的下面设有绝缘垫11并通过连接螺钉10连接，壳体1内设有壳体内腔13，传感芯片4置于壳体内腔13内，壳体1的侧壁上设有与壳体内腔13相通的侧气孔5，顶盖2通过顶盖螺栓8安装在壳体1上并与壳体1上的顶盖螺孔9连接，顶盖2上设有壳体内腔13相通的顶部气孔6，壳体内腔13内的空余空间内填充有透气隔热材料，优选为硅酸铝材料(图中未示)，转接电路板3安装于壳体内腔13的底部且转接电路板3与壳体内腔13的底部之间设有绝缘层(此绝缘层未在图中示出，与下述绝缘层19不同)，传感芯片4安装于转接电路板3上，转接电路板3上设有焊盘(见图4的微间隙传感芯片35的焊盘31和图5的插拔式传感芯片43的焊盘45)，传感芯片4的接线端与所述焊盘连接，壳体内腔13的腔壁上设有电缆孔12，电缆7的内端穿过电缆孔12与所述焊盘连接；传感芯片4由下而上依次设有基底层18、绝缘层19、下层阻氢层20、加热/测温层21、上层阻氢层22、氢敏层23、抗氧化层24，加热/测温层21设有测温电阻丝14和加热电阻丝15，氢敏层23设有氢敏电阻丝16，抗氧化层24上设有电极17。如图4所示，转接电路板3可以为适用于微间隙传感芯片35的转接电路板，包括由聚酰胺树脂制作而成的柔性薄膜基底36，柔性薄膜基底36采用单面设计，柔性薄膜基底36上设有焊盘31，微间隙传感芯片35粘贴在柔性薄膜基底36上，微间隙传感芯片35的电极32与焊盘31之间通过金丝34或引线33连接。更具体说明如下：微间隙传感芯片35的厚度可制作到100微米，体积缩小到毫米级，因此可应用于微间隙狭小空间内氢气的测量；将微间隙传感芯片35直接焊接在柔性薄膜基底36上，柔性薄膜基底36由聚酰胺树脂材料制作，厚度可以到100微米，宽度依据传感芯片宽度定，不超过5mm，长度任意，内部埋引线33将微间隙传感芯片35的电阻引出微间隙空间，通过引线出现口处的焊盘31可以焊接普通电缆线，将微间隙传感芯片35的感应电阻输出给外部测量仪表，微间隙传感芯片35粘贴在柔性薄膜基底36上，利用超压焊接工艺将金丝34焊接在微间隙传感芯片35的电极32和对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器，包括壳体、顶盖和传感芯片，所述壳体内设有壳体内腔，所述传感芯片置于所述壳体内腔内，所述顶盖安装在所述壳体上，其特征在于：还包括转接电路板，所述转接电路板安装于所述壳体内腔的底部且所述转接电路板与所述壳体内腔的底部之间设有绝缘层，所述传感芯片安装于所述转接电路板上，所述转接电路板上设有焊盘，所述传感芯片的接线端与所述焊盘连接，所述壳体内腔的腔壁上设有电缆孔，电缆的内端穿过所述电缆孔与所述焊盘连接；所述传感芯片由下而上依次设有基底层、绝缘层、下层阻氢层、加热/测温层、上层阻氢层、氢敏层、抗氧化层，所述加热/测温层设有测温电阻丝和加热电阻丝，所述氢敏层设有氢敏电阻丝。

【技术特征摘要】
1.一种具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器，包括壳体、顶盖和传感芯片，所述壳体内设有壳体内腔，所述传感芯片置于所述壳体内腔内，所述顶盖安装在所述壳体上，其特征在于：还包括转接电路板，所述转接电路板安装于所述壳体内腔的底部且所述转接电路板与所述壳体内腔的底部之间设有绝缘层，所述传感芯片安装于所述转接电路板上，所述转接电路板上设有焊盘，所述传感芯片的接线端与所述焊盘连接，所述壳体内腔的腔壁上设有电缆孔，电缆的内端穿过所述电缆孔与所述焊盘连接；所述传感芯片由下而上依次设有基底层、绝缘层、下层阻氢层、加热/测温层、上层阻氢层、氢敏层、抗氧化层，所述加热/测温层设有测温电阻丝和加热电阻丝，所述氢敏层设有氢敏电阻丝。2.根据权利要求1所述的具有自加热和温度补偿功能的薄膜氢气传感器，其特征在于：所述转接电路板为适用于微间隙传感芯片的转接电路板，包括由聚酰胺树脂制作而成的柔性薄膜基底，所述柔性薄膜基底上设有所述焊盘，所述微间隙传感芯片粘贴在所述柔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，李翀，庄志，张平，毛勇建，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：新型
国别省市：四川,51