【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具备一体化结构的气体热传导式氢气传感器。
技术介绍
1、随着新型清洁能源中的终极利用氢气的能源生产技术飞速发展，近来氢气燃料电池车的生产量也快速增长。
2、氢气燃料电池电动车(fcev，fuel cell electric vehicle)为利用通过储存在车辆中的氢气与大气中的空气的结合产生的电能驱动的百分之百无污染的车辆。上述氢气燃料电池电动车设置将化学能转化为电能的装置来替代传统车辆的燃料箱。
3、氢气燃料电池电动车设置有燃料电池堆、氢气供应装置、空气供应装置、热管理装置以及氢气储存装置。
4、其中，氢气供应及储存装置为储存相当于氢气燃料电池电动车的燃料的氢气并向电池堆移送规定量的氢气的系统。为了管理所供应的氢气，需要监控及管理氢气的压力、整体的温度变化、氢气的泄漏等。
5、氢气传感器分为感测氢气气体泄漏的氢气气体泄漏感测传感器和管理氢气浓度的氢气浓度传感器。上述氢气气体泄漏感测传感器应用在氢气燃料电池电动车中的氢气储存容器附近、氢气移送配管系统的接缝附近、电池堆周围以及车辆室内等，氢气浓度传感器则应用在电池堆出口附近或氢气稀释剂排气装置附近。
6、尤其，氢气气体泄漏感测传感器作为直接探测氢气气体的技术，是为应对氢燃料箱里以高压压缩的氢气的爆炸危险而必需的传感器。
7、氢气气体的探测技术大体分为热线型半导体式、接触燃烧式、气体热传导式，现在正研究开发中的方式有光学式及场效应晶体管(fet，field effect transistor)方式
8、热先行半导体式为通过金属配线两端所示的电阻值变化来测定在金属色氧化物半导体表面通过气体吸附的电阻变化的方式。并且，接触燃烧式由与可燃性气体反应的感测试片和不反应的补偿试片两个元件构成，当暴露于可燃性气体时，通过与补偿试片的电阻差异测定感测试片的温度上升。并且，气体热传导式通过气体的热传导度的差异来测定发热体的温度变化。
9、上述方式根据氢气浓度的不同而不同，如图1所示，低浓度氢气的探测使用热线型半导体式，高浓度氢气的探测使用接触燃烧式。
10、接触燃烧式氢气传感器所具有的能够探测高浓度氢气的优点，但由于催化剂的劣化而具有长期可靠性的问题。
11、作为对此的应对方案，提出了能够在高浓度的测定中使用的气体热传导式氢气传感器。气体或水蒸气的传导度为物理性质，不发生催化剂的质量降低或毒性化的问题，因此可以保持长时间的稳定状态。
12、市面上出售的氢气传感器设置有补偿试片和感测试片，通过硅的精细加工构成具有隔热部(heat isolation)的膜，将它们分别安装在具有开放帽的封装和具有封闭帽的封装内。具有上述结构的氢气传感器同时使用互不相同的两个单独的封装，因此体积大。
13、尤其，用于感测泄漏的氢气传感器应用在氢气储存容器附近、氢气移送配管系统的接缝附近、电池堆周围以及车辆室内等，因此实际上受限于安装在车辆内有限的空间内。并且，两个单独组装的传感器在降低成本方面也受限。
14、另一方面，氢气传感器在外部环境，尤其是湿度高的情况下，因水蒸气使热传导度发生变化而发生测量误差。于是提出与氢气传感器同时附着追加的湿度传感器来额外修正湿度的方法，但这又带来增加成本的新的问题。
15、专利文献1：kr公开第10-2015-0030495号(2015年03月20日公开)
16、专利文献2：kr公开第10-2017-0114985号(2017年10月16日公开)。
技术实现思路
1、技术问题
2、本专利技术人利用氢气气体的热传导比其他气体相对较大的原理来制造传感器，在使用一个芯片形成传感部和参照部并设置在同一个封装(package)内的情况下，不仅在缩小传感器体积的同时使制造工序简单化，还可以通过在芯片内部设置能够发热的加热器以能够在不受湿度影响的温度下感测，从而可以提高氢气传感器的响应特性和准确性。
3、因此，本专利技术的目的在于，提供具备一体化结构的气体热传导式氢气传感器。
4、技术方案
5、为了以气体热传导方式感测氢气，本专利技术提供设置有为了在内部收纳芯片而由底座与帽接合而成的外壳的具备一体化结构的氢气传感器。
6、上述芯片包括：基板；两个膜，在上述基板上隔开规定间隔形成，分别形成传感部及参照部；加热器，分别在上述膜的中心区域形成，用于加热至感测温度来产生焦耳热(joule heat)；电极极板，与上述膜及加热器隔开规定距离形成；以及一个以上的开放孔，在与上述传感部相对应的底座的规定区域形成，以使上述传感部能够与气体接触。
7、上述开放孔h的直径d满足下述式1。
8、式1
9、d＜a+2t/(tanθ)
10、在上述式中，
11、d为开放孔的直径，
12、a为传感部的膜的边长，
13、t为基板的厚度，
14、θ为90度以下。
15、上述基板具有后表面被蚀刻的结构以使传感部和参照部形成隔热(heatisolation)结构。
16、上述膜可以为包含氧化硅(siox)、氮化硅(sinx)及氮氧化硅(sioxny)中的一种以上的单层或多层薄膜。
17、上述加热器能够加热到400℃以上。
18、由上述芯片与帽形成的内部区域注入空气、惰性气体中的一种以上。
19、并且，本专利技术提供具备一体化结构的氢气传感器的制造方法，包括：
20、步骤s1，在基板上蒸镀绝缘膜后，通过蚀刻来形成膜；
21、步骤s2，在上述膜上形成导电薄膜后，通过蚀刻来形成加热器；
22、步骤s3，在上述基板上蒸镀电极材质后，通过蚀刻来形成电极极板；
23、步骤s4，在未形成上述膜的基板的后表面进行蚀刻，以使传感部和参照部形成隔热结构；
24、步骤s5，准备在规定区域设置有一个以上的开放孔h的底座；
25、步骤s6，在上述底座安装芯片；以及
26、步骤s7，接合上述底座与帽。
27、专利技术的效果
28、本专利技术的气体热传导式氢气传感器可以探测氢气气体。
29、上述氢气传感器具有在一个封装内设置传感部及感测部的一体化结构，与现有的两个单独封装的传感器相比，体积大幅缩小，从而非常易于安装在有限的室内空间。
30、并且，上述氢气传感器不仅易于制造，还可以大幅降低生产成本，因此在同类产品中具有竞争力。
31、同时，将设置在传感部和参照部的加热器上升到特定温度以上，可以通过提高对湿度的选择性来排除湿度带来的影响，从而可以在没有用于湿度修正的传感器的情况下使用。
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1.一种具备一体化结构的氢气传感器，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的具备一体化结构的氢气传感器，其特征在于，上述开放孔H的直径D满足下述式1，
3.根据权利要求1所述的具备一体化结构的氢气传感器，其特征在于，上述基板具有后表面被蚀刻的结构，以使传感部和参照部形成隔热结构。
4.根据权利要求1所述的具备一体化结构的氢气传感器，其特征在于，上述膜为包含氧化硅SiOx、氮化硅SiNx及氮氧化硅SiOxNy中的一种以上的单层或多层薄膜。
5.根据权利要求1所述的具备一体化结构的氢气传感器，其特征在于，上述加热器能够加热到400℃以上。
6.根据权利要求1所述的具备一体化结构的氢气传感器，其特征在于，在由上述芯片与帽形成的内部区域注入空气、惰性气体中的一种以上。
7.一种具备一体化结构的氢气传感器的制造方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的具备一体化结构的氢气传感器的制造方法，其特征在于，上述开放孔H的直径D满足下述式1，
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种具备一体化结构的氢气传感器，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的具备一体化结构的氢气传感器，其特征在于，上述开放孔h的直径d满足下述式1，
3.根据权利要求1所述的具备一体化结构的氢气传感器，其特征在于，上述基板具有后表面被蚀刻的结构，以使传感部和参照部形成隔热结构。
4.根据权利要求1所述的具备一体化结构的氢气传感器，其特征在于，上述膜为包含氧化硅siox、氮化硅sinx及氮氧化硅sioxny中的一种以上的单层或...
【专利技术属性】
技术研发人员：夫钟郁，金仁会，丘璜燮，具滋鵬，
申请(专利权)人：宇德曼斯有限公司，
类型：发明
国别省市：
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