[发明专利]一体化氢气传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种一体化氢气传感器，包括氢敏薄膜芯片、恒温控制电路和信号处理电路，所述氢敏薄膜芯片、恒温控制电路和信号处理电路集成在同一基片上。本发明还公开了一种一体化氢气传感器的制作方法，包括步骤：S01、在基片上烧印连线、隔离层、电阻及焊盘；S02、将恒温控制电路、信号处理电路中的半导体芯片和氢敏薄膜芯片粘贴在基片预留位置；S03、将芯片焊盘和基片焊盘对应位置进行焊接引线；S04、将恒温控制电路、信号处理电路中的电容焊接在指定的位置上；S05、调试，调整各电阻和电容的参数；S06、进行性能测试，在氢敏薄膜芯片处粘贴导气管。本发明的一体化氢气传感器及其制作方法具有体积小、成本低、可靠性高等优点。

技术领域

本发明主要涉及氢气检测技术领域，特指一种一体化氢气传感器及其制作方法。

背景技术

根据工作原理的不同，氢气传感器可分为催化燃烧型、热导型、电化学、电阻型以及功能函数型等几种市场化应用的产品类型。但是，伴随着氢能源技术的发展，传统的氢气传感器技术已经很难适应目前和未来氢气测量的需要，对包括选择性、环境适应性、寿命、响应时间、稳定性、功耗等技术性能提出了更高的要求。相比其它原理的氢气传感器，被称为第三代传感器的电阻型薄膜氢气传感器具有精度高、响应时间短、寿命长、环境适应性强、氢气专一性好等优点，占据目前氢气传感器的高端市场，主要应用在武器装备、核电站、石油、化工及电力等相关领域。

钯合金薄膜电阻型氢气传感器是目前技术最为成熟的一种电阻型薄膜氢气传感器，其原理是利用钯薄膜对氢气的催化分解作用，使得氢气分子分解为氢原子，扩散溶解至钯薄膜晶格中，造成钯薄膜电阻率的改变，通过检测薄膜电阻的变化即可达到检测氢气浓度的目的。但是钯合金电阻阻值随温度增加明显增大，要使氢气传感器可靠稳定工作，需对氢敏电阻11进行温度控制或者补偿，消除环境温度变化对氢气传感器精度的影响。目前主流的做法都是对氢气敏感芯片进行温度控制，如专利CN1947007薄膜气体传感器结构中芯片包含气体感测电阻、温度感测电阻、加热电阻；专利CN 105388937A一种用于气体传感器的精准恒温控制方法及装置中包括敏感探头、控制盒、环境温度检测组件等模块，均需对传感器采用恒温控制技术。其中CN 1947007中结构只包含氢气传感器芯片结构，实际应用还需要将其封装成探头，并配备复杂的传感器电路控制盒，如H2SCAN公司的MODEL系列产品，其电路盒最小尺寸均已经达到23.1mm*8.6mm*3.6mm，还不包括探头尺寸；而CN 105388937A明确指出产品包括探头、控制盒等部分，尺寸也会较大。也就是说，目前均采用将敏感芯片封装成探头然后配备专用的电路盒的形式，探头和电路盒采用电连接器或者电缆连接，从而导致存在以下问题：

1、敏感芯片探头和专用的电路盒相互独立、尺寸无法缩小；

2、敏感芯片探头和电路盒通过电连接器及电缆连接，可靠性低、抗干扰能力差；

3、整体产品封装、生产、调试工艺复杂，成本高；

4、抗振动、耐高温等环境适应性差。

随着氢能源汽车技术的日渐成熟，其对氢气传感器的尺寸、可靠性、成本等提出更加苛刻的要求，现有技术无法满足氢能源汽车中对氢气传感器的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种体积小、成本低、可靠性高的一体化氢气传感器，并相应提供一种封装、生产调试简单的一体化氢气传感器制作方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种一体化氢气传感器，包括氢敏薄膜芯片、恒温控制电路和信号处理电路，所述氢敏薄膜芯片、恒温控制电路和信号处理电路集成在同一基片上。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述基片为Al₂O₃陶瓷基片。