CN102636520A - 一种金属氧化物气敏元件阵列的封装结构及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属氧化物气敏元件阵列的封装结构及其封装方法。丝网印刷得到的金属氧化物气敏元件阵列基片，通过卡扣的方式固定在金属撑架上。金属撑架通过粘结方式固定在TO基座或电路板上，实现阵列基片的悬挂。最后，阵列基片上的信号电极与TO基座或电路板上的电极连接，实现信号的引出。本发明中的金属氧化物气敏元件阵列的封装结构，该结构热功耗小，工艺简单，机械稳定性好，且能够以传感器基座或电路板等各种形式为基座，更节省空间，更方便的实现各种功能化的模组电路，具有非常大的市场应用价值。

Description

一种金属氧化物气敏元件阵列的封装结构及其封装方法

技术领域

本发明属于一种封装技术，涉及金属氧化物气敏元件阵列领域，具体为一种金属氧化物气敏元件阵列的封装结构。 

背景技术

以气体传感器元件阵列为核心的电子鼻，是一种模拟生物嗅觉的分析仪器，相对于传统的气体分析仪器，其具有可便携、分析快速、操作简单、成本低等优点，可应用于食品质量检测与控制、环境监测、公共安全、医疗卫生和航空航天等各种气味分析场合。而在所有电子鼻的气敏元件类型中，金属氧化物(MOX)气敏元件因其具有敏感度高、响应时间快等优点，成为世界上产量最大，应用最广泛的一类气体传感器。目前的电子鼻技术也正向着更携带、更轻便的方向发展。 

金属氧化物形成气敏元件阵列(元件个数≥1)时，正常工作温度通常为200℃～300℃。目前成熟的气敏膜制备方法为丝网印刷技术，其所得到的承载阵列气敏膜的基片尺寸一般为毫米级，因而阵列基片会有一定的热耗散。阵列的热耗散直接决定了阵列的功耗；而可携式设备对功率有严格限制，因此减小阵列热耗散是电子鼻设备可便携的前提。气敏元件阵列的封装结构很大程度上决定了功耗的大小。目前常用的气敏元件阵列封装结构存在机械稳定差、封装工艺复杂等缺点，例如：基片直接与基座粘合，该结构散热大，并且容易脱落，强度不够；用钎焊连接的结构，该结构为悬 挂式，工艺复杂。因此改善气敏元件阵列的封装结构，有助于电子鼻设备的便携化，有重大的市场应用价值。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属氧化物气敏元件阵列的封装结构，该结构功耗小，工艺简单，机械稳定性好，不仅能够以传统TO基座作为封装基座，还可以用电路板作为基座，成本更低，也可方便地实现各种模组功能；本发明还提供了一种封装方法。 

本发明提供的一种金属氧化物气敏元件阵列的封装结构，其特征在于，其结构为：基片上设置金属氧化物气敏元件阵列，基片固定在金属撑架上；金属撑架固定在TO基座或电路板上使基片的悬挂；阵列基片上的信号电极与TO基座或电路板上的电极连接。 

本发明提供的一种金属氧化物气敏元件阵列的封装方法，其特征在于，该方法包括下述步骤： 

第1步通过丝网印刷得到金属氧化物气敏元件阵列基片； 

第2步根据基片电极空白处的位置设计金属撑架，包括金属撑架卡扣的位置和形状，得到金属撑架； 

第3步将基片通过卡扣固定于金属撑架上； 

第4步将金属撑架通过粘结方式固定在TO基座或电路板上，实现阵列基片的悬挂； 

第5步将阵列基片上的信号电极与TO基座或电路板上的电极连接，实现信号的引出。 

金属氧化物作为气敏元件时，工作温度通常为200℃～300℃，另一方 面可携式设备本身对功率也有一定需求，因此减小热耗散是改善可携式电子鼻设备的重要手段。而气敏元件的封装形式很大程度上决定了功耗的大小。本发明与现有金属氧化物气敏元件阵列封装技术相比具有以下优点： 

1.本发明中金属氧化物气敏元件阵列封装结构的散热小。 

由于金属撑架与阵列基片的面积小，在金属氧化物气敏元件200°℃～300℃的工作温度下，单元件功耗仅为(80mW～180mW)，性能优于目前商用的封装形式(200mW～300mW)。 

2.本发明中金属氧化物气敏元件阵列封装结构的制备工艺简单。 

相对于传统工艺，如钎焊等连接方式，制备工艺过程非常简单。 

3.本发明中金属氧化物气敏元件阵列封装结构的机械稳定性好。 

采用卡扣的方式将阵列基片固定于金属撑架上，反复冷热冲击下不易脱落，机械稳定性好。 

4.本发明中金属氧化物气敏元件阵列封装结构，不仅能够以传统TO基座作为封装基座，还可以用电路板作为基座，成本更低，也可方便地实现各种模组功能。 

本发明中金属氧化物气敏元件阵列封装结构，通过金属撑架的引脚，可以与各种型号传感器基座粘合，也可以与电路板直接粘合。且当此封装结构与电路板直接粘合时，更节省空间，也能更方便的实现各种功能化的模组电路。 

附图说明

图1是本发明中金属氧化物气敏元件阵列封装结构示意图； 

图2是本发明中封装结构的金属撑架示意图； 

图3是本发明中金属氧化物气敏8元件阵列封装结构的温度-功耗实例图。 

具体实施方式

下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。 

如图1所示，本发明提供的一种金属氧化物气敏元件阵列的封装结构为：丝网印刷得到的金属氧化物气敏元件(元件个数≥1)阵列基片1，通过卡扣的方式固定在金属撑架2上。金属撑架通过粘结方式固定在TO基座3(或电路板上)，实现阵列基片1的悬挂。最后，阵列基片上的信号电极与TO基座3或电路板上的电极连接，实现信号的引出。 

如图2所示，为本发明中金属氧化物气敏元件阵列封装结构的金属撑架1示意图，该结构是通过现有方式，例如激光切割或冲压等方式得到的。其中，卡扣11的位置、形状可以根据基板电极空白处的位置而改变。卡扣所采取固定基板的方式为简单的机械弯折。 

封装方法包括下述步骤： 

第1步通过丝网印刷得到金属氧化物气敏元件阵列基片； 

第2步根据基片电极空白处的位置设计金属撑架，包括金属撑架卡扣的位置和形状。然后通过现有方式，例如激光切割或冲压等方式，得到金属撑架； 

第3步通过简单的机械弯折方式，将基片通过卡扣固定于金属撑架上； 

第4步将金属撑架通过粘结方式固定在TO基座或电路板上，实现阵 列基片的悬挂； 

第5步将阵列基片上的信号电极与TO基座或电路板上的电极连接，实现信号的引出，例如可通过金丝球焊的方式。 

实例： 

应用实例是测试本发明中金属氧化物气敏8元件阵列封装结构的温度-功耗关系。 

结合附图3说明该应用实例： 

实例中的金属氧化物气敏8元件阵列封装结构，其制作步骤为： 

第1步通过丝网印刷得到金属氧化物气敏元件阵列基片。具体为，首先印制金电极，然后在850℃温度下烧结15分钟；其次，印制Pt加热器，在850℃温度下烧结25分钟；最后，印制ZnO材料，在300℃温度下烧结2小时，然后微滴注8种不同的金属氯化物溶液，再在600℃温度下烧结2小时，从而得到8种不同材料体系的阵列基片； 

第2步根据基片电极空白处的位置设计金属撑架，包括金属撑架卡扣的位置和形状。本发明通过激光切割的方式，得到金属撑架，且本发明金属撑架的材料为不锈钢，厚度为0.1mm； 

第3步通过简单的机械弯折方式，将基片通过卡扣固定于金属撑架上； 

第4步将金属撑架通过粘结方式固定在TO基座或电路板上，实现阵列基片的悬挂； 

第5步本发明通过金丝球焊的方法，将阵列基片上的信号电极与TO基座或电路板上的电极连接，实现信号的引出。 

附图3是该结构的温度-功耗关系图。从附图3中显示在金属氧化物气敏元件200°C~300°C的工作温度下，其功耗为0.69W~1.41W，则每个元件的功耗为86.25mW~176.25mW，性能优于其它目前商用的封装形式（200mW~300mW）。 

本发明不仅仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。 

Claims (5)

1.一种金属氧化物气敏元件阵列的封装结构，其特征在于，其结构为：基片上设置金属氧化物气敏元件阵列，基片固定在金属撑架上；金属撑架固定在TO基座或电路板上使基片的悬挂；阵列基片上的信号电极与TO基座或电路板上的电极连接。

2.根据权利要求1所述的金属氧化物气敏元件阵列的封装结构，其特征在于，金属氧化物气敏元件阵列为丝网印刷得到。

3.根据权利要求1或2所述的金属氧化物气敏元件阵列的封装结构，其特征在于，基片通过卡扣的方式固定。

4.根据权利要求1或2所述的金属氧化物气敏元件阵列的封装结构，其特征在于，金属撑架通过粘结方式固定。

5.一种金属氧化物气敏元件阵列的封装方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

第1步通过丝网印刷得到金属氧化物气敏元件阵列基片；

第2步根据基片电极空白处的位置设计金属撑架，包括金属撑架卡扣的位置和形状，得到金属撑架；

第3步将基片通过卡扣固定于金属撑架上；

第4步将金属撑架通过粘结方式固定在TO基座或电路板上，实现阵列基片的悬挂；

第5步将阵列基片上的信号电极与TO基座或电路板上的电极连接，实现信号的引出。

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