CN116183682A - 一种贴片式voc传感器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贴片式VOC传感器及其制作方法，包括基片，所述的基片为方体片状的氧化铝陶瓷基片，所述氧化铝陶瓷基片一侧面中间设置两组多排列且相互对应的排插指电极，所述的排插指式电极外围还设有呈包围式的加热丝。其制作方法采用一种方体片状的氧化铝陶瓷基片作为载体，一侧面中间设置两组条排列且相互对应的排插指电极，排插指式电极外围设置呈包围式的加热丝且进行加工，然后在排插指电极表面镀气敏膜加工工艺实现贴片式传感器的基本结构，本发明结构体积小便于后期加工、且适宜长期在高温环境工作，且能快速检测VOC含量，而简易工艺实现了一种贴片式VOC传感器。

Description

一种贴片式VOC传感器及其制作方法

技术领域

本发明涉及VOC传感器技术领域，具体是一种贴片式VOC传感器的制作方法。

背景技术

VOC是一种挥发性的有机污染物，在VOC气体含量高于一定程度时，会对人们的生活和身体健康造成较大的影响。VOC气体主要来源为工业生产时燃烧燃料或其他物质的烟雾等废气排放产生，如烟草业、纺织业等。

VOC的含量可通过气体传感器进行检测，其基本原理为VOC气体与气敏材料的表面产生吸附或者反应，物理吸附或者化学吸附，从而引起其电学性质，如电阻、电流、阻抗、电位等的变化，且需要在一定的高温度下进行，以实现检测。目前现有的VOC传感器大多为插脚式传感器，其内部交叉设置有2个用于检测的信号电极和2个用于加热的加热电极，中间位置为带有气敏镀膜的检测位置，这种传感器体积较大，直接影响整体基板的空间容积体积，且其形状不方便进行自动化夹持焊接加工，而且使用时容易造成两个问题，一是需要感应器本体整体温度升高，实现达到一定所需温度的反应检测，但其仅有2个加热电极，加热的范围较为狭窄，导致整体的升温检测反应时间较长或精确度稍低，第二，而整体升温后，由于在长时间的一定高温度的状态下，而不能保持稳定的工作，因此，有必要提供一种体积小便于加工、且适宜长期在高温环境工作，且能快速检测的贴片式VOC传感器及制作方法。

发明内容

本发明提供一种贴片式VOC传感器的制作方法及贴片式传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种贴片式VOC传感器，包括基片，所述的基片为方体片状的氧化铝陶瓷基片，所述氧化铝陶瓷基片一侧面中间设置两组多排列且相互对应的排插指电极，所述的排插指式电极外围还设有呈包围式的加热丝。

所述的氧化铝陶瓷基片对应排插指电极面的一侧端面设有焊盘进行连接，对应加热丝面的一侧端面设有加热焊盘进行连接。

所述的排插指电极的表面设置有气敏膜。

所述的加热丝呈门字型设置于排插指式电极组外围。

一种如上述的贴片式VOC传感器的制作方法，采用一种方体片状的氧化铝陶瓷基片作为载体，一侧面中间设置两组条排列且相互对应的排插指电极，其排插指式电极外围设置呈包围式的加热丝，且排插指电极表面镀气敏膜。

具体包括步骤如下：

S1、传感器采用一种长方体片状的氧化铝陶瓷基片作为载体，在氧化铝陶瓷基片的中心部位设置两组排插指电极，在氧化铝陶瓷基片上围绕着两组排插指电极的外围呈门字型设置有加热丝，并依次加工固定；

S2、加热丝两端的加热焊盘位于氧化铝陶瓷基片右侧的上下角落处，两组排插指电极的焊盘位于氧化铝陶瓷基片左侧的上下角落处，并依次加工固定；

其排插指电极的主要材料为二氧化钌、氧化锰、钡、硼、铝的一种或多种与常用玻璃浆料混合的混合物，形成固化排列式的排插指电极；

其焊盘及加热焊盘的主要材料为银、钯的两种或一种与常用玻璃浆料混合的混合物，形成固化焊盘；

S3、使用无水乙醇对氧化铝陶瓷基片进行清洗，随后烘干氧化铝陶瓷基片；

S4、对各排插指电极以外的氧化铝陶瓷基片位置使用掩膜进行遮挡，对各排插指电极表面采用气敏材料进行镀膜，使各排插指电极上覆盖一层气敏薄膜；

完成传感器的结构制作。

优选的，在所述的步骤S1中，所述的氧化铝陶瓷基片的长度为4mm-6mm，宽度为1mm-3mm，厚度为0.6mm-0.7mm，排插指电极在0-200℃之间时阻值波动不超过1kΩ，所述的加热丝通电后可以发热到250℃±50℃，并具有长期稳定性。氧化铝陶瓷基片为长方体片状结构，方便在自动化焊接操作时对焊接位置进行精准定位。氧化铝的绝缘性好，稳定性高，并且其导热性好，耐高温，能够在温度较高的环境下长期使用。

优选的，在所述的步骤S2中，加热丝的焊盘和各排插指电极的焊盘均通过波峰焊、回流焊等方式与外部部件进行焊接。

优选的，在所述的步骤S3中，无水乙醇对氧化铝陶瓷基片清洗2-3次，烘干温度为110℃-120℃，烘干时间为50min-70min。使用无水乙醇将带加热丝和排插指电极的氧化铝陶瓷基片整体完全洗净后放入无尘空间内进行镀膜加工，防止镀膜时存在灰尘等其他杂物夹杂在气敏镀膜和排插指电极之间影响使用效果。

优选的，在所述的步骤S4中，气敏材料通过真空镀膜的方式对各排插指电极进行镀膜，气敏镀膜的厚度为1μm-10μm。气敏材料由二氧化锡、氧化锌、二氧化钛、氧化铁、铂金等的一种或者多种组合组成，可根据生产需要和不同VOC气体的检测需求进行选择。

结构制作完成后，最后在不同VOC气体浓度环境中对传感器整体进行测试，测试通过后完成制作，其测试方法通过传感器本身加热丝将传感器加热到250℃±50℃，测试传感器的阻值，测试步骤如下：

在不含VOC的氮气中测试传感器的阻值为100MΩ以上；

然后缓慢通入VOC气体传感器感应到，阻值就慢慢降低；

最终在高VOC浓度下，传感器的阻值变成10kΩ以下完成测试。传感器具有10kΩ的检测变量，灵敏度大，可测试不同浓度的VOC含量。

而上述的具体的制作工艺，也形成一种贴片式VOC传感器。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果是：

本发明采用氧化铝陶瓷基片作为载体，整体设置成片状式，一侧中间表面设置有两组多排式且相对的排插指电极，排插指电极外围加热丝，排插指电极表面设置气敏膜，其氧化铝陶瓷的绝缘性、稳定性高且导热性能好，整体片式结构，方便后期加工，同时实现多排式排插指电极的设置，且多排式排插指电极的设置加大了检测面积，有利于气敏膜与空气中VOC反应面，提高感应效率及精确度，而绕排插指电极外围的包围式设置的加热丝，加大了对排插指电极的加热范围，且能完全针对排插指电极进行有效加热，提高了气敏镀膜与VOC气体反应时的活性，进一步提高气敏膜与空气中VOC反应效率。

其氧化铝陶瓷的绝缘性、稳定性高且导热性能好，且二氧化钌、氧化锰、钡、硼、铝的一种或多种和玻璃浆料混合的排插指电极配合设置，进一步实现提高良好的导电性和阻值稳定性，排插指电极配合氧化铝陶瓷基片保证了在高温中长期稳定的进行VOC检测，保证了检测的精准度和稳定性，能够满足长期持续工作的需求。

其具体的加工工艺简易实现了一种体积小便于后期加工使用、且适宜长期在高温环境工作，且能快速检测的贴片式VOC传感器。

附图说明

图1为本发明的传感器底部示意图；

1-氧化铝陶瓷基片，2-排插指电极，3-加热丝，4-焊盘，41-加热焊盘。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种贴片式VOC传感器，包括基片，所述的基片为方体片状的氧化铝陶瓷基片1，所述氧化铝陶瓷基片1一侧面中间设置两组多排列且相互对应的排插指电极2，所述的排插指式电极2外围还设有呈包围式的加热丝3。所述的氧化铝陶瓷基片1对应排插指电极2面的一侧端面设有焊盘4进行连接，对应加热丝3面的一侧端面设有加热焊盘41进行连接。所述的排插指电极2的表面设置有气敏膜。

所述的加热丝3呈门字型设置于排插指式电极2组外围。

整体设置成片状式，一侧中间表面设置有两组多排式且相对的排插指电极，排插指电极外围加热丝，排插指电极表面设置气敏膜，其氧化铝陶瓷的绝缘性、稳定性高且导热性能好，整体片式结构，方便后期加工，同时实现多排式排插指电极的设置，且多排式排插指电极的设置加大了检测面积，即有利于气敏膜与空气中VOC反应面，增大反应面，提高感应效率及精确度，而绕排插指电极外围的包围式设置的加热丝，加大了对排插指电极的加热范围，且能完全针对排插指电极进行有效加热，提高了气敏镀膜与VOC气体反应时的活性，进一步提高气敏膜与空气中VOC反应效率。

一种如上述的贴片式VOC传感器的制作方法，采用一种方体片状的氧化铝陶瓷基片1作为载体，一侧面中间设置两组条排列且相互对应的排插指电极2，其排插指式电极2外围设置呈包围式的加热丝3，且排插指电极2表面镀气敏膜。

具体包括步骤如下：

S1、传感器采用一种长方体片状的氧化铝陶瓷基片1作为载体，在氧化铝陶瓷基片1的中心部位设置两组排插指电极2，在氧化铝陶瓷基片1上围绕着两组排插指电极2的外围呈门字型设置有加热丝3，并依次加工固定；

S2、加热丝3两端的加热焊盘41位于氧化铝陶瓷基片1右侧的上下角落处，两组排插指电极2的焊盘4位于氧化铝陶瓷基片1左侧的上下角落处，并依次加工固定；

其排插指电极2的主要材料为二氧化钌、氧化锰、钡、硼、铝的一种或多种与常用玻璃浆料混合的混合物，其配比不作限制，属于电极材料之一，形成固化排列式的排插指电极2；

其焊盘4及加热焊盘41的主要材料为银、钯的两种或一种与常用玻璃浆料混合的混合物，属于焊盘材料之一，形成固化焊盘；

其排插指电极2、焊盘4及加热焊盘41、电热丝分别通过厚膜印刷，然后固化、烧结固定而成。

S3、使用无水乙醇对氧化铝陶瓷基片1进行清洗，随后烘干氧化铝陶瓷基片1；

S4、对各排插指电极2以外的氧化铝陶瓷基片1位置使用掩膜进行遮挡，对各排插指电极2表面采用气敏材料进行镀膜，使各排插指电极2上覆盖一层气敏薄膜；

完成传感器的基本结构制作。

在所述的步骤S1中，所述的氧化铝陶瓷基片1的长度为4mm-6mm，宽度为1mm-3mm，厚度为0.6mm-0.7mm，排插指电极2在0-200℃之间时阻值波动不超过1kΩ，所述的加热丝3通电后可以发热到250℃±50℃，并具有长期稳定性。氧化铝陶瓷基片1为长方体片状结构，方便在自动化焊接操作时对焊接位置进行精准定位连接。氧化铝的绝缘性好，稳定性高，并且其导热性好，耐高温，能够在温度较高的环境下长期使用。

在所述的步骤S2中，加热丝3的加热焊盘41和各排插指电极2的焊盘4均通过波峰焊、回流焊等方式与外部部件进行焊接。排插指电极2的主要材料为二氧化钌、氧化锰、钡、硼、铝等的一种或多种和硅、玻璃浆料的一种或多种混合的混合物，导电性能好，保证阻值稳定性，焊盘的主要材料为银、钯等的多种或一种与玻璃浆料混合物，同样具有良好的导电性和阻值稳定性，与排插指电极2配合进行检测，有效有效提高了测试的精准度和稳定性，能够满足长期持续工作的需求，在0-200℃之间阻值波动不超过1kΩ，提高传感器在高温下工作时排插指电极2的检测稳定性。

在所述的步骤S3中，无水乙醇对氧化铝陶瓷基片1清洗2-3次，烘干温度为110℃-120℃，烘干时间为50min-70min。使用无水乙醇将带加热丝3和排插指电极2的氧化铝陶瓷基片1整体完全洗净后放入无尘空间内进行镀膜加工，防止镀膜时存在灰尘等其他杂物夹杂在气敏镀膜和排插指电极2之间影响使用效果。

在所述的步骤S4中，气敏材料通过真空镀膜的方式对各排插指电极2进行镀膜，气敏镀膜的厚度为1μm-10μm。气敏材料由二氧化锡、氧化锌、二氧化钛、氧化铁、铂金等的一种或者多种组合组成，可根据生产需要和不同VOC气体的检测需求进行选择。

结构制作完成后，最后在不同VOC气体浓度环境中对传感器整体进行测试，测试通过后完成整体的制作。

其具体的测方法是通过传感器本身加热丝3将传感器加热到250℃±50℃，测试传感器的阻值，具体测试步骤如下：

在不含VOC的氮气中测试传感器的阻值为100MΩ以上；

然后缓慢通入VOC气体传感器感应到，阻值就慢慢降低；

最终在高VOC浓度下，传感器的阻值变成10kΩ以下完成测试。上述传感器经检测，得到:具有10kΩ的检测变量，灵敏度大，可测试不同浓度的VOC含量。

本发明使用时，加热丝3工作对传感器整体加热到指定温度，检测环境中的VOC气体接触到气敏镀膜，VOC气体内的部分物质附着到气敏镀膜上，在高温情况下气敏镀膜吸收voc气体，气敏镀膜的阻值会从MΩ级别降到kΩ级别，气敏镀膜产生反应配合排插指电极2使阻值产生变化，从而测出阻值的大小，得出VOC气体内有害物质的含量，在没有voc气体吸附后，阻值又恢复至MΩ。本发明体积小，且可长期在高温下工作，检测效果准确。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种贴片式VOC传感器，包括基片，其特征在于，所述的基片为方体片状的氧化铝陶瓷基片(1)，所述氧化铝陶瓷基片(1)一侧面中间设置两组多排列且相互对应的排插指电极(2)，所述的排插指式电极(2)外围还设有呈包围式的加热丝(3)。

2.根据权利要求1所述的贴片式VOC传感器，其特征在于，所述的氧化铝陶瓷基片(1)对应排插指电极(2)面的一侧端面设有有焊盘(4)进行连接，对应加热丝(3)面的一侧端面设有加热焊盘(41)进行连接。

3.根据权利要求1所述的贴片式VOC传感器，其特征在于，所述的排插指电极(2)的表面设置有气敏膜。

4.根据权利要求1所述的贴片式VOC传感器，其特征在于，所述的加热丝(3)呈门字型设置于排插指式电极(2)组外围。

5.一种如权利要求1～4所述的贴片式VOC传感器的制作方法，其特征在于，采用一种方体片状的氧化铝陶瓷基片(1)作为载体，一侧面中间设置两组条排列且相互对应的排插指电极(2)，其排插指式电极(2)外围设置呈包围式的加热丝(3)，且排插指电极(2)表面镀气敏膜。

6.根据权利要求5所述的贴片式VOC传感器的制作方法，其特征在于，包括步骤如下：

S1、传感器采用一种长方体片状的氧化铝陶瓷基片(1)作为载体，在氧化铝陶瓷基片(1)的中心部位设置两组排插指电极(2)，在氧化铝陶瓷基片(1)上围绕着两组排插指电极(2)的外围呈门字型设置有加热丝(3)，并依次加工固定；

S2、加热丝(3)两端的加热焊盘(41)位于氧化铝陶瓷基片(1)右侧的上下角落处，两组排插指电极(2)的焊盘(4)位于氧化铝陶瓷基片(1)左侧的上下角落处，并依次加工固定；

其排插指电极(2)的主要材料为二氧化钌、氧化锰、钡、硼、铝的一种或多种与常用玻璃浆料混合的混合物，形成固化排列式的排插指电极(2)；

其焊盘(4)及加热焊盘(41)的主要材料为银、钯的两种或一种与常用玻璃浆料混合的混合物，形成固化焊盘；

S3、使用无水乙醇对氧化铝陶瓷基片(1)进行清洗，随后烘干氧化铝陶瓷基片(1)；

S4、对各排插指电极(2)以外的氧化铝陶瓷基片(1)位置使用掩膜进行遮挡，对各排插指电极(2)表面采用气敏材料进行镀膜，使各排插指电极(2)上覆盖一层气敏薄膜；

完成传感器的结构制作。

7.根据权利要求1所述的一种贴片式VOC传感器的制作方法，其特征在于：在所述的步骤S1中，所述的氧化铝陶瓷基片(1)的长度为4mm-6mm，宽度为1mm-3mm，厚度为0.6mm-0.7mm，排插指电极(2)在0-200℃之间时阻值波动不大于1kΩ，所述的加热丝(3)通电后的发热温度为250℃±50℃。

8.根据权利要求1所述的一种贴片式VOC传感器的制作方法，其特征在于：在所述的步骤S3中，无水乙醇对氧化铝陶瓷基片(1)清洗2-3次，烘干温度为110℃-120℃，烘干时间为50min-70min。

9.根据权利要求1所述的一种贴片式VOC传感器的制作方法，其特征在于：在所述的步骤S4中，气敏材料通过真空镀膜的方式对各排插指电极(2)进行镀膜，气敏镀膜的厚度为1μm-10μm。

10.根据权利要求1所述的一种贴片式VOC传感器的制作方法，其特征在于：结构制作完成后，最后在不同VOC气体浓度环境中对传感器整体进行测试，测试通过后完成，其通过传感器本身加热丝(3)将传感器加热到250℃±50℃，测试传感器的阻值，测试步骤如下：

先在不含VOC的氮气中测试，其传感器的阻值为100MΩ以上为合格；

然后缓慢通入VOC气体，其传感器感应到，并阻值能慢慢降低为合格；

最终在高VOC浓度下，其传感器的阻值变成10kΩ以下为合格，且完成测试。

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