CN208109742U - 金属氧化物气体传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种金属氧化物气体传感器。所述金属氧化物气体传感器包括基底以及多个气敏元件。所述基底设置有多个间隔设置的镂空部。每个所述气敏元件设置于一个所述镂空部中。多个所述气敏元件与多个所述镂空部一一对应设置，同时切除了所述基底上多余的部分，从而使得所述基底镂空。由于镂空后的所述基底的面积变小，减小了所述气敏元件阵列封装结构的发热面积，进而降低了所述气敏元件阵列封装结构的热功耗。

Description

金属氧化物气体传感器

技术领域

本实用新型涉及金属氧化物气敏元件阵列领域，特别是涉及一种金属氧化物气体传感器。

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，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。在所有电子鼻的气敏元件类型中，金属氧化物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。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，然而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。气体传感器的结构很大程度上决定了功耗的大小。但是，目前传统的气敏元件阵列封装结构仍存在发热面积大，封装结构热功耗高的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的气体传感器封装结构的发热面积大、热功耗高的问题，提供一种机械稳定好的金属氧化物气体传感器。

一种金属氧化物气体传感器包括基底以及多个气敏元件。所述基底设置有多个间隔设置的镂空部。每个所述气敏元件悬空设置于一个所述镂空部中。

在其中一个实施例中，所述气敏元件包括基片、加热电极层、测试电极层以及气敏材料层。所述基片具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述基片悬空设置于所述镂空部。所述加热电极层设置于所述第一表面。所述测试电极层设置于所述第二表面。所述气敏材料层设置于所述第二表面，并覆盖所述测试电极层。

在其中一个实施例中，所述基片与所述基底一体成型。

在其中一个实施例中，所述加热电极层为图案化电极，所述测试电极层也为图案化电极。

在其中一个实施例中，所述气敏元件还包括至少两个连接臂。所述基片通过所述至少两个连接臂与所述镂空部连接。

在其中一个实施例中，所述镂空部为开设于所述基底的通孔。

在其中一个实施例中，所述金属氧化物气体传感器进一步包括两个电极连接部，间隔固定设置于所述基片的两端。

在其中一个实施例中，所述电极连接部包括排针固定座以及多个排针电极。所述排针固定座固定设置于所述基片，且所述排针固定座设置有多个排针孔。每个所述排针电极通过一个所述排针孔固定设置于所述排针固定座，用以与所述气敏元件电连接。

在其中一个实施例中，所述加热电极层与所述测试电极层的形状相同。

在其中一个实施例中，所述加热电极层为插齿电极，所述测试电极层也是插齿电极。

本实用新型提供的一种金属氧化物气体传感器包括基底以及多个气敏元件。所述基底设置有多个间隔设置的镂空部。每个所述气敏元件设置于一个所述镂空部中。多个所述气敏元件与多个所述镂空部一一对应设置。所述基底上设置有所述气敏元件，所述基底与所述气敏元件没有接触的部位设置为所述镂空部，从而可以使得所述基底的面积变小。由于设置有所述镂空部的所述基底的面积变小，减小了所述气敏元件阵列封装结构的发热面积，进而降低了所述气敏元件阵列封装结构的热功耗。

附图说明

图1为本实用新型提供的金属氧化物气体传感器整体结构示意图；

图2为本实用新型提供的金属氧化物气体传感器整体结构的俯视图；

图3为本实用新型提供的金属氧化物气体传感器的气敏元件的截面结构示意图；

图4为本实用新型提供的金属氧化物气体传感器的基片的第一表面的结构示意图；

图5为本实用新型提供的金属氧化物气体传感器的基片的第二表面的结构示意图；

图6为本实用新型提供的金属氧化物气体传感器的气敏元件的结构示意图；

图7为本实用新型提供的金属氧化物气体传感器的气敏元件的电极结构示意图。

附图标记说明

金属氧化物气体传感器10、基底20、镂空部30、气敏元件40、基片410、具有第一表面412、第二表面414、加热电极层420、加热电极层电极422、测试电极层430、测试电极层电极432、气敏材料层440、连接臂450、电极连接部50、排针固定座502、排针电极504、排针孔506。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参见图1-2，本实用新型提供的一种金属氧化物气体传感器10包括：基底20以及多个气敏元件40。所述基底20设置有多个间隔设置的镂空部30。每个所述气敏元件40悬空设置于一个所述镂空部30中。多个所述气敏元件40与多个所述镂空部30一一对应间隔设置。所述基底20上设置有所述气敏元件40，所述基底20与所述气敏元件40没有接触的部位设置为所述镂空部30，从而可以使得所述基底20的面积变小。由于设置有所述镂空部30的所述基底20的面积变小，减小了所述金属氧化物气体传感器10的发热面积，进而降低了所述金属氧化物气体传感器10的热功耗。

请参见图3，在一个实施例中，所述气敏元件40包括基片410、加热电极层420、测试电极层430以及气敏材料层440。所述基片410具有第一表面412 和与所述第一表面412相对的第二表面414。所述基片410悬空设置于所述镂空部30。所述加热电极层420设置于所述第一表面412。所述测试电极层430设置于所述第二表面414。气敏材料层440设置于所述第二表面414，并覆盖所述测试电极层430。在所述基片410相对的两个表面分别设置有所述加热电极层 420与所述测试电极层430，可以使得所述加热电极层420与所述测试电极层430 分离，减小了所述金属氧化物气体传感器10的发热面积，降低了所述金属氧化物气体传感器10的热功耗。

在所述基片410的所述第一表面412与所述第二表面414上分别印刷所述加热电极层420与所述测试电极层430。同时，在所述第一表面412与所述第二表面414上分别印刷连接电路，从而得到加热插齿、测试电路插齿和导线连接电路。在所述基片410上印刷电极时可以采用丝网印刷技术。同时，所述气敏材料层440设置于所述第二表面414，并覆盖所述测试电极层430。也就是说，此时，所述测试电极层430设置于所述基片410上，所述气敏材料层440的下面，所述加热电极层420设置于所述基片410背面。

在一个实施例中，所述加热电极层420与所述测试电极层430在电极制备时采用丝网印刷技术进行制备，同时，根据所述电极的设计图来制备，在各电极区采用金丝球焊技术焊接电极引线。所述加热电极层420本身就是一个发热电阻，可以起到加热的作用。为了使得所述气敏元件40在一个干燥且恒温的条件下灵敏的工作，所述加热电极层420可以去除吸附在所述气敏元件40的油污、尘埃以及潮气等，加速气体的吸附，提高灵敏度和响应速度。此时，所述气敏元件40根据所述气敏材料层440形成的气敏薄膜可以与待测气体相互作用，使得所述气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化。当检测气体浓度不同时，膜层质量和导电率变化程度亦不同。同时，所述测试电极层电极432与所述气敏材料层440之间有较好的欧姆连接性能，所述气敏元件40在检测气体时反应的电阻变化信息即为所述气敏材料层440的气敏反应信息。

在一个实施例中，所述基片410与所述基底20一体成型。所述基片410与所述基底20一体成型可以使得多个所述气敏元件40固定连接在一起，且固定设置于所述基底20上。所述基片410与所述基底20一体成型，可以使得所述金属氧化物气体传感器10直接与外部电路相连接，降低了所述金属氧化物气体传感器10的成本，也可方便地实现各种模组功能。

在一个实施例中，所述加热电极层420为图案化电极，所述测试电极层430 也为图案化电极。所述加热电极层420与所述测试电极层430可以通过丝网印刷技术进行印刷。在制备电极时，可以根据电极的设计图案来进行制备。所述丝网印刷技术可以批量生产、价格便宜以及覆盖力强等优点，具有很大的灵活性和广泛的适用性。

在一个实施例中，所述气敏元件40还包括至少两个连接臂450。所述基片 410通过所述至少两个连接臂450与所述镂空部30连接，进而使得所述气敏元件40可以通过至少两个所述连接臂450与所述镂空部30连接。因此，所述气敏元件40可以与所述基底20连接，可以使得所述金属氧化物气体传感器10一体成型，方便安装卸载，实用性更强。

在一个实施例中，所述镂空部30为开设于所述基底20的通孔。多个所述气敏元件40与多个所述镂空部30一一对应间隔设置，同时切除了所述基底20 上多余的部分，从而使得所述基底20为镂空。因此，由于镂空后的所述基底20 的面积变小，减小了所述金属氧化物气体传感器10的发热面积，进而降低了所述金属氧化物气体传感器10的热功耗。

在一个实施例中，所述金属氧化物气体传感器10进一步包括两个电极连接部50，间隔固定设置于所述基底20的两端。通过两个所述电极连接部50可以使得所述金属氧化物气体传感器10与基座或电路板上的电极进行连接，进而实现各个组件的功能。同时，通过所述电极连接部50方便安装使用。其中，所述电极连接部50的个数至少为两个，以方便固定所述金属氧化物气体传感器10，使得所述金属氧化物气体传感器10的机械稳定性更好。

在一个实施例中，所述电极连接部50包括排针固定座502以及多个排针电极504。所述排针固定座502固定设置于所述基底20，且所述排针固定座502 设置有多个排针孔506。每个所述排针电极504通过一个所述排针孔506固定设置于所述排针固定座502，用以与所述气敏元件40电连接。在所述排针固定座502设置有多个排针孔506，从而使得每个所述排针电极504通过一个所述排针孔506固定设置于所述排针固定座502。多个所述排针电极504分别与所述加热电极层电极422和所述测试电极层电极432连接，从而实现与基座或电路板上的电极连接，进而实现与所述气敏元件40电连接，完成对待测气体的检测并获得气体相关信息。

所述多个排针电极504可以通过所述排针孔506固定于所述排针固定座 502，进而可以实现排针插拔的方式与应用电路进行连接。所述应用电路直接与所述电极连接部50的所述多个排针电极504连接，可以与各种型号传感器基座粘合，也可以与电路板直接插接。并且当所述金属氧化物气体传感器10与电路板直接插接时，更节省空间，也能更方便的实现各种功能化的模组电路。所述金属氧化物气体传感器10采用排针插拔的方式连接稳固，反复冷热冲击下不易脱落，机械稳定性好。同时，所述金属氧化物气体传感器10直接与应用电路相连，成本更低，也可方便地实现各种模组功能。

在一个实施例中，所述电极连接部50的所述多个排针电极504的排针电极个数总共为14根，且所述金属氧化物气体传感器10设置有8个所述气敏元件 40。两个所述电极连接部50分别设置有7根所述排针电极504。其中，8根所述排针电极504分别独立连接8个所述气敏元件40的所述测试电极层电极432 的正极；每4个所述气敏元件40的所述测试电极层电极432的负极分别与2根所述排针电极504连接；每4个所述气敏元件40的所述加热电极层电极422的一端分别与2根所述排针电极504连接；每4个所述气敏元件40的所述加热电极层电极422的另一端分别与2根所述排针电极504连接。根据所述金属氧化物气体传感器10可以设计与其相对应的电路板，满足电路板接口与14根所述排针电极504对应的电路需求。

在一个实施例中，所述加热电极层420与所述测试电极层430的形状相同。通过丝网印刷在所述基底20的所述第一表面412与所述第二表面414分别印刷加热电极层420、所述测试电极层430以及连接电路。所述加热电极层420与所述测试电极层430根据印刷图案进行印刷。

在一个实施例中，所述加热电极层420与所述测试电极层430的形状不相同。所述加热电极层420是连续的的弯曲的铂涂层。所述测试电极层430是插齿状的中间断开的铂涂层。

在一个实施例中，所述加热电极层420为插齿电极，所述测试电极层430 也是插齿电极。所述加热电极层420可理解为加热丝，主要是给所述基底20指定区域加热实现不同温度的热调制。通常根据对加热丝的标定得出温度功率曲线，从而实现不同温度控制。所述测试电极层430主要是对目标膜材料的电阻信号进行测试的电极。

在一个实施例中，一种金属氧化物气体传感器的制备方法，包括以下步骤：提供一个基底20。所述基底20包括第一表面412和与所述第一表面412相对的第二表面414。在所述第一表面412间隔形成多个加热电极层420。在所述第二表面414间隔形成多个测试电极层430，每个所述测试电极层430与一个所述加热电极层420相对所述基底20对称设置。在所述第二表面414间隔形成多个气敏材料层440，每个气敏材料层440覆盖一个所述加热电极层420。切割处理所述基底20，使得所述基底20形成多个镂空部30，每个所述镂空部30设置有一个所述加热电极层420和一个测试电极层430。

在一个实施例中，通过丝网印刷在所述基底20的所述第一表面412与所述第二表面414分别印刷加热电极层420、所述测试电极层430以及连接电路。然后，通过激光切割处理所述基底20中不需要区域，得到所述镂空部30，进而获得镂空阵列基片。同时，在所述第二表面414间隔形成多个气敏材料层440，每个气敏材料层440覆盖一个所述加热电极层420。通过丝网印刷得到金属氧化物气敏元件阵列基片。

在一个实施例中，所述金属氧化物气体传感器的制备方法还包括：在所述基底20的两端固定设置两个排针固定座502，每个所述排针固定座502设置有多个排针孔506。在每个所述排针孔506中固定设置一个排针电极504，并与所述气敏元件40电连接。所述多个排针电极504与所述基底20上的电极以及电路进行焊接连接，并通过插拔的方式实现信号的引出。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。

在一个实施例中，金属氧化物气敏8元件的传感器，其制作步骤为：

第一步：通过丝网印刷在所述基底20的所述第一表面412与所述第二表面 414分别印刷加热电极层420、所述测试电极层430以及连接电路，获得金属氧化物气敏元件阵列基片。

具体为，首先在所述第二表面414上，印制材料为金的所述测试电极层430，然后在850℃温度下烧结15分钟；其次，在所述第一表面412上，印制材料为金铂的所述加热电极层420，在850℃温度下烧结25分钟；

第二步：通过激光切割处理所述基底20中不需要的区域，得到所述镂空部 30，进而获得镂空阵列基片；

第三步：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，在所述第二表面414 间隔形成多个气敏材料层440，每个气敏材料层440覆盖一个所述加热电极层 420，从而得到8种不同材料体系的传感器10；

第四步：所述多个排针电极504分别与所述加热电极层电极422、所述测试电极层电极432以及电路进行焊接；

第五步：通过金丝球焊的方法，将所述传感器10上的所述测试电极层电极 432与基座或电路板上的电极进行连接，实现信号的引出。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种金属氧化物气体传感器，其特征在于，包括：

基底(20)，所述基底(20)设置有多个间隔设置的镂空部(30)；以及

多个气敏元件(40)，每个所述气敏元件(40)悬空设置于一个所述镂空部(30)中；

每个所述气敏元件(40)包括基片(410)、加热电极层(420)、测试电极层(430)以及气敏材料层(440)；

所述基片(410)具有第一表面(412)和与所述第一表面(412)相对的第二表面(414)，所述基片(410)悬空设置于所述镂空部(30)；

所述加热电极层(420)设置于所述第一表面(412)；

所述测试电极层(430)设置于所述第二表面(414)；

所述气敏材料层(440)设置于所述第二表面(414)，并覆盖所述测试电极层(430)。

2.如权利要求1所述的金属氧化物气体传感器，其特征在于，所述基片(410)与所述基底(20)一体成型。

3.如权利要求1所述的金属氧化物气体传感器，其特征在于，所述加热电极层(420)为图案化电极，所述测试电极层(430)也为图案化电极。

4.如权利要求1所述的金属氧化物气体传感器，其特征在于，所述气敏元件(40)还包括：

至少两个连接臂(450)，所述基片(410)通过所述至少两个连接臂(450)与所述镂空部(30)连接。

5.如权利要求1所述的金属氧化物气体传感器，其特征在于，所述镂空部(30)为开设于所述基底(20)的通孔。

6.如权利要求1-5中任一项所述的金属氧化物气体传感器，其特征在于，进一步包括两个电极连接部(50)，间隔固定设置于所述基底(20)的两端。

7.如权利要求6所述的金属氧化物气体传感器，其特征在于，所述电极连接部(50)包括：

排针固定座(502)，所述排针固定座(502)固定设置于所述基底(20)，且所述排针固定座(502)设置有多个排针孔(506)；以及

多个排针电极(504)，每个所述排针电极(504)通过一个所述排针孔(506)固定设置于所述排针固定座(502)，用以与所述气敏元件(40)电连接。

8.如权利要求1所述的金属氧化物气体传感器，其特征在于，所述加热电极层(420)与所述测试电极层(430)的形状相同。

9.如权利要求8所述的金属氧化物气体传感器，其特征在于，所述加热电极层(420)为插齿电极，所述测试电极层(430)也是插齿电极。