CN213957220U - 一种双滑轨式电化学气体传感器的封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双滑轨式电化学气体传感器的封装结构。具体包括防尘透气盖板(1)、传感器芯片(2)、金属端子(4)、金属端子保护盖板(3)以及卡座固定器(5)；所述传感器芯片(2)推划放置于所述卡座固定器(5)中，所述防尘透气盖板(1)推划放置于所述卡座固定器(5)中，位于所述传感器芯片(2)上方：所述金属端子(4)安装固定在所述卡座固定器(5)中，并通过与所述传感器芯片(2)接触传输传感器的电流变化，所述金属端子保护盖板(3)覆盖固定于所述金属端子(4)的平滑段。

Description

一种双滑轨式电化学气体传感器的封装结构

技术领域

本实用新型属于传感器封装领域，具体涉及一种双滑轨式电化学气体传感器的封装结构。

背景技术

传感器作为一种能够将外界信息进行采集并转化成能够被处理的电信号的重要装置，在当今社会受到广泛的应用，传感器通过检测外界物质(离子、分子、电子等)的固有性质发生的变化来直接或间接的采集相关信息。

在检测气体领域来说，电化学气体传感器相比其它气体传感器(半导体型、催化燃烧型等) 具备的优点包括反应速度快、低功耗、特异性强、良好的重复性和准确性等。电化学气体传感器的核心包括了三电极(即工作电极、对电极、以及参比电极)和反应电解质。其反应原理为待测气体与电极发生氧化/还原反应，产生电流，其电流变化的大小与待测气体浓度成比例关系，从而实现检测气体的功能。

目前电化学气体传感器的封装结构设计都过于复杂，导致检测效率低，相关封装设计所采用的封装材料含有粘合剂，在高温的时候释放影响检测的气体从而影响检测效果，以上因素会给生产以及使用带来不必要的麻烦。

CN 201510366015.4提供了一种电化学传感器及其电极的制作方法，尽管这种电化学气体传感器采用防尘透气膜，固体电解质，以及密封盖来保证传感器的稳定性以及一定的使用周期，但仍存在以下问题：传感器的部件采用粘结剂等材料作为传感器的封装粘合，在高温环境中使用时会释放影响传感器检测的气体，令其准确性受到影响。

CN 200910259755.2提供了一种电化学气体传感器，虽然这种电化学传感器能够解决现阶段传感器尺寸较大这个问题，但是由于设计缺陷的问题，仍存在以下不足：传感器结构设计过于复杂(总共包含12个组装部件)，给封装带来困难以及成本上的提高；传感器采用液态电解质，降低了传感器的使用周期。

基于以上切实存在的问题，本实用新型的传感器封装不仅简化了结构设计，且封装不采用粘合剂等在高温的情况会挥发的材料，能够大大降低生产成本以及保证检测效果，同时本实用新型传感器采用固体电解质，能够有效提高传感器的使用周期。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种双滑轨式电化学气体传感器的封装结构。

本实用新型提供的双滑轨式的电化学气体传感器包括防尘透气盖板1、传感器芯片2、金属端子4、金属端子保护盖板3以及卡座固定器5；传感器芯片2推划放置于卡座固定器5中，防尘透气盖板1推划放置于卡座固定器5中，位于传感器芯片2上方；金属端子4安装固定在卡座固定器5中，并通过与传感器芯片2接触传输传感器的电流变化，金属端子保护盖板3覆盖固定于金属端子4的平滑段。

本实用新型将传感器芯片2放置于卡座固定器5中，卡座固定器5留有一定高度以及加上金属端子保护盖板3，可以保证传感器芯片2的固体电解质不与卡座材料以及金属端子4相接触。

进一步，卡座固定器5具有卡槽，其数量为两条及以上，卡槽中分别固定有传感器芯片2 和防尘透气盖板1。

进一步，卡座固定器5上有端子固定孔，可安装固定金属端子4；端子固定孔包括贯穿式固定孔和非贯穿式固定孔。

进一步，金属端子4包括主杆、短端和长端，短端和长端位于主杆下方，主杆包括接触段和平滑段，接触段与传感器芯片2接触，传递信号；短端固定于非贯穿式固定孔，用于固定金属端子4位置；长端固定于贯穿式固定孔，用于固定金属端子4的同时与外部电路接触，传递信号。

进一步，传感器芯片2包括第一电极、第二电极和第三电极，三电极构成围坝，并覆盖有电解质；第一电极和第二电极区域开有大量通气孔；传感器芯片2还具有金属电极化导通孔。

进一步，金属端子4数量与传感器芯片2的电极数量对应，第一电极、第二电极和第三电极分别与三个金属端子4接触。

进一步，卡座固定器5和金属端子保护盖板3采用热固性材料，包括聚对苯二甲酸丁二醇酯，具有强度高、耐疲劳性、尺寸稳定、耐热老化、良好的绝缘性等特点以及较低要求的加工成本。

进一步，防尘透气盖板1采用陶瓷材料，包括碳化硅、氧化铝，其表面开有大量通气孔，能够有效阻隔外界灰尘颗粒，待测气体通过气孔与传感器内部的电解质及电极发生化学反应。

进一步，传感器芯片2采用一种或多种陶瓷材料，包括氧化铝、氮化铝、玻璃、硅片、压电陶瓷、微波介电陶瓷、塑料薄膜，陶瓷材料具有较低的介电常数，且具有绝缘性高、热稳定性好、热膨胀系数低、耐湿性好、耐腐蚀等优点，能够有效的保证检测的可靠性。

进一步，金属端子4采用中高强度金属材料，包括铍铜镀金，铍青铜，磷青铜，合金弹簧钢，能够保证金属端子部件的较高硬度、弹性极限、疲劳极限和耐磨性，还具有良好的耐蚀性、导电性，能够有效保证电信号传输的同时固定传感器芯片。

本实用新型的电化学传感器采用双滑轨式设计，即″防尘透气盖板+传感器芯片″滑盖式设计，方便拆卸、更换和清理、维护而无需采用工具；传感器封装结构简单便捷，零备件少，大幅减少了传感器封装步骤和成本。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的电化学气体传感器的封装采用疏水透气型的多孔陶瓷作为传感器封装的上盖板，在保证透气性的同时也能够有效阻挡灰尘颗粒，可有效的提高气体传感器的检测效率，延长传感器的使用及维护周期。

(2)本实用新型的电化学气体传感器采用陶瓷与塑料为主要材料并通过物理形式进行封装，并不使用粘合剂，在高温环境下也不会受到粘合剂挥发物的影响，既能够保证传感器的稳定性也能实现数据检测的准确性。

(3)本实用新型的电化学气体传感器采用固体电解质，能够提高气体传感器使用周期。

(4)本实用新型的电化学传感器的封装结构简单，能够大大降低封装的成本，适用于产业化。

附图说明

利用附图对实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它附图。

图1是本实用新型的电化学气体传感器中的卡座固定器的(a)俯视图、(b)主视图及(c) 底视图；

图2是本实用新型的电化学气体传感器中的金属端子保护盖板的(a)俯视图、(b)主视图及(c)底视图；

图3是本实用新型的电化学气体传感器中的金属端子的(a)主视图与(b)侧视图；

图4是本实用新型的电化学传感器的封装示意图，其中(a)传感器芯片板与防尘透气盖板抽离、(b)非金属端子盖板侧及(c)金属端子盖板侧；

图5是本实用新型的电化学气体传感器的立体结构图。

图例说明：

1、防尘透气盖板；2、传感器芯片；3、金属端子保护盖板；4、金属端子；5、卡座固定器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，结合以下具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

实施例1

本实用新型的双滑轨式电化学传感器由防尘透气盖板1、传感器芯片2、金属端子4、金属端子保护盖板3以及卡座固定器5组成。

传感器芯片2的板材采用氧化铝陶瓷材料，电极为是叉指型，背面是包括第一电极(对电极)，第二电极(工作电极)和第三电极(参比电极)；传感器采用固态电解质，电解质覆盖于电极板背面的围坝内并涵盖于第一电极、第二电极、三电极上；围坝内的第一电极、第二电极板上开有大量的贯穿通气孔，传感器芯片正面的气体可经过通气孔，到达覆盖在背面的电解质及三电极。

防尘透气盖板1采用氧化铝陶瓷材料，其大小尺寸与传感器芯片一致。

如图1所示，卡座固定器5采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)材料，将防尘透气盖板1以及传感器芯片2进行固定，卡座固定器5底部设置有栅格状结构，栅格结构的缝隙凹陷处设置有金属端子固定孔，包括非贯穿式固定孔和贯穿式固定孔，其中每一组非贯穿式固定孔和贯穿式固定孔位于同一列栅格缝隙。

如图2所示，金属端子保护盖板3采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)材料，有条状限位设计，用于保护金属端子4，金属端子保护盖板3的结构与卡座固定器5底部的栅格结构相符合，可紧密覆盖贴合其上。

金属端子保护盖板3两面内侧和卡座固定器5底部栅格结构两面外侧分别设置有可相合的定位槽，两者可紧密贴合固定。

如图3所示，金属端子4采用铍铜镀金材料，能够有效的将传感电信号传输到初级放大电路中；金属端子4包括主杆、短端和长端，短端和长端位于主杆下方，主杆包括接触段和平滑段，接触段与传感器芯片2接触，传递信号；短端固定于非贯穿式固定孔，用于固定金属端子4位置；长端固定于贯穿式固定孔，用于固定金属端子4的同时与外部电路接触，传递信号。

实施例2

本实用新型的双滑轨式电化学传感器由防尘透气盖板1、传感器芯片2、金属端子4、金属端子保护盖板3以及卡座固定器5组成。

传感器芯片2的板材采用氧化铝陶瓷材料，电极为是叉指型，背面是包括第一电极(对电极)，第二电极(工作电极)和第三电极(参比电极)；传感器采用固态电解质，电解质覆盖于电极板背面的围坝内并涵盖于第一电极、第二电极、三电极上；围坝内的第一电极、第二电极板上开有大量的贯穿通气孔，传感器芯片正面的气体可经过通气孔，到达覆盖在背面的电解质及三电极。

防尘透气盖板1采用氧化铝陶瓷材料，其大小尺寸与传感器芯片一致。

卡座固定器5采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)材料，将防尘透气盖板1以及传感器芯片 2进行固定，卡座固定器5底部设置可为平滑突出结构，其上均匀设置有金属端子固定孔，包括非贯穿式固定孔和贯穿式固定孔，其中每一组非贯穿式固定孔和贯穿式固定孔位于同一列。

金属端子保护盖板3采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)材料，有条状限位设计，用于保护金属端子4，金属端子保护盖板3的结构与卡座固定器5底部结构相符合，可紧密覆盖贴合其上。

金属端子保护盖板3两面内侧和卡座固定器5底部突出结构两面外侧分别设置有可相合的定位槽，两者可紧密贴合固定。

金属端子4采用铍铜镀金材料，能够有效的将传感电信号传输到初级放大电路中；金属端子 4包括主杆、短端和长端，短端和长端位于主杆下方，主杆包括接触段和平滑段，接触段与传感器芯片2接触，传递信号；短端固定于非贯穿式固定孔，用于固定金属端子4位置；长端固定于贯穿式固定孔，用于固定金属端子4的同时与外部电路接触，传递信号。

实施例3

本实用新型的双滑轨式电化学传感器由防尘透气盖板1、传感器芯片2、金属端子4、金属端子保护盖板3以及卡座固定器5组成。

传感器芯片2的板材采用氧化铝陶瓷材料，电极为是叉指型，背面是包括第一电极和第二电极；传感器采用固态电解质，电解质覆盖于电极板背面的围坝内并涵盖于第一电极和第二电极；围坝内的第一电极、第二电极板上开有大量的贯穿通气孔，传感器芯片正面的气体可经过通气孔，到达覆盖在背面的电解质及两电极。

防尘透气盖板1采用氧化铝陶瓷材料，其大小尺寸与传感器芯片一致。

卡座固定器5采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)材料，将防尘透气盖板1以及传感器芯片 2进行固定，卡座固定器5底部设置有栅格状结构，栅格结构的缝隙凹陷处设置有金属端子固定孔，包括非贯穿式固定孔和贯穿式固定孔，其中每一组非贯穿式固定孔和贯穿式固定孔位于同一列栅格缝隙。

金属端子保护盖板3采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)材料，有条状限位设计，用于保护金属端子4，金属端子保护盖板3的结构与卡座固定器5底部的栅格结构相符合，可紧密覆盖贴合其上。

金属端子保护盖板3两面内侧和卡座固定器5底部栅格结构两面外侧分别设置有可相合的定位槽，两者可紧密贴合固定。

金属端子4采用铍铜镀金材料，能够有效的将传感电信号传输到初级放大电路中；金属端子 4包括主杆、短端和长端，短端和长端位于主杆下方，主杆包括接触段和平滑段，接触段与传感器芯片2接触，传递信号；短端固定于非贯穿式固定孔，用于固定金属端子4位置；长端固定于贯穿式固定孔，用于固定金属端子4的同时与外部电路接触，传递信号。

实施例4

本实用新型的双滑轨式电化学传感器由防尘透气盖板1、传感器芯片2、金属端子4、金属端子保护盖板3以及卡座固定器5组成。

传感器芯片2的板材采用氧化铝陶瓷材料，电极为是叉指型，背面是包括第一电极(对电极)，第二电极(工作电极)和第三电极(参比电极)；传感器采用固态电解质，电解质覆盖于电极板背面的围坝内并涵盖于第一电极、第二电极、三电极上；围坝内的第一电极、第二电极板上开有大量的贯穿通气孔，传感器芯片正面的气体可经过通气孔，到达覆盖在背面的电解质及三电极。

芯片板两端设置有加热片，用于调节芯片温度。

防尘透气盖板1采用氧化铝陶瓷材料，其大小尺寸与传感器芯片一致。

卡座固定器5采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)材料，将防尘透气盖板1以及传感器芯片 2进行固定，卡座固定器5底部设置有栅格状结构，栅格结构的缝隙凹陷处设置有金属端子固定孔，包括非贯穿式固定孔和贯穿式固定孔，其中每一组非贯穿式固定孔和贯穿式固定孔位于同一列栅格缝隙。

金属端子保护盖板3采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)材料，有条状限位设计，用于保护金属端子4，金属端子保护盖板3的结构与卡座固定器5底部的栅格结构相符合，可紧密覆盖贴合其上。

金属端子保护盖板3两面内侧和卡座固定器5底部栅格结构两面外侧分别设置有可相合的定位槽，两者可紧密贴合固定。

金属端子4采用铍铜镀金材料，能够有效的将传感电信号传输到初级放大电路中；金属端子 4包括主杆、短端和长端，短端和长端位于主杆下方，主杆包括接触段和平滑段，接触段与传感器芯片2接触，传递信号；短端固定于非贯穿式固定孔，用于固定金属端子4位置；长端固定于贯穿式固定孔，用于固定金属端子4的同时与外部电路接触，传递信号。

实施例5

根据实施例1的双滑轨式电化学气体传感器结构，如图4所示，本实用新型的双滑轨式电化学传感器具体封装过程包括以下步骤：

将三个金属端子4分别插入卡座固定器5的端子固定孔中，金属端子4的针脚朝着卡座固定器5(俯视图)垂直插入金属端子固定孔，此时全部金属端子4都被安装在卡座固定器5中。

卡座固定器5底部有突出的栅状结构，其整体形状与金属端子保护盖板3内部凹槽相符，侧面边缘处设置有彼此相容的定位槽卡扣，可以平滑推入并固定，将金属端子保护盖板3推入卡座固定器5，此时金属端子4部分被金属端子保护盖板3覆盖住。

将传感器芯片2的电解质面朝下以及三电极接触面朝金属端子4接触处水平推至到卡座固定器5的下卡槽内；芯片板上的三电极分别对应接触一个金属端子；最后将防尘透气盖板1水平推至到卡座固定器5的上卡槽内。

当环境气体经过防尘透气盖板1，透过传感器芯片2基板上的通气孔进入背面电极与电解质相反应，电极间产生电流的变化，该电流信号通过金属端子4传送到外部的传感器的前端电路，从而实现气体数据的采集。

实施例6

根据实施例2的双滑轨式电化学气体传感器结构，如图5所示，本实用新型的双滑轨式电化学传感器具体封装过程包括以下步骤：

将三个金属端子4分别插入卡座固定器5的端子固定孔中，金属端子4的针脚朝着卡座固定器5(俯视图)垂直插入金属端子固定孔，此时全部金属端子4都被安装在卡座固定器5中。

卡座固定器5底部平滑，金属端子保护盖板3为无凹槽结构，侧面边缘处设置有彼此相容的定位槽卡扣，可以平滑推入并固定，将金属端子保护盖板3推入卡座固定器5，此时金属端子4 部分被金属端子保护盖板3覆盖住。

将传感器芯片2的电解质面朝下以及三电极接触面朝金属端子4接触处水平推至到卡座固定器5的下卡槽内；芯片板上的三电极分别对应接触一个金属端子；最后将防尘透气盖板1水平推至到卡座固定器5的上卡槽内。

当环境气体经过防尘透气盖板1，透过传感器芯片2基板上的通气孔进入背面电极与电解质相反应，电极间产生电流的变化，该电流信号通过金属端子4传送到外部的传感器的前端电路，从而实现气体数据的采集。

实施例7

根据实施例3的双滑轨式电化学气体传感器结构，本实用新型的双滑轨式电化学传感器具体封装过程包括以下步骤：

将两个金属端子4分别插入卡座固定器5的端子固定孔中，金属端子4的针脚朝着卡座固定器5(俯视图)垂直插入金属端子固定孔，此时全部金属端子4都被安装在卡座固定器5中。

卡座固定器5底部有突出的栅状结构，其整体形状与金属端子保护盖板3内部凹槽相符，侧面边缘处设置有彼此相容的定位槽卡扣，可以平滑推入并固定，将金属端子保护盖板3推入卡座固定器5，此时金属端子4部分被金属端子保护盖板3覆盖住。

将传感器芯片2的电解质面朝下以及两电极接触面朝金属端子4接触处水平推至到卡座固定器5的下卡槽内；芯片板上的两电极分别对应接触一个金属端子；最后将防尘透气盖板1水平推至到卡座固定器5的上卡槽内。

当环境气体经过防尘透气盖板1，透过传感器芯片2基板上的通气孔进入背面电极与电解质相反应，电极间产生电流的变化，该电流信号通过金属端子4传送到外部的传感器的前端电路，从而实现气体数据的采集。

实施例8

根据实施例4的双滑轨式电化学气体传感器结构，如图4所示，本实用新型的双滑轨式电化学传感器具体封装过程包括以下步骤：

将五个金属端子4分别插入卡座固定器5的端子固定孔中，金属端子4的针脚朝着卡座固定器5(俯视图)垂直插入金属端子固定孔，此时全部金属端子4都被安装在卡座固定器5中。

卡座固定器5底部有突出的栅状结构，其整体形状与金属端子保护盖板3内部凹槽相符，侧面边缘处设置有彼此相容的定位槽卡扣，可以平滑推入并固定，将金属端子保护盖板3推入卡座固定器5，此时金属端子4部分被金属端子保护盖板3覆盖住。

将传感器芯片2的电解质面朝下以及三电极接触面朝金属端子4接触处水平推至到卡座固定器5的下卡槽内；芯片板上的三电极分别对应接触一个金属端子，两端加热片分别与一个金属端子接触；最后将防尘透气盖板1水平推至到卡座固定器5的上卡槽内。

当环境气体经过防尘透气盖板1，透过传感器芯片2基板上的通气孔进入背面电极与电解质相反应，电极间产生电流的变化，该电流信号通过金属端子4传送到外部的传感器的前端电路，从而实现气体数据的采集。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型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实用新型。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，本实用新型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实用新型内。

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过适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。本实用新型中所未详细描述的技术细节，均可通过本领域中的任一现有技术实现。特别的，本实用新型中所有未详细描述的技术特点均可通过任一现有技术实现。

Claims (9)

1.一种双滑轨式电化学气体传感器的封装结构，其特征在于，所述气体传感器包括防尘透气盖板(1)、传感器芯片(2)、金属端子(4)、金属端子保护盖板(3)以及卡座固定器(5)；所述传感器芯片(2)推划放置于所述卡座固定器(5)中，所述防尘透气盖板(1)推划放置于所述卡座固定器(5)中，位于所述传感器芯片(2)上方；所述金属端子(4)安装固定在所述卡座固定器(5)中，并通过与所述传感器芯片(2)接触传输传感器的电流变化，所述金属端子保护盖板(3)覆盖固定于所述金属端子(4)的平滑段。

2.根据权利要求1所述的一种双滑轨式电化学气体传感器的封装结构，其特征在于，所述卡座固定器(5)具有卡槽，其数量为两条及以上，所述卡槽中分别固定有所述传感器芯片(2)和所述防尘透气盖板(1)。

3.根据权利要求1所述的一种双滑轨式电化学气体传感器的封装结构，其特征在于，所述卡座固定器(5)上有端子固定孔，可安装固定所述金属端子(4)；所述端子固定孔包括贯穿式固定孔和非贯穿式固定孔。

4.根据权利要求3所述的一种双滑轨式电化学气体传感器的封装结构，其特征在于，所述金属端子包括主杆、短端和长端，所述短端和所述长端位于所述主杆下方，所述主杆包括接触段和平滑段，所述接触段与所述传感器芯片(2)接触，传递信号；所述短端固定于所述非贯穿式固定孔，用于固定所述金属端子(4)位置；所述长端固定于所述贯穿式固定孔，用于固定所述金属端子(4)的同时与外部电路接触，传递信号。

5.根据权利要求4所述的一种双滑轨式电化学气体传感器的封装结构，其特征在于，所述金属端子(4)数量与所述传感器芯片(2)的电极数量对应。

6.根据权利要求5所述的一种双滑轨式电化学气体传感器的封装结构，其特征在于，所述传感器芯片(2)包括第一电极、第二电极和第三电极，三电极构成围坝，并覆盖有电解质；所述第一电极和所述第二电极区域开有大量通气孔；所述传感器芯片(2)还具有金属电极化导通孔；所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极分别与所述金属端子(4)的接触段接触。

7.根据权利要求1所述的一种双滑轨式电化学气体传感器的封装结构，其特征在于，所述卡座固定器(5)和所述金属端子保护盖板(3)采用热固性材料，包括聚对苯二甲酸丁二醇酯。

8.根据权利要求1所述的一种双滑轨式电化学气体传感器的封装结构，其特征在于，所述防尘透气盖板(1)采用陶瓷材料，其表面开有大量通气孔。

9.根据权利要求1所述的一种双滑轨式电化学气体传感器的封装结构，其特征在于，所述金属端子(4)采用中高强度金属材料。

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