一種提高聲表面波氣體傳感器響應穩定性的裝置的製作方法

2023-05-27 07:50:41 3

專利名稱：一種提高聲表面波氣體傳感器響應穩定性的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及聲表面波氣體傳感器技術領域，尤其涉及一種提高聲表面波氣體傳 感器響應穩定性的裝置。
背景技術：
現有的聲表面波氣體傳感器在恆定濃度的待測氣氛中的響應通常是不穩定的， 這是因為在固定聲表面波氣體傳感器時採用了粘接劑(要麼將SAW傳感器直接粘貼在電 路板上，要麼將SAW傳感器粘貼到TO-39等基座上後再插接或焊接在電路板上)。由於 粘接劑是環氧、矽橡膠等有機物，會吸附氣體，吸附導致的溶脹效應會在傳感器的基板 上產生很大的應力。眾所周知，SAW氣體傳感器同其他類型的SAW傳感器一樣，對應 力也是很敏感的，因而使得SAW氣體傳感器的響應值無法穩定在一個恆定的水平。

發明內容
本發明所要解決的問題是如何提供一種提高聲表面波氣體傳感器響應穩定性 的裝置，該裝置克服了現有的SAW氣體傳感器由於粘接劑吸附氣體所導致的響應不穩的 問題。本發明所提出的技術問題是這樣解決的提供一種提高聲表面波氣體傳感器響 應穩定性的裝置，包括一個電路板和直接粘貼在電路板上的一個或多個聲表面波氣體傳 感器，所述聲表面波氣體傳感器包括基板、電極和敏感薄膜，其特徵在於還包含一個長條形的中空金屬罩和一個氣密墊圈，所述金屬罩通過中間的氣密 墊圈而緊扣在基板上從而形成一個密閉金屬氣室，金屬氣室具有一個進氣口與外界大氣 相通和一個排氣口與微型氣泵相通；所述金屬罩的寬度比基板的寬度窄，而金屬罩中空 部分的寬度比電極的寬度大，使得電極和敏感薄膜位於金屬氣室的中空部分，而電極的 焊盤沒被金屬罩遮住而暴露在外以便進行引線焊接。按照本發明所提供的提高聲表面波氣體傳感器響應穩定性的裝置，其特徵在 於，所述聲表面波氣體傳感器的電極有不同的結構，對於延遲線型的傳感器電極由一對 叉指電極構成，對於諧振器型傳感器電極包含一對或一個叉指電極和一對反射柵，對於 表面橫波型的傳感器電極包含一對叉指電極、一對反射柵和一個匯聚柵。按照本發明所提供的提高聲表面波氣體傳感器響應穩定性的裝置，其特徵在 於，所述聲表面波氣體傳感器包括製作在壓電單晶基板上的聲表面波氣體傳感器或製作 在非壓電單晶基板上的壓電薄膜型聲表面波氣體傳感器。本發明的突出特點是採用了一個細長條形的氣室，該氣室的寬度比聲表面波氣 體傳感器所用的基板還窄，因此不能將整個聲表面波氣體傳感器放入氣室內，而僅能將 位於基板中心部位的敏感薄膜放入氣室內。這樣在氣室內泵入外界大氣時，基板起到了 隔離作用，使得基板上面的敏感薄膜暴露在外界大氣之下，而基板下面的粘接劑接觸不 到氣體，從而避免了由於粘接劑吸氣產生的應力所導致的聲表面波氣體傳感器響應不穩的問題。此外，本發明的氣室的容積幾乎達到了最小化，大大減少了外界氣體在氣室內 的濃度平衡時間，有利於縮短傳感器的響應時間和解吸時間。再者，氣室採用金屬製作，還具有電磁屏蔽的功能，能防止多個聲表面波氣體 傳感器之間的電磁幹擾。需要說明的是，為實現本發明，需要定製聲表面波器件。現有的聲表面波氣體 傳感器，多採用商用聲表面波濾波器，將TO-39封裝開蓋後鍍上敏感膜而成。顯然，這 種帶封裝的器件不再適用於本專利，而需要定製器件。在電極版圖設計時需要拉大焊盤 與電極之間的距離，以便安放金屬罩。


圖1為本發明的長條形金屬罩；圖2為金屬罩的安裝示意圖；其中，1為金屬罩，2為氣密墊圈，3為進氣口，4為排氣口，5為溝槽，6為敏 感薄膜，7為基板，8為反射柵，9為叉指電極，10為焊盤，11為電路板，12為粘接劑
具體實施例方式下面結合附圖1和2以及實施例對本發明作進一步描述該提高聲表面波氣體傳感器響應穩定性的裝置，包含一個長條形的中空金屬罩 和一個氣密墊圈，所述金屬罩通過中間的氣密墊圈而緊扣在基板上從而形成一個密閉金 屬氣室，金屬氣室具有一個進氣口與外界大氣相通和一個排氣口與微型氣泵相通；所述 金屬罩的寬度比基板的寬度窄，而金屬罩中空部分的寬度比電極的寬度大，使得電極和 敏感薄膜位於金屬氣室的中空部分，而電極的焊盤沒被金屬罩遮住而暴露在外以便進行 引線焊接。以下是本發明的一個具體製備方法首先定製加工聲表面波氣體傳感器所用的SAW器件，基板7採用ST石英，長 度W為12mm，寬度L2為10mm，電極(包括叉指電極9和反射柵8)採用雙端諧振型結 構，電極的寬度Ll為1mm，特意加大焊盤10與電極之間的距離，使得焊盤距離電極中 心線為3.5mm。在電極中心部位噴塗敏感聚合物薄膜6。接著，根據該特製的SAW氣體傳感器的尺寸，加工如圖1所示的長條形金屬罩 1。金屬罩的寬度L為5mm，總長為40mm，設置了兩個安放SAW傳感器的凹臺，兩個 凹臺間隔4mm，並在整個長度方向上布設了一條矩形溝槽5，溝槽位於金屬罩的中心， 尺寸為3X3mm，在溝槽的前後開口各接有一個不鏽鋼管作為進氣口 3和排氣口 4。最後是金屬罩的安裝。按照金屬罩的尺寸，將兩個SAW氣體傳感器用環氧樹脂 (粘接劑12)固定在電路板11上，在基板上沿虛線所示的位置墊上橡膠圈(氣密墊圈2) 後，將金屬罩壓在橡膠圈上。金屬罩中有螺絲孔(未畫出)，用螺釘將其固定在電路板 上。
權利要求
1.一種提高聲表面波氣體傳感器響應穩定性的裝置，包括一個電路板和直接粘貼在 電路板上的一個或多個聲表面波氣體傳感器，所述聲表面波氣體傳感器包括基板、電極 和敏感薄膜，其特徵在於還包含一個長條形的中空金屬罩和一個氣密墊圈，所述金屬罩通過中間的氣密墊圈 而緊扣在基板上從而形成一個密閉金屬氣室，金屬氣室具有一個進氣口與外界大氣相通 和一個排氣口與微型氣泵相通；所述金屬罩的寬度比基板的寬度窄，而金屬罩中空部分 的寬度比電極的寬度大，使得電極和敏感薄膜位於金屬氣室的中空部分，而電極的焊盤 沒被金屬罩遮住而暴露在外以便進行引線焊接。
2.根據權利要求1所述的一種提高聲表面波氣體傳感器響應穩定性的方法，其特徵在 於，所述聲表面波氣體傳感器的電極有不同的結構，對於延遲線型的傳感器電極由一對 叉指電極構成，對於諧振器型傳感器電極包含一對或一個叉指電極和一對反射柵，對於 表面橫波型的傳感器電極包含一對叉指電極、一對反射柵和一個匯聚柵。
3.根據權利要求1所述的一種提高聲表面波氣體傳感器響應穩定性的方法，其特徵在 於，所述聲表面波氣體傳感器包括製作在壓電單晶基板上的聲表面波氣體傳感器或製作 在非壓電單晶基板上的壓電薄膜型聲表面波氣體傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種提高聲表面波氣體傳感器響應穩定性的裝置，系在聲表面波氣體傳感器的基板上安放一個金屬罩而形成氣室，金屬罩的寬度比基板的寬度窄，而金屬罩中空部分的寬度比電極的寬度大，使得電極和敏感薄膜位於金屬氣室的中空部分，從而在泵入外界氣體時基板起到了隔離作用，使得只有基板上面的敏感薄膜吸附氣體而基板背後的粘接劑不能和氣體接觸，從而避免了粘接劑吸氣後由於溶脹效應而導致的應力，進而解決了由該應力所引起的聲表面波氣體傳感器響應不穩的問題。此外，金屬氣室還具有電磁屏蔽的功能，可避免多個聲表面波氣體傳感器的相互幹擾。本發明的方案實現了氣室的最小化，有助於縮短傳感器的響應時間。
文檔編號G01N29/02GK102012399SQ20101029327
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月27日 優先權日2010年9月27日
發明者杜曉松, 肖華, 胡佳, 蔣亞東 申請人:電子科技大學