一种气体传感器的绝热封装结构及绝热封装方法与流程

本发明属于传感器的封装技术领域，具体涉及一种气体传感器的绝热封装结构及绝热封装方法。

背景技术：

传统的气体传感器封装技术主要包括TO封装、DIP陶瓷管座封装等，但是上述封装结构存在的主要问题是基底均为热导率较高的金属和陶瓷材料，高导热率的基底材料导致用于维持芯片工作的热量通过基底、以及各种接触部件而散失，造成传感器功耗增大（约占70%），且加热到工作温度需要的稳定时间较长（大于15min），对气体传感器的实际应用带来了诸多问题。因此，热隔离技术对于氢气传感器性能指标的作用异常显著。

而现有的热隔离技术主要是通过选择绝热材料或者热隔离部件来实现的，例如，通过多根引线将传感器芯片悬空于基座上部，而使芯片与封装基座之间通过空气隔离，但这种封装结构需要大量的引线才能保证结构上的可靠，一方面传感器体积增大，而另一方面来说，大量的热量通过引线而散失。实际中，这种绝热结构的热隔离效果并不显著。

因此，现有气体传感器通过引线悬空的方式是不能取得较好的隔热效果的，而且带来了比较复杂的传感器结构，造成结构复杂，成本增高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单，具有较好隔热效果的气体传感器的绝热封装结构及绝热封装方法。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种气体传感器的绝热封装结构，所述气体传感器具有传感器芯片，所述绝热封装结构包括具有内腔的外壳及固定设置在所述外壳内的具有内腔的封装壳体，所述封装壳体的内腔通过所述封装壳体的一端和所述外壳的一端与外界连通，所述封装壳体的另一端密封，所述绝热封装结构还包括用于安装所述传感器芯片的柔性基板及一端与所述柔性基板连接的连接导线，所述柔性基板与所述封装壳体固定设置且所述柔性基板位于所述封装壳体内使得所述传感器芯片悬置于所述封装壳体内，所述连接导线的另一端依次穿过所述封装壳体的密封端、所述外壳的另一端延伸出所述外壳外。

根据本发明，为了进一步解决热量散失问题，所述封装壳体的材质为高分子材料，所述外壳的材质也选择高分子材料。又为了适用气体传感器的使用条件，高分子材料需选择能够耐腐蚀性、耐氧化性、耐酸碱、耐矿物油等性能，温度-40℃~150℃可使用，优选地，高分子材料可选聚苯硫醚。

优选地，所述柔性基板为PI柔性基板。

优选地，所述柔性基板内具有导线，所述传感器芯片上连接有引线且所述传感器芯片通过所述引线与所述柔性基板内的导线电气连接，所述柔性基板内的导线还与所述连接导线电气连接。

优选地，所述外壳的内腔内设置有用于防止所述封装壳体脱离所述外壳的限位部。

优选地，所述外壳的另一端部和所述封装壳体的密封端之间、所述外壳的内侧壁和封装壳体的外侧壁之间分别填充有密封胶。

优选地，所述外壳为两端分别与外界连通的圆柱形外壳，由二个半圆形壳体构成，二个所述半圆形壳体的外侧面相对的位置分别开设环形凹槽，所述二个半圆形壳体通过设置在所述环形凹槽内弹性圈相对固定。

优选地，所述封装壳体为一端与外界连通的圆柱形封装壳体，由二个半圆形壳体构成，所述柔性基板的二侧部分别位于二个半圆形壳体之间。

本发明采取的又一技术方案是：

一种气体传感器的绝热封装方法，包括以下步骤：

（1）将传感器芯片安装在内部具有导线的柔性基板上使得所述传感器芯片通过引线与所述柔性基板内的导线电气连接；

（2）将步骤（1）处理后的柔性基板与连接导线的一端连接使得所述连接导线与所述引线通过柔性基板内的导线电气连接；

（3）将经步骤（2）处理后的柔性基板固定设置在一端与外界连通而另一端密封的且具有内腔的封装壳体内，使所述连接导线的另一端穿过所述封装壳体的密封端延伸出所述封装壳体外；

（4）将经步骤（3）处理后的封装壳体安装在两端分别与外界连通的且具有内腔的外壳内，使得所述封装壳体的内腔通过所述封装壳体的所述一端和外壳的一端与外界连通，所述连接导线的另一端穿过所述外壳的另一端延伸出所述外壳外；

（5）从经步骤（4）的处理后的外壳的另一端部向所述外壳内填充密封胶以使所述外壳的所述另一端部和所述封装壳体的密封端之间、所述外壳的内侧壁和封装壳体的外侧壁之间分别填充有所述密封胶。

优选地，所述封装壳体的材质为高分子材料。更优选地，所述封装壳体的材质为聚苯硫醚。

优选地，所述外壳的材质为高分子材料。更优选地，所述外壳的材质为聚苯硫醚。

优选地，所述柔性基板为PI柔性基板。

由于上述技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明的绝热封装结构将传感器芯片安装在柔性基板上且传感器芯片悬置于封装壳体的内腔内，传感器芯片不直接与封装壳体接触，极好的解决了热量散失的问题，同时在结构上不明显降低可靠性且结构简单，明显降低了加热功耗水平，传感器预热时间小于5min。

本发明的绝热封装结构将传感器芯片安装在柔性基板上，连接导线又与柔性基板连接，使得本发明具有极好的绝热效果，并解决了传感器芯片与连接导线的电气连接问题，确保传感器稳定工作。

附图说明

图1是本发明气体传感器的绝热封装结构示意图；

图2是本发明气体传感器的绝热封装结构剖视示意图；

图3为图2中A处放大图；

图中：1、外壳；2、封装壳体；3、传感器芯片；4、柔性基板；5、连接导线；6、凹槽；7、弹性圈；8、限位部。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1~3所示，一种气体传感器的绝热封装结构，气体传感器具有传感器芯片3，该绝热封装结构包括具有内腔的外壳1及固定设置在外壳1内的具有内腔的封装壳体2，封装壳体2的内腔通过封装壳体2的一端和外壳1的一端与外界连通，封装壳体2的另一端密封，该绝热封装结构还包括用于安装传感器芯片3的柔性基板4及一端与柔性基板4连接的连接导线5，柔性基板4内具有导线，传感器芯片3上连接有引线且传感器芯片3通过引线与柔性基板4内的导线电气连接，柔性基板4内的导线还与连接导线5电气连接，柔性基板4与封装壳体2固定设置且柔性基板4位于封装壳体2内使得传感器芯片3悬置于封装壳体2内，连接导线5的另一端依次穿过封装壳体2的密封端、外壳1的另一端延伸出外壳1外。

为了进一步解决热量散失问题，封装壳体2和外壳1的材质均选用高分子材料，如二者均选用聚苯硫醚。

本例中，柔性基板4选用PI柔性基板。

为防止封装壳体2脱离外壳1，在外壳1的内腔内设置有限位部8，限位部8的侧面与封装壳体2的一端部的端面相抵紧。

在外壳1的另一端部和封装壳体2的密封端之间、外壳1和内侧壁和封装壳体2的外侧壁之间分别填充有密封胶，该密封胶起到密封作用和固定外壳1、封装壳体2和连接导线5的作用。

具体地，外壳1为两端分别与外界连通的圆柱形外壳，由二个半圆形壳体构成，二个半圆形壳体的外侧面相对的位置分别开设环形凹槽6，二个半圆形壳体通过设置在环形凹槽6内的弹性圈7相对固定；封装壳体2为一端与外界连通、另一端密封的圆柱形封装壳体，由二个半圆形壳体构成，柔性基板4的二侧部分别位于二个半圆形壳体之间并通过二个半圆形壳体夹紧固定，连接导线5的另一端穿过封装壳体2的密封端延伸出封装壳体2外。

圆柱形外壳和圆柱形封装壳体同轴设置。

本发明的绝热封装结构将传感器芯片安装在柔性基板上，柔性基板又固定在高分子材料的封装壳体内并使得传感器芯片悬置于封装壳体内，极好的解决了热量散失问题，且高分子材料导热率低，该绝热封装结构也降低了传感器热平衡的时间。另一方面，传感器芯片通过引线与柔性基板内的导线电气连接，而柔性基板内的导线还与连接导线电气连接，所述传感器芯片也与连接导线电气连接，此连接方式具有极好的绝热效果，热量不会通过引线散失，并此连接方式还解决了传感器芯片与连接导线的电气连接问题，可以确保传感器稳定工作。

本发明的气体传感器的绝热封装方法，包括以下步骤：

（1）将传感器芯片3安装在内部有覆铜导线的柔性基板4上使得传感器芯片3通过引线与柔性基板4内的覆铜导线电气连接；

（2）将经步骤（1）处理后的柔性基板4与连接导线5的一端连接使得连接导线5通过柔性基板4内的覆铜导线与引线电气连接；

（3）将经步骤（2）处理后的柔性基板4固定设置在一端与外界连通而另一端密封的且具有内腔的封装壳体2内，并使得连接导线5的另一端穿过封装壳体2的密封端延伸出封装壳体2外；

（4）将经步骤（3）处理后的封装壳体2安装在两端部分别与外界连通的且具有内腔的外壳1内，使得封装壳体2的内腔通过封装壳体2的一端和外壳1的一端与外界连通，连接导线5的另一端穿过外壳1的另一端延伸出外壳1外；

（5）从经步骤（4）处理后的外壳1的另一端向外壳1内填充密封胶使得外壳1的另一端部和封装壳体2的密封端之间、外壳1的内侧壁和封装壳体2的外侧壁之间分别填充有密封胶。

上述中的封装壳体2采用圆柱形封装壳体，材质选用聚苯硫醚，由二个半圆形壳体构成，柔性基板4的二侧部分别位于二个半圆形壳体之间，柔性基板4通过二个半圆形壳体夹紧固定；外壳1采用圆柱形外壳，材质选用聚苯硫醚，由二个半圆形壳体构成，二个半圆形壳体的外侧面相对的位置分别开设环形凹槽6，二个半圆形壳体通过设置在环形凹槽6内弹性圈7相对固定。圆柱形封装壳体和圆柱形外壳同轴设置。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。