一种气体传感器封装用阻隔臭氧透过的多孔陶瓷及其制备方法和应用与流程

本发明涉及传感器，具体涉及一种气体传感器封装用阻隔臭氧透过的多孔陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近些年来，国内外气体传感器技术发展迅速，其中以mems为主的小微型气体传感器因能耗低、体积小以及灵敏度高等特点，成为气体传感器未来发展主要方向。虽然目前市面上的气体传感器性能极佳，但大多数气体传感器由于一级封装材料的局限性，无法在保证疏水透气性能的前提下兼顾机械强度、导热性与长期稳定性等性能，从而导致传感器的使用寿命大打折扣。

2、目前市面上的气体传感器封装材料主要为防水透气膜。虽然防水透气膜有着不俗的防水透气性能，但由于其属于高分子薄膜材料，在复杂的工作环境中长时间使用容易老化破损，导致其使用寿命缩短。此外，防水透气膜避光性能差、成本较高以及不具备气体选择过滤性，这些因素都导致了其作为气体传感器封装材料的局限性。防水透气膜产品在防水过程中，上方的支撑层通常由pet或钢片等材料制成，在加工制造过程中，支撑层表面可能会存在一些毛刺等尖锐残留物，防水透气膜在使用时受到外界水或其他介质冲击会发生变形，毛刺与防水透气膜的变形部位接触，相互挤压的情况下容易刺穿防水透气膜，造成电子设备进水，导致设备损坏。为此也有保护防水透气膜的相关专利产品诞生，如防破损防水透气膜组件(公告号为cn214654621u的中国专利申请文献)，但这些产品并不能让防水透气膜自身性能得到实质性提升，相反还会增加生产成本，适用范围大大缩小。

3、在电子封装材料中，陶瓷封装占据着很大的比重。陶瓷封装的优点是机械强度高、电绝缘性好、耐湿、耐热冲击、可靠性高、可批量化生产、避光性好以及使用寿命长等特点(李婷婷，彭超群，王日初，王小锋，刘兵.电子封装陶瓷基片材料的研究进展[j].中国有色金属学报，2010，20(07):1365-1374.doi:10.19476/j.ysxb.1004.0609.2010.07.019)。但是传统的封装陶瓷为了得到较高的机械强度和遮光性，往往透气性能比较差；当追求高透气性能时，疏水性能和机械强度又难以满足要求。这些原因就导致了在气体传感器封装领域陶瓷的应用实例极少。

4、因此为了提高气体传感器使用寿命，保障其工作稳定性与可靠性，研发一种既疏水透气又具备选择透过性的高强度封装材料就显得尤为重要。

5、公开号为cn114085091a的中国专利申请文献公开了一种氧化铝滤层的制备方法、制得的滤层及其在传感器中的应用，其制备方法包括以下步骤：(1)将氧化铝粉置于球磨罐中，加入去离子水、聚乙二醇，球磨，然后加入聚乙烯醇缩丁醛树脂、邻苯二甲酸二辛酯继续球磨；(2)将球磨后的浆料取出，排除浆料中的气泡，过筛后，置于模具中干燥；(3)将干燥后的块体从模具中脱离，然后进行烧结。其制备的滤层固体间颗粒相互键联，晶粒长大，孔隙和晶界逐渐减少，体积收缩，密度增加，力学性能提高，使滤层表面密实，改善孔结构，降低气孔率，极大的提高了滤层的气体选择性能，尤其是针对乙醇等挥发性气体，但是其阻隔氧化性气体的能力欠佳。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何提高传感器封装用陶瓷阻隔氧化性气体的性能。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：

3、一种气体传感器封装用阻隔臭氧透过的多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将煅烧氧化铝、氧化锌、氧化铁、氧化铬、氧化镁、玉米淀粉和水于球磨装置中进行球磨；

5、s2、在s1中的球磨装置中加入甲基纤维素、聚乙二醇、丙三醇和聚乙烯醇，球磨后得到陶瓷浆料；

6、s3、将s2中的陶瓷浆料干燥、研磨、过筛后压制形成陶瓷生胚；

7、s4、将陶瓷生胚在空气氛围下烧结得到陶瓷片；

8、s5、将聚四氟乙烯浓缩分散液加至清洗后的陶瓷片上，然后在惰性气体保护下进行烧结得到所述气体传感器封装用阻隔臭氧透过的多孔陶瓷。

9、优选地，在s1中，所述煅烧氧化铝的制备方法包括以下步骤：将氧化铝置于马弗炉中以5℃/min的升温速率升温至1200℃，随后恒温2h，冷却后得到所述煅烧氧化铝。

10、优选地，在s1中，所述煅烧氧化铝、氧化锌、氧化铁、氧化铬、氧化镁、玉米淀粉的重量比为5-12：0.1-5：0.05-0.1：0.05-0.1：0.1-0.25：0.1-5；所述煅烧氧化铝与水的质量体积比为5-12g：20ml。

11、优选地，在s1中，所述球磨的转速为600r/min，时间为6h；在s2中，所述球磨的转速为600r/min，时间为24h。

12、优选地，s1中的煅烧氧化铝与s2中的甲基纤维素的质量比为5-12：0.1-0.3；在s2中，所述聚乙烯醇为质量分数为10％的聚乙烯醇溶液，所述甲基纤维素、聚乙二醇、丙三醇和质量分数为10％的聚乙烯醇溶液的用量比为0.1-0.3g：0.1-0.2g：0.1-0.5ml：1-2ml。

13、优选地，在s3中，所述压制的压力为20mpa，时间为1min。

14、优选地，在s4中，将陶瓷生胚置于马弗炉中，在空气氛围下以1.5℃/min的升温速率升至500℃恒温1h，随后以3℃/min的升温速率升温至1400℃恒温烧结6h，随炉温冷却后取出得到所述陶瓷片。

15、优选地，在s5中，将聚四氟乙烯浓缩分散液加至清洗后的陶瓷片上，然后在氮气氛围下以4℃/min的升温速率升温至400℃恒温烧结4h得到所述气体传感器封装用阻隔臭氧透过的多孔陶瓷。

16、本发明还提出一种气体传感器封装用阻隔臭氧透过的多孔陶瓷，采用所述的气体传感器封装用阻隔臭氧透过的多孔陶瓷的制备方法制备而成。

17、本发明还提出一种抗臭氧气体传感器，含有所述的气体传感器封装用阻隔臭氧透过的多孔陶瓷。

18、本发明的优点在于：

19、(1)与传统的防水透气膜封装相比，多孔陶瓷封装具有良好的机械性能，更长的耐久度以及良好的避光性，能够在复杂的工作环境中有效地保护传感器内部芯片与材料；

20、(2)多孔陶瓷封装成本低，适合大批量生产；

21、(3)多孔陶瓷封装对部分气体具有选择透过性，并且可以根据实际需求更改配方，选择性过滤掉不同气体，可以增强传感器的使用稳定性；

22、(4)多孔陶瓷封装体积更小，集成度更高。

23、(5)相较于现有陶瓷封装材料，本发明的多孔陶瓷封装具有透气性好且疏水的特点，与3225传统镂孔盖板封装的气体传感器相比，其能保证在同种条件下传感器响应度相同。

24、(6)相较于现有陶瓷封装材料，本发明的多孔陶瓷由于催化材料以及孔径大小的原因，其可以对部分气体具备选择透过性。如多孔陶瓷的抗臭氧性能，该性能能够保证气体传感器在复杂环境下工作阻值的稳定性(性能稳定)，降低气体传感器的误报率。

25、(7)本发明的陶瓷具有抗氧化性气体的特性，其中对臭氧气体有着优异的阻隔特性，而对于其它各种气体的透过率不受影响，用于封装半导体气体传感器，能保证其稳定工作且其具有更好疏水透气性能，能够通过双85老化实验，在高温高湿条件下仍然能够保持其性能稳定。

26、本发明制备了一种新型多孔陶瓷作为封装材料，确保传感器防水、防尘、透气、可靠性提高、使用寿命延长且在空气中长期稳定；同时确保气体传感器封装材料的机械强度提高，避光性能与导热性能增强，生产成本降低，能够有效保障传感器芯片的安全稳定性；多孔陶瓷封装材料具备一定的气体选择过滤性，扩大气体传感器在特种环境中的应用范围。

27、附图说明

28、图1为本发明实施例1中制备的多孔陶瓷作为传感器封装盖板示意图；

29、图2为采用本发明实施例1中制备的多孔陶瓷和3225传统镂孔盖板封装的传感器对乙醇响应值的变化情况；

30、图3为采用本发明实施例1中制备的多孔陶瓷和3225传统镂孔盖板封装的传感器对r22、r454b、乙醇气体响应值的变化情况；

31、图4为采用本发明实施例1中制备的多孔陶瓷和3225传统镂孔盖板封装的传感器对臭氧气体响应值的变化情况；

32、图5为水滴在陶瓷表面形成疏水角的示意图；

33、图6为水滴在实施例1制备的陶瓷表面形成的疏水角；

34、图7为采用本发明实施例1和对比例1中制备的多孔陶瓷封装的传感器对臭氧气体响应值的变化情况；

35、图8为采用本发明实施例1和对比例2中制备的多孔陶瓷封装的传感器对氢气气体响应值的变化情况。