專利名稱：一種金屬氧化物氣敏元件陣列的封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種封裝技術(shù)，涉及金屬氧化物氣敏元件陣列領(lǐng)域，具體為一種金屬氧化物氣敏元件陣列的封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
以氣體傳感器元件陣列為核心的電子鼻，是一種模擬生物嗅覺的分析儀器，相對(duì)于傳統(tǒng)的氣體分析儀器，其具有可便攜、分析快速、操作簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于食品質(zhì)量檢測(cè)與控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、公共安全、醫(yī)療衛(wèi)生和航空航天等各種氣味分析場(chǎng)合。而在所 有電子鼻的氣敏元件類型中，金屬氧化物(MOX)氣敏元件因其具有敏感度高、響應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)，成為世界上產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣泛的一類氣體傳感器。目前的電子鼻技術(shù)也正向著更攜帶、更輕便的方向發(fā)展。金屬氧化物形成氣敏元件陣列(元件個(gè)數(shù)彡I)時(shí)，正常工作溫度通常為200°C 300°C。目前成熟的氣敏膜制備方法為絲網(wǎng)印刷技術(shù)，其所得到的承載陣列氣敏膜的基片尺寸一般為毫米級(jí)，因而陣列基片會(huì)有一定的熱耗散。陣列的熱耗散直接決定了陣列的功耗；而可攜式設(shè)備對(duì)功率有嚴(yán)格限制，因此減小陣列熱耗散是電子鼻設(shè)備可便攜的前提。氣敏元件陣列的封裝結(jié)構(gòu)很大程度上決定了功耗的大小。目前常用的氣敏元件陣列封裝結(jié)構(gòu)存在機(jī)械穩(wěn)定差、封裝工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，例如基片直接與基座粘合，該結(jié)構(gòu)散熱大，并且容易脫落，強(qiáng)度不夠；用釬焊連接的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為懸掛式，工藝復(fù)雜。因此改善氣敏元件陣列的封裝結(jié)構(gòu)，有助于電子鼻設(shè)備的便攜化，有重大的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種金屬氧化物氣敏元件陣列的封裝結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)功耗小，工藝簡(jiǎn)單，機(jī)械穩(wěn)定性好，不僅能夠以傳統(tǒng)TO基座作為封裝基座，還可以用電路板作為基座，成本更低，也可方便地實(shí)現(xiàn)各種模組功能；本發(fā)明還提供了一種封裝方法。本發(fā)明提供的一種金屬氧化物氣敏元件陣列的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其結(jié)構(gòu)為基片上設(shè)置金屬氧化物氣敏元件陣列，基片固定在金屬撐架上；金屬撐架固定在TO基座或電路板上使基片的懸掛；陣列基片上的信號(hào)電極與TO基座或電路板上的電極連接。本發(fā)明提供的一種金屬氧化物氣敏元件陣列的封裝方法，其特征在于，該方法包括下述步驟第I步通過絲網(wǎng)印刷得到金屬氧化物氣敏元件陣列基片；第2步根據(jù)基片電極空白處的位置設(shè)計(jì)金屬撐架，包括金屬撐架卡扣的位置和形狀，得到金屬撐架；第3步將基片通過卡扣固定于金屬撐架上；第4步將金屬撐架通過粘結(jié)方式固定在TO基座或電路板上，實(shí)現(xiàn)陣列基片的懸掛;第5步將陣列基片上的信號(hào)電極與TO基座或電路板上的電極連接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的引出。金屬氧化物作為氣敏元件時(shí)，工作溫度通常為200°C 300°C，另一方面可攜式設(shè)備本身對(duì)功率也有一定需求，因此減小熱耗散是改善可攜式電子鼻設(shè)備的重要手段。而氣敏元件的封裝形式很大程度上決定了功耗的大小。本發(fā)明與現(xiàn)有金屬氧化物氣敏元件陣列封裝技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)I.本發(fā)明中金屬氧化物氣敏元件陣列封裝結(jié)構(gòu)的散熱小。由于金屬撐架與陣列基片的面積小，在金屬氧化物氣敏元件200° °C 300°C的工作溫度下，單元件功耗僅為(80mW ISOmW)，性能優(yōu)于目前商用的封裝形式(200mW 300mff)。2.本發(fā)明中金屬氧化物氣敏元件陣列封裝結(jié)構(gòu)的制備工藝簡(jiǎn)單。相對(duì)于傳統(tǒng)工藝，如釬焊等連接方式，制備工藝過程非常簡(jiǎn)單。3.本發(fā)明中金屬氧化物氣敏元件陣列封裝結(jié)構(gòu)的機(jī)械穩(wěn)定性好。采用卡扣的方式將陣列基片固定于金屬撐架上，反復(fù)冷熱沖擊下不易脫落，機(jī)械穩(wěn)定性好。4.本發(fā)明中金屬氧化物氣敏元件陣列封裝結(jié)構(gòu)，不僅能夠以傳統(tǒng)TO基座作為封裝基座，還可以用電路板作為基座，成本更低，也可方便地實(shí)現(xiàn)各種模組功能。本發(fā)明中金屬氧化物氣敏元件陣列封裝結(jié)構(gòu)，通過金屬撐架的引腳，可以與各種型號(hào)傳感器基座粘合，也可以與電路板直接粘合。且當(dāng)此封裝結(jié)構(gòu)與電路板直接粘合時(shí)，更節(jié)省空間，也能更方便的實(shí)現(xiàn)各種功能化的模組電路。


圖I是本發(fā)明中金屬氧化物氣敏元件陣列封裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中封裝結(jié)構(gòu)的金屬撐架示意圖；圖3是本發(fā)明中金屬氧化物氣敏8元件陣列封裝結(jié)構(gòu)的溫度-功耗實(shí)例圖。
具體實(shí)施例方式下面通過借助實(shí)施例更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，但以下實(shí)施例僅是說明性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。如圖I所示，本發(fā)明提供的一種金屬氧化物氣敏元件陣列的封裝結(jié)構(gòu)為絲網(wǎng)印刷得到的金屬氧化物氣敏元件(元件個(gè)數(shù)> I)陣列基片1，通過卡扣的方式固定在金屬撐架2上。金屬撐架通過粘結(jié)方式固定在TO基座3 (或電路板上)，實(shí)現(xiàn)陣列基片I的懸掛。最后，陣列基片上的信號(hào)電極與TO基座3或電路板上的電極連接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的引出。如圖2所示，為本發(fā)明中金 屬氧化物氣敏元件陣列封裝結(jié)構(gòu)的金屬撐架I示意圖，該結(jié)構(gòu)是通過現(xiàn)有方式，例如激光切割或沖壓等方式得到的。其中，卡扣11的位置、形狀可以根據(jù)基板電極空白處的位置而改變。卡扣所采取固定基板的方式為簡(jiǎn)單的機(jī)械彎折。封裝方法包括下述步驟第I步通過絲網(wǎng)印刷得到金屬氧化物氣敏元件陣列基片；第2步根據(jù)基片電極空白處的位置設(shè)計(jì)金屬撐架，包括金屬撐架卡扣的位置和形狀。然后通過現(xiàn)有方式，例如激光切割或沖壓等方式，得到金屬撐架；
第3步通過簡(jiǎn)單的機(jī)械彎折方式，將基片通過卡扣固定于金屬撐架上；第4步將金屬撐架通過粘結(jié)方式固定在TO基座或電路板上，實(shí)現(xiàn)陣列基片的懸掛;第5步將陣列基片上的信號(hào)電極與TO基座或電路板上的電極連接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的引出，例如可通過金絲球焊的方式。實(shí)例應(yīng)用實(shí)例是測(cè)試本發(fā)明中金屬氧化物氣敏8元件陣列封裝結(jié)構(gòu)的溫度-功耗關(guān) 系O結(jié)合附圖3說明該應(yīng)用實(shí)例實(shí)例中的金屬氧化物氣敏8元件陣列封裝結(jié)構(gòu)，其制作步驟為第I步通過絲網(wǎng)印刷得到金屬氧化物氣敏元件陣列基片。具體為，首先印制金電極，然后在850°C溫度下燒結(jié)15分鐘；其次，印制Pt加熱器，在850°C溫度下燒結(jié)25分鐘；最后，印制ZnO材料，在300°C溫度下燒結(jié)2小時(shí)，然后微滴注8種不同的金屬氯化物溶液，再在600°C溫度下燒結(jié)2小時(shí)，從而得到8種不同材料體系的陣列基片；第2步根據(jù)基片電極空白處的位置設(shè)計(jì)金屬撐架，包括金屬撐架卡扣的位置和形狀。本發(fā)明通過激光切割的方式，得到金屬撐架，且本發(fā)明金屬撐架的材料為不銹鋼，厚度為 O. Imm ；第3步通過簡(jiǎn)單的機(jī)械彎折方式，將基片通過卡扣固定于金屬撐架上；第4步將金屬撐架通過粘結(jié)方式固定在TO基座或電路板上，實(shí)現(xiàn)陣列基片的懸掛;第5步本發(fā)明通過金絲球焊的方法，將陣列基片上的信號(hào)電極與TO基座或電路板上的電極連接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的引出。附圖3是該結(jié)構(gòu)的溫度-功耗關(guān)系圖。從附圖3中顯示在金屬氧化物氣敏元件200 ° (Γ300。C的工作溫度下，其功耗為O. 69W I.41W，則每個(gè)元件的功耗為86. 25mff"l76. 25mff,性能優(yōu)于其它目前商用的封裝形式(20(MT300mW)。本發(fā)明不僅僅局限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實(shí)施方式
實(shí)施本發(fā)明，因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和思路，做一些簡(jiǎn)單的變化或更改的設(shè)計(jì)，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種金屬氧化物氣敏元件陣列的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其結(jié)構(gòu)為基片上設(shè)置金屬氧化物氣敏元件陣列，基片固定在金屬撐架上；金屬撐架固定在TO基座或電路板上使基片的懸掛；陣列基片上的信號(hào)電極與TO基座或電路板上的電極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬氧化物氣敏元件陣列的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，金屬氧化物氣敏元件陣列為絲網(wǎng)印刷得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的金屬氧化物氣敏元件陣列的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，基片通過卡扣的方式固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的金屬氧化物氣敏元件陣列的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，金屬撐架通過粘結(jié)方式固定。
5.一種金屬氧化物氣敏元件陣列的封裝方法，其特征在于，該方法包括下述步驟 第I步通過絲網(wǎng)印刷得到金屬氧化物氣敏元件陣列基片； 第2步根據(jù)基片電極空白處的位置設(shè)計(jì)金屬撐架，包括金屬撐架卡扣的位置和形狀，得到金屬撐架； 第3步將基片通過卡扣固定于金屬撐架上； 第4步將金屬撐架通過粘結(jié)方式固定在TO基座或電路板上，實(shí)現(xiàn)陣列基片的懸掛； 第5步將陣列基片上的信號(hào)電極與TO基座或電路板上的電極連接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的引出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬氧化物氣敏元件陣列的封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法。絲網(wǎng)印刷得到的金屬氧化物氣敏元件陣列基片，通過卡扣的方式固定在金屬撐架上。金屬撐架通過粘結(jié)方式固定在TO基座或電路板上，實(shí)現(xiàn)陣列基片的懸掛。最后，陣列基片上的信號(hào)電極與TO基座或電路板上的電極連接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的引出。本發(fā)明中的金屬氧化物氣敏元件陣列的封裝結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)熱功耗小，工藝簡(jiǎn)單，機(jī)械穩(wěn)定性好，且能夠以傳感器基座或電路板等各種形式為基座，更節(jié)省空間，更方便的實(shí)現(xiàn)各種功能化的模組電路，具有非常大的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N27/00GK102636520SQ201210006509
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者周瓊, 張國(guó)柱, 張順平, 曾大文, 謝長(zhǎng)生 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)