专利名称：双元双通道热释电红外气体传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传感器技术领域，更具体地说，涉及一种双元双通道热释电红外气体传感器。
背景技术：
当一些晶体受热时，在晶体两端会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。热释电红外传感器是一种能检测红外线的高灵敏度探测装置。它能以非接触形式检测出红外线能量的变化，然后将该变化转换成电压信号，并将电压信号进行放大输出。现有的双通道热释电红外气体传感器，国外主要采用场效应管晶圆直接绑定工艺，对生产工艺和生产环境要求很高；而国内普遍采用封装后的场效应管，虽然成本较低， 但由于封装过的场效应管体积大，导致制作的双通道热释电红外传感器的体积增大，限制了传感器本身的使用范围。综上所述，如何提供一种体积小、生产成本低的热释电红外气体传感器是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供一种双元双通道热释电红外气体传感器，以解决现有技术中由于采用封装的场效应管导致的热释电红外气体传感器的体积太大的问题。本实用新型提供一种双元双通道热释电红外气体传感器，包括管座、管脚和单层双面电路板；所述单层双面电路板的一面采用自动贴片工艺贴设连接有场效应管，另一面采用自动贴片工艺贴设连接有敏感元；所述单层双面电路板与所述敏感元的连接位置设有凸出的支撑部；所述场效应管与所述单层双面电路板通过电路实现电学连接。优选的，在本实用新型实施例中，所述单层双面电路板包括测量电路和参比电路；所述测量电路包括第一场效应管、第一敏感元组、第一阻抗变换电阻和第一测试取信号电阻；所述第一敏感元组和第一阻抗变换电阻并联后，一端与第一场效应管栅极连接， 另一端作为接地端接地连接；所述第一测试取信号电阻的一端与所述第一场效应管的源级连接，另一端与所述接地端连接；所述参比电路包括第二场效应管、第二敏感元组、第二阻抗变换电阻和第二测试取信号电阻；所述第二敏感元组和第二阻抗变换电阻并联后，一端与第二场效应管栅极连接， 另一端作为接地端接地连接；所述第二测试取信号电阻的一端与所述第二场效应管的源级连接，另一端与所述接地端连接；所述第一场效应管的漏极和第二场效应管的漏极连接后接供电电源。优选的，在本实用新型实施例中，所述第一敏感元组和所述第二敏感元组分别包括两个敏感元。优选的，在本实用新型实施例中，所述场效应管与所述管座紧密接触。优选的，在本实用新型实施例中，所述阻抗变换电阻设于所述单层双面电路板中与所述场效应管相对的一面。优选的，在本实用新型实施例中，所述管座固定连接有管帽；所述管帽设有腔体；所述管帽与所述管座连接后，所述场效应管、单层双面电路板、敏感元和阻抗变换电阻位于所述腔体内。优选的，在本实用新型实施例中，所述管座固定连接有管脚，场效应管的连接引线穿过所述管座与所述管脚电路连接。优选的，在本实用新型实施例中，所述敏感元组中的敏感元上的电极与所述场效应管的栅级引线采用绑定机弓I线工艺连接。优选的，在本实用新型实施例中，所述敏感元为钽酸锂敏感元。优选的，在本实用新型实施例中，所述支撑部为铁氧体。综上所述，本实用新型实施例中，通过将双元双通道热释电红外气体传感器的电路板设为单层双面电路板，然后采用自动贴片工艺将电路板与场效应管和敏感元连接，从而有效地减小了双元双通道热释电红外气体传感器的体积；此外，由于在本实用新型实施例中，在单层双面电路板与敏感元的连接位置还设有凸出的支撑部，从而有效地起到了保证场效应管在与电路板后保持稳定的作用，而且，通过设有支撑部，还抬高了敏感元的位置，从而扩大了双元双通道热释电红外气体传感器的视角，进而提高了双元双通道热释电红外气体传感器的探测性能。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型实施例提供的管座示意图；图2为本实用新型实施例提供的整体结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的电路示意图；图4为本实用新型实施例提供的管座又一示意图。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。[0033]为了有效地减小双元双通道热释电红外气体传感器的体积，本实施例公开了一种双元双通道热释电红外气体传感器。参考图1和图2，本实施例中的双元双通道热释电红外气体传感器包括管座1、管脚2和单层双面电路板4 ；单层双面电路板4的一面采用自动贴片工艺贴设连接有场效应管3，另一面采用自动贴片工艺贴设连接有敏感元组5 ；单层双面电路板4与敏感元组5的连接位置设有凸出的支撑部；场效应管3与管座1接触起到支撑的作用，并通过电路板的电学连接与管座1和管脚2连接。具体的，本实用新型采用单层的双面电路板4，单层双面电路板4 一面贴设有场效应管3 ；单层双面电路板4与管座1固定连接，场效应管3设于单层双面电路板4与管座1 之间；管座1固定连接有管脚2，场效应管穿过管座1与管脚2电路连接。单层双面电路板4的另一面贴有敏感元组5和阻抗变换电阻9，敏感元组5贴在单层电路板4的支撑部上面；敏感元组5通过电路板中的印刷电路与场效应管3电路连接，单层双面电路板4 设有用于连接敏感元组5与场效应管3的印刷电路。SMT(Surface Mounted Technology)自动贴片工艺是电子组装行业里的一种技术和工艺，有组装密度高的优点。片式元器件比传统元件所占面积和质量大为减少。一般地， 采用SMT自动贴片工艺之后，电子产品体积缩小40% -60%，重量减轻60% -80%。由于现有技术中，封装过的场效应管体积大，从而使得双元双通道热释电气体传感器的体积也会较大，进而限制了在应用场景需要传感器的体积较小时传感器的应用。本实用新型采用SMT自动贴片工艺，通过单层电路板的结构，在不减小场效应管体积的前提下，使得制成的双元双通道热释电气体传感器的体积得到有效地减小，进而实现了传感器小型化的目的。进一步的，参考图3，在本实用新型实施例中，单层双面电路板可以包括测量电路 50和参比电路60 ；测量电路50包括第一场效应管51、第一敏感元组52、第一阻抗变换电阻53和第一测试取信号电阻M ；第一敏感元组52和第一阻抗变换电阻53并联后，一端与第一场效应管51栅极连接，另一端作为接地端接地连接；第一测试取信号电阻M的一端与第一场效应管51的源级连接，另一端与接地端连接；参比电路60包括第二场效应管61、第二敏感元组62、第二阻抗变换电阻63和第二测试取信号电阻64 ；第二敏感元组62和第二阻抗变换电阻63并联后，一端与第二场效应管61栅极连接，另一端作为接地端接地连接；第二测试取信号电阻64的一端与第二场效应管61的源级连接，另一端与所述接地端连接；第一场效应管51的漏极和第二场效应管61的漏极连接后接供电电源。本实用新型可以为双元双通道热释电红外气体传感器，即两个敏感元组均包括有两个敏感元，两个敏感元组和两个场效应管分别构成一个通道后形成双通道，为此，管帽上设有与敏感元位置对应的检测窗口也可以为两个，每个检测窗口设有滤光片。在本实用新型实施例中，还包括有管帽7，管帽7设有腔体，管帽7的腔体边沿与管座1固定连接，场效应管3、单层双面电路板4、敏感元组5和阻抗变换电阻9位于腔体内；[0048]管帽7上设有与敏感元组5对应的检测窗口，检测窗口和敏感元组5之间装有滤光片6。双场效应管3分别与单层双面电路板4和管座1紧密接触，由于双场效应管3的双点支撑作用，保证了单层双面电路板4的水平，保证了两个敏感元组5的视角一致性，同时抬高了敏感元组5的位置，扩大了双元双通道热释电红外气体传感器的视角，提高了双元双通道热释电红外气体传感器的探测性能。本实用新型提供的双元双通道热释电红外气体传感器检定气体浓度的工作过程如下被测气体被置于一个气室中，气室中有一盏等提供循环的红外光源。光在在气室中反射并终止于双元双通道热释电传感器两个滤光片上。两个滤光片一个与测量电路50连接， 只能透过被测气体可以吸收的红外光谱，另一个与参比电路60连接，可以透过被测气体不能吸收的红外光谱。红外光经过滤光片的过滤后照在敏感元上，经过内部电路的转换，测量电路50产生被被测气体吸收后的红外光的强度对应的电压值VI，参比电路60产生未被被测气体吸收的红外光的强度(即红外光被被测气体吸收前的强度)对应的电压值V2。由于红外光被吸收的强度与被测气体浓度的关系为I = I0exp (-a CL)(式中Itl为入射光的强度，I为经过被测气体后投射光的强度，α为气体的吸收系数，C为气体浓度，L为吸收光路的长度)，则由V1/V2 = IAtl可以计算得到被测气体的浓度。同时采用比值法计算得到的结果消去了光源强度及光源反射路径导致的误差，保证了测量精度。在本实用新型实施例中，每个敏感元组可以由两个敏感元组成，从而可以起到温度补偿的作用。在本实用新型实施例中，双通道热释电红外气体传感器包括有两个通道，为此，需要有四个管脚，具体的，各管脚在管座ι的位置可以如图4所示，管座1设有管脚2的连接孔；其中连接孔11和12可以分别与测量电路50和参比电路60电路连接，此外，连接孔13 和14分别与供电管脚和接地管脚电路连接。通过测量电路50和参比电路60两路信号比较，可以检测待测气体的浓度。当探测通道的信号幅值Vl大于监视通道的信号幅值V2时，说明待测气体已经达到设定的浓度信号；当监视通道的信号幅值V2大于探测通道的信号幅值V2时，说明待测气体没有达到设定的浓度。在本实用新型实施例中，支撑部可以为铁氧体；从而使得支撑部在起到支撑的作用的同时，还可以起到电路连接的作用，而且，由于铁氧体具有耐高温的特性，从而可以满足在传感器的制作工艺中需要高温烧结的要求。另外，在本实施方式中，敏感元组中的敏感元5可以为钽酸锂材料制成。本实施例并不限定必须采用钽酸锂敏感元，同样可以采用其他材料的敏感元，例如锆钛酸铅(PZT) 类敏感元。进一步的，本实用新型可以使用绑定机引线工艺实现信号的引出，具体的，可以是敏感元组5中的敏感元上的电极与所述场效应管3的栅级引线采用绑定机引线工艺连接。所述绑定机指的是基于引线键合的技术，将半导体芯片焊区与基板上技术布线焊区用金属细丝连接起来的工艺技术，其原理是采用加热、加压和超声等方式破坏被焊接表面的氧化层产生塑性变形，使得引线与被焊接表面而亲密接触，找到原子间的引力范围并导致界面间原子扩散而形成焊接点。本实用新型通过绑定机引线来实现信号的引出，与其它封装技术相比，绑定机引线工艺有技术价格低廉、节约空间、工艺成熟的优点，采用绑定机引线工艺可以提高企业的生产效率和产品一致性。 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此， 本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。
权利要求1.一种双元双通道热释电红外气体传感器，其特征在于，包括管座、管脚和单层双面电路板；所述单层双面电路板的一面采用自动贴片工艺贴设连接有场效应管，另一面采用自动贴片工艺贴设连接有敏感元组；所述敏感元组包括两个敏感元；所述单层双面电路板与所述敏感元组的连接位置设有凸出的支撑部；所述场效应管与所述单层双面电路板通过电路实现电学连接。
2.根据权利要求1所述的双元双通道热释电红外气体传感器，其特征在于，所述单层双面电路板包括测量电路和参比电路；所述测量电路包括第一场效应管、第一敏感元组、第一阻抗变换电阻和第一测试取信号电阻；所述第一敏感元组和第一阻抗变换电阻并联后，一端与第一场效应管栅极连接，另一端作为接地端接地连接；所述第一测试取信号电阻的一端与所述第一场效应管的源级连接，另一端与所述接地端连接；所述参比电路包括第二场效应管、第二敏感元组、第二阻抗变换电阻和第二测试取信号电阻；所述第二敏感元组和第二阻抗变换电阻并联后，一端与第二场效应管栅极连接，另一端作为接地端接地连接；所述第二测试取信号电阻的一端与所述第二场效应管的源级连接，另一端与所述接地端连接；所述第一场效应管的漏极和第二场效应管的漏极连接后接供电电源。
3.根据权利要求1所述的双元双通道热释电红外气体传感器，其特征在于，所述场效应管与所述管座紧密接触。
4.根据权利要求3所述的双元双通道热释电红外气体传感器，其特征在于，所述阻抗变换电阻设于所述单层双面电路板中与所述场效应管相对的一面。
5.根据权利要求4所述的双元双通道热释电红外气体传感器，其特征在于，所述管座固定连接有管帽；所述管帽设有腔体；所述管帽与所述管座连接后，所述场效应管、单层双面电路板、敏感元和阻抗变换电阻位于所述腔体内。
6.根据权利要求5所述的双元双通道热释电红外气体传感器，其特征在于，所述管座固定连接有管脚，场效应管的连接引线穿过所述管座与所述管脚电路连接。
7.根据权利要求3所述的双元双通道热释电红外气体传感器，其特征在于所述敏感元组中的敏感元上的电极与所述场效应管的栅级引线采用绑定机引线工艺连接。
8.根据权利要求1所述的双元双通道热释电红外气体传感器，其特征在于，所述敏感元为钽酸锂敏感元。
9.根据权利要求1所述的双元双通道热释电红外气体传感器，其特征在于，所述支撑部为铁氧体。
专利摘要本实用新型公开一种双元双通道热释电红外气体传感器，包括管座、管脚和单层双面电路板；单层双面电路板的一面采用自动贴片工艺贴设连接有场效应管，另一面采用自动贴片工艺贴设连接有敏感元；单层双面电路板与敏感元的连接位置设有凸出的支撑部；场效应管与管座接触并穿过管座与管脚连接；本实用新型采用贴片元件，通过单层双面电路板的结构，在不增大传感器体积和减小场效应管体积的前提下，实现双元双通道热释电红外传感器的制备；单层双面电路板分别与场效应管和敏感元采用SMT自动贴片工艺贴设连接，SMT自动贴片工艺可以使电子产品体积缩小40％-60％，重量减轻60％-80％，从而使传感器满足了小型化的要求。
文档编号G01N21/35GK202119711SQ201120203200
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者张小水, 祁明锋, 范子亮, 郭景华, 钟克创 申请人:郑州炜盛电子科技有限公司