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京瓷“陶瓷封装”探索新领域,满足NDIR 型气体传感器增长需求

京瓷“陶瓷封装”探索新领域,满足NDIR 型气体传感器增长需求

2022/5/17 16:40:07

气体传感器是用于检测气体中存在的可燃气体、有毒气体、呼出气体中的酒精、异味等的传感器。近年来,为了实现可持续发展目标,致力于减少全球变暖的因素之一的二氧化碳(CO2),以及对办公室空气质量环境的严格监管等,气体传感器的用途展开也更多种多样。在生产现场,由于CO2的监管需求加强,CO2传感器的需求增加。同样,人们对室内外“空气质量”的关注度越来越高,包括BEMS(建筑能源管理系统)在内,各种场景对空气质量监测的需求也在增加。

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备受瞩目的CO2传感器——NDIR型气体传感器

NDIR (Non-Dispersive InfraRed) 型气体传感器是利用红外线对CO2 进行检测,在人们愈发重视空气质量的当下, NDIR式气体传感器的需求持续扩大,京瓷使用陶瓷封装来作为NDIR式气体传感器新的封装选择。

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NDIR型气体传感器的新选择——可用于搭载受光元件/发光元件的“陶瓷封装”

NDIR型气体传感器需要搭载一组发射红外线的“发光元件”和接收红外线的“受光元件”。

发光元件

发光元件大多使用LED和MEMS微型加热器,可以通过将金属CAN封装替换为陶瓷封装,实现无引线(pin)的表面贴装,从而实现小型・薄型化。

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受光元件

受光元件大多使用光电二极管(PD)、热敏电阻、热管、热电传感器等,通过使用陶瓷封装,可以实现有机封装难以实现的气密封装,还可以应对真空封装,从而可以提高红外线传感器的灵敏度。另外,由于陶瓷封装为叠层工艺制造,易于形成三维结构,可以实现滤光片嵌入的中空腔(台阶),对于2波长检测方式,可以将Reference用的受光元件和CO2 检测用的受光元件封装于同1个管壳内。

除此之外,陶瓷封装还具有气体释放少、高散热性和高耐热性的特点,即使在车载用途等严苛的环境下,也能维持更高的传感精度。

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针对气体传感器,陶瓷封装的优势

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陶瓷封装与其他材料封装的对比

与金属CAN封装相比,陶瓷封装可以实现小型・薄型化。从金属CAN的引脚插入安装转换为可对应回流焊的表面安装类型,并且,通过三维布线来实现小型・薄型化。此外,还可以根据所使用的芯片尺寸来提供相应的封装设计方案。

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相比有机封装,陶瓷封装气体释放更少,陶瓷封装在高温环境下释放的二氧化碳和其他气体较少,因此陶瓷封装是提高气体传感器精度的有效材料。

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※分析方法:GC-MS持续升温、对60℃到310℃的气体释放量进行测量

陶瓷封装除了可以实现小型化・薄型化,在高温环境下气体释放少的特点外,还具有高耐热性、高刚性、接近Si的热膨胀系数,有助于实现高可靠性。

使用陶瓷封装时的封装选择、封装方式及种类如下。

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京瓷可以根据所需特性,提案适合的密封方式,也可提供大量适用于各种封装方式的公开品供选择。除此之外,还可以根据封装方式,提供多种出货形式以供选择。

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陶瓷封装还可运用于其他各种方式的气体传感器

半导体式气体传感器

随着使用MEMS芯片的气体传感器的增加,从传统的针插入式金属CAN向表面封装(SMD)类型的切换正在加速。利用便于三维布线的叠层陶瓷封装技术,支持进一步小型、薄型化的气体传感器开发。

电化学式气体传感器

对于采用化学反应的一氧化碳和NOx气体等更高精度的传感应用,会使用具有高选择性的电化学式气体传感器。陶瓷材料的氧化铝,在酸性和碱性溶液中变化较小,具有很强的耐药性,因此陶瓷在电气化学式气体传感器中也能发挥效果。

其他气体传感器

氢传感器、氧传感器、气味传感器等各种气体传感器均可运用到京瓷的陶瓷封装。

京瓷基于市场需求不断开拓创新,发挥在陶瓷金属材料及技术方面的优势,打造丰富且具有生命力的元器件“王国”,努力通过材料、零部件、机器及服务等众多领域的综合能力,为各个领域发展提供助力。

审核编辑(
王妍
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