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京瓷“陶瓷封裝”探索新領域,滿足NDIR 型氣體傳感器增長需求

京瓷“陶瓷封裝”探索新領域,滿足NDIR 型氣體傳感器增長需求

2022/5/17 16:40:07

氣體傳感器是用于檢測氣體中存在的可燃氣體、有毒氣體、呼出氣體中的酒精、異味等的傳感器。近年來,為了實現可持續發展目標,致力于減少全球變暖的因素之一的二氧化碳(CO2),以及對辦公室空氣質量環境的嚴格監管等,氣體傳感器的用途展開也更多種多樣。在生產現場,由于CO2的監管需求加強,CO2傳感器的需求增加。同樣,人們對室內外“空氣質量”的關注度越來越高,包括BEMS(建筑能源管理系統)在內,各種場景對空氣質量監測的需求也在增加。

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備受矚目的CO2傳感器——NDIR型氣體傳感器

NDIR (Non-Dispersive InfraRed) 型氣體傳感器是利用紅外線對CO2 進行檢測,在人們愈發重視空氣質量的當下, NDIR式氣體傳感器的需求持續擴大,京瓷使用陶瓷封裝來作為NDIR式氣體傳感器新的封裝選擇。

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NDIR型氣體傳感器的新選擇——可用于搭載受光元件/發光元件的“陶瓷封裝”

NDIR型氣體傳感器需要搭載一組發射紅外線的“發光元件”和接收紅外線的“受光元件”。

發光元件

發光元件大多使用LED和MEMS微型加熱器,可以通過將金屬CAN封裝替換為陶瓷封裝,實現無引線(pin)的表面貼裝,從而實現小型?薄型化。

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受光元件

受光元件大多使用光電二極管(PD)、熱敏電阻、熱管、熱電傳感器等,通過使用陶瓷封裝,可以實現有機封裝難以實現的氣密封裝,還可以應對真空封裝,從而可以提高紅外線傳感器的靈敏度。另外,由于陶瓷封裝為疊層工藝制造,易于形成三維結構,可以實現濾光片嵌入的中空腔(臺階),對于2波長檢測方式,可以將Reference用的受光元件和CO2 檢測用的受光元件封裝于同1個管殼內。

除此之外,陶瓷封裝還具有氣體釋放少、高散熱性和高耐熱性的特點,即使在車載用途等嚴苛的環境下,也能維持更高的傳感精度。

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針對氣體傳感器,陶瓷封裝的優勢

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陶瓷封裝與其他材料封裝的對比

與金屬CAN封裝相比,陶瓷封裝可以實現小型?薄型化。從金屬CAN的引腳插入安裝轉換為可對應回流焊的表面安裝類型,并且,通過三維布線來實現小型?薄型化。此外,還可以根據所使用的芯片尺寸來提供相應的封裝設計方案。

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相比有機封裝,陶瓷封裝氣體釋放更少,陶瓷封裝在高溫環境下釋放的二氧化碳和其他氣體較少,因此陶瓷封裝是提高氣體傳感器精度的有效材料。

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※分析方法:GC-MS持續升溫、對60℃到310℃的氣體釋放量進行測量

陶瓷封裝除了可以實現小型化?薄型化,在高溫環境下氣體釋放少的特點外,還具有高耐熱性、高剛性、接近Si的熱膨脹系數,有助于實現高可靠性。

使用陶瓷封裝時的封裝選擇、封裝方式及種類如下。

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京瓷可以根據所需特性,提案適合的密封方式,也可提供大量適用于各種封裝方式的公開品供選擇。除此之外,還可以根據封裝方式,提供多種出貨形式以供選擇。

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陶瓷封裝還可運用于其他各種方式的氣體傳感器

半導體式氣體傳感器

隨著使用MEMS芯片的氣體傳感器的增加,從傳統的針插入式金屬CAN向表面封裝(SMD)類型的切換正在加速。利用便于三維布線的疊層陶瓷封裝技術,支持進一步小型、薄型化的氣體傳感器開發。

電化學式氣體傳感器

對于采用化學反應的一氧化碳和NOx氣體等更高精度的傳感應用,會使用具有高選擇性的電化學式氣體傳感器。陶瓷材料的氧化鋁,在酸性和堿性溶液中變化較小,具有很強的耐藥性,因此陶瓷在電氣化學式氣體傳感器中也能發揮效果。

其他氣體傳感器

氫傳感器、氧傳感器、氣味傳感器等各種氣體傳感器均可運用到京瓷的陶瓷封裝。

京瓷基于市場需求不斷開拓創新,發揮在陶瓷金屬材料及技術方面的優勢,打造豐富且具有生命力的元器件“王國”,努力通過材料、零部件、機器及服務等眾多領域的綜合能力,為各個領域發展提供助力。

審核編輯(
王妍
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