[发明专利]一种薄膜氢气传感器、制作方法及工作方法

说明书

一种薄膜氢气传感器、制作方法及工作方法，包括基底，基底模面上设有对氢气敏感的测氢薄膜电阻、对温度敏感的测温薄膜电阻以及加热薄膜电阻；测温薄膜电阻和加热薄膜电阻为具有同一圆心的圆环形结构，测温薄膜电阻上设有一个断开的第一缺口形成第一测温终端和第二测温终端，加热薄膜电阻上设有一个断开的第二缺口形成第一加热终端和第二加热终端，测氢薄膜电阻设置测温薄膜电阻和加热薄膜电阻当中测氢薄膜电阻为并线双螺旋结构。本发明的薄膜氢气传感器相对结构简单，且制作工艺简单，周期短，成本可控，稳定可靠性强，可满足在氢燃料电池汽车应用中的成本要求。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种薄膜氢气传感器、制作方法及工作方法。

背景技术

氢燃料电池汽车作为氢气在汽车领域的应用，是新能源车的理想解决方案之一。但氢气分子很小、渗透性强，同时氢气无色无味、常温常压下着火点仅为585℃，空气中氢气含量在4%～74%范围内、遇火源即可发生爆炸。

固态钯合金薄膜氢气测量技术，检测氢气具有专一性，有氧和无氧状态下均能正常工作，已成为车用氢气泄漏检测应用研究热点。但车辆运行时电磁干扰强、温度变化大，这对钯合金薄膜氢气传感器的抗电磁和温度干扰提出了更高的要求。

中国专利授权公告号CN1947007B公开了美国H2SCAN公司的一个专利技术，薄膜气体传感器结构，涉及一种基于钯-镍合金的薄膜氢气传感器，其结构包括用于感测小浓度氢气的MOS电容传感器、用于感测大浓度氢气的电阻传感器、镍薄膜温度传感器和薄膜加热元件。氢燃料电池汽车领域应用中，氢气测量侧重最低爆炸限大浓度的氢气检测，感测小浓度的氢气传感器在此场合应用意义不大，会增加成本。

传感器含两个浓度范围检测氢气元件，就氢燃料电池汽车只侧重泄漏检测的应用而言，会造成传感器生产周期长、成本高，面对车用氢气传感器这个低成本、高可靠应用需求而言，显然不合适。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、易于制造、受环境温度影响小、抗电磁干扰能力强的薄膜氢气传感器、制作方法及工作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种薄膜氢气传感器，包括基底，基底模面上设有对氢气敏感的测氢薄膜电阻、对温度敏感的测温薄膜电阻以及加热薄膜电阻；测温薄膜电阻和加热薄膜电阻为具有同一圆心的圆环形结构，测温薄膜电阻上设有一个断开的第一缺口形成第一测温终端和第二测温终端，加热薄膜电阻上设有一个断开的第二缺口形成第一加热终端和第二加热终端，测氢薄膜电阻设置测温薄膜电阻和加热薄膜电阻当中测氢薄膜电阻为并线双螺旋结构。

加热薄膜电阻的直径小于测温薄膜电阻的直径，第二缺口和第一缺口邻近并内外对应布置。

并线双螺旋结构的圆心和圆环形结构的圆心重合，并线双螺旋结构由两组等半径差且围绕圆心半径渐变的曲线环绕多圈形成，并线双螺旋结构在邻近底模模面近圆心的端点处进行短接，并线双螺旋结构远离圆心的第一测氢终端和第二测氢终端均邻近第二缺口。

基底材质为用硅，测氢薄膜电阻材质为钯-镍合金，测温薄膜电阻材质为铂，加热薄膜电阻采用物理化学性质稳定的金属材料，优选镍铬。

一种薄膜氢气传感器的制作方法，包括以下步骤:

（1）确定基底模面的中心，即测氢薄膜电阻、测温薄膜电阻和加热薄膜电阻的圆心；

（2）将并线双螺旋结构的测氢薄膜电阻安装在基底上，测氢薄膜电阻在靠近模面中心点侧短接；

（3）将加热薄膜电阻安装硅材料基底上，使加热薄膜电阻环绕在测氢薄膜电阻外部；

（4）将测温薄膜电阻安装在硅材料基底上，使测温薄膜电阻环绕加热薄膜电阻外部；

（5）在硅材料基底上制作金属连线和键合焊盘制成薄膜氢气传感器。