一种低成本的同轴高准直度传感器的制作方法

1.本实用新型涉气体检测技术领域，具体涉及一种低成本的同轴高准直度传感器。


背景技术：

2.光电传感器一般是由处理通路和处理元件两部分组成，其基本原理是以光电效应为基础，把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将非电信号转换成电信号。光电效应是指用光照射某一物体，可以看作是一连串带有一定能量为的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应。通常把光电效应分为3类:(1)在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等；(2)在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应，如光敏电阻、光敏晶体管等；(3)在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，如光电池等。
3.光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号(可见及紫外镭射光)转变成为电信号的器件，由于光电传感器具有非接触、响应快、精度高、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置、机器人、检测和控制系统中获得广泛应用，而我们也可以利用光电传感器的特性来检测烟尘的情况，光电传感器输出信号的强弱能够反映烟道浊度的变化。
4.目前传感行业的发射器主要使用的是蝶型激光器，蝶型外壳底部设置有tec，tec上设置有热沉，热沉上设置激光器芯片等器件，其输出功率稳定，输出功率高，但是此类产品的体积相对较大，结构复杂，制备工艺也相对比较复杂，导致其成本高，生产效率低，不适于批量生产。
5.目前传感行业的发射器也有使用同轴激光器的，同轴激光器体积小，但是现有同轴激光器在具体应用中会存在以下问题：大部分同轴激光器中的制冷器是水平贴装在底座上的，热量基本依靠底座底部传导出去，由于底座底部还需要设置管脚，导致底座底部散热面积较小，散热效率较低，不能有效发挥制冷器的作用；另外，同轴激光器中的透镜大部分是设置在管帽上或者是设置在外部，导致透镜与激光器的距离较远，使出射光斑较大，光斑准直度不好，光强差，传输距离近，不利于烟尘的检测。
6.申请号为cn201621203952.4的中国专利公开了一种同轴tosa封装装置，其包括：载体装置、与该载体装置封装连接的密封装置、封装于该密封装置内的激光器和透镜；所述密封装置设有密封空间；所述载体装置设有伸入该密封空间的转接头和与该转接头连接的凸台；所述激光器设置在该凸台上，所述透镜设置在该转接头上。该专利中将透镜集成在密封装置内部，能够实现经过光路耦合的准直光斑比传统封装的光斑小，但是其没有设置制冷器，而同轴最大的困难点在于散热和温控，因为激光器对热很敏感，激光器发射光斑由于热的原因可能会不稳定。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是为了解决现有用于气体检测的传感器成本高，光斑准直度差及散热不好等技术问题，提供一种低成本的同轴高准直度传感器，采用立式准直封装方案，制冷器竖直贴装，比传统水平贴装在底座上并通过底座底部散热效果更好，准直透镜集成在管帽内与传感芯片相邻设置，光斑准直度更好，光强更好，传输距离也更远。
8.本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种低成本的同轴高准直度传感器，包括底座、管帽和金属壳体，所述金属壳体设置在管帽外部，所述管帽与底座密封连接形成一密封腔，所述底座上设有位于该密封腔内的安装座，安装座的一侧面贴装有制冷器，制冷器的制冷面贴装有基板热沉，基板热沉上贴装有背光检测热沉、芯片热沉和热敏电阻，所述背光检测热沉上贴装有背光检测芯片，所述芯片热沉上贴装有传感芯片，所述制冷器的制冷面还贴装有准直透镜，准直透镜与传感芯片相邻设置，所述安装座贴装有制冷器的一侧面还贴装有隔离器垫块，所述隔离器垫块上贴装有隔离器，所述底座上贯穿设置有管脚，所述管脚分别与制冷器、背光检测芯片、传感芯片和热敏电阻电连接。
9.进一步地，所述管脚的数量为九根，其中八根管脚通过金丝引线分别与制冷器的正极、制冷器的负极、背光检测芯片的正极、背光检测芯片的负极、传感芯片的正极、传感芯片的负极、热敏电阻的一端和热敏电阻的另一端电连接，另外一根管脚为空脚。
10.进一步地，所述隔离器垫块为u型结构，所述隔离器为圆形结构，圆形隔离器贴装于隔离器垫块的u型槽处。
11.进一步地，所述管帽为斜平窗管帽。
12.进一步地，所述准直透镜与传感芯片的间距为0.2
±
0.005mm。
13.进一步地，所述管帽与底座焊接连接。
14.进一步地，所述金属壳体胶粘在管帽外部。
15.与现有技术相比，本实用新型有益效果如下：
16.（1）本实用新型采用立式准直封装方案，制冷器竖直贴装在安装座上，比传统水平贴装在底座上并通过底座底部散热效果更好，准直透镜集成在管帽内并与传感芯片相邻设置，准直透镜与传感芯片间距为0.2
±
0.005mm，使光斑准直度更好，相同距离下光斑缩小5倍，光强更好，功耗更低，传输距离也更远，可用于管廊等长距探测，并且可以应用于-40℃~85℃的环境中，实现低成本高准直度、小光斑、高功率探测的传感封装产品。
17.（2）本实用新型内置隔离器，更有助于实现小型化传感产品的自动化封装平台，能够大大提高生产效率，且隔离器采用圆形常规款，成本低。
附图说明
18.图1为本实用新型传感器的结构图。
19.图2为本实用新型传感器内部贴装主视图。
20.图3为本实用新型传感器内部贴装侧视图。
21.图4为本实用新型传感器管脚连接示意图。
22.图中：1.底座，2.制冷器，3.基板热沉，4.背光检测芯片，5.热敏电阻，6.准直透镜，7.隔离器，8.隔离器垫块，9.传感芯片，10.芯片热沉，11.背光检测热沉，12.安装座，13.第一管脚，14.第二管脚，15.第三管脚，16.第四管脚，17.第五管脚，18.第六管脚，19.第七管
脚，20.第八管脚，21.第九管脚，22.管帽，23.金属壳体。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明，但本实用新型并不局限于具体实施例。
24.如图1-3所示的一种低成本的同轴高准直度传感器，包括底座1、管帽22和金属壳体23，金属壳体23胶粘在管帽22外部，管帽22为斜平窗管帽，采用斜平窗管帽能够起到抗反射的作用，管帽22密封焊接在底座1上形成一密封腔，底座1上设有位于该密封腔内的安装座12，安装座12的一侧面贴装有制冷器2，制冷器2贴装在安装座12的一面为散热面，制冷器2的制冷面贴装有基板热沉3，基板热沉3上贴装有背光检测热沉11、芯片热沉10和热敏电阻5，背光检测热沉11上贴装有背光检测芯片4，芯片热沉10上贴装有传感芯片9，传感芯片9的型号为dfb 1653.7nm，背光检测芯片4位于传感芯片9出光侧的相反方向，热敏电阻5位于传感芯片9的侧方，制冷器2的制冷面还贴装有准直透镜6，准直透镜6位于传感芯片9出光侧且与传感芯片9相邻设置，准直透镜6与传感芯片9的间距为0.2
±
0.005mm，准直透镜6距离传感芯片9较近，其耦合后的光斑就较小，安装座12贴装有制冷器2的一侧面还贴装有隔离器垫块8，隔离器垫块8为u型结构，隔离器垫块8的u型槽处贴装有圆形结构的隔离器7，隔离器7位于准直透镜6一侧，隔离器7采用圆形常规款，其成本低，且内置隔离器更有助于实现小型化传感产品的自动化封装平台，能够大大提高生产效率；底座1上贯穿设置有九根管脚，包括：第一管脚13、第二管脚14、第三管脚15、第四管脚16、第五管脚17、第六管脚18、第七管脚19、第八管脚20和第九管脚21，其中，第一管脚13通过金丝引线与制冷器2的正极电连接，第二管脚14通过金丝引线与制冷器2的负极电连接，第三管脚15通过金丝引线与传感芯片9的正极电连接，第四管脚16通过金丝引线与传感芯片9的负极电连接，第五管脚17通过金丝引线与背光检测芯片4的正极电连接，第六管脚18为空脚，第七管脚19通过金丝引线与背光检测芯片4的负极电连接，第八管脚20通过金丝引线与热敏电阻5的一端电连接，第九管脚21通过金丝引线与热敏电阻5的另一端电连接。
25.本实用新型低成本的同轴高准直度传感器封装过程为：将制冷器2的散热面胶粘到安装座12上，安装座12与底座1为一体集成，将传感芯片9焊接到芯片热沉10上，然后将芯片热沉10焊接到基板热沉3上，再将基板热沉3贴装到制冷器2的制冷面上，将背光检测芯片4贴装到背光检测热沉11上，再将背光检测热沉11贴装到基板热沉3上，将热敏电阻5贴装到基板热沉3上，参考图4，进行金线连接通路，之后将准直透镜6通过耦合方式粘贴到制冷器2上，再将隔离器7贴装到隔离器垫块8上，然后将隔离器垫块8贴装到安装座12上；再底座1上封装上管帽22，然后外部胶粘上金属壳体23，金属壳体23胶粘在靠近安装座12一侧的管帽22上，通过金属壳体23和底座1散热，即完成了低成本的高准直度传感器的封装。
26.本实用新型采用立式准直封装方案，制冷器竖直贴装在安装座上，比传统水平贴装在底座上通过底座底部散热效果更好，准直透镜集成在管帽内并与传感芯片相邻设置，且间距为0.2
±
0.005mm，使光斑准直度更好，相同距离下光斑缩小5倍，光强更好，功耗更低，传输距离也更远，可用于管廊等长距探测，并且可以应用于-40℃~85℃的环境中，实现低成本高准直度、小光斑、高功率探测的传感封装产品。
27.以上内容是结合优选技术方案对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定实
用新型的具体实施仅限于这些说明。对本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本实用新型的保护范围。