本發(fā)明涉及電場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電場(chǎng)傳感器封裝的元件，還涉及應(yīng)用所述的電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件對(duì)待測(cè)電場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

背景技術(shù)：

電場(chǎng)監(jiān)測(cè)具有十分重要的意義。在氣象領(lǐng)域，監(jiān)測(cè)地表及高空大氣電場(chǎng)變化，可獲知雷電的孕育、發(fā)展及發(fā)生信息，為雷電預(yù)警提供重要指標(biāo)，從而為導(dǎo)彈和衛(wèi)星等飛行器的發(fā)射升空提供重要的安全保障，也能夠?yàn)樯?、景區(qū)、輸電線路、石化煉廠提供預(yù)警信息。在電網(wǎng)領(lǐng)域，監(jiān)測(cè)輸電線路及變電站等附近的電場(chǎng)，可準(zhǔn)確獲知交直流電壓及相位信息，為智能電網(wǎng)輸電狀態(tài)提供重要參考，也可獲知輸電線路附近民宅等設(shè)施附近電場(chǎng)強(qiáng)度，為評(píng)估電網(wǎng)電磁環(huán)境影響提供依據(jù)。在石化領(lǐng)域，人體、設(shè)備、油氣等靜電荷積累到一定程度后容易引發(fā)放電，造成火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重的安全事故，通過(guò)監(jiān)測(cè)電場(chǎng)，評(píng)估靜電高危區(qū)域帶電情況，為石化領(lǐng)域安全生產(chǎn)提供有力支撐。

空中電場(chǎng)一般為球載一次性探測(cè)，要求電場(chǎng)傳感器體積小、重量輕、成本低；地面電場(chǎng)需要長(zhǎng)期組網(wǎng)探測(cè)，要求傳感器壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性高；電網(wǎng)領(lǐng)域有交流、直流電場(chǎng)探測(cè)需求，同時(shí)要求傳感器功耗低、易集成；石化領(lǐng)域則要求傳感器無(wú)裸露可動(dòng)部件，自身無(wú)靜電放電風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)有電場(chǎng)傳感器多采用傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝制備，無(wú)法在上述領(lǐng)域使用或大批量應(yīng)用，制約了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展?；谖⒓{米技術(shù)的電場(chǎng)傳感器具有成本低、體積小、功耗低、可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)、易于集成化、工作頻帶寬，以及電場(chǎng)探測(cè)的空間分辨率高等突出優(yōu)點(diǎn)，是電場(chǎng)探測(cè)傳感器的重要發(fā)展方向，受到國(guó)際上越來(lái)越多的關(guān)注。

在實(shí)際應(yīng)用中，微型電場(chǎng)傳感器敏感芯片易受到灰塵、氣流、雨雪、高濕度等惡劣環(huán)境的影響而無(wú)法正常工作。封裝是解決上述環(huán)境問(wèn)題的重要途徑。然而，傳感器封裝也存在環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題。例如，封裝后的傳感器仍然體積較大，無(wú)法在狹小空間內(nèi)探測(cè)，封裝導(dǎo)致傳感器靈敏度衰減，封裝材料本身也會(huì)因?yàn)榄h(huán)境惡劣導(dǎo)致性能下降，封裝無(wú)法解決傳感器溫度漂移問(wèn)題等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件以及應(yīng)用所述的電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件對(duì)待測(cè)電場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件，包括：封裝管殼；電場(chǎng)傳感器芯片，固定于所述封裝管殼內(nèi)；封裝蓋，覆蓋所述管殼開(kāi)口，形成內(nèi)腔以容納所述電場(chǎng)傳感器芯片；以及封裝電極，位于封裝蓋背離內(nèi)腔的一側(cè)，根據(jù)與封裝蓋由近及遠(yuǎn)的關(guān)系封裝電極分為首端、中段和尾端。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述封裝電極為金屬材料和/或半導(dǎo)體材料。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述首端與封裝蓋直接相連；或者首端與封裝蓋之間存在預(yù)設(shè)距離，在該預(yù)設(shè)距離處電場(chǎng)傳感器感應(yīng)到封裝電極首端產(chǎn)生的電場(chǎng)。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述尾端尺寸小于等于待測(cè)物、電場(chǎng)傳感器芯片或待測(cè)物附近空隙。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述尾端還連接導(dǎo)體，導(dǎo)體尺寸大于等于待測(cè)物或電場(chǎng)傳感器芯片。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述導(dǎo)體形狀為圓形板、方形板或球體。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述中段的形狀為直線形、弧形或二者的任意組合。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述中段被屏蔽層包裹，屏蔽層包含至少兩層材料，其中一層為金屬屏蔽層，金屬屏蔽層與中段之間存在絕緣層進(jìn)行隔離；優(yōu)選的，屏蔽層接傳感器的零電位或其他固定電位，屏蔽層向傳感器一端延伸并包裹所述封裝管殼及封裝蓋。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述封裝電極為一個(gè)或多個(gè)，裝配在同一個(gè)傳感器芯片附近，實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向電場(chǎng)的同時(shí)測(cè)量。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種應(yīng)用以上所述的任意一種電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件對(duì)待測(cè)電場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)的產(chǎn)品用途，其中，所述尾端位于待測(cè)電場(chǎng)區(qū)域，所述待測(cè)電場(chǎng)區(qū)域?yàn)榇髿庵?、真空中、帶電溶液?nèi)、粉體內(nèi)、油內(nèi)、帶電物體表面或者狹縫內(nèi)。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件及其用途具有以下有益效果：

(1)有效避免傳感器敏感芯片及封裝管殼暴露在待測(cè)環(huán)境中，使傳感器遠(yuǎn)離劇烈溫度變化、高濕度等惡劣環(huán)境的影響，提升傳感器的環(huán)境適應(yīng)性；

(2)通過(guò)減小電極末端體積，傳感器能夠探測(cè)比芯片尺寸更狹小區(qū)間內(nèi)的電場(chǎng)，擴(kuò)大傳感器的應(yīng)用范圍；

(3)通過(guò)增大電極末端體積，提高傳感器的靈敏度，提升傳感器檢測(cè)微小電場(chǎng)的能力；

(4)通過(guò)改變電極方向，傳感器可感應(yīng)任意方向電場(chǎng)，提升傳感器空間三維電場(chǎng)探測(cè)能力；

(5)通過(guò)該傳感器封裝元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)電場(chǎng)傳感器的高可靠性封裝，提升電場(chǎng)傳感器的探測(cè)能力及環(huán)境適應(yīng)性。

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件的剖面示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施例的電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件的剖面示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明第三示例性實(shí)施例的電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件的剖面示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明第四示例性實(shí)施例的電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件的剖面示意圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明第五示例性實(shí)施例的電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件的剖面示意圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明第六示例性實(shí)施例的電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件的剖面示意圖；

圖7為根據(jù)本發(fā)明第七示例性實(shí)施例的電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件的剖面示意圖。

【本發(fā)明主要元件符號(hào)說(shuō)明】

1-封裝管殼；

2-電場(chǎng)傳感器芯片；

3-引線；

4-封裝蓋；

5(a)、5(b)-封裝電極；

6(a)-尖端探針、6(b)-平板探針；

7-屏蔽層；

8-傳感器屏蔽罩。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書(shū)描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。

此外，以下實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件。該電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件中，通過(guò)傳感器封裝電極的體積、形狀變化，擴(kuò)展了傳感器探測(cè)能力、提高了傳感器靈敏度、提升了傳感器環(huán)境適應(yīng)性，滿足了實(shí)際應(yīng)用需求。

在本發(fā)明中，根據(jù)與封裝蓋由近及遠(yuǎn)的關(guān)系封裝電極分為首端、中段和尾端。其中，首端為與電場(chǎng)傳感器芯片封裝蓋相接觸部分，或?yàn)榫嚯x電場(chǎng)傳感器芯片最近的部分；尾端為離封裝蓋最遠(yuǎn)的部分，中段為其余部分。

在本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例中，提供了一種電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件。請(qǐng)參照?qǐng)D1，該電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件包括：封裝管殼1；電場(chǎng)傳感器芯片2，固定于所述封裝管殼內(nèi)；引線3，用于將傳感器信號(hào)從管殼中引出；封裝蓋4，固定于封裝管殼1的開(kāi)口處，與封裝管殼1共同形成內(nèi)腔，以容納電場(chǎng)傳感器芯片2；封裝電極5(a)，固定于封裝蓋外部，并向遠(yuǎn)離電場(chǎng)傳感器芯片2的方向延伸一段距離。

以下分別對(duì)本實(shí)施例電場(chǎng)傳感器封裝元件的各個(gè)組成元件進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

封裝管殼1可以為金屬管殼、陶瓷管殼、塑料管殼或其他類(lèi)型管殼的任一種，在封裝管殼1上應(yīng)包含金屬焊盤(pán)與信號(hào)通路，以便于電場(chǎng)傳感器芯片2進(jìn)行電氣交互連接。根據(jù)不同的管殼類(lèi)型，管殼上可以含有管腳、焊盤(pán)、芯片槽、通孔、接插件等元件。

電場(chǎng)傳感器芯片2固定于封裝管殼1中，并與封裝管殼1的金屬焊盤(pán)之間通過(guò)引線3進(jìn)行連接并傳輸信號(hào)。固定電場(chǎng)傳感器芯片2的方式有雙面膠粘接、焊料鍵合或其他固定芯片方式中的任一種；引線3鍵合的方式包括金絲球焊、硅鋁絲焊、倒裝焊或其他鍵合方式中的任一種。

電場(chǎng)傳感器芯片2是靜電場(chǎng)傳感器芯片或交流電場(chǎng)傳感器芯片，包括采用微納米加工技術(shù)制備而成的微機(jī)械結(jié)構(gòu)芯片、微電子敏感芯片、光學(xué)敏感芯片，或其他類(lèi)型的敏感芯片。

封裝蓋4固定于所述封裝管殼1的開(kāi)口處，二者形成密閉空腔，以容納電場(chǎng)傳感器芯片2，提高電場(chǎng)傳感器芯片2的環(huán)境適應(yīng)性。

封裝電極5(a)固定于封裝管殼1及封裝蓋4形成的密閉腔外側(cè)，與封裝蓋板直接接觸。當(dāng)封裝電極5(a)的上端暴露于被測(cè)電場(chǎng)中，上端的表面會(huì)產(chǎn)生正比于被測(cè)電場(chǎng)的電荷信號(hào)，從而在探針下端產(chǎn)生等值相反的電荷信號(hào)。電場(chǎng)傳感器芯片2測(cè)試到探針下端的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)后，即可反演出被測(cè)電場(chǎng)。封裝電極5(a)的材料可以為金屬、半導(dǎo)體等任意材料，不同材料對(duì)電場(chǎng)的響應(yīng)靈敏度不同。

在本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例中，提供了一種尖端電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件。請(qǐng)參照?qǐng)D2，與第一個(gè)實(shí)施例相比，在封裝電極5(a)上端增加了尖端探針6(a)，該尖端探針的直徑小于等于被測(cè)物及被測(cè)縫隙尺寸，從而可以距離被測(cè)物更近，提升傳感器的空間分辨率，提升傳感器對(duì)狹小空間內(nèi)電場(chǎng)的探測(cè)能力，避免附近帶電體的干擾電場(chǎng)。尖端探針6(a)可選取與封裝電極5(a)相同或不同的材料。

在本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例中，提供了一種平板電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件。請(qǐng)參照?qǐng)D3，與第一個(gè)實(shí)施例相比，在封裝電極5(a)上端增加了平板探針6(b)，該平板探針的直徑大于等于傳感器芯片尺寸，從而可以在被測(cè)電場(chǎng)中收集更多的感應(yīng)電荷，提升傳感器的電場(chǎng)靈敏度、分辨率及探測(cè)能力。平板探針6(b)可選取與封裝電極5(a)相同或不同的材料。

在本發(fā)明的第四示例性實(shí)施例中，提供了一種平板電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件。請(qǐng)參照?qǐng)D4，與第三個(gè)實(shí)施例相比，封裝電極5(a)的下端不與傳感器封裝蓋4相連，二者之間留有一定空隙。封裝電極5(a)及平板探針6(b)通過(guò)螺絲、膠粘等方式固定到傳感器系統(tǒng)的其他部件上。封裝電極上端感應(yīng)電場(chǎng)后產(chǎn)生感應(yīng)電荷，下端則有相反的感應(yīng)電荷，探針下端與傳感器芯片之間產(chǎn)生的電場(chǎng)大小正比于被測(cè)電場(chǎng)。

在本發(fā)明的第五示例性實(shí)施例中，提供了一種彎曲電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件。請(qǐng)參照?qǐng)D5，與第一個(gè)實(shí)施例相比，封裝電極5(b)較封裝電極5(a)，變?yōu)槿我鈴澢娜嵝孕螤?。封裝電極5(b)可根據(jù)具體測(cè)試需求進(jìn)行彎曲，進(jìn)而改變傳感器的敏感方向，提升傳感器對(duì)于空間三維電場(chǎng)的感知能力。

在本發(fā)明的第六示例性實(shí)施例中，提供了一種彎曲帶屏蔽電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件。請(qǐng)參照?qǐng)D6，與第五個(gè)實(shí)施例相比，封裝電極5(b)周?chē)似帘螌?。屏蔽層包含至少兩層材料，與封裝電極5(b)接觸的絕緣層，以及包裹絕緣層的接地金屬層。通過(guò)增加屏蔽層7，可避免封裝電極5(b)中部對(duì)外電場(chǎng)的感應(yīng)，或避免接觸等電荷傳導(dǎo)對(duì)測(cè)試的影響，增加傳感器探測(cè)的方向性與穩(wěn)定性。

在本發(fā)明的第七個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種帶雙屏蔽層的電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件。請(qǐng)參照?qǐng)D7，與第六個(gè)實(shí)施例相比，在封裝電極5(a)的末端增加了平板探針6(b)，在封裝管殼1及封裝蓋4的外部增加了傳感器屏蔽罩8。封裝電極5(a)也可以用彎曲形的封裝電極5(b)替代。傳感器屏蔽罩8接傳感器信號(hào)地，頂部預(yù)留孔，用于封裝電極5(a)穿過(guò)并與封裝蓋4相連。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明電場(chǎng)傳感器封裝組件有了清楚的認(rèn)識(shí)。

此外，上述對(duì)各元件的定義并不僅限于實(shí)施方式中提到的各種具體結(jié)構(gòu)或形狀，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地熟知地替換。

綜上所述，本發(fā)明提供一種電極型電場(chǎng)傳感器封裝元件，含有至少一個(gè)傳感器封裝管殼、電場(chǎng)傳感器敏感芯片、電場(chǎng)傳感器引線、傳感器封裝蓋板、傳感器封裝電極，根據(jù)被測(cè)空間大小及對(duì)傳感器靈敏度要求等情況，對(duì)傳感器封裝電極進(jìn)行改進(jìn)，可增加傳感器封裝電極末端、傳感器封裝電極屏蔽層、傳感器屏蔽罩等。本發(fā)明由于采用電極型封裝結(jié)構(gòu)，可以避免傳感器敏感芯片暴露在被測(cè)環(huán)境中，增強(qiáng)了傳感器的環(huán)境適應(yīng)性，提升了傳感器系統(tǒng)測(cè)試狹小區(qū)間的能力，提升了傳感器系統(tǒng)的靈敏度。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。