专利名称：基于铂的用于气体检测的红外光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于气体检测的红外光源，其拥有一个薄层红外辐射器，所述薄层红外辐射器布置在一个保护壳的内部空间中，所述保护壳具有一个所述红外辐射器的支承面并且在与所述支承面间隔开的对面具有一个红外辐射出射窗。
背景技术：
使用红外分光法检测或者分析气体是众所周知的。它实质上包含在一个光传输路段前发射红外辐射并且在该传输路段后光学检测该辐射。在光学检测红外吸收分析时利用以下事实:在所述传输路段的区域内存在一个要检测的目标气体时，所述红外光的一个确定的对该目标气体特定的光谱区域明显地受到衰减。目标气体的所述光学检测的一个适用于所述红外分光的气体传感器通常由一个红外辐射源以及一个红外辐射检测器组成，它们布置在所述光传输路段的两侧。在所述传输路段(亦称为吸收路段)内，取决于所述吸收路段的区域中的气体或者气体混合物，所述红外辐射的确定的波长被吸收，其中所述吸收的强度取决于所述目标气体的浓度。这种对于一目标气体的光学气体传感器的气体选择性或通过使用一种仅以所述目标气体的特定波长范围内发射的窄带发射的红外辐射源达到或通过使用一种宽带发射的红外辐射源达到，那么在所述吸收路段内就要有针对所述特定波长的透射滤光器。作为较高功率的宽带发射的红外光源例如公知有基于钼的红外辐射器。这种红外福射器一般以整体方式(monolithisch)构成并且具有一个带有一个薄膜的娃晶片的一个部件，而且带有一个薄的可加热的钼层，所述薄膜用一个氮化硅层构成，所述可加热的钼层通过一个钽、钛、铬和/或其中之一制成的薄层与所述氮化硅层以粘贴方式联结。为保护所述红外辐射器不受环境影响，通常对这种薄层红外辐射器进行封装，也就是说把它布置在一个严密封闭的保护壳中。作为保护壳例如公知TO壳，其具有一个作为所述薄层红外辐射器的支承面的底并且在所述底的对面有一个严密密闭的用于从所述红外辐射器发出的红外辐射的出射窗。业已确定:严密封闭的IR光源在所设定的额定功率附近工作的情况下，在一个相对较短的工作时间之后就被损坏，这是由于所述钼层从氮化硅制成的薄层膜脱离。该损坏过程是温度相关的，也就是说，较高的工作温度加快损坏。非严密封装的红外光源并不涉及这种问题。可以证明，所述严密密封的壳体内部升高的氢气浓度是导致所述钼层的脱离和后续的钼层损坏的原因。所述有害的氢气积聚在所述红外光源的硅芯片中和所述保护壳的金属部分中。在严密封装所述红外光源之后，这些氢气通过气体离析而被连续释放并且可以在气体密封的壳中达到至0.5%的浓度。该游离的氢气尤其是在所述红外光源工作时催化地在所述钼层上裂解成原子氢，所述原子氢经所述钼层扩散，还原处于其下的五氧化二钽层或者其它布置于其下的层，并且作为反应产物形成水。所出现的水由于所述红外辐射器的高工作温度以高压气体的形式被包围在所述薄膜与所述钼层之间，这导致所述钼层从所述薄膜脱离并且从而导致所述红外光源的损坏。在保护气体下严密封装红外光源无法解决上述问题，因为氢气的析出与在所述严密密封的壳内部的其它气体无关地进行。同样地，在所述保护壳中引入一种氢气的吸气材料(如从US2004/238 763 A的公开文件所知)仅是有条件地达到目的，因为所述吸气剂的尺寸对于所要求的红外光源的使用寿命是成问题的并且安装这样的吸气剂与一种高的位置需求相关联。对于制造所述红外光源这种吸气剂表明额外的高成本因素。把空气用作所述保护壳的填充气体严密地封装所述红外光源也无法阻止所述钼层的损坏。这只是延缓所述钼层的脱离，因为所述原子氢可以与所述填充气体的分子氧气直接反应成水，其并不被包围在所述钼层与所述薄膜之间。然而在所述红外光源高工作温度的情况下却发生例如用于把所述红外辐射器粘贴在所述支承面上的有机粘接剂生成二氧化碳的氧化，所述二氧化碳的浓度可达9%。所述保护壳内增加的二氧化碳浓度和水蒸汽浓度使得所述红外光源例如不适合用于无漂移湿度传感器或CO2传感器。此外，在达到最高CO2浓度后就会出现前文所述的损坏，因为消耗气态的氧并且因此还原所述五氧化二钽层。
发明内容
以上述现有技术为出发点，本发明的技术问题是提出一种尤其防止在额定功率工作时所述红外光源的损坏的可能性，其中应当以不使用吸气材料的方式可靠地防止所述红外光源的保护壳中增高的氢气浓度。该技术问题通过带有独立权利要求1的特征的一种红外光源得以解决。其它的有利实施方式在从属权利要求中给出。据此，在根据本发明的具有一个带有一个薄钼层的薄层红外辐射器的红外光源中，设置有一个拥有一个入口和一个出口的散气槽，所述散气槽从除此以外则严密地密闭的保护壳的内部空间通向外部。所述散气槽是结构确定的，也就是说，在其几何形状上是特殊设计的并且设置在所述保护壳的特别选取的位置上。在此所述入口布置在所述保护壳的内侧而所述出口布置在所述保护壳的外侧，其中所述散气槽可以延伸在所述保护壳的任意适当的位置上。由此，析出的氢气、形成的二氧化碳或者出现的水蒸汽可以不断地向外扩散，从而在所述保护壳的内部不会发生这些气态材料显著的浓度升高。由此不论是由于氢气的红外光源的损坏还是由于改变了的水蒸汽浓度或者二氧化碳浓度的气体测量错误都被长远地避免了。在此，如此地选取所述散气槽的横截面积:使得散布在所述钼层与所述出射窗之间的内部空间中或者沉淀在所述钼层上或所述出射窗上的较大的颗粒尤其不会从环境侵入到所述保护壳中。在本发明的一个实施方式中，典型地具有l-2mm的横截面直径的所述散气槽是不封闭的。这样一种根据本发明的红外光源例如可以用于非关键的应用和/或用于周围大气较少污染的环境中。优选的是所述散气槽的所述出口和/或所述入口布置在保护壳的一个面和/或棱上。在此，所述散气槽可以由一个穿孔(Bohrung)或者一个统槽(Ausfrjisung)构成。它还可以构成为所述保护壳的焊接部分、切削部分、粘接部分、密封部分之一的确定间断(definierte UnterbrechungX
原则上，在根据本发明的红外光源中设有的散气槽可以直线地、单次或者多次弯曲或折角地在所述入口与所述出口之间进行延伸。根据本发明还设有这些延伸部分的一个组合。所述散气槽的延伸方向可以单次或多次地沿任意方向改变。优选的是根据本发明的红外光源的一个实施方式，在该实施方式中所述散气槽迷宫样地在所述入口与所述出口之间延伸。氢气、水蒸汽和/或二氧化碳从所述保护壳内部空间的流出仅由此稍微受到影响，而一般还夹带污染颗粒的气体从外部侵入却明显地不容易了。可能出现的污染颗粒在此有利地沉积在所述散气槽的壁上并且从而无法抵达所述内部空间来与所述红外辐射器接触。对于关键的应用，例如在一个有较重灰尘负荷和/或水湿负荷的周围场所中，优选的是借助于一个不透水、透水蒸汽且气体扩散开放的密封薄膜来对所述散气槽进行密封。在这方面，作为密封薄膜例如可以利用一种以商品名“Gore-Tex”公知的薄膜。“Gore-Tex”是一种聚四氟乙烯组成的不透水、透水蒸汽并且从而还是气体扩散开放的密封薄膜，所述薄膜主要是在服装业中用于制造功能性纺织物，并且具有透气的栅格样结构。对于其中必须防止所述目标气体或者其它侵入性气体从周边侵入根据本发明的红外光源的所述保护壳中的特定的关键的应用，优选的是所述密封膜构成为半渗透性膜，其例如用开普顿(Kapton)、特氟隆(Teflon)或者Silcion制造。半渗透性指得是物质或物理界面的，往往是薄膜的、半通透的或者说部分通透的特性。只有一定尺寸以下的分子并且从而一定分子量以下的分子才能穿透这样的薄膜。此外所述密封膜还可以实施成薄金属箔。特定的氢公知可以扩散过这样的金属箔，而较大的分子却不能够。为此目的可以粘贴或者焊接所述金属箔。所使用的密封膜可以实施成扁平状或者实施为在空间上、最好沿着所有空间方向均勻延伸的物体。在本发明的一个优选的实施方式中，所述密封膜扁平地(scheibenf5rmigflach)构成并且于外部布置和固定在所述散气槽的出口上。在另一个实施方式中，所述密封膜同样平平地构成，然而却布置和固定在所述散气槽中。在此所述固定例如通过粘贴或者夹紧在所述盘状的密封膜的边缘上进行。夹紧需要一种支座(Gegenlager)，其由所述散气槽中的一个环形台阶构成。优选的是用一个管状的压入部件把所述密封膜压住并且从而夹紧在所述环形台阶上。在根据本发明的另一个有利的变例中，所述密封膜筒状地(patronenf5rmig)构成并且部分或者完全地收纳和固定在所述散气槽中。与作为平状盘还是三维筒(Patixme)的特定实施方式无关，这些密封膜各自在外部密封地与所述散气槽联结。根据本发明的红外光源的所述保护壳与一个印刷电路板在机械固定和电接触意义上的连接可以有在原则上有区别的两种实施方式。这既可以用在印刷电路板上穿线安装(Durchsteckmontage)用的电连接线来实施也可以用在所述印刷电路板上表面安装用的电连接带进行实施。假定所述散气槽的出口布置在一个朝向所述印刷电路板的面上或者布置在一个相应所属的棱上并且所述保护壳在安装在所述印刷电路板上的状态下与所述印刷电路板只有很小的间距或者没有任何间距，所述印刷电路板在所述散气槽出口的对面具有一个孔隙是有利的，所述散气槽可以通过该孔隙不受干扰地与周边联通。在此，为了常规的安装，所述保护壳例如可以实施成晶体三极管外形壳，而为表面安装(OberfIjichenmontage)实施成双列直插壳。在这两种情况下所述保护壳都可以具有红外福射的辐射整形元件，所述整形元件内部地集成在所述保护壳中或者外部地与所述保护壳适配。下面借助于多个在附图中示出的实施例详细地说明本发明。本发明的其它特征由下面结合权利要求和附图对本发明的实施例的说明中给出。在此，本发明的单个特征既可以单独地也可以多个地在本发明的不同实施方式中实现。在附图中。
图1示出根据本发明的红外光源的第一实施例，其带有一个用于穿线安装在印刷电路板上的保护壳，其中所述散气槽远边缘地布置于一个TO壳的一个底面。图2示出根据本发明的红外光源的第二实施例，其带有一个用于穿线安装在印刷电路板上的保护壳，其中所述散气槽近边缘地布置于一个TO壳的一个底面。图3示出图1的实施例，其带有一个用于封闭所述散气槽的平密封膜，所述平密封膜于外部布置在所述散气槽的出口上，并且在所述出口处环绕固定。图4示出图1的实施例，其带有一个用于封闭所述散气槽的平密封膜，所述平密封膜布置在所述散气槽中，并且在所述散气槽处以环绕方式夹紧固定在一个环形台阶上。图5示出图1的实施例，其带有一个构成为筒的密封膜，所述构成为筒的密封膜收纳在所述散气槽中，并且在所述散气槽处通过挤压固定在外周边上。
具体实施例方式图1至5分别大致以纵向剖视图示出根据本发明的用于气体检测的红外光源I的前文列举的实施方式。在此，一个薄层红外辐射器2在一个大部分严密密封的保护壳3中布置在一个支承面4上，并且在所述支承面处通过粘接进行固定。所述保护壳3构成为晶体三极管外形壳并且具有一个底5、一个侧壁6并且在所述底5的对面有一个透红外光的出射窗7，它们密封地，尤其是气体密封地相互联结。通过所述底5电连接线8通到所述保护壳3的内部空间9中，所述电连接线8用电连接引线18与布置在支承面4上的薄层红外辐射器2连接。在所述红外福射器2旁边有一个散气槽10，其在一个末端布置有一个配属于所述内部空间9的入口 11并且在另一个末端布置有一个出口 12。所述散气槽10从所述保护壳3的内部空间9通向外部。它在图1和图2中开放地构成。图1示出这样一个散气槽10，其将所述散气槽实施成穿孔，并且从而直线地在入口 11与出口 12之间延伸并远边缘地穿过所述保护壳3的底5，并且从而与保护壳3的侧壁6存在侧面间距。底5构成保护壳3的一个面13。图2示出这样一个散气槽10的一个变例，其由底5和侧壁6的相互配属的边缘侧的统槽构成。该统槽在所述保护壳3的一个侧棱14上构成一个确定间断，除此之外侧壁6和底5密封地相互联结于所述棱。在这种情况下散气槽10是单次折角地(einfach abgewinkelt)实施的。通过典型地l_2mm直径的所述开放的散气槽10，可以毫无问题地向外导出所述基于钼的红外光源工作时出现的并且如果没有散气槽10就会以高浓度和高溢压聚积的氢气、水蒸汽或者二氧化碳。在该入口 11与出口 12之间的散气槽10的长度和形状是次要的。图3至图5示出图1所示的实施例被修改了，其中利用一个不透水却湿气扩散开放和气体扩散开放的密封膜15来封闭所述散气槽10，优选的是半渗透性地构成所述密封膜。在图3、图4中示出的实施方式中，所述密封膜15构成为扁平盘，与之相对在图5中所示的实施方式中所述密封膜15形成为一个三维的筒。所述密封膜15尤其是沿着从出口 12至入口 11的方向封闭散气槽10，从而取决于为密封膜15选择的材料以干净和去除污染的形式防止水、水蒸汽、气体侵入保护壳3的内部空间9。沿着相反的方向，就是说从入口 11向出口 12的方向，气体和水蒸汽可以无阻碍地从内部空间9向外部扩散。在图3所示的变例中，所述密封膜在外部跨越所述出口 12而布置在所述底5上。它在边缘侧与所述底5粘接。在图4所示的变例中所述密封膜15布置在所述散气槽10中并且在此处通过夹紧固定。为此所述散气槽10构成有一个环形台阶16，所述密封膜15以边缘侧安置在所述环形台阶上。它由压紧部件压在环形台阶16上。在图5所示的变例中，筒状构成的密封膜15被收纳在所述散气槽10中并且借助压配合进行固定。
权利要求
1.一种用于气体检测的红外光源(1)，其拥有薄层红外辐射器(2)，所述薄层红外辐射器(2)被布置在保护壳(3)的内部空间(9)中，所述保护壳(3)具有所述薄层红外辐射器(2)的支承面(4)并且在与所述支承面(4)间隔开的对面具有红外辐射的出射窗(7)， 其特征在于，所述薄层红外辐射器(2)具有钼层并且从所述保护壳(3)的内部空间(9)向外通出至少一个结构确定的带有入口(11)和出口(12)的散气槽(10)。
2.如权利要求1所述的红外光源，其特征在于， 所述散气槽(10 )的所述入口( 11)和/或所述出口( 12 )被布置在保护壳(3 )的面(13 )上和/或棱(14)上。
3.如权利要求1或2所述的红外光源，其特征在于， 所述散气槽(10)由穿孔或者铣槽构成。
4.如以上权利要求中任一项所述的红外光源，其特征在于， 所述散气槽(10)由所述保护壳(3)的焊接部分、切削部分、粘接部分/密封部分之一的确定间断构成。
5.如以上权利要求中任一项所述的红外光源，其特征在于， 所述散气槽(10)迷宫样地在所述入口(11)与所述出口(12)之间延伸。
6.如以上权利要求中任一项所述的红外光源，其特征在于， 所述散气槽(I)借助于不透水、透水蒸汽、以及气体扩散开放的密封薄膜(15)进行密封。
7.如以上权利要求中任一项所述的红外光源，其特征在于， 所述密封膜(15)半渗透性地构成。
8.如权利要求6或7项所述的红外光源，其特征在于， 所述密封膜(15)扁平地构成并且于外部布置和固定在所述出口( 12)上。
9.如权利要求6或7所述的红外光源，其特征在于， 所述密封膜(15)扁平地构成并且被布置和固定在所述散气槽(10)中。
10.如权利要求6或7所述的红外光源，其特征在于， 所述密封膜(15)筒状地构成并且内部收纳和固定在所述散气槽(10 )中。
11.如以上权利要求中任一项所述的红外光源，其特征在于， 所述密封膜(15)被构成为薄金属箔。
12.如权利要求11所述的红外光源，其特征在于， 所述密封膜(15 )焊接在所述出口( 12 )上。
13.如以上权利要求中任一项所述的红外光源，其特征在于， 所述保护壳(3 )设置有在印刷电路板上穿线安装用的电连接线(8 )。
14.如以上权利要求1一 10中任一项所述的红外光源，其特征在于， 所述保护壳(3 )设置有在印刷电路板上表面安装用的电连接带。
全文摘要
用于气体检测的红外光源(1)，其带有薄层红外辐射器(2)，所述薄层红外辐射器(2)被布置在保护壳(3)的内部空间(9)中，所述保护壳具有薄层红外辐射器(2)的支承面(4)并且在与所述支承面(4)间隔开的对面具有红外辐射出射窗(7)。根据本发明提出，所述薄层红外辐射器(2)具有铂层并且从所述保护壳(3)的内部空间(9)向外通出至少一个带有入口(11)和出口(12)的散气槽(10)。对于非关键的应用，所述散气槽(10)是不封闭的，对于关键的应用，所述散气槽可以借助于不透水、通透水蒸汽并且气体扩散开放的密封膜(15)密封，所述密封膜(15)最好半渗透性地构成。
文档编号G01N21/01GK103105358SQ201210446248
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者O.杜博歇特, S.克雷布斯 申请人:阿克塞特里斯股份公司
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