陶瓷电路板应用于传感器行业可行性研究报告

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

从传感器分类上就可以看出，几乎所有的传感器工作环境都是非常恶劣的，在这样恶劣的环境下工作，有很多必要的硬性指标：

1、精度

2、稳定性

3、线性范围

4、灵敏度的选择

5、频率响应特性

一、热敏传感器使用陶瓷电路板可行性：

  热敏传感器，顾名思义，就是使用热敏元件的传感器，必须要对热量极其敏感，例如电子温度计。

这种传感器除了上面列出的硬性指标之外，还需要良好的导热元件，一是使做功元器件的热量能够及时的导出，在更低的热阻值之下，热敏元件接收到的热量也会更加精准。

这一点上陶瓷电路板的优势完全可以超常发挥，目前的基板材质上，基本没有比陶瓷基板导热更好的。氧化铝陶瓷的热导率可以达到15 W/(m·K)~35 W/(m·K)，氮化铝陶瓷热导率可以达到135 W/(m·K)~175 W/(m·K)，目前是市面上比较成熟的工业陶瓷就这两种。

在价格方面，传感器应用的电路板的规格都是非常小的，成本上与铝基板基本相差无几。质量更好的传感器售价稍稍提高的情况下，性价比也会比较高。

二、 光敏传感器使用陶瓷电路板可行性：

光敏传感器是目前产量最多，应用范围最广的传感器，多以光敏电阻的形式存在，随着光线的强弱变化，电阻值也相对发生变化，随之产生随着光强弱的脉冲信号。

常用硫化镉光敏电阻的结构部件有：电极 / 硫化镉/  陶瓷基板 /  导线 /  树脂防潮膜等。陶瓷基板已经广泛应用于光敏电阻之中。

三、气敏传感器使用陶瓷电路板可行性：

气敏传感器的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。

气敏传感器一般工作在200℃以上的高温，所以对于耐高温的要求是特别高的。气体传感器的检测元件一般用的是铂丝，使用时对铂丝通以电流，保持高温，此时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此，铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。

气敏电阻如果是对耐高温要求比较高的，一般使用的是陶瓷电阻，底座的话一般也使用陶瓷底座（也有部分使用FR-4底座）。陶瓷底座其实也就是陶瓷线路板，在陶瓷表面进行简单的布线，主要作用还是在导热散热方面。

气敏传感器结构图：

图一

 四、力敏传感器使用陶瓷电路板可行性：

力敏传感器是用来检测气体、固体、液体等物质间相互作用力的。目前应用最广泛的有压电式、电容式、硅压式三种，其中压电式一般使用的是压电陶瓷。

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料。

常用的压电陶瓷有钛酸钡系、锆钛酸铅二元系，不属于陶瓷电路板，是在陶瓷表面附加电极导电，使力能作用在压电陶瓷上转换成电能。

综上所述，力敏传感器基本不会用到陶瓷电路，对导热要求也不会特别高，在力的作用下，力敏传感器最大的需求点应该是稳定性，其核心稳定性必须要强，才能保证稳定工作。

五、磁敏传感器使用陶瓷电路板可行性：

磁敏传感器中，霍尔元件及霍尔传感器的规模是最大的，应用领域也是相当广泛。

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

霍尔传感器的主要还是磁电效应，对于环境的适应性是非常高的，在使用的过程当中，跟其他传感器不同的地方在自身的稳定性，使用电磁效应，对电路依靠性非常低，所以其使用寿命也是非常长的。

在磁敏传感器中，除了霍尔传感器还有磁阻器件，磁阻器件也是根据磁阻效应来设计的，主要应用于力与力阻的测量。

所有的磁敏传感器的共通点就是就是利用磁力的物理现象来测量，完全不需要陶瓷电路板。

六、 湿敏传感器使用陶瓷电路板可行性：

 通常，理想的湿敏传感器的特性要求是，适合于在宽温、湿范围内使用，测量精度要高；使用寿命长，稳定性好；响应速度快，湿滞回差小，重现性好；灵敏度高，线形好，温度系数小；制造工艺简单，易于批量生产，转换电路简单，成本低；抗腐蚀，耐低温和高温特性等。

目前在在湿度测量领域中，高温下的湿度测量仍然是一个难题，随着科学技术的进展，要求在高温下测量湿度的场合越来越多，例如水泥、金属冶炼、食品加工等涉及工艺条件和质量控制的许多工业过程的湿度测量与控制。因此，自60年代起，许多国家开始竟相研制适用于高温条件下进行测量的湿度传感器。 考虑到传感器的使用条件，人们很自然地把探索方向着眼于既具有吸水性又能耐高温的某些无机物上。实践已经证明，陶瓷基板不仅具有湿敏特性，而且还可以作为感温元件和气敏元件。这些特性使它成为一种有发展前途的多功能传感器。

由此可见，陶瓷基板对于湿度传感器的重要性，随着现在智能家居的发展，湿度传感器大多与温度传感器一起使用，但是很多厂家依然使用的还是铝基板，甚至是FR-4基板，如果环境波动过大，根本没办法准确测量出温湿度的反应变化，传感器的寿命也会相应降低。

七、 声敏传感器使用陶瓷电路板可行性：

声敏传感器标准型的工作温度在-20~80℃，扩展型工作温度-30~120℃ 　-40~125℃，扩展性的声敏传感器工作温度是比较高的，这时如果使用传统玻纤板的话，会快速老化变形，铝基板的话在这种高温下，也会产生大量的结温，对元器件造成伤害。

陶瓷电路板因其高导热、高稳定的特性，能够适应各种高温条件，可以将热量迅速导出，完美发挥出声敏原件的性能。

声敏传感器用得最多的就是声控灯了，智能家居飞速发展，声敏应用必将越来越庞大。

八、放射线传感器使用陶瓷电路板可行性：

放射线传感器主要有X射线传感器、β射线传感器、伽马射线传感器等，他们的作用都是将射线转换成可见光，经过光电二极管放大，转换成电信号传输给计算机。是基于被测物质对射线的吸收、反散射或射线对被测物质的电离激发作用而进行工作的。

射线传感器也被称作核辐射传感器，其中无需使用陶瓷电路板。

九、色敏传感器使用陶瓷电路板可行性：

色敏传感器是由光敏二极管和滤色器构成的一种传感器，实际上它是一种新型的半导体光敏元件，其核心部件就是光敏二极管，它也是基于半导体的内光效应，将光信号变成为电信号的光辐射探测器件。

类似放射线传感器，但是色敏传感器主要针对于可见光的探测，放射线传感器主要针对各种不可见线性辐射。

在色敏传感器当中，当然也无需使用陶瓷电路板。

十、味敏传感器使用陶瓷电路板可行性：

味敏传感器严格来讲也属于气敏传感器，但是味敏传感器主要针对于模拟嗅觉的领域，而不是气体分析。

味敏传感器的应用场合包括环境监测、产品质量检测（如食品、烟草、发酵产品、香精香料等）、医学诊断、爆炸物检测等。

其工作温度在200℃~500℃之间，同样需要陶瓷进行导热。味敏传感器能准确分辨出味道的浓烈程度，例如臭味、香味、辣味等。因此还有个很形象的名字叫做电子鼻。

电子鼻技术响应时间短、检测速度快，不像其它仪器，如气相色谱传感器、高效液相色谱传感器需要复杂的预处理过程；其测定评估范围广，它可以检测各种不同种类的食品；并且能避免人为误差，重复性好；重点是还能检测一些人鼻不能够检测的气体，如毒气或一些刺激性气体，它在许多领域尤其是食品行业发挥着越来越重要的作用。

总结：陶瓷电路板并不能完美适应所有传感器，传感器的应用范围太广，由于陶瓷材料的耐高温和抗恶劣环境影响能力很强，所以常常将它们用于高温环境下的处理过程，要用到陶瓷传感器的无非就是利用陶瓷的高导热，高稳定性，以及高频等特点，在不需要非常好的导热的情况下，陶瓷电路板将凸显不出其优点。