一種汽車用氮氧化物傳感器晶片的製作方法

2023-05-30 10:49:26

專利名稱：一種汽車用氮氧化物傳感器晶片的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車用氮氧化物傳感器晶片，尤其涉及一種以釔穩定化二氧化鋯 為電解質的平板式氮氧化物傳感器晶片，屬於汽車尾氣控制系統領域。
背景技術：
氮氧化物是一種主要的氣體汙染物，不僅直接對人體和動物造成傷害，而且也可 形成酸雨對動植物及人類的整個環境造成危害，因此對工業廢氣、汽車尾氣及大氣中氮氧 化物的檢測是一項迫切的任務。氮氧化物的檢測方法有離子選擇性電極法、化學發光法、 生物化學傳感器法、半導體傳感器法、固體電解質電位型傳感器法等，其中固體電解質電位 型傳感器法被認為最具前途的一種方法，目前已經有這種類型的傳感器並產業化，主要用 於重型柴油發動機的尾氣排放處理系統。目前氮氧化物傳感器的結構大多為片式結構，由六層甚至更多的釔穩定氧化鋯和 氧化鋁陶瓷片疊合而成，結構和製作工藝都很複雜。由此也會導致一系列的問題
1.結構和製作工藝的繁瑣直接導致的是綜合成品率的降低；
2.由於釔穩定氧化鋯和氧化鋁性質的差異，給疊合帶來難度，繼而導致的是晶片的氣 密性差，影響測試結果的準確性；
3.晶片的整體厚度偏厚，固體電解質達到工作溫度耗時長，為縮短反應時間勢必降低 加熱電極的電阻，這樣加熱電極和固體電解質的壽命都將受到影響。另夕卜，為了防止燒結過程中非活化電極中金揮發汙染活化電極，專利號 JP09171015的專利文件中將主體部分和引排元件部分開製作，各自燒結成型，然後再合二 為一。這種工藝可以簡化結構但是也至少存在以下兩個技術難點
1.引排部分和主體部分疊合時除了密封存在技術難度外，也會增大晶片的殘餘應力；
2.引排部分電極與引線的連接較困難。也有研究者為了降低製作難度，提高加熱電極的導通率，將加熱器部分單獨製作
然後再與主體部分疊合。這樣做的確能提高晶片，尤其是加熱器部分的成品率，但是同時
也增加了成本，而且在加熱過程中，加熱片與主體部分的分界處易聚集熱應力，從而導致開裂。

發明內容
本發明的目的是提供一種內置加熱、結構簡單、快速啟動、在工作溫度下實現有效 的壓緊密封又不產生過大的熱應力的平板式汽車用氮氧化物傳感器晶片。本發明所採用的技術方案是
一種汽車用氮氧化物傳感器晶片，包括第一至第五層疊壓而成的基片，第五層基片上 設置有加熱電極，加熱電極呈波浪形排列，加熱電極上覆蓋有絕緣層，第四層基片的上方設 置有參比氣體通道，參比氣體通道包括厚腔和薄腔，薄腔和厚腔通過小孔相連。所述絕緣層材料為以氧化鋁為主的陶瓷粉漿料。
所述薄腔厚度為厚腔厚度的四分之一到三分之一。有益效果由於採用上述技術方案，本發明具有結構簡單、熱效率高、快速啟動、在 工作溫度下實現有效的壓緊密封又不產生過大的熱應力的特點。將加熱元件、引排元件及 檢測元件製作為一體，僅通過一次疊合後高溫燒結即可完成。


圖1是本發明的整體結構剖面圖； 圖2是本發明第二層基片的俯視圖3是本發明加熱片即第五層基片的俯視圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明。一種汽車用氮氧化物傳感器晶片，包括第一至第五層疊壓而成的基片2、11、21、 13、14，第五層基片14上設置有加熱電極19，加熱電極19呈波浪形排列，加熱電極19上覆 蓋有絕緣層18，第四層基片13的上方設置有參比氣體通道，參比氣體通道包括厚腔12和薄 腔16，薄腔16和厚腔12通過小孔15相連。所述絕緣層18材料為以氧化鋁為主的陶瓷粉漿料。所述薄腔16厚度為厚腔12厚度的四分之一到三分之一。圖1是本發明的一種內置加熱器結構示意圖。第五層基片14為加熱片，基片材質 為緻密釔穩定氧化鋯，第五層基片14上表面印製加熱電極19，為保證第五層基片14與第四 層基片13的絕緣，在加熱電極19上印製絕緣漿料18。第一層基片2、第二層基片11、第三層基片21組成引排元件，第一電極1、第二電 極5、第一層基片2和外加電壓構成氧泵一，其功能是通過調節外加電壓的大小來降低第一 空腔6內的氧濃度到一定值。第一電極1、第三電極8、第一層基片2和外加電壓構成氧泵 二，其功能是通過調節外加電壓的大小來降低第二空腔9內的氧濃度至接近於Oppm。從而 促使氮氧化物氣體的分解。第二層基片11、第三層基片21和第四層基片13組成檢測元件。第四電極10、第 五電極17、第三層基片21與外接儀表組成迴路，通過外接儀表的讀數即可反映出第二空腔 9內氮氧化物氣體的濃度大小。厚腔12為參比氣體通道，通過小孔15與薄腔16貫通，從而 薄腔16內也為參比氣體。圖2為第二層基片11的俯視圖。待測氣體在第三空腔22內穩定化，經過第一層 擴散障礙層3進入第四空腔20，再次穩定化，經過第二層擴散障礙層4進入第一空腔6，氣 體在第一空腔6內在氧泵一的作用下氧濃度得到降低，後經過第三層擴散障礙層7進入第 二空腔9，氣體在第二空腔9內在氧泵二的作用下氧濃度進一步降低，以致氮氧化物氣體分 解為氧氣和氮氣。圖3為加熱元件即第五層基片14的俯視圖。加熱電極19採用彎曲狀目的是為了 提高加熱速率並滿足晶片工作時的熱分布要求。加熱部分採用在釔穩定氧化鋯基片印製鉬電路的方法製作。加熱電極19的上下 均印刷有絕緣漿料，加熱電極19通過穿孔導通的方法與反面的引腳相連，且加熱電極19上印刷有鉬引線導出後與熱電偶相連以達到溫控的目的。為縮短加熱時間並使晶片滿足理想 的熱分布，加熱電極19設計為彎曲狀，詳見附圖3。引排元件與檢測元件均採用釔穩定氧化鋯基片製作。整個晶片成品(燒結以後)的 尺寸為長為60 70mm;寬為4 5mm;高為1 2mm。共由5層基片一次性疊合而成，全 部採用釔穩定氧化鋯基片製作。最下面一層為加熱片，上面四片完成引排和檢測的功能。由於採用上述技術方案，本結構簡單、熱效率高、快速啟動、在工作溫度下實現有 效的壓緊密封又不產生過大的熱應力的特點。
權利要求
一種汽車用氮氧化物傳感器晶片，包括第一至第五層疊壓而成的基片(1、11、21、13、14)，其特徵在於第五層基片(14)上設置有加熱電極(19)，加熱電極(19)呈波浪形排列，加熱電極(19)上覆蓋有絕緣層(18)，第四層基片(13)的上方設置有參比氣體通道，參比氣體通道包括厚腔(12)和薄腔(16)，薄腔(16)和厚腔(12)通過小孔(15)相連。
2.根據權利要求1所述的汽車用氮氧化物傳感器晶片，其特徵在於所述絕緣層(18) 材料為以氧化鋁為主的陶瓷粉漿料。
3.根據權利要求1所述的汽車用氮氧化物傳感器晶片，其特徵在於所述薄腔(16)厚 度為厚腔(12)厚度的四分之一到三分之一。
全文摘要
本發明公開了一種汽車用氮氧化物傳感器晶片，包括第一至第五層疊壓而成的基片，第五層基片上設置有加熱電極，加熱電極呈波浪形排列，加熱電極上覆蓋有絕緣層，第四層基片的上方設置有參比氣體通道，參比氣體通道包括厚腔和薄腔，薄腔和厚腔通過小孔相連。絕緣層材料為以氧化鋁為主的陶瓷粉漿料，薄腔厚度為厚腔厚度的四分之一到三分之一。結構簡單、熱效率高、快速啟動、在工作溫度下實現有效的壓緊密封又不產生過大的熱應力的特點。將加熱元件、引排元件及檢測元件製作為一體，僅通過一次疊合後高溫燒結即可完成。
文檔編號G01N27/407GK101995425SQ201010525748
公開日2011年3月30日 申請日期2010年10月30日 優先權日2010年10月30日
發明者倪銘, 尹亮亮, 王哲, 謝光遠, 黃海琴 申請人:無錫隆盛科技有限公司