一種氧傳感器晶片及其製備方法
2023-06-09 20:53:11
一種氧傳感器晶片及其製備方法
【專利摘要】本發明公開一種氧傳感器晶片及其製備方法，涉及傳感器領域。氧傳感器晶片包括自下而上依次印疊的加熱電阻引出線層、第一功能陶瓷片層、第一絕緣層、加熱電阻層、第二絕緣層、氧氣摻比通道層、內感應電極層、第二陶瓷片層、電極引出線層和多孔保護層；製備方法是依次從加熱電阻引出線層至多孔保護層；本發明將兩種或多種不共燒匹配的材料通過印刷方式助其共燒，具體是將不匹配的材料製成印刷漿料通過印刷方式內嵌到另一種材料上，將多種材料的共燒轉變成單一材料的燒結，故有助於解決材料之間因熱膨脹系統差異的應力導致的開裂或分層缺陷。
【專利說明】一種氧傳感器晶片及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及傳感器領域，具體涉及一種發動機燃燒時對氧氣含量進行監測、信號轉換傳輸的感應晶片。
【背景技術】
[0002]汽車氧傳感器是將燃燒後的氣體情況實時反饋給發動機控制單元的一個關鍵元件，而發動機電控噴射系統則依據氧傳感器提供的信號精確控制空燃比。由於混合氣的空燃比一旦偏離理論值，三元催化劑的淨化能力將急劇下降，故在排氣管中安裝氧傳感器來檢測排氣的濃度，並向發動機控制單元發出反饋信號。現有的汽車氧傳感器主要分為片式氧傳感器和管式氧傳感器，其中片式汽車氧傳感器是新發展的一種氧傳感器，它具有加熱快、響應時間短等優點。
[0003]現有技術中的片式氧傳感器晶片，一般為多層疊層結構，下方為加熱體，上方為測氧體，測氧體從下至上包括摻比氣基片、摻比電極、氧化鋯基體、測試電極和多孔保護層；摻比氣基片上具有空氣槽，作為摻比氣通道，使摻比電極與大氣連通。但是由於空氣槽的存在，多層疊層結構在熱壓、燒結時會內部凹陷，生坯產生裂紋、變形等缺陷，使得燒結後的片式氧傳感器晶片產品失效，降低產品的良品率。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術中的不足而提出一種氧傳感器晶片及其製備方法，有助於解決材料之間因熱膨脹系統差異的應力導致的開裂或分層缺陷。
[0005]本發明的技術方案如下:
一種氧傳感器晶片，包括自下而上依次印疊的加熱電阻引出線層、第一功能陶瓷片層、第一絕緣層、加熱電阻層、第二絕緣層、氧氣摻比通道層、內感應電極層、第二陶瓷片層、電極引出線層和多孔保護層。
[0006]上述第一功能陶瓷片層為帶有加熱電阻連接點的功能陶瓷片層。
[0007]上述第二功能陶瓷片層為印刷有內感應電極連接點的功能陶瓷片層。
[0008]上述第一功能陶瓷片層和第一功能陶瓷片層厚度為50?100微米。
[0009]上述第一功能陶瓷片層和第二功能陶瓷片層的功能陶瓷漿料由如下組成按質量比例混合而成:
宇乙穩定氧化錯50%?60% ；
粘結劑1%?3% ；
塑化劑0.6%?1% ；
分散劑0.5%?2% ；
有機溶劑 35%?50%。
[0010]上述粘結劑為丙烯酸樹脂，所述塑化劑為鄰苯二甲酸二丁酯，所述分散劑為聚醚，所述有機溶劑為醋酸正丙酯和異丁醇組成。
[0011]上述氧傳感器晶片的製備方法，其特徵在於:步驟如下:
501:將漿料裁切成料片；
502:將內感應電極和加熱電阻引出線印刷在打好孔的料片上待疊壓備用，在打好孔的料片上印刷內感應連接點待疊壓備用，在打好孔的料片上印刷加熱電阻連接點待疊備用；
503:疊壓印刷加熱電阻引出線層；
504:疊壓印刷加熱電阻連接點，即形成第一功能陶瓷片層；
505:在第一功能陶瓷片層的正面依次印刷第一絕緣層、加熱電阻層、第二絕緣層；
506:疊壓若干打好長方孔的料片，即構成氧氣摻比通道層；
507:疊壓內感應電極層；
508:疊壓若干層印刷有內感應電極連接點的第二功能陶瓷片層；
509:印刷外感應電極和內感應電極的電極引出線層；
S10:印刷多孔保護層；
Sll:切割燒結成型。
[0012]上述第一絕緣層、加熱電阻層和第二絕緣層的印刷面積都印刷內嵌到第一功能陶瓷片層的平面以內。
[0013]進一步的，在第一功能陶瓷片層邊緣印刷功能陶瓷層，功能陶瓷層厚度等於第一絕緣層、第一絕緣層、加熱電阻層的總厚度。
[0014]本發明的有益效果:本發明將兩種或多種不共燒匹配的材料通過印刷方式助其共燒，具體是將不匹配的材料製成印刷漿料通過印刷方式內嵌到另一種材料上，將多種材料的共燒轉變成單一材料的燒結，故有助於解決材料之間因熱膨脹系統差異的應力導致的開裂或分層缺陷。
【具體實施方式】
[0015]為了更好的說明本發明，現結合作進一步的說明。
[0016]實施例1
將50%釔穩定氧化鋯、1%丙烯酸樹脂、0.6%鄰苯二甲酸二丁酯、0.5%聚醚、47.9%醋酸正丙酯和異丁醇按質量比例混合而成。
[0017]然後按以下步驟製備氧傳感器晶片:
501:將漿料裁切成料片；
502:將內感應電極和加熱電阻引出線印刷在打好孔的料片上待疊壓備用，在打好孔的料片上印刷內感應連接點待疊壓備用，在打好孔的料片上印刷加熱電阻連接點待疊備用；
503:疊壓印刷加熱電阻引出線層；
504:疊壓印刷加熱電阻連接點，即形成第一功能陶瓷片層；
505:在第一功能陶瓷片層的正面依次印刷第一絕緣層、加熱電阻層、第二絕緣層；
506:疊壓若干打好長方孔的料片，即構成氧氣摻比通道層；
507:疊壓內感應電極層；
508:疊壓若干層印刷有內感應電極連接點的第二功能陶瓷片層；
509:印刷外感應電極和內感應電極的電極引出線層；
510:印刷多孔保護層； Sll:切割燒結成型。
[0018]要求印刷既保證加熱電阻的導通又起到加熱時絕緣的效果，由於涉及到功能陶瓷、絕緣材料及金屬導電材料的匹配共燒，所以第一絕緣層、加熱電阻層和第二絕緣層的印刷面積都印刷內嵌到第一功能陶瓷片層的平面以內；但是這樣會出現第一功能陶瓷片層和氧氣反比通道層的邊銜接出現溝槽，不利於疊層的接合以及共燒時會產生開裂和分層缺陷，為解決共燒問題，在第一功能陶瓷片層邊緣印刷功能陶瓷層，功能陶瓷層厚度等於第一絕緣層、第一絕緣層、加熱電阻層的總厚度，如此可以達到第一絕緣層、加熱電阻層和第二絕緣層完全內嵌到功能陶瓷內。
[0019]實施例2
將55%釔穩定氧化鋯、3%丙烯酸樹脂、0.8%鄰苯二甲酸二丁酯、1%聚醚、40.2%醋酸正丙酯和異丁醇按質量比例混合而成。
[0020]然後按以下步驟製備氧傳感器晶片:
501:將漿料裁切成料片；
502:將內感應電極和加熱電阻引出線印刷在打好孔的料片上待疊壓備用，在打好孔的料片上印刷內感應連接點待疊壓備用，在打好孔的料片上印刷加熱電阻連接點待疊備用；
503:疊壓印刷加熱電阻引出線層；
504:疊壓印刷加熱電阻連接點，即形成第一功能陶瓷片層；
505:在第一功能陶瓷片層的正面依次印刷第一絕緣層、加熱電阻層、第二絕緣層；
506:疊壓若干打好長方孔的料片，即構成氧氣摻比通道層；
507:疊壓內感應電極層；
508:疊壓若干層印刷有內感應電極連接點的第二功能陶瓷片層；
509:印刷外感應電極和內感應電極的電極引出線層；
510:印刷多孔保護層；
511:切割燒結成型。
[0021]要求印刷既保證加熱電阻的導通又起到加熱時絕緣的效果，由於涉及到功能陶瓷、絕緣材料及金屬導電材料的匹配共燒，所以第一絕緣層、加熱電阻層和第二絕緣層的印刷面積都印刷內嵌到第一功能陶瓷片層的平面以內；但是這樣會出現第一功能陶瓷片層和氧氣反比通道層的邊銜接出現溝槽，不利於疊層的接合以及共燒時會產生開裂和分層缺陷，為解決共燒問題，在第一功能陶瓷片層邊緣印刷功能陶瓷層，功能陶瓷層厚度等於第一絕緣層、第一絕緣層、加熱電阻層的總厚度，如此可以達到第一絕緣層、加熱電阻層和第二絕緣層完全內嵌到功能陶瓷內。
[0022]實施例3
將60%釔穩定氧化鋯、2%丙烯酸樹脂、1%鄰苯二甲酸二丁酯、2%聚醚、35%醋酸正丙酯和異丁醇按質量比例混合而成。
[0023]然後按以下步驟製備氧傳感器晶片:
501:將漿料裁切成料片；
502:將內感應電極和加熱電阻引出線印刷在打好孔的料片上待疊壓備用，在打好孔的料片上印刷內感應連接點待疊壓備用，在打好孔的料片上印刷加熱電阻連接點待疊備用；
503:疊壓印刷加熱電阻引出線層； 504:疊壓印刷加熱電阻連接點，即形成第一功能陶瓷片層；
505:在第一功能陶瓷片層的正面依次印刷第一絕緣層、加熱電阻層、第二絕緣層；
506:疊壓若干打好長方孔的料片，即構成氧氣摻比通道層；
507:疊壓內感應電極層；
508:疊壓若干層印刷有內感應電極連接點的第二功能陶瓷片層；
509:印刷外感應電極和內感應電極的電極引出線層；
510:印刷多孔保護層；
511:切割燒結成型。
[0024]要求印刷既保證加熱電阻的導通又起到加熱時絕緣的效果，由於涉及到功能陶瓷、絕緣材料及金屬導電材料的匹配共燒，所以第一絕緣層、加熱電阻層和第二絕緣層的印刷面積都印刷內嵌到第一功能陶瓷片層的平面以內；但是這樣會出現第一功能陶瓷片層和氧氣反比通道層的邊銜接出現溝槽，不利於疊層的接合以及共燒時會產生開裂和分層缺陷，為解決共燒問題，在第一功能陶瓷片層邊緣印刷功能陶瓷層，功能陶瓷層厚度等於第一絕緣層、第一絕緣層、加熱電阻層的總厚度，如此可以達到第一絕緣層、加熱電阻層和第二絕緣層完全內嵌到功能陶瓷內。
【權利要求】
1.一種氧傳感器晶片，其特徵在於:包括自下而上依次印疊的加熱電阻引出線層、第一功能陶瓷片層、第一絕緣層、加熱電阻層、第二絕緣層、氧氣摻比通道層、內感應電極層、第二陶瓷片層、電極引出線層和多孔保護層。
2.如權利要求1所述氧傳感器晶片，其特徵在於:所述第一功能陶瓷片層為帶有加熱電阻連接點的功能陶瓷片層。
3.如權利要求1所述氧傳感器晶片，其特徵在於:所述第二功能陶瓷片層為印刷有內感應電極連接點的功能陶瓷片層。
4.如權利要求1至3所述氧傳感器晶片，其特徵在於:所述第一功能陶瓷片層和第一功能陶瓷片層厚度為50?100微米。
5.如權利要求1至4所述氧傳感器晶片，其特徵在於:所述第一功能陶瓷片層和第二功能陶瓷片層的功能陶瓷漿料由如下組成按質量比例混合而成: 宇乙穩定氧化錯50%?60% ； 粘結劑1%?3% ； 塑化劑0.6%?1% ； 分散劑0.5%?2% ； 有機溶劑 35%?50%。
6.如權利要求5所述氧傳感器晶片，其特徵在於:所述粘結劑為丙烯酸樹脂，所述塑化劑為鄰苯二甲酸二丁酯，所述分散劑為聚醚，所述有機溶劑為醋酸正丙酯和異丁醇組成。
7.如權利要求1至6所述氧傳感器晶片的製備方法，其特徵在於:步驟如下: 501:將漿料裁切成料片； 502:將內感應電極和加熱電阻引出線印刷在打好孔的料片上待疊壓備用，在打好孔的料片上印刷內感應連接點待疊壓備用，在打好孔的料片上印刷加熱電阻連接點待疊備用； 503:疊壓印刷加熱電阻引出線層； 504:疊壓印刷加熱電阻連接點，即形成第一功能陶瓷片層； 505:在第一功能陶瓷片層的正面依次印刷第一絕緣層、加熱電阻層、第二絕緣層； 506:疊壓若干打好長方孔的料片，即構成氧氣摻比通道層； 507:疊壓內感應電極層； 508:疊壓若干層印刷有內感應電極連接點的第二功能陶瓷片層； 509:印刷外感應電極和內感應電極的電極引出線層； 510:印刷多孔保護層； 511:切割燒結成型。
8.如權利要求7所述氧傳感器晶片的製備方法，其特徵在於:所述第一絕緣層、加熱電阻層和第二絕緣層的印刷面積都印刷內嵌到第一功能陶瓷片層的平面以內。
9.如權利要求7所述氧傳感器晶片的製備方法，其特徵在於:在所述第一功能陶瓷片層邊緣印刷功能陶瓷層，功能陶瓷層厚度等於第一絕緣層、第一絕緣層、加熱電阻層的總厚度。
【文檔編號】G01N27/00GK104165905SQ201410419938
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月25日 優先權日:2014年8月25日
【發明者】詹益忠, 沈奇傑, 方小維, 白義, 湯剛, 徐權, 佔力 申請人:深圳市宏業翔科技有限公司