一種氮氧化物傳感器片芯內嵌式加熱器的製作方法

2023-12-01 14:18:26 3

本實用新型涉及一種氮氧化物傳感器片芯內嵌式加熱器，屬於片式氮氧化物傳感器技術領域。

背景技術：

氮氧化物NOX（NO和NO2）是大氣的主要汙染物之一，主要危害包括引發人類呼吸道疾病，形成酸雨和化學煙霧，破壞環境等。汽車尾氣的排放是氮氧化物的主要來源之一，因此對尾氣中NOX濃度的檢測就顯得十分重要。

尾氣中NOX成分檢測有很多方法，大致分為半導體檢測器和固體電解質檢測器。 半導體檢測器是利用被測氣體在半導體氣敏材料上發生吸附，會引起其電阻的變化來反映氣體濃度的變化，這種依靠氣體吸附反應的傳感器易受外界環境的影響，且工作溫度較低（200-400℃）。而固體電解質傳感器具有可在500-600℃的尾氣高溫環境下穩定工作的特點，因此一直是國內外研究的熱點。

現有的汽車尾氣NOX傳感器為多層陶瓷共燒結的疊成體，需要被加熱到700攝氏度以上才能正常工作。一般採取將加熱電極直接製作在敏感元件內部的方法，加快傳感器的起燃時間。如專利US2008105545A1和US2001008211A1所述，片式傳感器裡的加熱電極為在基片上印刷一層絕緣層，再在絕緣層上印刷加熱電極，加熱電極上再覆蓋絕緣層的結構，如圖1所示。因為絕緣層與氧化鋯基地熱膨脹係數的不同，容易導致在高溫燒結後，傳感器片芯從加熱器絕緣層處分層，導致傳感器壽命的降低，絕緣層面積越大，分層的機率越高。一般的採用將氧化鋁絕緣層的印刷面積減少，在印刷邊緣預留出安全距離的方法來改進分層的現象，但是由於氧化鋁需要足夠的厚度來保證其絕緣的效果，這就導致在靜壓的過程中，因為兩層絕緣層與加熱電極及導線的凸出，導致傳感器片芯的變形。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種氮氧化物傳感器片芯內嵌式加熱器，其可有效的將加熱電極及導線嵌入氧化鋯基板內，減少氧化鋁絕緣層與氧化鋯基板的接觸面積，一方面減少因材料熱膨脹係數不同引起的片式氮氧化物傳感器片芯分層，另一方面防止絕緣層與加熱電極凸起引起的加熱器與傳感器片芯本體的分層，延長傳感器的使用壽命。

本實用新型的技術方案是這樣實現的：一種氮氧化物傳感器片芯內嵌式加熱器，由第一加熱基片，第二加熱基片，上絕緣層，加熱電極，導線，下絕緣層組成，其特徵在於：第二加熱基片上設置凹槽，上絕緣層和下絕緣層設置於凹槽內，加熱電極及導線分布在上絕緣層和下絕緣層之間，凹槽形狀與加熱電極及導線一致，凹槽寬度較加熱電極及導線寬0.1-0.2毫米，下絕緣層上設置兩個加熱電極及導線的第一通孔和第二通孔，孔徑直徑為0.2-0.5mm，通孔個數為2-4個，第一加熱基片上設置第三通孔和第四通孔，孔徑直徑為0.2-0.5mm，通孔個數為2-4個，與第一通孔和第二通孔通過填充鉑漿料相連，下絕緣層和上絕緣層材料為氧化鋁漿料，填充滿第二加熱基片的凹槽，並包裹加熱電極及導線，各層基片的材料均為釔摻雜的氧化鋯。

本實用新型的積極效果是可有效的減少氧化鋁絕緣層與氧化鋯基板之間的接觸面積，避免絕緣層與加熱電極凸起引起的加熱器與傳感器片芯本體的分層，使傳感器能燒結成一體，增加結合面的緊密度，延長傳感器的使用壽命。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構圖。

圖2為本實用新型的截面圖。

圖3為本實用新型的俯視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步說明：如圖1所示，一種氮氧化物傳感器片芯內嵌式加熱器，由第一加熱基片1，第二加熱基片2，上絕緣層3，加熱電極4，導線5，下絕緣層6組成，其特徵在於：第二加熱基片2上設置凹槽7，上絕緣層3和下絕緣層6設置於凹槽7內，加熱電極4及導線5分布在上絕緣層3和下絕緣層6之間。凹槽7形狀與加熱電極4及導線5一致，凹槽7寬度較加熱電極4及導線5寬0.1-0.2毫米。下絕緣層6上設置兩個加熱電極4及導線5的第一通孔8和第二通孔9，孔徑直徑為0.2-0.5mm，通孔個數為2-4個，第一加熱基片1上設置第三通孔10和第四通孔11，孔徑直徑為0.2-0.5mm，通孔個數為2-4個，與第一通孔8和第二通孔9通過填充鉑漿料相連，用於引出加熱電極，下絕緣層6和上絕緣層3材料為氧化鋁漿料，填充滿第二加熱基片的凹槽7，並包裹加熱電極4及導線5，各層基片的材料均為釔摻雜的氧化鋯。

在一片氧化鋯生膜片上採用打孔機打出通孔10和通孔11，並填充導通材料鉑，形成第一加熱基片1。在另一片氧化鋯生膜片上採用打孔機按照加熱電極及導線的形狀採用打孔機打出凹槽7，形成第二加熱基片2，凹槽寬度比加熱器4及導線5寬0.5mm。將第一加熱基片1與第二加熱基片2疊層，用膠水固定。在第二加熱基片的凹槽7內採用絲網印刷的方法印刷一層氧化鋁漿料，85℃乾燥15min乾燥後形成下絕緣層6，並在下絕緣層6上留出第一通孔8和第二通孔9，在乾燥好的絕緣層6上絲網印刷加熱電極和導線漿料，75℃乾燥10min後形成加熱電極4及導線5。在加熱電極4和導線5上印刷氧化鋁絕緣漿料，絕緣漿料填滿第一氧化鋯基片凹槽7，並填充加熱電極及導線的縫隙，85℃乾燥15min乾燥後形成上絕緣層3。第一通孔8，第二通孔9，第三通孔10和第四通孔11是相通的。

如圖2所示，該加熱器內的上絕緣層7包裹在加熱電極4及導線5周圍，起到很好的絕緣作用，且上表面與第二加熱基片2上表面相平，使得第二加熱基片2具有足夠的面積和平整度。這就使得該加熱器在與傳感器主體共燒結的時候，能夠更加緊密地結合，避免燒結過程中因材料熱膨脹係數的不同和材料凸起引起的分層和開裂。

如圖3所示，上絕緣層3的面積比現有技術的絕緣層面積減少了50%以上。且上絕緣層和第二基片2的上表面平行，更加增加了燒結過程中加熱器與傳感器片芯本體之間的結合能力。內嵌加熱器式氮氧化物傳感器片芯經燒結成型後，給片芯燒結後樣件施加12V電壓進行加熱，並相隔5秒間隔關閉。沒有片芯因為受高溫衝擊開裂的現象發生。