專利名稱:一種汽車用氮氧化物傳感器芯片的制作方法
技術領域:
一種汽車用氮氧化物傳感器芯片技術領域[0001]本實用新型涉及一種汽車用氮氧化物傳感器芯片,尤其涉及一種以釔穩(wěn)定化二氧 化鋯為電解質的平板式氮氧化物傳感器芯片,屬于汽車尾氣控制系統(tǒng)領域。
背景技術:
[0002]氮氧化物是一種主要的氣體污染物,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(huán)境造成危害,因此對工業(yè)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(fā)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并產業(yè)化,主要用 于重型柴油發(fā)動機的尾氣排放處理系統(tǒng)。[0003]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(wěn)定氧化鋯和 氧化鋁陶瓷片疊合而成,結構和制作工藝都很復雜。由此也會導致一系列的問題[0004]1.結構和制作工藝的繁瑣直接導致的是綜合成品率的降低;[0005]2.由于釔穩(wěn)定氧化鋯和氧化鋁性質的差異,給疊合帶來難度,繼而導致的是芯片 的氣密性差,影響測試結果的準確性;[0006]3.芯片的整體厚度偏厚,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。[0007]另夕卜,為了防止燒結過程中非活化電極中金揮發(fā)污染活化電極,專利號 JP09171015的專利文件中將主體部分和引排元件部分開制作,各自燒結成型,然后再合二 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[0008]1.引排部分和主體部分疊合時除了密封存在技術難度外,也會增大芯片的殘余應 力;[0009]2.引排部分電極與引線的連接較困難。[0010]也有研究者為了降低制作難度,提高加熱電極的導通率,將加熱器部分單獨制作然后再與主體部分疊合。這樣做的確能提高芯片,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 m農。發(fā)明內容[0011]本實用新型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(xiàn) 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芯片。[0012]本實用新型所采用的技術方案是[0013]一種汽車用氮氧化物傳感器芯片,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。3[0014]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。有益效果由于采用上述技術方案,本實用新型具有結構簡單、熱效率高、快速啟 動、在工作溫度下實現(xiàn)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 件及檢測元件制作為一體,僅通過一次疊合后高溫燒結即可完成。
圖1是本實用新型的整體結構剖面圖;圖2是本實用新型第二層基片的俯視圖;圖3是本實用新型加熱片即第五層基片的俯視圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。一種汽車用氮氧化物傳感器芯片,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是本實用新型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 材質為致密釔穩(wěn)定氧化鋯,第五層基片14上表面印制加熱電極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上印制絕緣漿料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(jié)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(jié)外加電壓的大小來降低第二空腔9內的氧濃度至接近于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與外接儀表組成回路,通過外接儀表的讀數(shù)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(wěn)定化,經過第一層 擴散障礙層3進入第四空腔20,再次穩(wěn)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,后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采用彎曲狀目的是為了 提高加熱速率并滿足芯片工作時的熱分布要求。加熱部分采用在釔穩(wěn)定氧化鋯基片印制鉬電路的方法制作。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 印刷有鉬引線導出后與熱電偶相連以達到溫控的目的。為縮短加熱時間并使芯片滿足理想 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采用釔穩(wěn)定氧化鋯基片制作。整個芯片成品(燒結以后)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 部采用釔穩(wěn)定氧化鋯基片制作。最下面一層為加熱片,上面四片完成引排和檢測的功能。由于采用上述技術方案,本結構簡單、熱效率高、快速啟動、在工作溫度下實現(xiàn)有 效的壓緊密封又不產生過大的熱應力的特點。
權利要求1.一種汽車用氮氧化物傳感器芯片,包括第一至第五層疊壓而成的基片(1、11、21、 13、14),其特征在于第五層基片(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(jù)權利要求1所述的汽車用氮氧化物傳感器芯片,其特征在于所述絕緣層(18) 材料為以氧化鋁為主的陶瓷粉漿料。
3.根據(jù)權利要求1所述的汽車用氮氧化物傳感器芯片,其特征在于所述薄腔(16)厚 度為厚腔(12)厚度的四分之一到三分之一。
專利摘要本實用新型公開了一種汽車用氮氧化物傳感器芯片,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(xiàn)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制作為一體,僅通過一次疊合后高溫燒結即可完成。
文檔編號G01N27/407GK201828543SQ201020584450
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月30日 優(yōu)先權日2010年10月30日
發(fā)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