一種片式寬域氧傳感器芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種片式寬域氧傳感器芯片的制作方法，包括以下步驟：步驟1，將氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉體制成穩(wěn)定均勻的漿料并流延，剪切形成第一層流延基片、第二層流延基片、第三層流延基片、第四層流延基片、第五層流延基片以及第六層流延基片；步驟2，對(duì)第二層流延基片進(jìn)行打孔形成擴(kuò)散空腔，對(duì)第三層流延基片進(jìn)行打孔形成擴(kuò)散通道，對(duì)第四層流延基片進(jìn)行打孔形成反應(yīng)空腔，對(duì)第六層流延基片進(jìn)行打孔形成導(dǎo)電孔。本發(fā)明通過(guò)采用有機(jī)燒結(jié)揮發(fā)片填充空腔，同時(shí)配合等靜壓疊合，有效的提高了傳感器的強(qiáng)度，另外等靜壓比傳統(tǒng)熱層壓疊合效果好，且不會(huì)對(duì)傳感器生坯造成內(nèi)應(yīng)力，能有效提高傳感器的合格率和使用壽命。
【專利說(shuō)明】一種片式寬域氧傳感器芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)，尤其涉及一種片式寬域氧傳感器芯片的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]稀薄燃燒技術(shù)可以提高燃油效率降低尾氣污染物的排放，但稀燃燒容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，且混合不合理會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的NOx化合物，導(dǎo)致環(huán)境污染，寬域氧傳感器可以精確監(jiān)測(cè)全范圍汽車尾氣中的準(zhǔn)確氧含量，來(lái)反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況，然后發(fā)動(dòng)機(jī)電腦(ECU)才能根據(jù)其實(shí)時(shí)狀況進(jìn)行調(diào)整，從而提高燃燒效率、降低污染排放量和檢測(cè)三元催化運(yùn)行狀況。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，傳感器在疊壓過(guò)程中，加熱電極的受力通常是不均勻的，會(huì)造成電阻絲變形，在加熱過(guò)程中增加熱應(yīng)力，導(dǎo)致加熱電極燒斷，從而影響傳感器壽命，而且參比通道氣室比較大，在傳感器中形成一個(gè)大的空腔，會(huì)降低傳感器工作區(qū)域的強(qiáng)度，使傳感器失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于:提供一種片式寬域氧傳感器芯片的制作方法，有效的提高了傳感器的強(qiáng)度，且不會(huì)對(duì)傳感器生坯造成內(nèi)應(yīng)力，能有效提高傳感器的合格率和使用壽命。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種片式寬域氧傳感器芯片的制作方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1，將氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉體制成穩(wěn)定均勻的漿料并流延，剪切形成第一層流延基片、第二層流延基片、第三層流延基片、第四層流延基片、第五層流延基片以及第六層流延基片；
[0007]步驟2，對(duì)第二層流延基片進(jìn)行打孔形成擴(kuò)散空腔，對(duì)第三層流延基片進(jìn)行打孔形成擴(kuò)散通道，對(duì)第四層流延基片進(jìn)行打孔形成反應(yīng)空腔，對(duì)第六層流延基片進(jìn)行打孔形成導(dǎo)電孔；
[0008]步驟3，在第三層流延基片的上表面絲網(wǎng)印刷信號(hào)外泵電極和保護(hù)層，在下表面絲網(wǎng)印刷有信號(hào)內(nèi)泵電極；在第三層流延基片與第四層流延基片之間印刷有參比電極以及覆蓋在參比電極上下表面的第一絕緣層；在第五層流延基片與第六層流延基片之間印刷有加熱電極以及覆蓋在加熱電極的上下表面的第二絕緣層；在第六層流延基片的導(dǎo)電孔中填充電極引腳；
[0009]步驟4，制備燒結(jié)揮發(fā)片和環(huán)形擴(kuò)散障礙層，并將擴(kuò)散障礙層填充在反應(yīng)空腔內(nèi)，并將燒結(jié)揮發(fā)片填充在擴(kuò)散障礙層與反應(yīng)空腔的內(nèi)壁之間；
[0010]步驟5，將第一層流延基片、第二層流延基片、第三層流延基片、第四層流延基片、第五層流延基片以及第六層流延基片由上而下依次進(jìn)行疊合，再進(jìn)行溫等靜壓壓制，形成坯材，再對(duì)坯材進(jìn)行切割處理，形成單個(gè)芯片生坯；
[0011]步驟6，進(jìn)行燒結(jié)處理。[0012]進(jìn)一步地，所述溫等靜壓壓制的壓力在15Mpa至25Mpa之間，溫度在65°C至85°C之間；所述燒結(jié)的溫度在1450°C至1550°C之間。
[0013]進(jìn)一步地，所述信號(hào)外泵電極、信號(hào)內(nèi)泵電極、參比電極的印刷漿料是由鉬與氧化鋯陶瓷按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為99:1?90:10配制后的粉料再加粘結(jié)劑調(diào)和而成，配制的粉料與粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為1: 0.4?1: 0.5進(jìn)行配制。
[0014]進(jìn)一步地，所述加熱電極的印刷漿料是由鉬與粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為1:0.25?1:0.4進(jìn)行配制并調(diào)和而成。
[0015]進(jìn)一步地，所述第一絕緣層和第二絕緣層的印刷漿料是由氧化鋁:玻璃料:粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:(80?99): (I?20): (25?40)進(jìn)行配制并調(diào)和而成。
[0016]進(jìn)一步地，所述保護(hù)層的印刷漿料是由氧化鋁、造孔劑和粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為(6?9): (I?4): (2.5?4)進(jìn)行配制而成。
[0017]進(jìn)一步地，所述擴(kuò)散障礙層的流延漿料是由氧化鋁、造孔劑、溶劑和粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:100: (I?5): (50?60): (30?50)進(jìn)行配制而成。
[0018]進(jìn)一步地，所述擴(kuò)散障礙層的印刷漿料是由氧化鋯、氧化鋁和粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為5:5: (3?4)進(jìn)行配制而成。
[0019]進(jìn)一步地，所述燒結(jié)揮發(fā)片的流延漿料是由有機(jī)物粉料、溶劑和粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:100: (50?60): (30?50)進(jìn)行配制并調(diào)和而成，有機(jī)物粉料可以是淀粉、石墨粉或其他有機(jī)粉體。
[0020]上述技術(shù)方案至少具有如下有益效果:本發(fā)明通過(guò)采用有機(jī)燒結(jié)揮發(fā)片填充空腔，同時(shí)配合等靜壓疊合，有效的提高了傳感器的強(qiáng)度，另外等靜壓比傳統(tǒng)熱層壓疊合效果好，且不會(huì)對(duì)傳感器生坯造成內(nèi)應(yīng)力，能有效提高傳感器的合格率和使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明片式寬域氧傳感器芯片的縱向剖視圖。
[0022]圖2是本發(fā)明片式寬域氧傳感器芯片設(shè)有燒結(jié)揮發(fā)片時(shí)的縱向剖視圖。
[0023]圖3是本發(fā)明片式寬域氧傳感器芯片的橫向剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0025]如圖1至圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例的片式寬域氧傳感器芯片的制作方法，包括以下步驟:
[0026]步驟1，將5% mol的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉體制成穩(wěn)定均勻的漿料并流延，剪切形成第一層流延基片1、第二層流延基片2、第三層流延基片3、第四層流延基片4、第五層流延基片5以及第六層流延基片6，流延的漿料是由陶瓷粉、溶劑乙醇和流延膠按重量比為100:50:30調(diào)和均勻制得，其中，流延膠由乙醇:聚乙烯醇縮丁醛:聚乙二醇按重量比為100:50:20的比例配制而成；
[0027]步驟2，對(duì)第二層流延基片2進(jìn)行打孔形成擴(kuò)散空腔21，對(duì)第三層流延基片3進(jìn)行打孔形成擴(kuò)散通道31，對(duì)第四層流延基片4進(jìn)行打孔形成反應(yīng)空腔41，對(duì)第六層流延基片6進(jìn)行打孔形成導(dǎo)電孔61 ；
[0028]步驟3，在第三層流延基片3的上表面絲網(wǎng)印刷信號(hào)外泵電極7和保護(hù)層8，在下表面絲網(wǎng)印刷有信號(hào)內(nèi)泵電極9 ;在第三層流延基片3與第四層流延基片4之間印刷有參比電極13以及覆蓋在參比電極13上下表面的第一絕緣層12 ;在第五層流延基片5與第六層流延基片6之間印刷有加熱電極14以及覆蓋在加熱電極14的上下表面的第二絕緣層16 ;在第六層流延基片6的導(dǎo)電孔61中填充電極引腳15 ;為了使信號(hào)更穩(wěn)定，在步驟3中還包括在第五層流延基片5的上表面絲網(wǎng)印刷與信號(hào)內(nèi)泵電極9對(duì)應(yīng)的信號(hào)內(nèi)泵電極。
[0029]步驟4，制備燒結(jié)揮發(fā)片17和環(huán)形擴(kuò)散障礙層10，并將擴(kuò)散障礙層10填充在反應(yīng)空腔41內(nèi)，并將燒結(jié)揮發(fā)片17填充在擴(kuò)散障礙層10與反應(yīng)空腔41的內(nèi)壁之間；
[0030]步驟5，將第一層流延基片1、第二層流延基片2、第三層流延基片3、第四層流延基片4、第五層流延基片5以及第六層流延基片6由上而下依次進(jìn)行疊合，再進(jìn)行溫等靜壓壓制，形成坯材，再對(duì)坯材進(jìn)行切割處理，形成單個(gè)芯片生坯；溫等靜壓壓制的壓力在15Mpa至25Mpa之間，溫度在65 °C至85 °C之間
[0031]步驟6，進(jìn)行燒結(jié)處理，具體地，將上述切割好的芯片生坯置于爐硅鑰棒高溫爐中進(jìn)行排膠和燒結(jié)，排膠升溫速度在0.5°C /分鐘以下，到550°C進(jìn)行燒結(jié)升溫，燒結(jié)溫度控制在1450°C?1550°C，優(yōu)選1500°C，一般燒結(jié)2小時(shí)，燒結(jié)中高溫使有燒結(jié)揮發(fā)片17揮發(fā)形成空腔。
[0032]其中，信號(hào)外泵電極7、信號(hào)內(nèi)泵電極9、參比電極13的印刷漿料A是由鉬與氧化鋯陶瓷按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為99:1?90:10配制后的粉料再加粘結(jié)劑調(diào)和而成，配制的粉料與粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為1:0.4?1:0.5進(jìn)行配制,具體地，印刷衆(zhòng)料A是由Ium鉬粉與45nm的氧化鋯陶瓷粉按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:99:1配制后再加粘結(jié)劑調(diào)和而成，配制的粉料與乙基纖維素粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:1:0.4進(jìn)行配制，乙基纖維素粘結(jié)劑由乙基纖維素粉與有機(jī)溶劑按照1:1的比例充分溶解制成。
[0033]加熱電極14的印刷漿料B是由鉬與粘結(jié)劑調(diào)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為1:0.25?1:0.4進(jìn)行配制并調(diào)和而成，具體地，印刷漿料B是由Ium鉬粉與乙基纖維素粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:1:0.4調(diào)和配制而成。
[0034]第一絕緣層12和第二絕緣層16的印刷漿料C是由氧化鋁:玻璃料:粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:(80?99): (I?20): (25?40)進(jìn)行配制并調(diào)和而成，具體地，印刷漿料C是由Ium氧化鋁粉、Ium的軟化點(diǎn)1000°C玻璃料和乙基纖維素粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:85:15:30進(jìn)行配制并調(diào)和而成。
[0035]保護(hù)層8的印刷漿料是由氧化鋁、造孔劑和粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為(6?9): (I?4):(2.5?4)進(jìn)行配制而成。
[0036]擴(kuò)散障礙層10的流延漿料是由氧化鋁、造孔劑、溶劑和粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:100: (I?5): (50?60): (30?50)進(jìn)行配制而成，擴(kuò)散障礙層10的印刷漿料是由氧化鋯、氧化鋁和粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為5:5: (3?4)進(jìn)行配制而成。
[0037]燒結(jié)揮發(fā)片17的流延漿料是由有機(jī)物粉料、溶劑和粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:100: (50?60): (30?50)進(jìn)行配制并調(diào)和而成，有機(jī)物粉料可以是淀粉、石墨粉或其他有機(jī)粉體。
[0038]在第三層流延基片3的上端面先用絕緣層漿料印刷信號(hào)外泵電極7部分的絕緣，然后印刷信號(hào)外泵電極7，然后再在信號(hào)外泵電極7的上方印刷保護(hù)層8，在反面先用絕緣層漿料印刷信號(hào)外泵電極7的絕緣，然后在第三層流延基片3的下表面絲網(wǎng)印刷有信號(hào)內(nèi)泵電極9，為了使信號(hào)更穩(wěn)定，在第五層流延基片5的上表面絲網(wǎng)印刷與信號(hào)內(nèi)泵電極9對(duì)應(yīng)的信號(hào)內(nèi)泵電極，因?yàn)檠趸惙€(wěn)定氧化鋯制成的基片在高溫狀態(tài)下具有導(dǎo)電功能，而該傳感器的工作溫度有780°C，為了去除線路部分對(duì)信號(hào)的干擾，所以對(duì)電極線路部分做了很好的絕緣處理。
[0039]燒結(jié)揮發(fā)片17在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)揮發(fā)掉，無(wú)需與第三層流延基片3和第五層流延基片5粘結(jié)緊密，但是擴(kuò)散障礙層10必須與第三層流延基片3和第五層流延基片5粘結(jié)緊密，故疊壓前需要分別在第三層流延基片3的下表面和第五層流延基片5的上表面用粘結(jié)漿料E印刷一層粘結(jié)層，該粘結(jié)層能有效粘結(jié)流延基片與擴(kuò)散障礙層10，其中，粘結(jié)漿料E是由Ium氧化鋁粉、45nm的氧化鋯陶瓷粉按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:4:6配制后再加粘結(jié)劑調(diào)和而成，配制的粉料與乙基纖維素粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:1:0.4調(diào)和配制而成。
[0040]綜上，本發(fā)明通過(guò)采用有機(jī)燒結(jié)揮發(fā)片17填充反應(yīng)空腔41，同時(shí)配合等靜壓疊合，有效的提高了傳感器的強(qiáng)度，另外等靜壓比傳統(tǒng)熱層壓疊合效果好，且不會(huì)對(duì)傳感器生坯造成內(nèi)應(yīng)力，能有效提高傳感器的合格率和使用壽命。
[0041]以上所述是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種片式寬域氧傳感器芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，將氧化乾穩(wěn)定氧化錯(cuò)粉體制成穩(wěn)定均勻的衆(zhòng)料并流延，剪切形成第一層流延基片、第二層流延基片、第三層流延基片、第四層流延基片、第五層流延基片以及第六層流延基片; 步驟2，對(duì)第二層流延基片進(jìn)行打孔形成擴(kuò)散空腔，對(duì)第三層流延基片進(jìn)行打孔形成擴(kuò)散通道，對(duì)第四層流延基片進(jìn)行打孔形成反應(yīng)空腔，對(duì)第六層流延基片進(jìn)行打孔形成導(dǎo)電孔； 步驟3，在第三層流延基片的上表面絲網(wǎng)印刷信號(hào)外泵電極和保護(hù)層，在下表面絲網(wǎng)印刷有信號(hào)內(nèi)泵電極；在第三層流延基片與第四層流延基片之間印刷有參比電極以及覆蓋在參比電極上下表面的第一絕緣層；在第五層流延基片與第六層流延基片之間印刷有加熱電極以及覆蓋在加熱電極的上下表面的第二絕緣層；在第六層流延基片的導(dǎo)電孔中填充電極引腳； 步驟4，制備燒結(jié)揮發(fā)片和環(huán)形擴(kuò)散障礙層，并將擴(kuò)散障礙層填充在反應(yīng)空腔內(nèi)，并將燒結(jié)揮發(fā)片填充在擴(kuò)散障礙層與反應(yīng)空腔的內(nèi)壁之間； 步驟5，將第一層流延基片、第二層流延基片、第三層流延基片、第四層流延基片、第五層流延基片以及第六層流延基片由上而下依次進(jìn)行疊合，再進(jìn)行溫等靜壓壓制，形成坯材，再對(duì)坯材進(jìn)行切割處理，形成單個(gè)芯片生坯； 步驟6，進(jìn)行燒結(jié)處理。
2.如權(quán)利要求1所述的片式寬域氧傳感器芯片的制作方法，其特征在于，所述溫等靜壓壓制的壓力在15Mpa至25Mpa之間，溫度在65°C至85°C之間；所述燒結(jié)的溫度在1450°C至1550°C之間。
3.如權(quán)利要求1所述的片式寬域氧傳感器芯片的制作方法，其特征在于，所述信號(hào)外泵電極、信號(hào)內(nèi)泵電極、參比電極的印刷漿料是由鉬與氧化鋯陶瓷按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為99:1~90:10配制后的粉料再加粘結(jié)劑調(diào)和而成，配制的粉料與粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為1:0.4~1:0.5進(jìn)行配制。
4.如權(quán)利要求1所述的片式寬域氧傳感器芯片的制作方法，其特征在于，所述加熱電極的印刷漿料是由鉬與粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為1:0.25~1:0.4進(jìn)行配制并調(diào)和而成。
5.如權(quán)利要求1所述的片式寬域氧傳感器芯片的制作方法，其特征在于，所述第一絕緣層和第二絕緣層的印刷漿料是由氧化鋁:玻璃料:粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:(80~99): (I~20): (25~40)進(jìn)行配制并調(diào)和而成。
6.如權(quán)利要求1所述的片式寬域氧傳感器芯片的制作方法，其特征在于，所述保護(hù)層的印刷漿料是由氧化鋁、造孔劑和粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為(6~9): (I~4): (2.5~4)進(jìn)行配制而成。
7.如權(quán)利要求1所述的片式寬域氧傳感器芯片的制作方法，其特征在于，所述擴(kuò)散障礙層的流延漿料是由氧化鋁、造孔劑、溶劑和粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:100: (I~5): (50~60): (30~50)進(jìn)行配制而成。
8.如權(quán)利要求1所述的片式寬域氧傳感器芯片的制作方法，其特征在于，所述擴(kuò)散障礙層的印刷漿料是由氧化鋯、氧化鋁和粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為5:5: (3~4)進(jìn)行配制而成。
9.如權(quán)利要求1所述的片式寬域氧傳感器芯片的制作方法，其特征在于，所述燒結(jié)揮發(fā)片的流延漿料是由有機(jī)物粉料、溶劑和粘結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為:100: (50~60): (30~50)進(jìn)行配制并 調(diào)和而成，有機(jī)物粉料可以是淀粉、石墨粉或其他有機(jī)粉體。
【文檔編號(hào)】G01N27/409GK104034781SQ201410268513
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】黃海琴, 宗紅軍, 黃海軍 申請(qǐng)人:深圳市普利斯通傳感科技有限公司, 江澍