專利名稱：平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別涉及是一種用 于控制汽車發(fā)動機中空氣和燃料比例的氧傳感器，屬于氧傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代汽車發(fā)動機所采用的尾氣排放檢測系統(tǒng)，其工作方法為檢測發(fā)動機汽缸燃 燒后排放的廢氣中的氧濃度，與理想燃燒狀態(tài)下生成的氧濃度進行比較，通過反饋控制供 給發(fā)動機的空氣和燃氣比例，來實現(xiàn)控制尾氣有害物質(zhì)量的目的。其中起檢測作用的元件， 目前主要采用固體電解質(zhì)氧傳感器，通常為一個一端密封的圓管，其主要材質(zhì)為固體電解 質(zhì)氧化鋯，起敏感元件作用；以及分別制備在密封圓管的內(nèi)外表面上的兩條貴金屬電極，其 中暴露在外表面的電極與發(fā)動機尾氣接觸，密封在內(nèi)表面的電極與參比氣體如空氣接觸。固體電解質(zhì)型氧傳感器正常工作要求被加熱至約700攝氏度溫度，才具有敏感活 性。為達到這一要求，通常與氧化鋁制備的棒狀加熱器配合使用，通過一段時間的加熱來達 到工作溫度。但隨著目前日漸嚴格的環(huán)保法規(guī)的實施，要求在氧傳感器更短的時間內(nèi)開始 工作，傳統(tǒng)的外帶棒狀加熱器的圓筒式氧傳感器由于需要過長的加熱時間，因而不能滿足 新的排放法規(guī)要求。為此近年來提出了 一種新型平板式氧傳感器，該種氧傳感器由三層扁平平板狀氧 化鋯板組成，其中外表面一層為敏感元件，貴金屬電極分別制備于敏感元件兩個平面上，另 兩層氧化鋯陶瓷內(nèi)部包含微型加熱電路，起加熱體功能；最后將三層氧化鋯板燒結(jié)為一體， 這樣就實現(xiàn)了自帶加熱功能的氧傳感器結(jié)構(gòu)，達到工作溫度的時間大大縮短。但是目前使用的平板式氧傳感器中敏感元件的內(nèi)電極所接觸的氣室中的參比空 氣受尾氣高溫影響可能偏離標準氧分壓，導(dǎo)致敏感元件測量信號偏差波動，測量不準確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在結(jié)構(gòu)上減少了一層氣室層結(jié)構(gòu)的平板式氧傳感器，從 而大大簡化了工藝；消除了氣室層中空結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的整體強度降低，延長了壽命；消除了氣 室漏氣導(dǎo)致的失效隱患。本發(fā)明技術(shù)方案將平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)，分為保護層、敏感元件層，參照層和 加熱層；參照層為一薄層，由復(fù)合陶瓷材料組成，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)平板式氧傳感器的氣室，加 熱層則結(jié)合傳統(tǒng)優(yōu)選的平板式氧傳感器加熱結(jié)構(gòu)。一種平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)的制造方法，其制作工藝步驟包括A、制備敏感元件層坯片和加熱層坯片流延漿料采用在有機溶劑中用球磨的方式 制成流延漿料；B、采用流延法制造敏感元件層坯片和加熱層坯片將流延漿料在流延機上經(jīng)刮刀 在襯帶上刮成厚度均勻的膜片，在常溫下干燥后脫膜；C、敏感元件層坯片和加熱層坯片的制成采用模具機械切割把上述膜片切割成各
4層坯片；D、在敏感元件層坯片上印涂內(nèi)外電極且在外電極的工作區(qū)噴涂或浸漬保護層，內(nèi) 外電極都通過小孔與外層的引腳相連接；E、采用加熱層坯片和加熱電路制造加熱層坯；F、制備參照層的固態(tài)參比氧分壓材料；并將其印刷在加熱層坯上；G、將噴涂或浸漬保護層的敏感元件層坯片、參照層、加熱層坯依次定位三層疊層 熱壓成氧傳感器坯；H、將氧傳感器坯脫除有機物并燒結(jié)而得氧傳感器芯片。所述A步驟中的敏感元件層坯片和流延漿料和加熱層坯片流延漿料的組分為基 材氧化釔摻雜氧化鋯陶瓷粉80 90 %，分散劑1 3 %，粘合劑2 7 %，塑化劑5 8 %， 潤滑劑2 7%。所述E步驟中的加熱層坯是這樣制備的加熱層坯片(氧化鋯基片)之上設(shè)置被 絲網(wǎng)印刷的絕緣層所包覆的加熱電路。所述E步驟中的加熱層坯是這樣制備的兩片加熱層坯片(氧化鋯基片)之間設(shè) 置被絲網(wǎng)印刷的絕緣層所包覆的加熱電路。所述F步驟中的固態(tài)參比氧分壓材料可以是氧化鋯_氧化鈰復(fù)合陶瓷，其比例可 以從25%: 75%到55%: 45%任意比例，還可以是氧化鋯-氧化鈰-氧化鈦復(fù)合陶瓷， 比例為氧化鋯-氧化鈰比例參見以上，氧化鋯-氧化鈰復(fù)合陶瓷與氧化鈦的比例可以從 55% -70%到 30% -45%。所述D步驟中的內(nèi)外電極可以是純Pt (鉬)，可以是Pt-W(鉬-鎢)復(fù)合電極；也 可以是純Pb(鈀)以及Pb-Pt(鈀-鉬)復(fù)合電極；還可以在金屬/金屬復(fù)合電極中加入一 定比例的氧化鋯，制成金屬陶瓷復(fù)合電極所述保護層采用浸漬法或噴涂法，工藝簡單，材料 為尖晶石結(jié)構(gòu)陶瓷，典型例子氧化鋁陶瓷，鎂鋁尖晶石陶瓷。在以上工藝下制成的平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)，包括保護層、敏感元件層，參照層 和加熱層燒結(jié)在一起形成，所述的敏感元件層由敏感元件坯片，以及設(shè)置在其外側(cè)表面的 外電極和設(shè)置在其內(nèi)側(cè)表面的內(nèi)電極組成；外電極和內(nèi)電極均采用貴金屬電極；所述加熱 層內(nèi)包含微型加熱電路組成；從上至下依次是保護層、敏感元件層、參照層和加熱層燒結(jié)在 一起形成。其中，所述的參照層為薄膜結(jié)構(gòu)，厚度在50微米-150微米。加熱層有兩種結(jié)構(gòu)，分別是加熱層坯片(氧化鋯基片)之上設(shè)置被絲網(wǎng)印刷的絕緣層所包覆的加熱電路；兩片加熱層坯片(氧化鋯基片)之間設(shè)置被絲網(wǎng)印刷的絕緣層所包覆的加熱電 路。其中，各層坯片的厚度一致，為lmm-2mm。其中，各層的外形尺寸一致，為長度為50mm-60mm ；其寬度為5mm-6mm。平板式氧傳感器芯片的性能測試標準，如下表
權(quán)利要求
平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)的制造方法，其制作工藝步驟包括A、制備敏感元件層坯片和加熱層坯片流延漿料采用在有機溶劑中用球磨的方式制成流延漿料；B、采用流延法制造敏感元件層坯片和加熱層坯片將流延漿料在流延機上經(jīng)刮刀在襯帶上刮成厚度均勻的膜片，在常溫下干燥后脫膜；C、敏感元件層坯片和加熱層坯片的制成采用模具機械切割把上述膜片切割成各層坯片；D、在敏感元件層坯片上印涂內(nèi)外電極且在外電極的工作區(qū)噴涂或浸漬保護層，內(nèi)外電極都通過小孔與外層的引腳相連接；E、采用加熱層坯片和加熱電路制造加熱層坯；F、制備參照層的固態(tài)參比氧分壓材料，并將其印刷在加熱層坯上；G、將噴涂或浸漬保護層的敏感元件層坯片、參照層、加熱層坯依次定位三層疊層熱壓成氧傳感器坯；H、將氧傳感器坯脫除有機物并燒結(jié)而得氧傳感器芯片。
2.如權(quán)利要求1所述的平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述A步 驟中的敏感元件層坯片和流延漿料和加熱層坯片流延漿料的組分為基材氧化釔摻雜氧化 鋯陶瓷粉80 90%，分散劑1 3%，粘合劑2 7%，塑化劑5 8%，潤滑劑2 7%。
3.如權(quán)利要求1所述的平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述E步 驟中的加熱層坯是這樣制備的加熱層坯片之上設(shè)置被絲網(wǎng)印刷的絕緣層所包覆的加熱電 路。
4.如權(quán)利要求1所述的平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述E步 驟中的加熱層坯是這樣制備的兩片加熱層坯片之間設(shè)置被絲網(wǎng)印刷的絕緣層所包覆的加 熱電路。
5.如權(quán)利要求1至4擇一所述的平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在 于所述F步驟中的固態(tài)參比氧分壓材料是氧化鋯-氧化鈰復(fù)合陶瓷，其中氧化鋯為 25% -55%、氧化鋪為 45% 75%。
6.如權(quán)利要求1至4擇一所述的平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于 所述F步驟中的固態(tài)參比氧分壓材料是氧化鋯_氧化鈰_氧化鈦復(fù)合陶瓷，其中氧化鋯和 氧化鈰的比例與權(quán)利要求5相同，而氧化鋯-氧化鈰與氧化鈦的比例為氧化鋯_氧化鈰 55% -70%,氧化鈦 30% -45%。
7.平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)，包括保護層、敏感元件層和加熱層燒結(jié)在一起形成，所述 的敏感元件層由敏感元件坯片，以及設(shè)置在其外側(cè)表面的外電極和設(shè)置在其內(nèi)側(cè)表面的內(nèi) 電極組成；外電極和內(nèi)電極均采用貴金屬電極；所述加熱層為加熱層坯片與微型加熱電路 的預(yù)定結(jié)構(gòu)；其特征在于還包括參照層；從上至下依次是保護層、敏感元件層、參照層和 加熱層燒結(jié)在一起形成。
8.如權(quán)利要求7所述的平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的參照層為薄膜 結(jié)構(gòu)，厚度在50-150微米。
9.如權(quán)利要求7所述的平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于加熱層為加熱層坯片 之上設(shè)置被絲網(wǎng)印刷的絕緣層所包覆的加熱電路結(jié)構(gòu)或兩片加熱層坯片之間設(shè)置被絲網(wǎng)印刷的絕緣層所包覆的加熱電路結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求7所述的平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于所述敏感元件層坯片 和加熱層坯片的厚度一致，為lmm-2mm ；所述各層的外形尺寸一致，為長度為50mm-60mm ；其 寬度為5mm-6mm。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種在結(jié)構(gòu)上減少了一層氣室層結(jié)構(gòu)的平板式氧傳感器芯片結(jié)構(gòu)及其制造方法，從而大大簡化了工藝；消除了氣室層中空結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的整體強度降低，延長了壽命；消除了氣室漏氣導(dǎo)致的失效隱患。所述的平板式氧傳感器芯片，分為保護層、敏感元件層，參照層和加熱層；參照層為一薄層，由復(fù)合陶瓷材料組成，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)平板式氧傳感器的氣室，加熱層則結(jié)合傳統(tǒng)優(yōu)選的平板式氧傳感器加熱結(jié)構(gòu)。參照層采用固態(tài)參比氧分壓材料，并將其印刷在加熱層坯上；將噴涂或浸漬保護層的敏感元件層坯片、參照層、加熱層坯依次定位三層疊層熱壓成氧傳感器坯；將氧傳感器坯脫除有機物并燒結(jié)而得氧傳感器芯片。
文檔編號G01N27/409GK101949882SQ20101026734
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者鄭龍華 申請人:鄭龍華