专利名称：一种汽车用氮氧化物传感器芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车用氮氧化物传感器芯片，尤其涉及一种以钇稳定化二氧化锆 为电解质的平板式氮氧化物传感器芯片，属于汽车尾气控制系统领域。
背景技术：
氮氧化物是一种主要的气体污染物，不仅直接对人体和动物造成伤害，而且也可 形成酸雨对动植物及人类的整个环境造成危害，因此对工业废气、汽车尾气及大气中氮氧 化物的检测是一项迫切的任务。氮氧化物的检测方法有离子选择性电极法、化学发光法、 生物化学传感器法、半导体传感器法、固体电解质电位型传感器法等，其中固体电解质电位 型传感器法被认为最具前途的一种方法，目前已经有这种类型的传感器并产业化，主要用 于重型柴油发动机的尾气排放处理系统。目前氮氧化物传感器的结构大多为片式结构，由六层甚至更多的钇稳定氧化锆和 氧化铝陶瓷片叠合而成，结构和制作工艺都很复杂。由此也会导致一系列的问题
1.结构和制作工艺的繁琐直接导致的是综合成品率的降低；
2.由于钇稳定氧化锆和氧化铝性质的差异，给叠合带来难度，继而导致的是芯片的气 密性差，影响测试结果的准确性；
3.芯片的整体厚度偏厚，固体电解质达到工作温度耗时长，为缩短反应时间势必降低 加热电极的电阻，这样加热电极和固体电解质的寿命都将受到影响。另夕卜，为了防止烧结过程中非活化电极中金挥发污染活化电极，专利号 JP09171015的专利文件中将主体部分和引排元件部分开制作，各自烧结成型，然后再合二 为一。这种工艺可以简化结构但是也至少存在以下两个技术难点
1.引排部分和主体部分叠合时除了密封存在技术难度外，也会增大芯片的残余应力；
2.引排部分电极与引线的连接较困难。也有研究者为了降低制作难度，提高加热电极的导通率，将加热器部分单独制作
然后再与主体部分叠合。这样做的确能提高芯片，尤其是加热器部分的成品率，但是同时
也增加了成本，而且在加热过程中，加热片与主体部分的分界处易聚集热应力，从而导致开裂。

发明内容
本发明的目的是提供一种内置加热、结构简单、快速启动、在工作温度下实现有效 的压紧密封又不产生过大的热应力的平板式汽车用氮氧化物传感器芯片。本发明所采用的技术方案是
一种汽车用氮氧化物传感器芯片，包括第一至第五层叠压而成的基片，第五层基片上 设置有加热电极，加热电极呈波浪形排列，加热电极上覆盖有绝缘层，第四层基片的上方设 置有参比气体通道，参比气体通道包括厚腔和薄腔，薄腔和厚腔通过小孔相连。所述绝缘层材料为以氧化铝为主的陶瓷粉浆料。
所述薄腔厚度为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术方案，本发明具有结构简单、热效率高、快速启动、在 工作温度下实现有效的压紧密封又不产生过大的热应力的特点。将加热元件、引排元件及 检测元件制作为一体，仅通过一次叠合后高温烧结即可完成。


图1是本发明的整体结构剖面图； 图2是本发明第二层基片的俯视图3是本发明加热片即第五层基片的俯视图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。一种汽车用氮氧化物传感器芯片，包括第一至第五层叠压而成的基片2、11、21、 13、14，第五层基片14上设置有加热电极19，加热电极19呈波浪形排列，加热电极19上覆 盖有绝缘层18，第四层基片13的上方设置有参比气体通道，参比气体通道包括厚腔12和薄 腔16，薄腔16和厚腔12通过小孔15相连。所述绝缘层18材料为以氧化铝为主的陶瓷粉浆料。所述薄腔16厚度为厚腔12厚度的四分之一到三分之一。图1是本发明的一种内置加热器结构示意图。第五层基片14为加热片，基片材质 为致密钇稳定氧化锆，第五层基片14上表面印制加热电极19，为保证第五层基片14与第四 层基片13的绝缘，在加热电极19上印制绝缘浆料18。第一层基片2、第二层基片11、第三层基片21组成引排元件，第一电极1、第二电 极5、第一层基片2和外加电压构成氧泵一，其功能是通过调节外加电压的大小来降低第一 空腔6内的氧浓度到一定值。第一电极1、第三电极8、第一层基片2和外加电压构成氧泵 二，其功能是通过调节外加电压的大小来降低第二空腔9内的氧浓度至接近于Oppm。从而 促使氮氧化物气体的分解。第二层基片11、第三层基片21和第四层基片13组成检测元件。第四电极10、第 五电极17、第三层基片21与外接仪表组成回路，通过外接仪表的读数即可反映出第二空腔 9内氮氧化物气体的浓度大小。厚腔12为参比气体通道，通过小孔15与薄腔16贯通，从而 薄腔16内也为参比气体。图2为第二层基片11的俯视图。待测气体在第三空腔22内稳定化，经过第一层 扩散障碍层3进入第四空腔20，再次稳定化，经过第二层扩散障碍层4进入第一空腔6，气 体在第一空腔6内在氧泵一的作用下氧浓度得到降低，后经过第三层扩散障碍层7进入第 二空腔9，气体在第二空腔9内在氧泵二的作用下氧浓度进一步降低，以致氮氧化物气体分 解为氧气和氮气。图3为加热元件即第五层基片14的俯视图。加热电极19采用弯曲状目的是为了 提高加热速率并满足芯片工作时的热分布要求。加热部分采用在钇稳定氧化锆基片印制钼电路的方法制作。加热电极19的上下 均印刷有绝缘浆料，加热电极19通过穿孔导通的方法与反面的引脚相连，且加热电极19上印刷有钼引线导出后与热电偶相连以达到温控的目的。为缩短加热时间并使芯片满足理想 的热分布，加热电极19设计为弯曲状，详见附图3。引排元件与检测元件均采用钇稳定氧化锆基片制作。整个芯片成品(烧结以后)的 尺寸为长为60 70mm;宽为4 5mm;高为1 2mm。共由5层基片一次性叠合而成，全 部采用钇稳定氧化锆基片制作。最下面一层为加热片，上面四片完成引排和检测的功能。由于采用上述技术方案，本结构简单、热效率高、快速启动、在工作温度下实现有 效的压紧密封又不产生过大的热应力的特点。
权利要求
一种汽车用氮氧化物传感器芯片，包括第一至第五层叠压而成的基片(1、11、21、13、14)，其特征在于第五层基片(14)上设置有加热电极(19)，加热电极(19)呈波浪形排列，加热电极(19)上覆盖有绝缘层(18)，第四层基片(13)的上方设置有参比气体通道，参比气体通道包括厚腔(12)和薄腔(16)，薄腔(16)和厚腔(12)通过小孔(15)相连。
2.根据权利要求1所述的汽车用氮氧化物传感器芯片，其特征在于所述绝缘层(18) 材料为以氧化铝为主的陶瓷粉浆料。
3.根据权利要求1所述的汽车用氮氧化物传感器芯片，其特征在于所述薄腔(16)厚 度为厚腔(12)厚度的四分之一到三分之一。
全文摘要
本发明公开了一种汽车用氮氧化物传感器芯片，包括第一至第五层叠压而成的基片，第五层基片上设置有加热电极，加热电极呈波浪形排列，加热电极上覆盖有绝缘层，第四层基片的上方设置有参比气体通道，参比气体通道包括厚腔和薄腔，薄腔和厚腔通过小孔相连。绝缘层材料为以氧化铝为主的陶瓷粉浆料，薄腔厚度为厚腔厚度的四分之一到三分之一。结构简单、热效率高、快速启动、在工作温度下实现有效的压紧密封又不产生过大的热应力的特点。将加热元件、引排元件及检测元件制作为一体，仅通过一次叠合后高温烧结即可完成。
文档编号G01N27/407GK101995425SQ201010525748
公开日2011年3月30日 申请日期2010年10月30日 优先权日2010年10月30日
发明者倪铭, 尹亮亮, 王哲, 谢光远, 黄海琴 申请人:无锡隆盛科技有限公司