一种氧传感器芯片及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种氧传感器芯片及其制备方法，涉及传感器领域。氧传感器芯片包括自下而上依次印叠的加热电阻引出线层、第一功能陶瓷片层、第一绝缘层、加热电阻层、第二绝缘层、氧气掺比通道层、内感应电极层、第二陶瓷片层、电极引出线层和多孔保护层；制备方法是依次从加热电阻引出线层至多孔保护层；本发明将两种或多种不共烧匹配的材料通过印刷方式助其共烧，具体是将不匹配的材料制成印刷浆料通过印刷方式内嵌到另一种材料上，将多种材料的共烧转变成单一材料的烧结，故有助于解决材料之间因热膨胀系统差异的应力导致的开裂或分层缺陷。
【专利说明】一种氧传感器芯片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器领域，具体涉及一种发动机燃烧时对氧气含量进行监测、信号转换传输的感应芯片。
【背景技术】
[0002]汽车氧传感器是将燃烧后的气体情况实时反馈给发动机控制单元的一个关键元件，而发动机电控喷射系统则依据氧传感器提供的信号精确控制空燃比。由于混合气的空燃比一旦偏离理论值，三元催化剂的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器来检测排气的浓度，并向发动机控制单元发出反馈信号。现有的汽车氧传感器主要分为片式氧传感器和管式氧传感器，其中片式汽车氧传感器是新发展的一种氧传感器，它具有加热快、响应时间短等优点。
[0003]现有技术中的片式氧传感器芯片，一般为多层叠层结构，下方为加热体，上方为测氧体，测氧体从下至上包括掺比气基片、掺比电极、氧化锆基体、测试电极和多孔保护层；掺比气基片上具有空气槽，作为掺比气通道，使掺比电极与大气连通。但是由于空气槽的存在，多层叠层结构在热压、烧结时会内部凹陷，生坯产生裂纹、变形等缺陷，使得烧结后的片式氧传感器芯片产品失效，降低产品的良品率。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术中的不足而提出一种氧传感器芯片及其制备方法，有助于解决材料之间因热膨胀系统差异的应力导致的开裂或分层缺陷。
[0005]本发明的技术方案如下:
一种氧传感器芯片，包括自下而上依次印叠的加热电阻引出线层、第一功能陶瓷片层、第一绝缘层、加热电阻层、第二绝缘层、氧气掺比通道层、内感应电极层、第二陶瓷片层、电极引出线层和多孔保护层。
[0006]上述第一功能陶瓷片层为带有加热电阻连接点的功能陶瓷片层。
[0007]上述第二功能陶瓷片层为印刷有内感应电极连接点的功能陶瓷片层。
[0008]上述第一功能陶瓷片层和第一功能陶瓷片层厚度为50?100微米。
[0009]上述第一功能陶瓷片层和第二功能陶瓷片层的功能陶瓷浆料由如下组成按质量比例混合而成:
宇乙稳定氧化错50%?60% ；
粘结剂1%?3% ；
塑化剂0.6%?1% ；
分散剂0.5%?2% ；
有机溶剂 35%?50%。
[0010]上述粘结剂为丙烯酸树脂，所述塑化剂为邻苯二甲酸二丁酯，所述分散剂为聚醚，所述有机溶剂为醋酸正丙酯和异丁醇组成。
[0011]上述氧传感器芯片的制备方法，其特征在于:步骤如下:
501:将浆料裁切成料片；
502:将内感应电极和加热电阻引出线印刷在打好孔的料片上待叠压备用，在打好孔的料片上印刷内感应连接点待叠压备用，在打好孔的料片上印刷加热电阻连接点待叠备用；
503:叠压印刷加热电阻引出线层；
504:叠压印刷加热电阻连接点，即形成第一功能陶瓷片层；
505:在第一功能陶瓷片层的正面依次印刷第一绝缘层、加热电阻层、第二绝缘层；
506:叠压若干打好长方孔的料片，即构成氧气掺比通道层；
507:叠压内感应电极层；
508:叠压若干层印刷有内感应电极连接点的第二功能陶瓷片层；
509:印刷外感应电极和内感应电极的电极引出线层；
S10:印刷多孔保护层；
Sll:切割烧结成型。
[0012]上述第一绝缘层、加热电阻层和第二绝缘层的印刷面积都印刷内嵌到第一功能陶瓷片层的平面以内。
[0013]进一步的，在第一功能陶瓷片层边缘印刷功能陶瓷层，功能陶瓷层厚度等于第一绝缘层、第一绝缘层、加热电阻层的总厚度。
[0014]本发明的有益效果:本发明将两种或多种不共烧匹配的材料通过印刷方式助其共烧，具体是将不匹配的材料制成印刷浆料通过印刷方式内嵌到另一种材料上，将多种材料的共烧转变成单一材料的烧结，故有助于解决材料之间因热膨胀系统差异的应力导致的开裂或分层缺陷。
【具体实施方式】
[0015]为了更好的说明本发明，现结合作进一步的说明。
[0016]实施例1
将50%钇稳定氧化锆、1%丙烯酸树脂、0.6%邻苯二甲酸二丁酯、0.5%聚醚、47.9%醋酸正丙酯和异丁醇按质量比例混合而成。
[0017]然后按以下步骤制备氧传感器芯片:
501:将浆料裁切成料片；
502:将内感应电极和加热电阻引出线印刷在打好孔的料片上待叠压备用，在打好孔的料片上印刷内感应连接点待叠压备用，在打好孔的料片上印刷加热电阻连接点待叠备用；
503:叠压印刷加热电阻引出线层；
504:叠压印刷加热电阻连接点，即形成第一功能陶瓷片层；
505:在第一功能陶瓷片层的正面依次印刷第一绝缘层、加热电阻层、第二绝缘层；
506:叠压若干打好长方孔的料片，即构成氧气掺比通道层；
507:叠压内感应电极层；
508:叠压若干层印刷有内感应电极连接点的第二功能陶瓷片层；
509:印刷外感应电极和内感应电极的电极引出线层；
510:印刷多孔保护层； Sll:切割烧结成型。
[0018]要求印刷既保证加热电阻的导通又起到加热时绝缘的效果，由于涉及到功能陶瓷、绝缘材料及金属导电材料的匹配共烧，所以第一绝缘层、加热电阻层和第二绝缘层的印刷面积都印刷内嵌到第一功能陶瓷片层的平面以内；但是这样会出现第一功能陶瓷片层和氧气反比通道层的边衔接出现沟槽，不利于叠层的接合以及共烧时会产生开裂和分层缺陷，为解决共烧问题，在第一功能陶瓷片层边缘印刷功能陶瓷层，功能陶瓷层厚度等于第一绝缘层、第一绝缘层、加热电阻层的总厚度，如此可以达到第一绝缘层、加热电阻层和第二绝缘层完全内嵌到功能陶瓷内。
[0019]实施例2
将55%钇稳定氧化锆、3%丙烯酸树脂、0.8%邻苯二甲酸二丁酯、1%聚醚、40.2%醋酸正丙酯和异丁醇按质量比例混合而成。
[0020]然后按以下步骤制备氧传感器芯片:
501:将浆料裁切成料片；
502:将内感应电极和加热电阻引出线印刷在打好孔的料片上待叠压备用，在打好孔的料片上印刷内感应连接点待叠压备用，在打好孔的料片上印刷加热电阻连接点待叠备用；
503:叠压印刷加热电阻引出线层；
504:叠压印刷加热电阻连接点，即形成第一功能陶瓷片层；
505:在第一功能陶瓷片层的正面依次印刷第一绝缘层、加热电阻层、第二绝缘层；
506:叠压若干打好长方孔的料片，即构成氧气掺比通道层；
507:叠压内感应电极层；
508:叠压若干层印刷有内感应电极连接点的第二功能陶瓷片层；
509:印刷外感应电极和内感应电极的电极引出线层；
510:印刷多孔保护层；
511:切割烧结成型。
[0021]要求印刷既保证加热电阻的导通又起到加热时绝缘的效果，由于涉及到功能陶瓷、绝缘材料及金属导电材料的匹配共烧，所以第一绝缘层、加热电阻层和第二绝缘层的印刷面积都印刷内嵌到第一功能陶瓷片层的平面以内；但是这样会出现第一功能陶瓷片层和氧气反比通道层的边衔接出现沟槽，不利于叠层的接合以及共烧时会产生开裂和分层缺陷，为解决共烧问题，在第一功能陶瓷片层边缘印刷功能陶瓷层，功能陶瓷层厚度等于第一绝缘层、第一绝缘层、加热电阻层的总厚度，如此可以达到第一绝缘层、加热电阻层和第二绝缘层完全内嵌到功能陶瓷内。
[0022]实施例3
将60%钇稳定氧化锆、2%丙烯酸树脂、1%邻苯二甲酸二丁酯、2%聚醚、35%醋酸正丙酯和异丁醇按质量比例混合而成。
[0023]然后按以下步骤制备氧传感器芯片:
501:将浆料裁切成料片；
502:将内感应电极和加热电阻引出线印刷在打好孔的料片上待叠压备用，在打好孔的料片上印刷内感应连接点待叠压备用，在打好孔的料片上印刷加热电阻连接点待叠备用；
503:叠压印刷加热电阻引出线层； 504:叠压印刷加热电阻连接点，即形成第一功能陶瓷片层；
505:在第一功能陶瓷片层的正面依次印刷第一绝缘层、加热电阻层、第二绝缘层；
506:叠压若干打好长方孔的料片，即构成氧气掺比通道层；
507:叠压内感应电极层；
508:叠压若干层印刷有内感应电极连接点的第二功能陶瓷片层；
509:印刷外感应电极和内感应电极的电极引出线层；
510:印刷多孔保护层；
511:切割烧结成型。
[0024]要求印刷既保证加热电阻的导通又起到加热时绝缘的效果，由于涉及到功能陶瓷、绝缘材料及金属导电材料的匹配共烧，所以第一绝缘层、加热电阻层和第二绝缘层的印刷面积都印刷内嵌到第一功能陶瓷片层的平面以内；但是这样会出现第一功能陶瓷片层和氧气反比通道层的边衔接出现沟槽，不利于叠层的接合以及共烧时会产生开裂和分层缺陷，为解决共烧问题，在第一功能陶瓷片层边缘印刷功能陶瓷层，功能陶瓷层厚度等于第一绝缘层、第一绝缘层、加热电阻层的总厚度，如此可以达到第一绝缘层、加热电阻层和第二绝缘层完全内嵌到功能陶瓷内。
【权利要求】
1.一种氧传感器芯片，其特征在于:包括自下而上依次印叠的加热电阻引出线层、第一功能陶瓷片层、第一绝缘层、加热电阻层、第二绝缘层、氧气掺比通道层、内感应电极层、第二陶瓷片层、电极引出线层和多孔保护层。
2.如权利要求1所述氧传感器芯片，其特征在于:所述第一功能陶瓷片层为带有加热电阻连接点的功能陶瓷片层。
3.如权利要求1所述氧传感器芯片，其特征在于:所述第二功能陶瓷片层为印刷有内感应电极连接点的功能陶瓷片层。
4.如权利要求1至3所述氧传感器芯片，其特征在于:所述第一功能陶瓷片层和第一功能陶瓷片层厚度为50?100微米。
5.如权利要求1至4所述氧传感器芯片，其特征在于:所述第一功能陶瓷片层和第二功能陶瓷片层的功能陶瓷浆料由如下组成按质量比例混合而成: 宇乙稳定氧化错50%?60% ； 粘结剂1%?3% ； 塑化剂0.6%?1% ； 分散剂0.5%?2% ； 有机溶剂 35%?50%。
6.如权利要求5所述氧传感器芯片，其特征在于:所述粘结剂为丙烯酸树脂，所述塑化剂为邻苯二甲酸二丁酯，所述分散剂为聚醚，所述有机溶剂为醋酸正丙酯和异丁醇组成。
7.如权利要求1至6所述氧传感器芯片的制备方法，其特征在于:步骤如下: 501:将浆料裁切成料片； 502:将内感应电极和加热电阻引出线印刷在打好孔的料片上待叠压备用，在打好孔的料片上印刷内感应连接点待叠压备用，在打好孔的料片上印刷加热电阻连接点待叠备用； 503:叠压印刷加热电阻引出线层； 504:叠压印刷加热电阻连接点，即形成第一功能陶瓷片层； 505:在第一功能陶瓷片层的正面依次印刷第一绝缘层、加热电阻层、第二绝缘层； 506:叠压若干打好长方孔的料片，即构成氧气掺比通道层； 507:叠压内感应电极层； 508:叠压若干层印刷有内感应电极连接点的第二功能陶瓷片层； 509:印刷外感应电极和内感应电极的电极引出线层； 510:印刷多孔保护层； 511:切割烧结成型。
8.如权利要求7所述氧传感器芯片的制备方法，其特征在于:所述第一绝缘层、加热电阻层和第二绝缘层的印刷面积都印刷内嵌到第一功能陶瓷片层的平面以内。
9.如权利要求7所述氧传感器芯片的制备方法，其特征在于:在所述第一功能陶瓷片层边缘印刷功能陶瓷层，功能陶瓷层厚度等于第一绝缘层、第一绝缘层、加热电阻层的总厚度。
【文档编号】G01N27/00GK104165905SQ201410419938
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】詹益忠, 沈奇杰, 方小维, 白义, 汤刚, 徐权, 占力 申请人:深圳市宏业翔科技有限公司