一种氮氧化物传感器片芯内嵌式加热器的制作方法

本实用新型涉及一种氮氧化物传感器片芯内嵌式加热器，属于片式氮氧化物传感器技术领域。

背景技术：

氮氧化物NOX（NO和NO₂）是大气的主要污染物之一，主要危害包括引发人类呼吸道疾病，形成酸雨和化学烟雾，破坏环境等。汽车尾气的排放是氮氧化物的主要来源之一，因此对尾气中NOX浓度的检测就显得十分重要。

尾气中NOX成分检测有很多方法，大致分为半导体检测器和固体电解质检测器。 半导体检测器是利用被测气体在半导体气敏材料上发生吸附，会引起其电阻的变化来反映气体浓度的变化，这种依靠气体吸附反应的传感器易受外界环境的影响，且工作温度较低（200-400℃）。而固体电解质传感器具有可在500-600℃的尾气高温环境下稳定工作的特点，因此一直是国内外研究的热点。

现有的汽车尾气NOX传感器为多层陶瓷共烧结的叠成体，需要被加热到700摄氏度以上才能正常工作。一般采取将加热电极直接制作在敏感元件内部的方法，加快传感器的起燃时间。如专利US2008105545A1和US2001008211A1所述，片式传感器里的加热电极为在基片上印刷一层绝缘层，再在绝缘层上印刷加热电极，加热电极上再覆盖绝缘层的结构，如图1所示。因为绝缘层与氧化锆基地热膨胀系数的不同，容易导致在高温烧结后，传感器片芯从加热器绝缘层处分层，导致传感器寿命的降低，绝缘层面积越大，分层的几率越高。一般的采用将氧化铝绝缘层的印刷面积减少，在印刷边缘预留出安全距离的方法来改进分层的现象，但是由于氧化铝需要足够的厚度来保证其绝缘的效果，这就导致在静压的过程中，因为两层绝缘层与加热电极及导线的凸出，导致传感器片芯的变形。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种氮氧化物传感器片芯内嵌式加热器，其可有效的将加热电极及导线嵌入氧化锆基板内，减少氧化铝绝缘层与氧化锆基板的接触面积，一方面减少因材料热膨胀系数不同引起的片式氮氧化物传感器片芯分层，另一方面防止绝缘层与加热电极凸起引起的加热器与传感器片芯本体的分层，延长传感器的使用寿命。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种氮氧化物传感器片芯内嵌式加热器，由第一加热基片，第二加热基片，上绝缘层，加热电极，导线，下绝缘层组成，其特征在于：第二加热基片上设置凹槽，上绝缘层和下绝缘层设置于凹槽内，加热电极及导线分布在上绝缘层和下绝缘层之间，凹槽形状与加热电极及导线一致，凹槽宽度较加热电极及导线宽0.1-0.2毫米，下绝缘层上设置两个加热电极及导线的第一通孔和第二通孔，孔径直径为0.2-0.5mm，通孔个数为2-4个，第一加热基片上设置第三通孔和第四通孔，孔径直径为0.2-0.5mm，通孔个数为2-4个，与第一通孔和第二通孔通过填充铂浆料相连，下绝缘层和上绝缘层材料为氧化铝浆料，填充满第二加热基片的凹槽，并包裹加热电极及导线，各层基片的材料均为钇掺杂的氧化锆。

本实用新型的积极效果是可有效的减少氧化铝绝缘层与氧化锆基板之间的接触面积，避免绝缘层与加热电极凸起引起的加热器与传感器片芯本体的分层，使传感器能烧结成一体，增加结合面的紧密度，延长传感器的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的结构图。

图2为本实用新型的截面图。

图3为本实用新型的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：如图1所示，一种氮氧化物传感器片芯内嵌式加热器，由第一加热基片1，第二加热基片2，上绝缘层3，加热电极4，导线5，下绝缘层6组成，其特征在于：第二加热基片2上设置凹槽7，上绝缘层3和下绝缘层6设置于凹槽7内，加热电极4及导线5分布在上绝缘层3和下绝缘层6之间。凹槽7形状与加热电极4及导线5一致，凹槽7宽度较加热电极4及导线5宽0.1-0.2毫米。下绝缘层6上设置两个加热电极4及导线5的第一通孔8和第二通孔9，孔径直径为0.2-0.5mm，通孔个数为2-4个，第一加热基片1上设置第三通孔10和第四通孔11，孔径直径为0.2-0.5mm，通孔个数为2-4个，与第一通孔8和第二通孔9通过填充铂浆料相连，用于引出加热电极，下绝缘层6和上绝缘层3材料为氧化铝浆料，填充满第二加热基片的凹槽7，并包裹加热电极4及导线5，各层基片的材料均为钇掺杂的氧化锆。

在一片氧化锆生膜片上采用打孔机打出通孔10和通孔11，并填充导通材料铂，形成第一加热基片1。在另一片氧化锆生膜片上采用打孔机按照加热电极及导线的形状采用打孔机打出凹槽7，形成第二加热基片2，凹槽宽度比加热器4及导线5宽0.5mm。将第一加热基片1与第二加热基片2叠层，用胶水固定。在第二加热基片的凹槽7内采用丝网印刷的方法印刷一层氧化铝浆料，85℃干燥15min干燥后形成下绝缘层6，并在下绝缘层6上留出第一通孔8和第二通孔9，在干燥好的绝缘层6上丝网印刷加热电极和导线浆料，75℃干燥10min后形成加热电极4及导线5。在加热电极4和导线5上印刷氧化铝绝缘浆料，绝缘浆料填满第一氧化锆基片凹槽7，并填充加热电极及导线的缝隙，85℃干燥15min干燥后形成上绝缘层3。第一通孔8，第二通孔9，第三通孔10和第四通孔11是相通的。

如图2所示，该加热器内的上绝缘层7包裹在加热电极4及导线5周围，起到很好的绝缘作用，且上表面与第二加热基片2上表面相平，使得第二加热基片2具有足够的面积和平整度。这就使得该加热器在与传感器主体共烧结的时候，能够更加紧密地结合，避免烧结过程中因材料热膨胀系数的不同和材料凸起引起的分层和开裂。

如图3所示，上绝缘层3的面积比现有技术的绝缘层面积减少了50%以上。且上绝缘层和第二基片2的上表面平行，更加增加了烧结过程中加热器与传感器片芯本体之间的结合能力。内嵌加热器式氮氧化物传感器片芯经烧结成型后，给片芯烧结后样件施加12V电压进行加热，并相隔5秒间隔关闭。没有片芯因为受高温冲击开裂的现象发生。