一种气体传感芯片及其制备方法与流程

本发明属于传感器，具体涉及一种气体传感芯片及其制备方法。

背景技术：

1、氮氧化物传感器的核心是陶瓷芯片，它由多层ysz(y2o3 stabilized zro2加入氧化钇稳定剂的氧化锆)单晶膜片组成，其工作原理是基于高温下ysz固体电解质的离子导电性，氮氧传感器陶瓷芯片的正常工作温度约800℃。但是目前氮氧传感器陶瓷芯片在高温下工作容易出现烧裂的现象。

2、若在氮氧传感器陶瓷芯片在实际的工作情况中，出现环境湿度较大的场景，氮氧传感器陶瓷芯片容易受到水汽的影响，在启动加热快速升温的过程中瞬间烧裂；从而导致氮氧传感器失效无法工作，严重影响氮氧传感器使用寿命。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种气体传感芯片及其制备方法，可以解决根据当前的芯片在高温下出现烧裂现象的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种气体传感芯片，芯片包括：芯片基体、内涂层及外涂层。

3、内涂层，内涂层包裹芯片基体的部分下表面、侧面和部分上表面；

4、外涂层，外涂层覆盖内涂层的外表面；

5、示例性的，外涂层和内涂层均为多孔涂层，外涂层的孔隙率大于内涂层的孔隙率。

6、在第一方面的一种可能的实现方式中，内涂层的孔隙率可以为10％-18％，外涂层的孔隙率可以为22％-35％。

7、在第一方面的一种可能的实现方式中，外涂层和内涂层的材质均可以包括氧化铝。

8、在第一方面的一种可能的实现方式中，内涂层的厚度可以为5-10μm。

9、在第一方面的一种可能的实现方式中，外涂层的厚度可以为10-20μm。

10、在第一方面的一种可能的实现方式中，芯片基体包括自下至上依次层叠的第一基片、第二基片、第三基片、第四基片、第五基片及第六基片；

11、第一基片和第二基片之间设置有加热电极；

12、在第三基片中未被内涂层包裹的一侧设置有参比通道；

13、第二基片和第三基片之间设置有参比电极，且部分参比电极设置在参比通道中；

14、在第四基片中设置有第一测量子腔室，在第五基片中设置有第二测量子腔室，第一测量子腔室和第二测量子腔室在竖直方向上组成相互连通的测量腔室；

15、在第一测量子腔室内暴露的第三基片的上表面设置有第一内电极；

16、在位于第一测量子腔室一侧且靠近内涂层一侧的第四基片表面上依次设置有间隔排列的第一扩散障、第二扩散障及第三扩散障，其中，第一扩散障和第二扩散障之间形成进气腔室，第二扩散障和第三扩散障之间形成第一泵氧腔室，第三扩散障和第二测量子腔室之间形成第二泵氧腔室，且第二泵氧腔室与测量腔室相互连通；

17、在第一泵氧腔室内设置有第二内电极，在第二泵氧腔室内设置有第三内电极；

18、第六基片的上表面设置有主泵电极，主泵电极位于内涂层的凹槽结构中。

19、在第一方面的一种可能的实现方式中，第四基片包括第一子基片和第二子基片；

20、第一子基片位于第一测量子腔室靠近内涂层的一侧；

21、第二子基片位于第一测量子腔室远离内涂层的一侧；

22、第一扩散障、第二扩散障及第三扩散障位于第一子基片的上表面；

23、第五基片位于第二子基片的上表面。

24、在第一方面的一种可能的实现方式中，芯片还包括主泵电极保护层，主泵电极保护层位于内涂层的凹槽结构中且覆盖主泵电极。

25、根据本发明提供的芯片，通过在芯片头部的外层设置两层多孔保护涂层，在检测气体接触到芯片时，外涂层能够吸收气体中的水蒸气，内涂层能够保护芯片头部在芯片启动快速升温的过程中不受冷凝水蒸发的影响，从而避免在高温时芯片发生烧裂现象。同时，外涂层较大的孔隙率能够确保芯片的进气率，从而确保芯片的响应速度和测量精度。

26、第二方面，本发明实施例提供了一种气体传感芯片的制备方法，所述方法包括：

27、制备芯片基体；

28、通过热喷涂工艺，在芯片基体的头部制备内涂层，内涂层包裹芯片基体的部分上表面、侧面及部分下表面；

29、通过热喷涂工艺，在内涂层的外表面制备外涂层，外涂层覆盖内涂层的外表面，外涂层和内涂层均为多孔涂层，外涂层的孔隙率大于内涂层的孔隙率。

30、在第二方面的一种可能的实现方式中，内涂层的喷涂温度可以为300-400℃，外涂层的喷涂温度可以为600-700℃。

31、根据本发明提供的方法，通过热喷涂的方式将致密度不同的多孔材料附着在芯片上，较传统浸涂后烧结的工艺提高了材料的附着力改善了附着层的均匀度，同时降低了多孔涂层的厚度，保证了芯片的响应速度。

32、本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：根据本发明提供的芯片，通过在芯片头部的外层设置两层多孔保护涂层，在检测气体接触到芯片时，外涂层能够吸收气体中的水蒸气，内涂层能够保护芯片头部在芯片启动快速升温的过程中不受冷凝水蒸发的影响，从而避免在高温时芯片发生烧裂现象。同时，外涂层较大的孔隙率能够确保芯片的进气率，从而确保芯片的响应速度和测量精度。

技术特征：

1.一种气体传感芯片，其特征在于，所述芯片包括：芯片基体、内涂层及外涂层，其中：

2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述内涂层的孔隙率为10％-18％，所述外涂层的孔隙率为22％-35％。

3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述外涂层和所述内涂层的材质均包括氧化铝。

4.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述内涂层的厚度为5-10μm。

5.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述外涂层的厚度为10-20μm。

6.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片基体包括自下至上依次层叠的第一基片、第二基片、第三基片、第四基片、第五基片及第六基片，其中：

7.根据权利要求6所述的芯片，其特征在于，所述第四基片包括第一子基片和第二子基片，其中：

8.根据权利要求7所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括主泵电极保护层，所述主泵电极保护层位于所述内涂层的凹槽结构中且覆盖所述主泵电极。

9.一种气体传感芯片的制备方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述内涂层的喷涂温度为300-400℃，所述外涂层的喷涂温度为600-700℃。

技术总结
本发明公开了一种气体传感芯片及其制备方法，芯片包括：芯片基体、内涂层及外涂层，其中：设置于最内部的芯片基体；内涂层，内涂层包裹芯片基体的部分下表面、侧面和部分上表面；外涂层，外涂层覆盖内涂层的外表面；外涂层和内涂层均为多孔涂层，外涂层的孔隙率大于内涂层的孔隙率。根据本发明提供的芯片，通过在芯片头部的外层设置两层多孔保护涂层，在检测气体接触到芯片时，外涂层能够吸收气体中的水蒸气，内涂层能够保护芯片头部在芯片启动快速升温的过程中不受冷凝水蒸发的影响，从而避免在高温时芯片发生烧裂现象。同时，外涂层较大的孔隙率能够确保芯片的进气率，从而确保芯片的响应速度和测量精度。

技术研发人员：谷谢天,付妍博,魏勇建,赵鹏,冀妍妍,窦培谦,张苗化,付琮俊,张愉,杨一帆
受保护的技术使用者：西安创研电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1