一种片式氧传感器芯片的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种片式氧传感器芯片的制造方法，其结构为上层功能片、中间通道形成片和下层片，依次叠层热压制作成一整体，上片集成传感单元和加热电阻，加热电阻和外电极在上片平面上交错印刷在芯片头部区域，各自通过引线与引脚连接。本发明专利技术的方法消除了在中片和下片之间印刷上下绝缘层对芯片整体强度的影响，使得芯片最终强度提高；没有加热电阻的穿层导电孔，工艺简单，绝缘效果更好，整体制造成本进一步降低。

Method for manufacturing chip type oxygen sensor chip

The invention relates to a manufacturing method of a planar oxygen sensor chip, the structure function for the upper piece, intermediate channel forming sheet and the lower sheet are laminated, hot pressing production as a whole, on the integrated sensing unit and a heating resistor, the heating resistor and the outer electrode in the film plane cross chip printed in the head region. Each pin is connected by wire and. The method of the invention eliminates the influence of insulating layer on the overall strength of the chip in the printed sheet and the lower sheet between the upper and lower end, the chip strength increased; wear layers of conductive holes, no heating resistor has the advantages of simple process, better insulation effect, the overall manufacturing cost is further reduced.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氧传感器的制造方法，特别是涉及一种加热型片式氧传感器芯片的制造方法，片式氧传感器应用于汽车发动机电喷系统中，通过检测尾气氧含量反馈控制空燃比，从而减少尾气排放。
技术介绍
汽车尾气排放对环境造成的污染是大气污染的主要来源，现在采取的主要技术路线是以氧传感器检测尾气氧含量为核心电喷系统，控制发动机的空燃比在理论空燃比(14.7±0.2)附近，尾气通过三元催化转化器能高效地转化为无害气体，最大限度地降低污染。目前汽车上采用的氧传感器主要是氧化锆氧传感器。氧化锆氧传感器可分为加热型和非加热型，加热型的又有管状和片状两种之分。目前市面上管状带加热棒的传感器，其缺点是加热棒和传感器不是一整体而是组装而成，工作过程中热效率不高，升温慢从而响应时间长，控制效果差。片式氧传感器和管状氧传感器工作原理一样，也是基于氧浓差电池的原理，在高温下，氧化锆是氧离子导体，高氧势一侧的氧以O2-经氧化锆中的氧空位向低氧势侧迁移形成离子电导，产生浓差电势，空燃比的变化引起氧电动势的变化以Nernst公式来表征：片式氧传感器主要是把传感器片、中间片和加热片集成为一个整体，中间片含有一端封闭的空气通道。目前平板式氧传感器通常的制造方法是：1.以专利200420079906.9为代表，采用模具注射成型或干压方法制备传感器片、中间片和加热片的坯片。然后坯片置高温炉中烧结。在已烧制好的传感器薄片表面涂覆铂电极，在加热片上涂覆加热铂电阻，用密封胶把烧制好的传感器片、中间片和加热片结合在一起放入高温炉中烧结密封。此方法的不足之处是：坯片太脆，成品率低，烧结易变形，密封困难，而且其耐震性和耐热冲击性都很差，所以是一种成本很高而性能较差的制造方法。2.以专利200610027667.6为代表，采用轧膜成型方法制备传感器片、中间片和加热片的基片。然后在冲压机上冲成坯片，坯片金属化处理，整体制作，排胶烧结。此方法的不足之处是：轧膜成型容易引入杂质，同时所成型基片的应力较大，厚度均匀性较差，气泡较多，致密性较差。另外在冲压机上冲成坯片也容易引入新的应力，这些应力会导致最终烧结发生变形的几率增加，密封困难，成品率低。3.以专利200710051946.0为代表，采用流延成型方法制备传感器片、中间片和加热片的基片。然后印刷，叠层，排胶烧结。此方法是目前主流制作方法，其不足之处在于：加热片上下绝缘，增加了制作工艺的难度，成品率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是改变现有技术片式氧传感器制造方法的缺点，提供一种工艺流程简单，易于控制，成本低，性能更好，成品率更高的片式氧传感器芯片的制造方法。本专利技术是这样实现的：一种片式氧传感器芯片的制造方法，氧传感器结构由上层功能片、中间通道形成片和下层片依次叠层热压制作成一整体，其特征在于按以下步骤进行：A、制备流延浆料：将制备上层功能片、中间通道形成片和下层片的基材钇掺杂氧化锆陶瓷粉中加入分散剂、粘合剂、塑化剂和润滑剂，在有机溶剂中用球磨的方式制成流延浆料；B、流延：将流延浆料在流延机上经刮刀在衬带上刮成厚度均匀的膜片，干燥后脱膜；C、叠片打孔：叠层设计相应厚度的上层功能坯片、中间通道形成坯片和下层坯片，分别用打孔机打上定位孔和工艺孔；D、印刷：在上层功能坯片上印涂内外电极且在外电极的工作区印上保护层，在上层功能坯片与外电极部分交错印涂绝缘层、加热电阻和覆盖层，内电极通过小孔与外层的引脚相连接，外电极和加热电阻各自通过引线与引脚连接；中间通道形成坯片通过打孔的方式形成空气通道或通过印刷填充的方式形成空气通道；下层坯片不需要任何印刷，只是补偿形成所需要的最终芯片厚度；E、叠层分切：将上层功能坯片、中间通道形成坯片和下层坯片依次定位三层叠压成整体，切割成单个片式氧传感器芯片坯；F、排胶烧结：将氧传感器芯片坯装炉采用常规方法脱除有机物并烧结而得氧传感器芯片。上层功能片、中间通道形成片和下层片基材的流延浆料制备方法为：在钇掺杂氧化锆陶瓷粉中加入占钇掺杂氧化锆陶瓷粉重量0～2％的分散剂、5～15％粘合剂、0～10％的塑化剂和0～10％的润滑剂，在有机溶剂中用球磨的方式制成流延浆料。所述步骤D步骤具体为：上层功能片集成传感单元和加热电阻，加热电阻和外电极在上层功能片平面上交错印刷在芯片头部区域，各自通过引线与引脚连接；所述上层功能片印刷的外电极，直接印刷在上层功能片基片上，外电极上印刷保护层以防止尾气对芯片的污染；所述上层功能片印刷的加热电阻，必须在相应区域的底层印刷绝缘层，而且该绝缘层一直延伸到与加热电阻相连的引线和引脚，确保加热电阻不漏电；加热电阻印刷层的上面印刷覆盖层。所述中间通道形成坯和下层片在打孔方式形成空气通道时分为两片，或在印刷方式形成空气通道时合为一片，且在总厚度上要满足芯片的强度要求和装配要求。采用现有制造方法，工艺不易控制，成本高而成品率较低，产品质量很难达到要求。而采用本专利技术的制造方法，工艺流程简单、容易控制，具有以下几个优点：1.本专利技术是把加热电阻印刷在上片外电极区域，消除了在中片和下片之间印刷上下绝缘层对芯片整体强度的影响，使得芯片最终强度提高。2.本专利技术加热电阻的绝缘印刷在芯片表层，没有穿层导电孔，工艺简单，绝缘效果更好。3.本专利技术加热电阻上面印刷覆盖层，可以增强加热电阻对芯片的传热效果。4.本专利技术中片和下片可以合一，工艺进一步简化，生产成本进一步降低。附图说明图1是本专利技术片式汽车氧传感器分层结构示意图。图2是本专利技术片式汽车氧传感器芯片加热电阻和外电极布置图。图3是本专利技术片式汽车氧传感器实施例2中的加热电阻和外电极。在图中：1－下片；2－中片；3－上片；4－中片上空气通道；5－信号内电极；6－内电极引脚；7－外电极引脚；8－加热电阻引脚；9－加热电阻绝缘层；10－加热电阻；11-信号外电极；12-加热电阻覆盖层；13-信号外电极的保护层。具体实施方式本专利技术采用平板式坯片叠层整体烧结为成品，具体操作方法为：实施例1如图1、图2所示，氧传感器芯片结构为上层功能片(简称为上片3)、中间通道形成片(简称为中片2)和下层片(简称为下片1)，依次叠层热压制作成一整体，其制作工艺步骤包括：A、制备流延浆料：将制备上片、中间片和下片的基材钇掺杂氧化锆陶瓷粉中加入占陶瓷粉重量1.5％的分散剂三乙醇胺、10％粘合剂聚乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片式氧传感器芯片的制造方法，氧传感器结构由上层功能片、中间通道形成片和下层片依次叠层热压制作成一整体，其特征在于按以下步骤进行：A、制备流延浆料：将制备上层功能片、中间通道形成片和下层片的基材钇掺杂氧化锆陶瓷粉中加入分散剂、粘合剂、塑化剂和润滑剂，在有机溶剂中用球磨的方式制成流延浆料；B、流延：将流延浆料在流延机上经刮刀在衬带上刮成厚度均匀的膜片，干燥后脱膜；C、叠片打孔：叠层设计相应厚度的上层功能坯片、中间通道形成坯片和下层坯片，分别用打孔机打上定位孔和工艺孔；D、印刷：在上层功能坯片上印涂内外电极且在外电极的工作区印上保护层，在上层功能坯片与外电极部分交错印涂绝缘层、加热电阻和覆盖层，内电极通过小孔与外层的引脚相连接，外电极和加热电阻各自通过引线与引脚连接；中间通道形成坯片通过打孔的方式形成空气通道或通过印刷填充的方式形成空气通道；下层坯片不需要任何印刷，只是补偿形成所需要的最终芯片厚度；E、叠层分切：将上层功能坯片、中间通道形成坯片和下层坯片依次定位三层叠压成整体，切割成单个片式氧传感器芯片坯；F、排胶烧结：将氧传感器芯片坯装炉采用常规方法脱除有机物并烧结而得氧传感器芯片。

【技术特征摘要】
1.一种片式氧传感器芯片的制造方法，氧传感器结构由上层功能片、
中间通道形成片和下层片依次叠层热压制作成一整体，其特征在于按以下
步骤进行：A、制备流延浆料：将制备上层功能片、中间通道形成片和下层
片的基材钇掺杂氧化锆陶瓷粉中加入分散剂、粘合剂、塑化剂和润滑剂，
在有机溶剂中用球磨的方式制成流延浆料；B、流延：将流延浆料在流延机
上经刮刀在衬带上刮成厚度均匀的膜片，干燥后脱膜；C、叠片打孔：叠层
设计相应厚度的上层功能坯片、中间通道形成坯片和下层坯片，分别用打
孔机打上定位孔和工艺孔；D、印刷：在上层功能坯片上印涂内外电极且在
外电极的工作区印上保护层，在上层功能坯片与外电极部分交错印涂绝缘
层、加热电阻和覆盖层，内电极通过小孔与外层的引脚相连接，外电极和
加热电阻各自通过引线与引脚连接；中间通道形成坯片通过打孔的方式形
成空气通道或通过印刷填充的方式形成空气通道；下层坯片不需要任何印
刷，只是补偿形成所需要的最终芯片厚度；E、叠层分切：将上层功能坯片、
中...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵芃，谢光远，甘章华，罗志安，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42