一种氧化铝基体氧传感器芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种氧化铝基体氧传感器芯片，包括由上至下层叠设置的外电极、氧化锆基体、内电极、氧化铝基体、加热器以及设置在所述氧化锆基体与所述氧化铝基体之间，位于所述内电极下方，用于输送参比空气的导气槽，所述导气槽为多孔骨架结构。多孔骨架结构不仅起到导流空气的作用，还与氧化铝基体、氧化锆基体的热膨胀系数形成有效过渡的匹配，提高两者的烧结与抗热效应能力，避免烧结引起结构上微裂纹，延长芯片的寿命。

An alumina matrix oxygen sensor chip

The utility model discloses an alumina substrate oxygen sensor chip, including setting from top to lower layer of electrode, zirconia matrix, inner electrode, alumina matrix, and the heater is arranged between the zirconia matrix and the alumina substrate is arranged on the inner electrode is used for conveying the reference gas the air tank, the air guide groove for porous skeleton structure. The porous skeleton structure not only plays a role in guiding air, but also matches with the effective transition of thermal expansion coefficient of alumina matrix and zirconia matrix, improving their sintering and heat resistance ability, avoiding the micro cracks caused by sintering and prolonging the service life of chips.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝基体氧传感器芯片
本技术涉及气体传感器，特别是涉及一种氧化铝基体氧传感器芯片。
技术介绍
车用氧传感器芯片工作原理是根据氧化锆电解质在高温下的氧离子导电特性，且在不同氧浓度下电解质两端产生能斯特电压。氧化锆材料是芯片基体的重要组成。加热器也是芯片重要的组成部分，作为高温热量的主要来源。但是，氧化锆材料在加热器的某些工况下的稳定性承受很大的考验，这些工况包括热冲击，冷热循环等热效应。因此，芯片结构组成也改进为氧化锆与氧化铝基体组合的形式，我们称之为氧化铝基体的氧传感器芯片。这样的结构组成可以有效的提升芯片对于加热器所引起的热效应的适应能力。然而，氧化铝基体的氧传感器芯片存在较大的技术问题是氧化铝与氧化锆的热膨胀系数与烧结速率的匹配难以调和。氧传感器的使用环境是高低温热循环，氧化铝与氧化锆的材料热膨胀不匹配会带来的微结构失效。为了满足热膨胀系数匹配，不得不将氧化锆材料进行改良，得到的氧化锆能够在热膨胀系数上很好的与氧化铝匹配。但是两者在烧结活性上差距很大，导致了关键烧结阶段的烧结收缩速率存在较大的差异，由此会带来更大的工艺问题。输送参比空气的导气槽，是在内电极下方形成一个较大体积的空腔。空腔介于氧化锆电解质与氧化铝之间。这样的空腔一般利用牺牲材料(碳，石墨)的高温挥发形成。在以上的烧结情况下，空腔式导气槽的存在更加容易引起结构上微裂纹，特别是在氧化锆电解质层。因此，空腔式导气槽无形增加了氧化铝与氧化锆的烧结难度。在热效应的环境下，这样的微裂纹会引起芯片寿命大幅降低。因此氧化铝基体的氧传感器芯片急需对空腔式导气槽改良，利用新的设计改良其烧结与热效应特性。
技术实现思路
本技术的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种氧化铝基体氧传感器芯片。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种氧化铝基体氧传感器芯片，包括由上至下层叠设置的外电极、氧化锆基体、内电极、氧化铝基体、加热器以及设置在所述氧化锆基体与所述氧化铝基体之间，位于所述内电极下方，用于输送参比空气的导气槽，所述导气槽为多孔骨架结构。进一步地：所述多孔骨架结构的基体材料为氧化锆、氧化铝或两者的混合。所述多孔骨架结构的孔隙率范围在30-50％。所述多孔骨架结构的孔结构连续。所述多孔骨架结构的厚度为50-90μm,宽度为芯片宽度的1/2-2/3倍。本技术的有益效果：本技术氧化铝基体氧传感器芯片的导气槽为多孔骨架结构，多孔骨架不仅起到导流空气的作用，还能够充当氧化锆基体与氧化铝基体之间的过渡层，与氧化铝基体、氧化锆基体的热膨胀系数形成有效过渡的匹配，提高两者的烧结与抗热效应能力，避免烧结引起结构上微裂纹，延长芯片的寿命。附图说明图1为本技术实施例的氧化铝基体氧传感器芯片结构示意图；图2示出本技术实施例中的多孔骨架结构的导气槽。具体实施方式以下对本技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本技术的范围及其应用。参阅图1和图2，在一种实施例中，一种氧化铝基体氧传感器芯片，包括由上至下层叠设置的外电极1、氧化锆基体2、内电极3、氧化铝基体5、加热器6，以及设置在所述氧化锆基体与所述氧化铝基体之间，位于所述内电极下方，用于输送参比空气的导气槽4，所述导气槽为多孔骨架结构。在优选实施例中，所述多孔骨架结构的基体材料为氧化锆、氧化铝或两者的混合。在优选实施例中，所述多孔骨架结构的孔隙率范围在30-50％。在优选实施例中，所述多孔骨架结构的孔结构连续。在优选实施例中，所述多孔骨架结构的厚度为50-90μm,宽度为芯片宽度的1/2-2/3倍。多孔骨架结构的基体材料可以是氧化锆或氧化铝单独一种材料，也可以是氧化锆与氧化铝两者的混合材料。在一种具体实施例中，制作多孔骨架结构导气槽的材料包括氧化锆、氧化铝与造孔剂。材料组成中氧化锆的质量分数范围是10％-100％，氧化铝的质量分数范围是10％-100％，造孔剂材料质量分数范围是30％-50％。造孔剂材料的选择可以选择一切具有高温挥发的牺牲材料，可以为石墨，炭黑，硝酸铵，淀粉等。可以仅为其中的一种，也可以是几种材料混合。在一种具体实施例中，多孔骨架导气槽的尺寸范围：厚度50-90μm,宽度为芯片宽度的1/2-2/3倍。其尺寸定制范围需满足限流特性的要求，即Iinner<<Iouter。其中Iinner代表导气槽的极限电流，Iouter代表外电极保护层的极限电流。实例混合70％质量分数的氧化铝、30％质量分数的石墨造孔剂，通过添加有机添加物，形成一定粘度的浆料，印刷到导气槽所在的位置。印刷高度50μm,印刷宽度1000μm。通过确定的排胶、烧结制度，完成多孔骨架结构的烧结，如图2所示。由多孔骨架结构形成的导气槽4，与氧化铝基体5、氧化锆基体2、内电极3形成紧密的结合。这种导气槽与氧化铝的基体、氧化锆基体的热膨胀系数形成有效过渡的匹配，减小热效应的影响。相对于空腔而言，多孔骨架结构会让芯片整体更加的稳定，芯片抗热效应能力更加优异。经过测试，采用多孔骨架结构的导气槽的限流值远大于外电极的限流值，能够满足使用需求。以上内容是结合具体/优选的实施方式对本技术所作的进一步详细说明，不能认定本技术的具体实施只局限于这些说明。对于本技术所属
的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化铝基体氧传感器芯片，包括由上至下层叠设置的外电极、氧化锆基体、内电极、氧化铝基体、加热器，以及设置在所述氧化锆基体与所述氧化铝基体之间，位于所述内电极下方，用于输送参比空气的导气槽，在其特征在于,所述导气槽为多孔骨架结构。

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝基体氧传感器芯片，包括由上至下层叠设置的外电极、氧化锆基体、内电极、氧化铝基体、加热器，以及设置在所述氧化锆基体与所述氧化铝基体之间，位于所述内电极下方，用于输送参比空气的导气槽，在其特征在于,所述导气槽为多孔骨架结构。2.如权利要求1所述的氧化铝基体氧传感器芯片，在其特征在于,所述多孔骨架结构的基体材料为氧化锆、氧化铝或两者的...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁春，李纯钢，
申请(专利权)人：深圳市铭特科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44