一种新型氮氧化物传感器芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种两腔室双电池型氮氧化物传感器芯片及其制备方法，第一基片层的正反面分别印刷有外电极和非活性电极；第三基片层正面印刷有活性电极，且活性电极表面印刷有扩散障碍层；第四基片层正面印刷有参考电极；第五基片层正面印刷有加热电阻，且加热电阻上下两侧均印刷有绝缘层，同时加热电阻与第六基片层反面的引脚相连。将各层流延基片叠合后，形成芯片坯材，切割坯材形成单个芯片生坯；烧结单个芯片生坯，制得两腔室双电池型氮氧化物传感器，本发明专利技术具有制作简单和成本低廉的特点，所制备的氮氧化物传感器芯片能准确测量氧气和氮氧化物含量。

A new type of nitrogen oxide sensor chip and its preparation method

The invention discloses a two-chamber double-cell type nitrogen oxide sensor chip and a preparation method thereof. The positive and negative sides of the first substrate layer are printed with external electrodes and inactive electrodes respectively; the positive and negative sides of the third substrate layer are printed with active electrodes, and the surface of the active electrode is printed with a diffusion barrier layer; and the positive and negative sides of the fourth substrate layer are printed with reference electrodes. The fifth substrate layer has a heating resistance printed on the front side and an insulating layer printed on both sides of the heating resistance. The heating resistance is connected with the pins on the reverse side of the sixth substrate layer. The chip blank is formed by overlapping the laminar tape substrates, and the chip blank is cut to form a single chip blank; the single chip blank is sintered to produce a two-chamber double-cell type nitrogen oxide sensor. The invention has the characteristics of simple fabrication and low cost, and the prepared nitrogen oxide sensor chip can accurately measure oxygen and nitrogen oxidation. The content of the substance.

【技术实现步骤摘要】
一种新型氮氧化物传感器芯片及其制备方法
本专利技术涉及一种汽车尾气传感器技术，具体涉及一种新型氮氧化物传感器芯片及其制备方法。
技术介绍
目前重型车用尾气氮氧化物传感器芯片由六层氧化锆基片叠合而成，如“气体传感器、氮氧化物传感器和制造气体传感器的方法”(US20090242400)专利技术和“校正氮氧化物传感器输出信号的方法”(US20080237064)专利技术，所述专利技术均由三个电化学氧泵、两个腔室、一个参比空气通道、一个加热电阻、引线和八个引脚构成，三个电化学氧泵分别是主泵、辅助泵和测量泵，主泵在第一腔室，辅助泵和测量泵在第二腔室，第一腔室和第二腔室中间以狭缝连结，通过三泵联合工作来测定尾气中氮氧化物的含量。这种氮氧化物传感器芯片的工作原理是，汽车尾气经过入气口引入第一腔室，由主泵泵出或泵入氧气；再被引入第二腔室由辅助泵进一步泵出尾气中氧气，使尾气中氧气浓度保持极低；然后尾气中的氮氧化物在测量泵的活性电极作用下分解为氧气和氮气，分解之后的氧气经过测量泵产生极限电流，最后通过测量泵的极限电流得出对应氮氧化物的含量。这种氮氧化物传感器能在线连续测试氮氧化物含量，但由于电路设计复杂，体积小，信号准确但不精确，制作难度大。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种两腔室双电池型氮氧化物传感器芯片及其制备方法。技术方案：本专利技术的一种新型氮氧化物传感器芯片，包括从上向下依次堆叠的第一基片层、第二基片层、第三基片层、第四基片层、第五基片层和第六基片层；所述第一基片层的正反面分别印刷有外电极和非活性电极；第三基片层正面印刷有一组两个完全对称设置的第一活性电极和第二活性电极，且这两个活性电极表面均用多孔浆料印刷有扩散障碍层以形成稳态极限电流；第四基片层正面印刷有参考电极；第五基片层正面印刷有加热电阻，且加热电阻上下两侧均印刷有绝缘层，同时加热电阻与第六基片层反面的引脚相连；其中，所述非活性电极与两个活性电极之间通过已冲孔的第二基片层分隔开并形成第一腔室和第二腔室，非活性电极位于第一腔室，第一活性电极和第二活性电极位于第二腔室中，非活性电极引线至外电极形成极限电流型电池，第一活性电极和第二活性电极分别引线至参考电极形成氮氧化物浓差型双电池。进一步的，所述第一腔室和第二腔室之间预留有狭缝扩散通；所述第三层基片层正面通过冲孔方式与第四基片层之间形成空气通道以提供稳定的基准氧浓度环境，参考电极与空气通道相通。进一步的，所述加热电阻的阻值为2～20欧姆。进一步的，所述两个活性电极分别位于第三基片层正面的左边界1mm处和正面的右边界1mm处，参考电极位于两个活性电极中心连线投影于第四基片的正面。本专利技术还公开了一种新型氮氧化物传感器芯片的制备方法，包括以下步骤：(1)在第一基片层正面印刷外电极，第一基片层反面印刷非活性电极，在第三基片层正面印刷一组两个对称设置的第一活性电极和第二活性电极，非活性电极与两个活性电极之间通过已冲孔的第二基片层分隔开并形成第一腔室和第二腔室，非活性电极位于第一腔室，第一活性电极和第二活性电极位于第二腔室中，非活性电极引线至外电极形成极限电流型电池，第一活性电极和第二活性电极分别引线至参考电极形成氮氧化物浓差型双电池；(2)第三基片层一侧通过冲孔形成空气通道，在第四层流延基片正面印刷参考电极，参考电极与空气通道相通，在第五基片层正面印刷加热电阻，加热电阻上下两侧分别印刷绝缘层，且加热电阻和第六基片层反面的引脚相连；(3)将第一基片层、第二基片层、第三基片层、第一四基片层、第五基片层和第六基片层经过等静压叠合成为整体生坯，然后将整体生坯切割形成若干单个芯片生坯；经过排胶并在1300摄氏度烧结1-3小时，制得两腔室双电池型氮氧化物传感器芯片。进一步的，所述第一活性电池由铂铑浆料和有机物溶剂(如松油醇等)混合制成，所制备浆料的粘度为150～300Pa.S；所述铂铑浆料中铂与铑的重量含量分别为50-95％和5－50％，其中，铂的粒径为0.01～0.5μm，铑的粒径为0.01～0.5μm；所述第二活性电池由铂铑浆料和有机物溶剂(如松油醇等)混合制成，所制备浆料的粘度为150～300Pa.S；所述铂铑浆料中铂与铑的重量含量分别为50-92.5％和7.5－50％，其中，铂的粒径为0.01～0.5μm，铑的粒径为0.01～0.5μm；第一活性电池与第二活性电极之间形成电势差。进一步的，所述非活性电极由铂金浆料和有机物溶剂(如松油醇等)混合制成，所制备浆料的粘度为150～300Pa.S；所述铂金浆料中铂与金的重量含量分别为80％～99％和1％～20％，其中，铂的粒径为0.01～0.5μm，金的粒径为0.01～0.5μm。进一步的，所述外电极、外电极的引线、参考电极、参考电极的引线、加热电阻的电阻丝、电阻丝的引线以及电阻丝的引脚均采用铂浆印刷，且所用铂浆中的铂粒径为0.01～0.5μm。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术中氮氧化物传感器芯片的制备过程简单。现有氮氧化物传感器芯片由于电路复杂，存在三个泵电池和8个电极，使得氮氧化物传感器芯片难以制作。而本专利技术由于电路控制简单，使得制备过程得到简化。(2)本专利技术中的氮氧化物传感器芯片相匹配的电控单元简单。电控单元为外接装置。原有技术中三个电化学氧泵的协调工作非常困难，控制过程复杂，而本专利技术的芯片所要求的电控单元没有复杂的三泵协调工作控制过程，两浓差电池也只需同时给予相同的工作条件即可。(3)本专利技术的氮氧化物浓度测量精确。经过测量极限电流Ip1、E1和E2值，通过预先标定获得的传感器变化关系式，经过计算可以精确的获得氧气和氮氧化物含量。(4)本专利技术中的氮氧化物传感器芯片适合大批量应用。由于保持温度，气氛，气体扩散常数等一致的情况下，在本芯片中产生电动势差别的原因是双活性电极的催化效率不同，只要双活性电极浆料浓度不变，大批量芯片所产生的电动势是一致的。因此，本专利技术具有制作简单，适合大批量应用的特点，所制备的氮氧化物传感器芯片测量效果好，能测量氧气含量，精确测量氮氧化物含量。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为活性电极示意图；图3为实施例的结构示意图；图4为实施例中活性电极示意图。具体实施方式下面对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。本专利技术的一种新型氮氧化物传感器芯片，包括从上向下依次堆叠的第一基片层1、第二基片层2、第三基片层3、第四基片层4、第五基片层5和第六基片层6；第一基片和第三基片形成防堵塞空间7，第一基片层1的正反面分别印刷有外电极9和非活性电极10；第三基片层3正面印刷有一组两个完全对称设置的活性电极，且这两个活性电极表面均用多孔浆料印刷有扩散障碍层12；第四基片层4正面印刷有参考电极16；第五基片层5正面印刷有加热电阻18，且加热电阻18上下两侧均印刷有绝缘层17，同时加热电阻18与第六基片层6反面的引脚相连；其中，所述非活性电极10与活性电极之间通过已冲孔的第二基片层2分隔开并形成第一腔室8和第二腔室11，非活性电极10与这组活性电极分别位于第一腔室8和第二腔室11中，非活性电极10引线至外电极9形成极限电流型电池，两个活性电极分别引线至参考电极16形成氮氧化物浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型氮氧化物传感器芯片，其特征在于：包括从上向下依次堆叠的第一基片层、第二基片层、第三基片层、第四基片层、第五基片层和第六基片层；所述第一基片层的正反面分别印刷有外电极和非活性电极；第三基片层正面印刷有一组两个完全对称设置的第一活性电极和第二活性电极，且这两个活性电极表面均用多孔浆料印刷有扩散障碍层以形成稳态极限电流；第四基片层正面印刷有参考电极；第五基片层正面印刷有加热电阻，且加热电阻上下两侧均印刷有绝缘层，同时加热电阻与第六基片层反面的引脚相连；其中，所述非活性电极与两个活性电极之间通过已冲孔的第二基片层分隔开并形成第一腔室和第二腔室，非活性电极位于第一腔室，第一活性电极和第二活性电极位于第二腔室中，非活性电极引线至外电极形成极限电流型电池，第一活性电极和第二活性电极分别引线至参考电极形成氮氧化物浓差型双电池。

【技术特征摘要】
1.一种新型氮氧化物传感器芯片，其特征在于：包括从上向下依次堆叠的第一基片层、第二基片层、第三基片层、第四基片层、第五基片层和第六基片层；所述第一基片层的正反面分别印刷有外电极和非活性电极；第三基片层正面印刷有一组两个完全对称设置的第一活性电极和第二活性电极，且这两个活性电极表面均用多孔浆料印刷有扩散障碍层以形成稳态极限电流；第四基片层正面印刷有参考电极；第五基片层正面印刷有加热电阻，且加热电阻上下两侧均印刷有绝缘层，同时加热电阻与第六基片层反面的引脚相连；其中，所述非活性电极与两个活性电极之间通过已冲孔的第二基片层分隔开并形成第一腔室和第二腔室，非活性电极位于第一腔室，第一活性电极和第二活性电极位于第二腔室中，非活性电极引线至外电极形成极限电流型电池，第一活性电极和第二活性电极分别引线至参考电极形成氮氧化物浓差型双电池。2.根据权利要求1所述的新型氮氧化物传感器芯片，其特征在于：所述第一腔室和第二腔室之间预留有狭缝扩散通道；所述第三层基片层正面通过冲孔方式与第四基片层之间形成空气通道以提供稳定的基准氧浓度环境，参考电极与空气通道相通。3.根据权利要求1所述的新型氮氧化物传感器芯片，其特征在于：所述加热电阻的阻值为2～20欧姆。4.根据权利要求1所述的新型氮氧化物传感器芯片，其特征在于：所述两个活性电极分别位于第三基片层正面的左边界1mm处和正面的右边界1mm处，参考电极位于两个活性电极中心连线投影于第四基片的正面。5.一种根据权利要求1至4任意一项所述的新型氮氧化物传感器芯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在第一基片层正面印刷外电极，第一基片层反面印刷非活性电极，在第三基片层正面印刷一组两个对称设置的活性电极，非活性电极与活性电极之间通过已冲孔的第二基片层分隔开并形成第一腔室和第二腔室，非活性电极位于第一腔室，第一活性电极和第二活性电极位于第二腔室中，非活性电极引线至外电极形成极限电...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪立，周洋，李明亚，倪婷，孙轩，徐晓强，谢光远，
申请(专利权)人：首凯汽车零部件江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32