氮氧化物传感器及其芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种氮氧化物传感器及其芯片，所述氮氧化物传感器芯片包括芯体，设于所述芯体内的多孔陶瓷功能区、参比电极及其参比气体通道，以及将所述芯体内设置的电极引出至表面的触点；所述多孔陶瓷功能区包括预定孔隙率的进气区、第一测试区和第二测试区，所述进气区和所述第一测试区之间设有第一限流控制区，所述第一测试区和所述第二测试区之间设有第二限流控制区。本发明专利技术取消了所有空腔的制作，改为在多孔陶瓷的相关部位形成所需要的孔隙率及所需的孔径大小，不但降低了加工难度，简化了制作工艺，还避免了产品在烧结过程中容易出现腔体变形、芯体表面塌陷等诸多不良，提升了瓷体强度，还具有更高的设计和工艺灵活性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
氮氧化物传感器及其芯片


[0001]本专利技术涉及氮氧化物传感器的结构设计
，尤其涉及一种氮氧化物传感器及其芯片的结构改良。

技术介绍

[0002]国家环保法规要求，汽车尾气必须执行国五、国六标准，并在2021年07月01日全面推行国六标准，其中与国五标准相比，重型车国六氮氧化物限值减低了77％。在现行国六的排放标准下，氮氧传感器作为重要的一种尾气测量工具，配合卡车后处理系统(SCR)，来共同实现车辆尾气的达标排放。其原理为：当发动机尾气被排出时，氮氧传感器将汽车尾气中NOx(NO1和/或NO2)气体检测出来并转换成标准的CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)总线数字信号，系统根据检测到的NOx气体浓度，控制喷出尿素并与其混合，在SCR系统催化剂表面上利用NH3还原NOx，反应成无害的N2，从而使汽车排出的尾气满足排放标准。
[0003]氮氧传感器器芯体工作原理是：汽车尾气通过进气腔口中的扩散障碍层进入到进气缓冲腔，气体在此腔室内得到适度的缓冲和稳定，然后继续通过下一层扩散障碍层进入到第一内部腔室，此时通过设置在第一腔室上的主泵将大部分氧气排出腔外，并由泵电流进行反馈调节，使得氧含量保持在数ppm级别，气体继续经过下一层扩散障碍层进入到第二内部腔，腔室内的副泵将气体中的剩余的氧气继续泵出腔外，使得废气中的氧含量下降到10
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3ppm级别水平。而Nox气体则经过测量电极催化还原作用下变成N2和O2，此时分解出的氧气在测量泵的作用下被泵出并形成泵电流(此处的泵电流，是指如下百度百科“氧泵”定义所述中的“氧离子传导电流”，根据本行业术语，称之为“泵电流”。氧泵是根据氧离子导体对氧的传导作用，利用导体两端氧分压的不同，在氧离子导体两边施加外电压，在导体内产生氧离子传导电流，使氧从低压侧向高坏侧输送或在一混合气体密封系统中出氧。)，此时泵电流的大小与NOx浓度成比例关系，由此实现汽车尾气中氮氧化物的精确监控。
[0004]前述可知，为实现汽车排出的尾气满足排放标准这一目的，氮氧传感器成为其中的关键之一。当前，全球的氮氧传感器市场所采用的的陶瓷芯片基本上由日本NGK垄断供应，如专利US20090242400所描述，该传感器芯体由通过层叠多个固体电解质层而形成，在每个固体电解质层上形成有预定的电路图案，在瓷体内部形成多个空腔，分别是进气腔口、进气缓冲腔、第一内部腔、第二内部腔、参考气体入口腔以及泄压孔。在陶瓷内部形成规整的空腔形态一直是本行业内的难点，特别是如此多的空腔结构，产品制程会异常复杂繁琐，且在陶瓷芯体烧结过程中容易出现腔体变形、芯体表面塌陷、弯曲、分层和开裂等诸多不良，由此带来的影响包括大批量生产时难度增加，良率低下，生产成本大幅度上升等问题。

技术实现思路

[0005]为克服前述现有技术的缺陷，本专利技术提供一种氮氧化物传感器芯片，包括芯体，设于所述芯体内的多孔陶瓷功能区、参比电极及其参比气体通道层，以及将所述芯体内设置的电极引出至表面的触点；
[0006]所述参比气体通道层具有预设的孔隙率；
[0007]所述多孔陶瓷功能区包括预定孔隙率的进气区、预定孔隙率的第一测试区和预定孔隙率的第二测试区，所述预定孔隙率的进气区和所述预定孔隙率的第一测试区之间设有第一限流控制区，所述预定孔隙率的第一测试区和所述预定孔隙率的第二测试区之间设有第二限流控制区。
[0008]本专利技术还可采用如下可选/优选方案：
[0009]所述的多孔陶瓷功能区的主体材料为氧化铝和/或氧化锆，所述参比气体通道层的主体材料为氧化铝和/或氧化锆。
[0010]所述陶瓷功能区的陶瓷孔隙率为30％～60％，孔径大小为5um
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50um。
[0011]所述第一限流控制区的陶瓷孔隙率为10～30％，孔径大小为0.5um
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5um；所述第二限流控制区的陶瓷孔隙率为10～30％，孔径大小为0.5um
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5um；。
[0012]所述第一限流控制区的陶瓷孔隙率小于所述预定孔隙率的第一测试区的陶瓷孔隙率，所述第一限流控制区的陶瓷孔径小于所述预定孔径的第一测试区的陶瓷孔径，所述第二限流控制区的陶瓷孔隙率小于所述预定孔隙率的第二测试区的陶瓷孔隙率，所述第二限流控制区的陶瓷孔径小于所述预定孔径的第二测试区的陶瓷孔径。
[0013]所述电极包括泵电极外部电极、主泵电极内部电极、副泵电极内部电极、测量电极、参比电极、加热和测温电极。
[0014]所述芯体包括自下而上依次设置的第一基片、第二基片、第三基片、第四基片和第五基片，所述多孔陶瓷功能区设于所述第四基片上；所述加热和所述测温电极设于所述第一基片上；所述主泵电极内部电极和所述副泵电极内部电极设于所述第五基片的下表面，所述泵电极外部电极设于所述第五基片的上表面；所述参比电极设于所述第二基片的上表面，且在所述参比电极上表面覆设有第一多孔陶瓷层。所述第一多孔陶瓷层的孔隙率为5～20％，孔径为0.5～5um。所述参比气体通道层设于所述第三基片上，且所述参比气体通道层的一端与所述第一多孔陶瓷层相连，另一端与外部空气连通。所述参比气体通道层的孔隙率为30％～60％，孔径大小为5um
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50um。
[0015]所述第一基片、所述第二基片、所述第三基片、所述第四基片和所述第五基片分别由掺杂有3～6mol％氧化钇的氧化锆制成。
[0016]所述第五基片的上表面还覆设有用于保护所述泵电极外部电极的多孔陶瓷保护层，所述多孔陶瓷保护层的陶瓷孔隙率为5～20％，孔径为0.5～5um。
[0017]本专利技术还提供一种氮氧化物传感器，包括控制器和与之相连的如上文任一项所述的氮氧化物传感器芯片。
[0018]本专利技术与现有技术相比的有益效果包括：
[0019]本专利技术取消了所有空腔的制作，改为在多孔陶瓷的相关部位形成所需要的孔隙率及相匹配的孔径，不但降低了加工难度，简化了制作工艺，更重要的是还避免了产品在烧结过程中容易出现腔体变形、芯体表面塌陷、弯曲、分层和开裂等诸多不良，提升了瓷体强度。再者，本专利技术的氮氧化物传感器芯片设计，具有更高的设计和工艺灵活性，比如，可通过调整各个功能区域所对应的多孔陶瓷的孔隙率大小来调节进入此区域的气体量，以实现对产品性能的微调节等，简单有效。
[0020]就氮氧化物传感器芯片而言，所述陶瓷功能区的陶瓷孔隙率为30％～60％时，能
更好地实现专利技术目的，获得预期性能的产品，且能够保证较高的良品率。
附图说明
[0021]图1是一个实施例的氮氧传感器陶瓷芯体剖视结构示意图。
[0022]图2是图1所示芯体中多孔陶瓷功能区的俯视结构示意图。
[0023]图3是图1所示芯体中设置加热和测温电极的基片的结构示意图。
[0024]图4是另一个实施例的氮氧传感器陶瓷芯体剖视结构示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图1
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4和具体的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮氧化物传感器芯片，其特征在于，包括芯体，设于所述芯体内的多孔陶瓷功能区、参比电极及其参比气体通道层，以及将所述芯体内设置的电极引出至表面的触点；所述参比气体通道层具有预设的孔隙率；所述多孔陶瓷功能区包括预定孔隙率的进气区、预定孔隙率的第一测试区和预定孔隙率的第二测试区，所述预定孔隙率的进气区和所述预定孔隙率的第一测试区之间设有第一限流控制区，所述预定孔隙率的第一测试区和所述预定孔隙率的第二测试区之间设有第二限流控制区。2.如权利要求1所述的氮氧化物传感器芯片，其特征在于，所述的多孔陶瓷功能区的主体材料为氧化铝和/或氧化锆，所述参比气体通道层的主体材料为氧化铝和/或氧化锆。3.如权利要求1所述的氮氧化物传感器芯片，其特征在于，所述陶瓷功能区的陶瓷孔隙率为30％～60％，孔径大小为5um
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50um。4.如权利要求1所述的氮氧化物传感器芯片，其特征在于，所述第一限流控制区的陶瓷孔隙率为10～30％，孔径大小为0.5um
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5um；所述第二限流控制区的陶瓷孔隙率为10～30％，孔径大小为0.5um
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5um。5.如权利要求1所述的氮氧化物传感器芯片，其特征在于，所述第一限流控制区的陶瓷孔隙率小于所述预定孔隙率的第一测试区的陶瓷孔隙率，所述第一限流控制区的陶瓷孔径小于所述预定孔径的第一测试区的陶瓷孔径，所述第二限流控制区的陶瓷孔隙率小于所述预定孔隙率的第二测试区的陶瓷孔隙率，所述第二限流控制区的陶瓷孔径小于所述预定孔径的第二测试区的陶瓷孔径。6.如权利要求1所述的氮氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏财能，毛海波，贾广平，
申请(专利权)人：深圳顺络电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：