一种氮氧传感器芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氮氧传感器芯片及其制备方法，包括从上到下依次叠压的氧化锆泵氧层基片、氧化锆能斯特泵氧层基片、氧化锆空气参比层基片和氧化锆加热基层基片；氧化锆泵氧层基片的上表面印刷有外泵电极和多孔保护层，下表面印刷有内泵电极；氧化锆能斯特泵氧层基片的上表面印刷有内泵电极和待测气体扩散障，下表面印刷有参比电极；氧化锆空气参比层基片的上表面印刷有参比气体扩散障，且参比电极与参比气体扩散障中的大气连通；氧化锆加热基层基片的上表面印刷有加热电极，加热电极的上下表面贴有绝缘贴膜层流延片和复合贴膜层流延片。本发明专利技术芯片结构简单，简化了工艺流程，降低不同材料之间共烧产生的内应力，提高了产品质量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种氮氧传感器芯片及其制备方法


[0001]本专利技术属于传感器
，更具体地说，涉及一种氮氧传感器芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]日常生活中，我们身边充斥着各种各样的气体，各种气体的浓度承载着很多重要信息，随着人们对气体浓度的研究不断深入，气体传感器被广泛应用于环境监测、节能减排、工业过程控制、疾病检测、公共安全等领域。
[0003]汽车排放的尾气已经成为大气NOx污染物的主要来源，由于国家尾气排放标准的提高，需要对尾气中的NOx排放量进行实时检测和处理，而氮氧传感器是该检测系统中的核心部件之一。
[0004]传统的氮氧传感器的芯片都是由五层或五层以上氧化锆陶瓷膜片组成，结构比较复杂，因此其制备难度材料的成本较高。
[0005]另外，氮氧传感器的内部结构中含有多个腔室，一般采用打孔+填充的方式成型，制造工艺相当复杂，且减少了腔室周围的两个氧化锆陶瓷片的接触面积，降低了腔室所在氮氧传感器头部的结构强度。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种氮氧传感器芯片，以解决传统氮氧传感器的芯片都是由五层或五层以上氧化锆陶瓷膜片组成，气体扩散腔一般采用打孔+填充的方式成型，导致结构比较复杂、制备难度大、材料成本较高的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种氮氧传感器芯片，包括从上到下依次叠压的氧化锆泵氧层基片、氧化锆能斯特泵氧层基片、氧化锆空气参比层基片和氧化锆加热基层基片；
[0008]所述氧化锆泵氧层基片的上表面印刷有外泵电极和多孔保护层，所述多孔保护层覆盖在所述外泵电极上，且所述氧化锆泵氧层基片的下表面印刷有内泵电极；
[0009]所述氧化锆能斯特泵氧层基片的上表面印刷有待测气体扩散障，且所述氧化锆能斯特泵氧层基片的下表面印刷有参比电极，汽车尾气通过所述待测气体扩散障进入氮氧传感器内；
[0010]所述氧化锆空气参比层基片的上表面印刷有参比气体扩散障，所述参比电极位于所述参比气体扩散障中，且所述参比电极与所述参比气体扩散障中的大气连通；
[0011]所述氧化锆加热基层基片的上表面印刷有加热电极，下表面印刷有加热电极引脚，所述加热电极的上下表面贴有绝缘贴膜层流延片和复合贴膜层流延片，且所述复合贴膜层流延片与所述氧化锆空气参比层基片相接触。
[0012]进一步的，所述氧化锆泵氧层基片、所述氧化锆能斯特泵氧层基片、所述氧化锆空气参比层基片和所述氧化锆加热基层基片的膜片厚度为0.25
‑
0.45mm。
[0013]进一步的，所述复合贴膜层流延片的厚度为20
‑
50um。
[0014]进一步的，所述绝缘贴膜层流延片和复合贴膜层流延片的制作材料包括氧化铝和氧化锆，所述氧化铝的含量占40％—60％，所述氧化锆的含量占40％—60％。
[0015]进一步的，所述氧化锆能斯特泵氧层基片中含有有机浆料的功能层排胶形成待测气体扩散腔，所述氧化锆空气参比层基片中含有有机浆料的功能层排胶形成参比气体扩散腔，所述待测气体扩散腔与所述待测气体扩散障构成待测气体空气通道，所述参比气体扩散腔与所述参比气体扩散障构成参比气体空气通道。
[0016]本专利技术实施例还提供了一种基于上述所述的氮氧传感器芯片的制备方法，包括下述步骤：
[0017]步骤S1：制备氧化锆流延基片，得到氧化锆泵氧层基片、氧化锆能斯特泵氧层基片、氧化锆空气参比层基片和氧化锆加热基层基片；
[0018]步骤S2：制作复合贴膜层的浆料，并通过流延形成复合贴膜层流延片；
[0019]其中，所述复合贴膜层的浆料包括由氧化锆和氧化铝组成的复合粉、乙醇溶剂和流延胶按质量分数比为(100:30)～(50:20)～40配置并调和而成；
[0020]所述流延胶由聚乙烯醇缩丁醛溶于乙醇并添加聚乙二醇增塑剂形成，聚乙烯醇缩丁醛、乙醇和聚乙二醇增塑剂依次按容积比为(100:50)～(100:20)～50配置；
[0021]步骤S3：制作绝缘贴膜层的浆料，并通过流延形成绝缘贴膜层流延片；
[0022]其中，所述绝缘贴膜层的浆料包括由氧化铝和玻璃料组成的复合粉、溶剂和流延胶，
[0023]所述绝缘贴膜层流延片由将复合粉、溶剂和流延胶依次按质量分数比为(100:30)～(50:20)～40配置并调和而成的浆料经流延机在基材上流延而成；
[0024]步骤S4：制备泵氧电极浆料和多孔保护层浆料；
[0025]步骤S5：制备待测气体扩散障和参比气体扩散障的印刷浆料；
[0026]步骤S6：对流延基片进行成型加工、丝网印刷；
[0027]将所述氧化锆泵氧层基片、所述氧化锆能斯特泵氧层基片、所述氧化锆空气参比层基片和所述氧化锆加热基层基片进行叠合进行切割和孔的成型加工，形成对应于每一层的流延基片，并进行对应的丝网印刷，形成对应的层上的电极和功能层；
[0028]步骤S7：将流延基片按照芯片结构进行叠合压制；
[0029]步骤S8：烧结成型。
[0030]进一步的，所述制备氧化锆流延基片具体包括：
[0031]步骤S
11
：将氧化钇掺杂氧化锆、氧化铝按照质量百分比(75～100)：(0～25)配置无机成分，其中氧化钇掺杂氧化锆中氧化钇含量为3mol％～8mol％；
[0032]步骤S
12
：将无机成分与分散剂、有机溶剂、粘结剂、增塑剂按照质量比100：(1～10)：(40～80)：(5～15)：(5～15)进行球磨形成氧化锆陶瓷浆料；
[0033]步骤S
13
：采用流延法制备得到氧化锆泵氧层基片、氧化锆能斯特泵氧层基片、氧化锆空气参比层基片和氧化锆加热基层基片。
[0034]进一步的，在步骤S3当中，所述绝缘贴膜层流延片是由氧化铝、玻璃料和粘结剂构成，将氧化铝、玻璃料和粘结剂依次按质量分数比为：(80～99):(20～1):(40～80)配制并调和而成。
[0035]进一步的，在步骤S8当中，所述烧结成型的具体步骤包括：将芯片生坯放入烧结炉中，并在1450℃～1550℃下烧结成型。
[0036]进一步的，在步骤S7当中，所述叠合压制的压力为15～25Mpa，温度为45～75℃。
[0037]本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
[0038]1、本专利技术中芯片结构从上到下包含氧化锆泵氧层基片、氧化锆能斯特泵氧层基片、氧化锆空气参比层基片和氧化锆加热基层基片共计4个流延基片以及绝缘贴膜层和复合贴膜层这2款贴膜，改变传统氮氧传感器芯片的膜层一般有五层或者六层以上，片层更少，简化了工艺流程，降低了不同材料之间共烧产生的内应力，烧结成型后的片层结合紧密，提高了氮氧传感器芯片的质量以及使用寿命，同时也降低了制备材料的成本和难度。
[0039]2、本专利技术中的气体扩散障采用印刷多孔氧化铝作为扩散材料的方式成型，用丝网印刷低固含量陶瓷浆料制备扩散障，不仅成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮氧传感器芯片，其特征在于，包括从上到下依次叠压的氧化锆泵氧层基片(1)、氧化锆能斯特泵氧层基片(2)、氧化锆空气参比层基片(3)和氧化锆加热基层基片(4)；所述氧化锆泵氧层基片(1)的上表面印刷有外泵电极(11)和多孔保护层(12)，所述多孔保护层(12)覆盖在所述外泵电极(11)上，且所述氧化锆泵氧层基片(1)的下表面印刷有内泵电极；所述氧化锆能斯特泵氧层基片(2)的上表面印刷有待测气体扩散障(22)，且所述氧化锆能斯特泵氧层基片(2)的下表面印刷有参比电极(23)，汽车尾气通过所述待测气体扩散障(22)进入氮氧传感器内；所述氧化锆空气参比层基片(3)的上表面印刷有参比气体扩散障(31)，所述参比电极(23)位于所述参比气体扩散障(31)中，且所述参比电极(23)与所述参比气体扩散障(31)中的大气连通；所述氧化锆加热基层基片(4)的上表面印刷有加热电极(41)，下表面印刷有加热电极引脚(42)，所述加热电极(41)的上下表面贴有绝缘贴膜层流延片(411)和复合贴膜层流延片(412)，且所述复合贴膜层流延片(412)与所述氧化锆空气参比层基片(3)相接触。2.根据权利要求1所述的氮氧传感器芯片，其特征在于，所述氧化锆泵氧层基片(1)、所述氧化锆能斯特泵氧层基片(2)、所述氧化锆空气参比层基片(3)和所述氧化锆加热基层基片(4)的膜片厚度为0.25
‑
0.45mm。3.根据权利要求1所述的氮氧传感器芯片，其特征在于，所述复合贴膜层流延片(412)的厚度为20
‑
50um。4.根据权利要求1所述的氮氧传感器芯片，其特征在于，所述绝缘贴膜层流延片(411)和复合贴膜层流延片(412)的制作材料包括氧化铝和氧化锆，所述氧化铝的含量占40％—60％，所述氧化锆的含量占40％—60％。5.根据权利要求1所述的氮氧传感器芯片，其特征在于，所述氧化锆能斯特泵氧层基片(2)中含有有机浆料的功能层排胶形成待测气体扩散腔，所述氧化锆空气参比层基片(3)中含有有机浆料的功能层排胶形成参比气体扩散腔，所述待测气体扩散腔与所述待测气体扩散障构成待测气体空气通道，所述参比气体扩散腔与所述参比气体扩散障构成参比气体空气通道。6.一种基于权利要求1
‑
5任一项所述的氮氧传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤S1：制备氧化锆流延基片，得到氧化锆泵氧层基片(1)、氧化锆能斯特泵氧层基片(2)、氧化锆空气参比层基片(3)和氧化锆加热基层基片(4)；步骤S2：制作复合贴膜层的浆料，并通过流延形成复合贴膜层流延片(412)；...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊友辉，朱银涛，杨宇，项铭禹，沈九宾，
申请(专利权)人：四方光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：