一种氮氧化物传感器芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种氮氧化物传感器芯片，由六层基片第一层至第六层基片叠压而成，六层基片的材质均为氧化锆，第二层基片上包括四个空腔，第一空腔、第二空腔、第三空腔、第四空腔，四个空腔之间依次分别设置有三列扩散障碍层，第三空腔内设置有第一电极，第四空腔内设置有第二电极和第三电极，第三层基片上设有与大气相连的参比气体通道，第三层基片与第四层基片之间设置有参比电极，参比电极上覆盖有多孔氧化铝层，参比气体通道通过小孔与多孔氧化铝层连通，第四层基片与与第五层基片之间设置有加热电极，加热电极的上下各有一层绝缘层，第一层基片上设置有第四电极，第四电极上覆盖有有保护层。结构上可以避免烧结时非活化电极中金的挥发对活化电极的污染，且无需分步烧结，只需将六层基片叠合后一次烧结成型即可。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氮氧化物传感器芯片，尤其涉及一种以钇稳定化二氧化锆为电解 质的平板式氮氧化物传感器芯片，属于汽车尾气控制系统领域。。
技术介绍
随着世界范围内能源危机的目益加剧、排放法规的日益严格，内燃机的节油和排 放问题越来越受到人们的关注。各个国家和地区都重新制定了新的汽车燃油经济法规，对 汽车尾气中氮氧化物等的排放量的限制也越来越严格，氮氧化物传感器一直是车用传感器 领域里的研究热点，由于车用氮氧化物传感器必须在发动机工作环境中工作，氮氧化物传 感器必须具有以下3项功能(1)由于发动机燃烧及其尾气排放温度较高，氮氧化物传感器必须能够在较高的温度 下工作；(2)要求氮氧化物传感器材料能够经受_20°C—900°C的经常性的温度突变的冲击；(3)对尾气中的氮氧化物分压变化能作出快速的响应和恢复，且重复性、稳定性要好。图1所示为原来的氮氧化物传感器芯片的剖面图，整个芯片由六层致密氧化锆 UrO2)质的基片叠合而成，由上至下分别表示为如图所示的&02-l，Zr02-2，Zr02-3，Zr02-4， &02-5，Zr02-6。芯片的工作原理为待测尾气由通路IA进入空腔2A中，在氧引排元件(由 电极3A、电极4A和基片&02-1组成)的作用下，将空腔2A内的氧气引排到腔外，氧敏元件 (由电极5A、电极IOA和基片&02-3组成)检测出腔内的氧气浓度反馈给氧引排元件，二 者协调动作，直至使空腔2A内的氧气浓度调节为一个定值。空腔2A内的气体又经过通路 6A进入空腔8A中，此时通过检测元件(由电极7A、电极12A和&02_3组成)即可检测出空 腔8A中的氮氧化物的浓度。空腔IlA为标准气体室，与空气相连通。电极9A为加热电极。 其中电极7A为能使氮氧化物分解的活化电极，而电极4A和电极5A均为添加金的非活化电 极。此氮氧化物传感器虽然可以实现测定氮氧化物浓度的功能，但是由于金的熔点为 1064°C，而氧化锆基片的烧结温度高达1400—1600°C，这样在烧结过程中金挥发会使活性 电极受到污染。专利号为JP09171015的
技术实现思路
为为了防止烧结过程中非活化电极中金挥发 污染活化电极，将主体部分和引排元件部分开制作，各自烧结成型，然后再合二为一。图 2所示为该专利技术的结构分解图，图中&02-1，Zr02-2, Zr02-3, Zr02-4, Zr02-5, Zr02-7表示的 是编号为1，2，3，4，5，7的致密氧化锆(ZrO2)基片；Al203_6表示的是编号为6的致密氧化铝 (Al2O3)质的基片。该氮氧化物传感器由与空气连通的标准气体室7B、取样气体室5B、检测元件 (Zr02-4、电极6B和与6B相对的电极6' B)、引排元件1. IB及加热元件(Al203_6和&02_7) 构成。所有的基体中除了 Al203-6为致密氧化铝质外，其余的材质均为致密氧化锆质。待 测尾气由取样气体扩散电阻层3B扩散进入传感器，引排元件1. IB将气体中的氧气排到传感器外部。气体再经过小孔4B进入取样气气体室5B，电极6B与气体取样室内的气体接触， 电极6' B与标准气体室内的气体接触，将电极6B和电极6' B用导线连接通过测量流过 电路的电流大小即可反映出尾气中氮氧化物气体的浓度。该氮氧化物传感器中电极6B为活化电极，而电极2' B为含金的非活化的电极。 由于金的熔点为1064°C，而固体电解质氧化锆的烧结温度高达1400— 1600°C，为了防止烧 结过程中金的挥发对活化电极造成污染，先将引排部分1. IB和主体部分(除引排部分外的 其他部分)单独烧结，然后再用黏结剂IB将两部分粘合成一体烧结成型。这种方法的确可以避免非活化电极中的金对活化电极造成污染，但是制作工艺复 杂，并且主体和引排部分烧结成一体的过程中，引线的连接十分困难。这种方法虽然理论上 可行，但是不适合大规模生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能对汽车尾气中氮氧化物浓度精确测量， 烧结过程中无金的挥发对活化电极的污染、并且制作工艺简单的氮氧化物传感器芯片。本专利技术的技术方案如下一种氮氧化物传感器芯片，由六层基片第一层至第六层基片叠压而成，六层基片的材 质均为氧化锆，第二层基片上包括四个空腔，第一空腔、第二空腔、第三空腔、第四空腔，四 个空腔之间依次分别设置有三列扩散障碍层，第三空腔内设置有第一电极，第四空腔内设 置有第二电极和第三电极，第三层基片上设有与大气相连的参比气体通道，第三层基片与 第四层基片之间设置有参比电极，参比电极上覆盖有多孔氧化铝层，参比气体通道通过小 孔与多孔氧化铝层连通，第四层基片与与第五层基片之间设置有加热电极，加热电极的上 下各有一层绝缘层，第一层基片上设置有第四电极，第四电极上覆盖有有保护层，所述第 三电极上覆盖有一层多孔氧化铝质的膜层。加热电极上下的绝缘层材质为致密氧化铝质；第一电极和第二电极的材料为对氮 氧化物不敏感的金属陶瓷；第一电极和第二电极的材料为贵金属钼和低催化活性材料组 成；第三电极的材料为贵金属钼和高催化活性材料组成；第四电极上覆盖的保护层材质为 多孔氧化铝质。有益效果本专利技术结构上可以避免烧结时非活化电极中金的挥发对活化电极的污 染，且无需分步烧结，只需将六层基片叠合后一次烧结成型即可。本专利技术中，第三电极表面覆盖保护层，可以防止烧结时非活化电极第二电极中金 的挥发对活化电极第三电极的污染，从而保证了活化电极第三电极的催化活性不受影响。 因此无需将非活化电极和活化电极分开烧结，只需一次烧结即可完成。从而简化了制作过 程，降低了制作难度。附图说明图1为原来的氮氧化物传感器芯片的剖面图； 图2所示为专利JP09171015的传感器结构分解图；图3是本专利技术氮氧化物传感器芯片的多层结构剖面图； 图4是图3中氮氧化物传感器芯片第二层结构俯视图；图5是图3中氮氧化物传感器加热片结构俯视图。 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术具体实施方式作进一步说明。一种氮氧化物传感器芯片，由六层基片第一层至第六层基片1一6叠压而成，六层 基片的材质均为氧化锆，第二层基片2上包括四个空腔，第一空腔7、第二空腔9、第三空腔 13、第四空腔16，四个空腔之间依次分别设置有三列扩散障碍层8、10、14，第三空腔13内设 置有第一电极12，第四空腔16内设置有第二电极15和第三电极18，第三层基片3上设有 与大气相连的参比气体通道22，第三层基片3与第四层基片4之间设置有参比电极19，参 比电极19上覆盖有多孔氧化铝层20，参比气体通道22通过小孔21与多孔氧化铝层20连 通，第四层基片4与第五层基片5之间设置有加热电极23，加热电极23的上下各有一层绝 缘层M，第一层基片上设置有第四电极11，第四电极11上覆盖有保护层25。第三电极18上覆盖有一层多孔氧化铝质的膜层17。加热电极23上下的绝缘层M材质为致密氧化铝质。第一电极12和第二电极15的材料为对氮氧化物不敏感的金属陶瓷。第一电极12和第二电极15的材料为贵金属钼和低催化活性材料组成。第三电极18的材料为贵金属钼和高催化活性材料组成。所述第四电极11上覆盖的保护层25材质为多孔氧化铝质。第二层基片2上的第一空腔7起采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮氧化物传感器芯片，由六层基片第一层至第六层基片（１－６）叠压而成，其特征在于：六层基片的材质均为氧化锆，第二层基片（２）上包括四个空腔，第一空腔（７）、第二空腔（９）、第三空腔（１３）、第四空腔（１６），四个空腔之间依次分别设置有三列扩散障碍层（８、１０、１４），第三空腔（１３）内设置有第一电极（１２），第四空腔（１６）内设置有第二电极（１５）和第三电极（１８），第三层基片（３）上设有与大气相连的参比气体通道（２２），第三层基片（３）与第四层基片（４）之间设置有参比电极（１９），参比电极（１９）上覆盖有多孔氧化铝层（２０），参比气体通道（２２）通过小孔（２１）与多孔氧化铝层（２０）连通，第四层基片（４）与与第五层基片（５）之间设置有加热电极（２３），加热电极（２３）的上下各有一层绝缘层（２４），第一层基片上设置有第四电极（１１），第四电极（１１）上覆盖有保护层（２５），所述第三电极（１８）上覆盖有一层多孔氧化铝质的膜层（１７）。

【技术特征摘要】
1.一种氮氧化物传感器芯片，由六层基片第一层至第六层基片(1-6)叠压而成，其 特征在于六层基片的材质均为氧化锆，第二层基片(2)上包括四个空腔，第一空腔(7)、第 二空腔(9)、第三空腔(13)、第四空腔(16)，四个空腔之间依次分别设置有三列扩散障碍层 (8、10、14)，第三空腔(13)内设置有第一电极(12)，第四空腔(16)内设置有第二电极(15) 和第三电极(18)，第三层基片(3)上设有与大气相连的参比气体通道(22)，第三层基片(3) 与第四层基片(4)之间设置有参比电极(19)，参比电极(19)上覆盖有多孔氧化铝层(20)， 参比气体通道(22)通过小孔(21)与多孔氧化铝层(20)连通，第四层基片(4)与与第五层 基片(5)之间设置有加热电极(23)，加热电极(23)的上下各有一层绝缘层(24)，第一层基 片上设...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢光远，黄海琴，尹亮亮，王哲，倪铭，
申请(专利权)人：无锡隆盛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]