[發(fā)明專利]寬域型氧傳感器芯片及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210209299.2
• 申請(qǐng)日: 2012-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102841121A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭龍華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭龍華
• 主分類(lèi)號(hào): G01N27/409
• 分類(lèi)號(hào): G01N27/409
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧傳感器及其制造方法，特別涉及是一種用于控制汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中空氣和燃料比例的工作區(qū)域?qū)挼难鮽鞲衅鳎瑢儆谘鮽鞲衅骷夹g(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的尾氣排放檢測(cè)系統(tǒng)，其工作方法為：檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸燃燒后排放的廢氣中的氧濃度，與理想燃燒狀態(tài)下生成的氧濃度進(jìn)行比較，通過(guò)反饋控制供給發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣和燃?xì)獗壤瑏?lái)實(shí)現(xiàn)控制尾氣有害物質(zhì)量的目的。其中起檢測(cè)作用的元件，目前主要采用固體電解質(zhì)氧傳感器，通常為一個(gè)一端密封的圓管，其主要材質(zhì)為固體電解質(zhì)氧化鋯，起敏感元件作用；以及分別制備在密封圓管的內(nèi)外表面上的兩條貴金屬電極，其中暴露在外表面的電極與發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣接觸，密封在內(nèi)表面的電極與參比氣體如空氣接觸。?

固體電解質(zhì)型氧傳感器正常工作要求被加熱至約700攝氏度溫度，才具有敏感活性。為達(dá)到這一要求，通常與氧化鋁制備的棒狀加熱器配合使用，通過(guò)一段時(shí)間的加熱來(lái)達(dá)到工作溫度。但隨著目前日漸嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)的實(shí)施，要求在氧傳感器更短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)始工作，傳統(tǒng)的外帶棒狀加熱器的圓筒式氧傳感器由于需要過(guò)長(zhǎng)的加熱時(shí)間，因而不能滿足新的排放法規(guī)要求。?

新型平板式氧傳感器由三層扁平平板狀氧化鋯板組成，其中外表面一層為敏感元件，貴金屬電極分別制備于敏感元件兩個(gè)平面上，另兩層氧化鋯陶瓷內(nèi)部包含微型加熱電路，起加熱體功能；最后將三層氧化鋯板燒結(jié)為一體，這樣就實(shí)現(xiàn)了自帶加熱功能的氧傳感器結(jié)構(gòu)，達(dá)到工作溫度的時(shí)間大大縮短。?

但是目前使用的平板式氧傳感器僅能測(cè)出理想空燃比氣氛信號(hào)，工作區(qū)間狹窄，不能控制過(guò)濃或過(guò)稀燃燒時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，無(wú)法適應(yīng)愈來(lái)愈先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制系統(tǒng)要求。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在結(jié)構(gòu)上重大改進(jìn)的氧傳感器，增加了一層參比原件層，由前代的三層結(jié)構(gòu)改變?yōu)樗膶咏Y(jié)構(gòu)，引入了外參比信號(hào)和內(nèi)參照信號(hào)的二次參比效應(yīng)，極大擴(kuò)展了氧傳感器的工作范圍，使其能適應(yīng)從發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒到濃燃燒各種氣氛下的氧含量?檢測(cè)。?

本發(fā)明寬域型氧傳感器芯片，分為保護(hù)層、敏感元件層、參比原件層、中空參照層和加熱層；保護(hù)層為一薄層，由復(fù)合陶瓷材料組成，用于保證長(zhǎng)期工作條件下外電極不受污染；敏感元件層為帶中央微型通孔結(jié)構(gòu)；參比原件層和敏感元件層之間圍繞著中央微型通孔結(jié)構(gòu)設(shè)置微型空腔結(jié)構(gòu)和多孔擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，這三組結(jié)構(gòu)空間上堆疊形成一組范圍依次擴(kuò)大的同心圓，微型空腔結(jié)構(gòu)包圍著多孔擴(kuò)散結(jié)構(gòu)處于同一層平面，空氣從中央微型通孔經(jīng)過(guò)多孔擴(kuò)散結(jié)構(gòu)緩慢進(jìn)入微型空腔結(jié)構(gòu)；中空參照層和加熱層則結(jié)合傳統(tǒng)優(yōu)選的平板式氧傳感器中空氣室和微電路加熱結(jié)構(gòu)。?

所述多孔擴(kuò)散結(jié)構(gòu)和微型空腔結(jié)構(gòu)通過(guò)印涂在參比原件層胚片上的有機(jī)犧牲層和多孔擴(kuò)散層在整體燒結(jié)時(shí)形成；有機(jī)犧牲層印涂的是有機(jī)物填充物，在陶瓷高溫成型過(guò)程中該有機(jī)填充物被高溫除去，自動(dòng)形成微型空腔結(jié)構(gòu)；多孔擴(kuò)散層印涂的是與基體(參比原件層和敏感元件層坯片)不一致的陶瓷成分，在陶瓷高溫成型過(guò)程中，自動(dòng)形成多孔擴(kuò)散結(jié)構(gòu)。?

設(shè)置在敏感元件層表面的是外參比信號(hào)系統(tǒng)，設(shè)置在參比原件層表面的是內(nèi)參比信號(hào)系統(tǒng)；外參比信號(hào)系統(tǒng)的內(nèi)電極(即敏感層內(nèi)電極)和內(nèi)參比信號(hào)系統(tǒng)的外電極(即參比層外電極)同處于微型空腔結(jié)構(gòu)當(dāng)中，并且直接短接。敏感層通過(guò)外界空氣與微型空腔中的濃度較低的空氣進(jìn)行了一次參比獲得一個(gè)電勢(shì)差，參比層通過(guò)微型空腔中的空氣和中空參照層中的參比空氣也進(jìn)行了一次參比也獲得一個(gè)電勢(shì)差，然后兩者再進(jìn)行一次“二次參比”。?

其中，所述的保護(hù)層為薄膜結(jié)構(gòu)，厚度為50微米-150微米。?

其中，所述的貴金屬電極為薄膜結(jié)構(gòu)，厚度為10微米-15微米。?

其中，所述的微型通孔為小孔結(jié)構(gòu)，直徑為50微米-100微米。?

其中，所述的微型空腔結(jié)構(gòu)的厚度為20微米-50微米，范圍是外徑為3.5-4.5mm內(nèi)徑為2.5-3.5mm。?

其中，所述的多孔擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的厚度為30微米-60微米，范圍是直徑2.5-3.5mm，與微型空腔結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑一致。?

其中，所述的加熱層為加熱層坯片之上設(shè)置被絲網(wǎng)印刷的絕緣層所包覆的加熱電路結(jié)構(gòu)；?

其中，各層坯片的厚度一致，為0.7mm-1mm。?

其中，各層坯片外形尺寸一致，為長(zhǎng)度為60mm-65mm；其寬度為5mm-6mm。?

對(duì)應(yīng)的，該寬域型氧傳感器芯片的制造方法，其制作工藝步驟包括：?

A、制備敏感元件層坯片、參比原件層、中空參照層和加熱層坯片流延漿料：采用在有機(jī)溶劑中用球磨的方式制成流延漿料；?