[发明专利]一种片式寛域汽车氧传感器芯片的制作方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及汽车氧传感器，尤其涉及一种片式寛域汽车氧传感器芯片的制作方法。

背景技术

稀薄燃烧发动机有燃烧效率高，改善排放等优点，满足人们节能减排的要求，但其空燃比λ大于18（理论空燃比为14.7），传统的片式氧传感器只能检测空燃比在理论空燃比附近的情况，不能对其进行有效的检测，寛域汽车氧传感器可精确得测量λ值（0.65≤λ≤∞）。尾气通过扩散小孔进入扩散室，氧化锆参比电池感知尾气的浓度后产生Us，根据尾气浓度的不同，富燃料的浓混合气将产生高于参考电压UsRef的Us，传感器控制器将产生一个正方向的泵电流Ip，该泵电流Ip将氧气泵入扩散室内进行化学分解反应，在废气中产生水和一氧化碳及一些氧化物，附着在泵氧元的表面。在化学反应中将过多的碳氢化合物分解，从而降低了废气的浓度，使扩散室恢复到Us电压为0.45V的尾气含氧浓度的平衡状态。相反，富氧的稀混合气将产生低于参考电压UsRef的Us，传感器控制器将产生一个反方向的泵电流Ip，该泵电流Ip将氧气泵出扩散室。此时的泵电流Ip反应了尾气的浓度，传感器控制器将泵电流Ip转换成输出电压Uout通过改变泵电流的极性（电流流动方向）与大小就可以达到平衡扩散室里的尾气含氧量，如何将这个变化的泵电流去控制发动机的ECU对喷油器喷油时间的调整是至关重要的，在控制环路中有一块DSP（数字信号处理器）电路，该电路有二路输出，一路将变化的泵电流信号通过放大数模转换成线性电压，此电压从0V～5V连续变化，去控制发动机ECU的空燃比调整。另一路输出脉宽调制信号去控制COM场效应开关晶体管的导通与截止时间，给加热器提供电流，加热氧传感器。

寛域型氧传感器的核心部件是其敏感芯片，它由加热电极、氧泵外电极、氧泵内电极和参比电极组成，是通过多层印刷电路的五层致密氧化锆（ZrO₂）质的基片叠合而成，该芯片的制作方法是：通过流延成型方式制作氧化锆基片；对基片进行切片冲孔；把切好的基片进行多层丝网印刷，制作各个功能层；再把五层基片叠合分切，最后进行烧结、上釉等处理。

申请号为：201010238039.9的发明专利公开了一种“片式宽域标准信号输出车用氧传感器”，该传感器的氧泵基体层和反应基体层是氧化钇稳定的氧化锆基片；多层陶瓷气体交换层和上下加热基体层是由氧化铝+氧化镁+氧化钡按一定的比例复合制成的基片,各层先通过印刷电极后叠压并以烧结方式成为一体，该结构加热电极的上方的基片是由两个部分拼凑而成的，在叠压过程中，加热电极的受力是不均匀的，会造成电阻丝变形，在加热过程中增加热应力，导致加热电极烧断，从而影响传感器寿命；参比通道气室比较大，在传感器中形成一个大的空腔，会降低传感器工作区域的强度，使传感器失效。

发明内容

本案发明人针对上述技术之不足，对之前的传感器结构进行了改进，提供了“一种片式寛域汽车氧传感器”专利技术（专利号为ZL201120115065.2）。本发明是针对类似这种结构的传感器提供一种新的可提高成品率、降低成本的一种片式寛域汽车氧传感器芯片的制作方法。

所述方法包括：

采用氧化锆陶瓷粉制备的浆料进行流延，形成流延基片；

对所述流延基片进行相关切割和孔的成形加工，形成对应于每一层的流延基片； 

根据所述传感器芯片的结构，对各层流延基片进行对应的丝网印刷，形成对应层上的各电极和各能层； 

用有机填充料填充对应层流延基片上由所述孔形成的腔体部分；使得叠合没有空隙以便等静压。

将各层流延基片按所述传感器芯片的结构进行叠合，再进行低温等静压压制，形成所述传感器的芯片坯材，切割坯材形成单个芯片生坯；

采用端面侧涂连通不同层片上或同一层片上分别在上下两面的电极线路，烧结制得传感器芯片，烧结中对应含有有机浆料的功能层排胶，形成相应空腔，与相关功能层构成空气通道。

所述方法进一步设计在于：所述低温等静压压制的压力为：15～25Mpa，温度为：65～75°C，优选的温度为70°C。

所述方法进一步设计在于：烧结的温度为1450～1550°C，优选的温度为1500°C。

所述方法进一步设计在于：所述电极引线包括内电极引线和加热电极引线。

  所述方法进一步设计在于：电极包括外电极、内电极、参比电极和加热电极，所述功能层包括扩散障、保护层、微孔层、有机层、补偿层和绝缘层。