專利名稱：集成平面式氣體傳感器襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成平面式氣體傳感器襯底，屬于氣體排放和環(huán)境氣體成分檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在氣體排放和環(huán)境氣體成分檢測領(lǐng)域，尤其是汽車尾氣檢測系統(tǒng)中，為了更好更精確的檢測氣體成分，氣體傳感器已經(jīng)成為必不可少的核心器件。近些年來，節(jié)能減排已經(jīng)成為世界環(huán)境保護(hù)的重大課題，各個工業(yè)領(lǐng)域?qū)怏w的排放都實(shí)行嚴(yán)格控制，尤其在汽車領(lǐng)域，世界各國對汽車尾氣排放將實(shí)施一系列的強(qiáng)制性法律法規(guī)，例如歐洲各國實(shí)施的歐5和歐6排放標(biāo)準(zhǔn)，意在減少汽車尾氣中有害成分，如氮氧化物NOX和粉塵顆粒物PM對環(huán)境的影響。但是由于汽車產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)，同時也引起了一系列問題， 如能源危機(jī)，空氣污染等。因此，采取一定的處理措施對尾氣進(jìn)行處理已經(jīng)是必不可少的環(huán)節(jié)，故而對氣體成分及其含量的實(shí)時檢測的探測器件是必不可少的。半導(dǎo)體氣體傳感器由于成本低、體積小、靈敏度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于汽車尾氣檢測領(lǐng)域。目前傳統(tǒng)的半導(dǎo)體氣體傳感器件是將敏感材料制作成漿料，并涂敷于陶瓷管襯底的外側(cè)，中間穿過具有一定阻值的N1-Cr加熱絲，再焊接至底座并安裝外罩制成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示:但這種傳感器存在(I)N1-Cr加熱絲加熱溫度低，無法滿足高溫敏感材料的工作需求；(2)各電極引線機(jī)械強(qiáng)度低，在長期振動過程中容易斷裂；(3)在陶瓷管外壁涂覆敏感材料的過程中，一致性難以控制；(4)無測溫功能，無法排除外部環(huán)境的溫度干擾等缺點(diǎn)。針對產(chǎn)品的實(shí)際需求，并參考現(xiàn)有的產(chǎn)品，我們計劃將傳感器制作成層狀平面式氣體傳感器結(jié)構(gòu)，使用耐高溫的Pt合金電阻為加熱電極材料，將加熱電極、信號電極和測溫電極集成于一塊陶瓷襯底的兩面，實(shí)現(xiàn)加熱、測溫、氣體探測一體的集成傳感器襯底，大大提高傳感器的適用范圍、機(jī)械強(qiáng)度、一致性和耐受性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種集成平面式氣體傳感器襯底，該襯底集加熱、測溫、氣體探測功能為一體，同時具有適用范圍廣、機(jī)械強(qiáng)度高、一致性強(qiáng)、易集成等聞技術(shù)特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:信號電極、加熱電極、測溫電極集成于一塊陶瓷襯底的兩面，在測溫電極和加熱電極上覆蓋有絕緣層，信號電極位于陶瓷基片的一側(cè)，電極端子位于基片一端；加熱電極、測溫電極位于陶瓷基片的另一側(cè)，且加熱電極和測溫電極的電極端子位于信號電極的同一端；加熱電極位于測溫電極的內(nèi)側(cè)；
所述的傳感器襯底的長度為lmnT50mm,寬度為ImnTlOmm,厚度為0.lmnT2mm。所述的信號電極為Ag-Pd材料，厚度為1(Γ100 μ m，該電極電阻值小于10Ω，通過絲網(wǎng)印刷工藝在雙面拋光的陶瓷基片的正面制成。所述的信號電極為插指電極，插指對數(shù)在Γ50對之間。所述的加熱電極為Pt合金電阻材料，厚度為1 30μπι，電阻值為f 100Ω。所述的加熱電極為環(huán)形，電極寬度5μηι至0.5mm,通過絲網(wǎng)印刷工藝在雙面拋光的陶瓷基片的反面制成。所述的測溫電極為Pt材料，厚度為0.flym，電阻值為Γ10Ω。所述的測溫電極為多圈的環(huán)形，電極寬度5 μ m至0.5mm ;通過絲網(wǎng)印刷工藝在雙面拋光的陶瓷基片的反面制成。所述的絕緣層為陶瓷材料，厚度為6(Γ70μπι。實(shí)現(xiàn)該傳感器，可通過如下工藝流程達(dá)到:
1.在雙面拋光的陶瓷基片I的正面，通過絲網(wǎng)印刷工藝制造信號電極2;
2.在陶瓷基片I的反面，通過絲網(wǎng)印刷工藝制造加熱電極3；
3.在陶瓷基片I的反面，通過絲網(wǎng)印刷工藝制造測溫電極4;
4.在加熱電極3和測溫電極4上，通過絲網(wǎng)印刷工藝制造絕緣層5；
5.聞溫退火以提聞襯底的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性；
6.按照傳感器的圖形切割陶瓷片，尺寸在IX Imm2至50X IOmm2之間。本發(fā)明的積極效果是具有機(jī)械強(qiáng)度大、耐高溫、小型化易集成，適用性廣泛等特點(diǎn)，可以用于環(huán)境及汽車尾氣檢測領(lǐng)域。`


圖1為傳統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器襯底的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明所述的集成平面式傳感器襯底的結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明所述的集成平面式傳感器襯底的具體實(shí)例I中涉及的襯底示意圖。如圖2和圖3所示，各部分的名稱為:陶瓷基片1，信號電極2，加熱電極3，測溫電極4，絕緣層5，信號電極端子6，測溫電極端子7，加熱電極端子8，其中信號電極2寬0.5mm,加熱電極3寬0.4臟，測溫電極4寬0.17mm。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述:
實(shí)施例1:
1.在雙面拋光的陶瓷基片I(厚度0.5mm)的正面，使用C-964-G型Ag-Pd漿料(購于北京艾立特科技有限公司)，按照圖2所示的信號電極的掩模板，絲網(wǎng)印刷Ag-Pd電極漿料，隨后在125° C下烘干2h，得到厚度30 μ m的信號電極，測量得到常溫下信號電極電阻2歐姆；
2.在陶瓷基片I的反面，使用ESL29897型Pt電阻漿料(購于北京艾立特科技有限公司)，按照圖2所示的加熱電極的掩模板，絲網(wǎng)印刷Pt電阻電極漿料，隨后在125° C下烘干30min，得到厚度30 μ m的加熱電極，測量得到常溫下加熱電極電阻12歐姆；
3.陶瓷基片I的反面，使用LF100型Pt漿料(購于北京艾立特科技有限公司)，按照圖2所示的測溫電極的掩模板，絲網(wǎng)印刷Pt電極漿料，隨后在125° C下烘干30min，得到厚度0.4μ m的測溫電極，測量得到常溫下測溫電極電阻5歐姆；
4.在加熱電極和測溫電極上，利用LM-223型陶瓷漿料(購于北京艾立特科技有限公司)，按照圖2所示的絕緣層的掩模板，絲網(wǎng)印刷電阻絕緣層，隨后在200° C下烘干lh，得到厚度60 μ m的陶瓷絕緣層；
5.利用快速退火爐在600°C下退火處理10個小時，其間通以N2作為保護(hù)氣體；
6.退火后，根據(jù)器件形狀和位置將陶瓷片切割成單個的長50mm，寬10 mm的傳感器基片。實(shí)施例2:
1.在雙面拋光的陶瓷基片I(厚度1.0 mm)的正面，使用C-964-G型Ag-Pd漿料(購于北京艾立特科技有限公司)，按照圖2所示的信號電極的掩模板，絲網(wǎng)印刷Ag-Pd電極漿料，隨后在125° C下烘干2h，得到厚度20 μ m的信號電極，測量得到常溫下信號電極電阻10歐姆；
2.在陶瓷基片I的反面，使用ESL29897型Pt電阻漿料(購于北京艾立特科技有限公司)，按照圖2所示的加熱電極的掩模板，絲網(wǎng)印刷Pt電阻電極漿料，隨后在125° C下烘干30min，得到厚度10 μ m的加熱電極，測量得到常溫下加熱電極電阻40歐姆；
3.陶瓷基片I的反面，使用LF100型Pt漿料(購于北京艾立特科技有限公司)，按照圖
2所示的測溫電極的掩模板，絲網(wǎng)印刷Pt電極漿料，隨后在125° C下烘干30min，得到厚度0.2μπι的測溫電極，測量得到常溫下測溫電極電阻10歐姆；
4.在加熱電極和測溫電極上，利用LM-223型陶瓷漿料(購于北京艾立特科技有限公司)，按照圖2所示的絕緣層的掩模板，絲網(wǎng)印刷電阻絕緣層，隨后在200° C下烘干lh，得到厚度50 μ m的陶瓷絕緣層；
5.利用快速退火爐在600°C下退火處理10個小時，其間通以N2作為保護(hù)氣體；
6.退火后，根據(jù)器件形狀和位置將陶瓷片切割成單個的長50mm，寬IOmm的傳感器基片。
權(quán)利要求
1.一種集成平面式氣體傳感器襯底，其特征在于:信號電極、加熱電極、測溫電極集成于一塊陶瓷基片的兩面，在測溫電極和加熱電極上覆蓋有絕緣層，信號電極位于陶瓷基片的一側(cè)，電極端子位于陶瓷基片的一端；加熱電極、測溫電極位于陶瓷基片的另一側(cè)，且加熱電極和測溫電極的電極端子位于信號電極的同一端；加熱電極位于測溫電極的內(nèi)側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成平面式氣體傳感器襯底，其特征在于傳感器襯底的長度為Imm 50mm,寬度為厚度為0.1mm 2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成平面式氣體傳感器襯底，其特征在于所述的信號電極為Ag-Pd材料，厚度為1(Γ100 μ m，該電極電阻值小于10 Ω，通過絲網(wǎng)印刷工藝在雙面拋光的陶瓷基片的正面制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成平面式氣體傳感器襯底，其特征在于所述的信號電極為插指電極，插指對數(shù)在4 50對之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成平面式氣體傳感器襯底，其特征在于所述的加熱電極為Pt合金電阻材料，厚度為f 30 μ m,電阻值為f 100 Ω。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成平面式氣體傳感器襯底，其特征在于所述的加熱電極為環(huán)形，電極寬度5 μ m至0.5_，通過絲網(wǎng)印刷工藝在雙面拋光的陶瓷基片的反面制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成平面式氣體傳感器襯底，其特征在于所述的測溫電極為Pt材料，厚度為0.Γ μ m,電阻值為f 10 Ω。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成平面式氣體傳感器襯底，其特征在于所述的測溫電極為多圈的環(huán)形，電極寬度5μπι至0.5_;通過絲網(wǎng)印刷工藝在雙面拋光的陶瓷基片的反面制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的一種集成平面式氣體傳感器襯底，其特征在于所述的絕緣層為陶瓷材料，厚度為6(Γ70 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集成平面式氣體傳感器襯底，是將信號電極、加熱電極、測溫電極集成于一塊陶瓷基片的兩面，在測溫電極和加熱電極上覆蓋有絕緣層，信號電極位于陶瓷基片的一側(cè)，電極端子位于基片一端；加熱電極、測溫電極位于陶瓷基片的另一側(cè)，且加熱電極和測溫電極的電極端子位于信號電極的同一端；加熱電極位于測溫電極的內(nèi)側(cè)；其具有機(jī)械強(qiáng)度大、耐高溫、小型化易集成，適用性廣泛等特點(diǎn)，可以用于環(huán)境及汽車尾氣檢測領(lǐng)域。
文檔編號G01N27/00GK103175866SQ20111044110
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者王金興, 張克金, 安宇鵬, 許德超, 魏曉川, 毛亞蓉, 潘艷春, 于麗娜 申請人:中國第一汽車股份有限公司