本發(fā)明涉及汽車尾氣技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種片式氧傳感器芯片。

背景技術(shù)：

隨著人們環(huán)保意識的提高，對汽車尾氣排放的要求越來越高。氧傳感器是汽車尾氣處理中的關(guān)鍵器件，而氧傳感器芯片的制備是氧傳感器生產(chǎn)中的關(guān)鍵。到目前為止國內(nèi)還沒有一家能夠大批量生產(chǎn)片式氧傳感器芯片的企業(yè)。

片式氧傳感器的生產(chǎn)制備難點(diǎn)在于：(1)異質(zhì)疊層共燒：不同材料在燒結(jié)過程中由于熱膨脹系數(shù)的不匹配而最終引起芯片變形、開裂，最終引起器件失效，目前解決該問題的方法是：通過摻雜改性調(diào)節(jié)各層材料的熱膨脹系數(shù)，改善燒結(jié)匹配問題。例如：專利CN 104880500A公開了一種片式氧傳感器制備方法：通過添加多層過渡燒結(jié)層來調(diào)整傳感器芯片的燒結(jié)匹配性。但是增加了工藝的復(fù)雜性，提高了工藝實(shí)現(xiàn)難度；(2)參比氣通道層的實(shí)現(xiàn)。在目前申請/授權(quán)關(guān)于片式氧傳感器制備專利中少有關(guān)于參比氣通道層制備工藝的介紹。例如：專利CN 102455311A公開了一種片式氧傳感器芯片的制備方法：其中通過切割參比氣層形成參比氣通道并填充保型材料，經(jīng)疊層、熱壓、燒結(jié)制備氧傳感器芯片。但是，批量化生產(chǎn)過程中如何在切割膜片上填充保型材料即是一大難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種片式氧傳感器芯片，以解決在片式氧傳感器的生產(chǎn)制備過程中存在的工藝難度大，不利于批量化生產(chǎn)的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的片式氧傳感器芯片，該片式氧傳感器芯片的氧差電池單元與加熱單元分別制作后用釬焊的方式連接形成釬焊層；所述氧差電池單元包括依次層疊的多孔保護(hù)層、氣敏層、參比氣層；所述加熱單元自上而下依次包括上絕緣層、加熱電極層、下絕緣層及加熱基底層。

進(jìn)一步地，所述釬焊層的厚度為0.001-0.1mm。

進(jìn)一步地，所述多孔保護(hù)層自上而下依次包括多孔層和過渡層。

進(jìn)一步地，所述多孔層和過渡層均具有上下連通的孔洞。

進(jìn)一步地，所述多孔層包括氧化鋯、鎂鋁尖晶石和貴金屬。

進(jìn)一步地，所述過渡層包括氧化鋯和鎂鋁尖晶石。

進(jìn)一步地，所述氣敏層的基體層為釔穩(wěn)定氧化鋯基體層。

進(jìn)一步地，所述上絕緣層、下絕緣層、加熱基底層均為氧化鋁陶瓷；所述加熱電極層由可共燒的發(fā)熱體漿料制成。

本發(fā)明還提供一種片式氧傳感器芯片的制備方法，其包括如下步驟：

S1、流延成型制備氣敏層，包括：切割基體層，在基體層的一面印刷鉑電極，然后印刷過渡層及多孔層，烘干后在基體層的另一面印刷鉑電極，形成第一層；

S2、流延成型制備參比氣層，并切割出參比空氣通道，形成第二層；

S3、將第一層和第二層進(jìn)行定位疊層、等靜壓成型，待用；

S4、流延成型制備加熱基底層，切割加熱基底層，并印刷出下絕緣層、加熱電極、上絕緣層，烘干后等靜壓成型，待用；

S5、將S3、S4中等靜壓成型后的樣品進(jìn)行排膠、燒結(jié)；

S6、將燒結(jié)后的兩個(gè)樣品經(jīng)其中的參比氣層與上絕緣層通過釬焊層釬焊制備片式氧傳感器芯片。

該片式氧傳感器芯片的制備方法還包括：在等靜壓成型過程中，等靜壓壓力為40MPa-70MPa、溫度為40℃-70℃；在燒結(jié)過程中，燒結(jié)溫度為1300℃-1500℃，燒結(jié)時(shí)間為1h-4h；在釬焊過程中，釬焊溫度為900℃-1250℃；釬焊層的厚度為0.001-0.1mm。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明易于實(shí)現(xiàn)片式氧傳感器芯片的批量化生產(chǎn)，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的工藝難度大，制造成本高等問題，可有效提高片式氧傳感器芯片性能的一致性，降低片式氧傳感器芯片的成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的片式氧傳感器芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示的釬焊層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1所示的上半部分中的第一層與第二層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖1所示的下半部分中的加熱層的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

101-多孔保護(hù)層； 102-鉑電極； 103-內(nèi)電極引腳；

104-氣敏層； 105-鉑電極； 106-參比氣層；

107-釬焊層； 108-上絕緣層； 109-加熱電極層；

110-下絕緣層； 111-加熱基底層； 112-加熱電極引腳。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

下面通過具體的實(shí)施例子并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

實(shí)施例一

結(jié)合圖1至圖4所示，本實(shí)施例提供一種片式氧傳感器芯片，該片式氧傳感器芯片的氧差電池單元與加熱單元分別制作后用釬焊的方式連接形成釬焊層107；其中，上絕緣層、加熱電極層、下絕緣層及加熱基底層。氧差電池單元包括依次層疊的多孔保護(hù)層101、氣敏層104、參比氣層106；加熱單元自上而下依次包括上絕緣層108、加熱電極層109、下絕緣層110及加熱基底層111。本發(fā)明易于實(shí)現(xiàn)片式氧傳感器芯片的批量化生產(chǎn)，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的工藝難度大，制造成本高等問題，可有效提高片式氧傳感器芯片性能的一致性，降低片式氧傳感器芯片的成本。

具體地，結(jié)合圖1而言，氣敏層104包括基體層及設(shè)置于基體層上下兩面的鉑電極102、鉑電極105；參比氣層106與上絕緣層108之間通過釬焊連接形成釬焊層107。該片式氧傳感器芯片在制備過程中，經(jīng)燒結(jié)后通過釬焊的方式進(jìn)行連接，易于實(shí)現(xiàn)片式氧傳感器芯片的批量化生產(chǎn)，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的工藝難度大，不利于批量化生產(chǎn)的技術(shù)問題，利于推廣與應(yīng)用。

進(jìn)一步地，釬焊層107的厚度為0.001-0.1mm。

具體地，釬焊層107的最小厚度可以為0.001mm，保證釬焊強(qiáng)度。

此外，釬焊層107的厚度也可以為0.01mm、0.015mm等等。

釬焊層107的最大厚度可以為0.1mm。當(dāng)然，上述參數(shù)值只是比較優(yōu)選的方式，在實(shí)際生產(chǎn)過程中也可靈活選擇其他參數(shù)值，此處不再局限。

對于本實(shí)施例中的各個(gè)膜片的材質(zhì)也可根據(jù)實(shí)際需要而靈活設(shè)置，例如：

優(yōu)選地，多孔保護(hù)層101自上而下依次包括多孔層和過渡層。

更進(jìn)一步地，多孔層和過渡層均具有上下連通的孔洞。

其中，多孔層包括氧化鋯、鎂鋁尖晶石和貴金屬，優(yōu)選地，多孔層的平均孔徑為0.1-3.5μm，孔隙率為30-50％。

其中，過渡層包括氧化鋯和鎂鋁尖晶石。優(yōu)選地，過渡層的平均粒徑為0.1-2.5μm，孔隙率為20-40％。

通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過改善多孔保護(hù)層101的結(jié)構(gòu)可有效提高片式氧傳感器的靈敏度、抗熱震性和使用壽命。

當(dāng)然，在此基礎(chǔ)之上，多孔保護(hù)層101還可以為三層結(jié)構(gòu)，包括自上而下依次包括致密層、多孔層和過渡層。

其中，致密層的平均孔徑為2-3μm，孔隙率為20-40％。各層不同組分的匹配可提高抗熱震性；各層的平均孔徑和孔隙率在本發(fā)明的范圍內(nèi)時(shí)，片式氧傳感器的靈敏度高。

這種多孔保護(hù)層101可阻止汽車排氣中的顆粒堵塞多孔層，從而防止電極中毒，另通過對各層組分、孔徑和孔隙率的選擇，保證多孔保護(hù)層101與測氧電解質(zhì)層的附著力，因此能有效提高氧傳感器使用壽命。

當(dāng)然，片式氧傳感器的多孔保護(hù)層101的厚度不宜過大，一般為70-90μm，否則會(huì)增大汽車排氣的傳輸路徑，降低片式氧傳感器的靈敏度。優(yōu)選情況下，過渡層的厚度為10-60μm，多孔層的厚度為10-60μm，致密層的厚度為10-50μm。

對于氣敏層104而言，優(yōu)選地，氣敏層104的基體層為釔穩(wěn)定氧化鋯基體層。

優(yōu)選地，上絕緣層108、下絕緣層110、加熱基底層111均為氧化鋁陶瓷，當(dāng)然也可以為其他廉價(jià)的陶瓷。此外，加熱基底層111也可為氧化鋁混合釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷；加熱電極層109由可共燒的發(fā)熱體漿料制成。例如：制備漿料包括鉑、氧化鋁、釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷粉體及有機(jī)溶劑復(fù)合物。

綜上，該片式氧傳感器芯片在制備過程中，經(jīng)燒結(jié)后通過釬焊的方式進(jìn)行連接，易于實(shí)現(xiàn)片式氧傳感器芯片的批量化生產(chǎn)，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的工藝難度大，不利于批量化生產(chǎn)的技術(shù)問題，利于推廣與應(yīng)用。

實(shí)施例二

結(jié)合圖1至圖4所示，本實(shí)施例在上述實(shí)施例一的基礎(chǔ)上還提供一種片式氧傳感器芯片的制備方法，其包括如下步驟：

S1、流延成型制備氣敏層104，包括：切割基體層，在基體層的一面印刷鉑電極(圖中還示意出了內(nèi)電極引腳103)，然后印刷過渡層及多孔層，烘干后在基體層的另一面印刷鉑電極，形成第一層。

S2、流延成型制備參比氣層106，并切割出參比空氣通道，形成第二層；

S3、將第一層和第二層進(jìn)行定位疊層、等靜壓成型，待用；

S4、流延成型制備加熱基底層111，切割加熱基底層111，并印刷出下絕緣層110、加熱電極層109(圖中還示意出了加熱電極引腳112)、上絕緣層108，烘干后等靜壓成型，待用；

S5、將S3、S4中等靜壓成型后的樣品進(jìn)行排膠、燒結(jié)；

S6、將燒結(jié)后的兩個(gè)樣品經(jīng)其中的參比氣層106與上絕緣層108通過釬焊層107釬焊制備片式氧傳感器芯片。

其中，在等靜壓成型過程中，等靜壓壓力為40MPa-70MPa、溫度為40℃-70℃。

其中，在燒結(jié)過程中，燒結(jié)溫度為1300℃-1500℃，燒結(jié)時(shí)間為1h-4h。

其中，在釬焊過程中，釬焊溫度為900℃-1250℃；釬焊層107的厚度為0.001-0.1mm。

上述各個(gè)步驟的具體操作并沒有特殊的限制，可采用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的操作。具體可進(jìn)一步地舉例說明：

該片式氧傳感器芯片的制備方法在步驟S1之前還包括：

制備漿料，包括在制備氣敏層104、參比氣層106、加熱層的基材中加入溶劑、增塑劑和粘接劑，制成漿料。

此外，在制備中還可加入有分散劑，以共同制成漿料。

其中，制備所用的基材采用氧化鋯粉體，將氧化鋯粉體置于球磨罐中，分別加入溶劑、分散劑、增塑劑、粘接劑，球磨混合12～16小時(shí)，經(jīng)真空脫泡、過篩后，制成粘度為750～1500mPa·s的漿料。

優(yōu)選的是，所述氧化鋯粉體采用含有8％-10％摩爾氧化釔全穩(wěn)定的氧化鋯粉體。

優(yōu)選的是，所加入球磨罐中的氧化鋯粉體、溶劑、分散劑、增塑劑、粘接劑的質(zhì)量百分比分別為：氧化鋯粉體占45～60％溶劑占30～42％、分散劑占0～2％、增塑劑占5～7％、粘接劑占5～7.5％。

進(jìn)一步優(yōu)選，溶劑采用水、乙醇、甲乙酮或丁酮中的一種或幾種的混合物；所述分散劑采用三乙醇胺、松油醇或魚油中的一種或幾種的混合物；所述粘接劑采用聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛或乙基纖維素中的一種或幾種的混合物；所述增塑劑采用甘油、聚乙二醇、鄰苯二甲酸二丁酯或三乙烯乙二醇中的一種或幾種的混合物。

本發(fā)明中氧化鋯基體層、參比氣層106、絕緣層、加熱基底層111、加熱電極層109材料及制備方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，本發(fā)明中沒有特殊限定。如：上絕緣層108、下絕緣層110、加熱基底層111均為氧化鋁陶瓷，當(dāng)然也可以為其他廉價(jià)的陶瓷。此外，加熱基底層111也可為氧化鋁混合釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷；加熱電極層109由可共燒的發(fā)熱體漿料制成。

綜上，本發(fā)明易于實(shí)現(xiàn)片式氧傳感器芯片的批量化生產(chǎn)，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的工藝難度大，制造成本高等問題，可有效提高片式氧傳感器芯片性能的一致性，降低片式氧傳感器芯片的成本。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。