[发明专利]一种氮氧化物传感器芯片

说明书

技术领域

本发明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。。

背景技术

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℃—900℃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（ZrO₂）质的基片叠合而成，由上至下分别表示为如图所示的ZrO₂-1，ZrO₂-2，ZrO₂-3，ZrO₂-4，ZrO₂-5，ZrO₂-6。芯片的工作原理为：待测尾气由通路1A进入空腔2A中，在氧引排元件(由电极3A、电极4A和基片ZrO₂-1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10A和基片ZrO₂-3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ZrO₂-3组成）即可检测出空腔8A中的氮氧化物的浓度。空腔11A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℃，而氧化锆基片的烧结温度高达1400—1600℃，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的发明内容为：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所示为该发明的结构分解图，图中ZrO₂-1，ZrO₂-2，ZrO₂-3，ZrO₂-4，ZrO₂-5，ZrO₂-7表示的是编号为1,2,3,4,5,7的致密氧化锆（ZrO₂）基片；Al₂O₃-6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（ZrO₂-4、电极6B和与6B相对的电极6′B）、引排元件1.1B及加热元件(Al₂O₃-6和ZrO₂-7)构成。 所有的基体中除了Al₂O₃-6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1.1B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℃，而固体电解质氧化锆的烧结温度高达1400—1600℃，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1.1B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1B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。

发明内容