[发明专利]集成平面式气体传感器衬底

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成平面式气体传感器衬底，属于气体排放和环境气体成分检测领域。

背景技术

在气体排放和环境气体成分检测领域，尤其是汽车尾气检测系统中，为了更好更精确的检测气体成分，气体传感器已经成为必不可少的核心器件。

近些年来，节能减排已经成为世界环境保护的重大课题，各个工业领域对气体的排放都实行严格控制，尤其在汽车领域，世界各国对汽车尾气排放将实施一系列的强制性法律法规，例如欧洲各国实施的欧5和欧6排放标准，意在减少汽车尾气中有害成分，如氮氧化物NOX和粉尘颗粒物PM对环境的影响。但是由于汽车产业对国民经济和社会发展做出了重大贡献，同时也引起了一系列问题，如能源危机，空气污染等。因此，采取一定的处理措施对尾气进行处理已经是必不可少的环节，故而对气体成分及其含量的实时检测的探测器件是必不可少的。

半导体气体传感器由于成本低、体积小、灵敏度高、响应速度快等特点被广泛应用于汽车尾气检测领域。目前传统的半导体气体传感器件是将敏感材料制作成浆料，并涂敷于陶瓷管衬底的外侧，中间穿过具有一定阻值的Ni-Cr加热丝，再焊接至底座并安装外罩制成，其结构示意图如图1所示：但这种传感器存在（1）Ni-Cr加热丝加热温度低，无法满足高温敏感材料的工作需求；（2）各电极引线机械强度低，在长期振动过程中容易断裂；（3）在陶瓷管外壁涂覆敏感材料的过程中，一致性难以控制；（4）无测温功能，无法排除外部环境的温度干扰等缺点。

针对产品的实际需求，并参考现有的产品，我们计划将传感器制作成层状平面式气体传感器结构，使用耐高温的Pt合金电阻为加热电极材料，将加热电极、信号电极和测温电极集成于一块陶瓷衬底的两面，实现加热、测温、气体探测一体的集成传感器衬底，大大提高传感器的适用范围、机械强度、一致性和耐受性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种集成平面式气体传感器衬底，该衬底集加热、测温、气体探测功能为一体，同时具有适用范围广、机械强度高、一致性强、易集成等高技术特点。

本发明的技术方案是这样实现的：信号电极、加热电极、测温电极集成于一块陶瓷衬底的两面，在测温电极和加热电极上覆盖有绝缘层，信号电极位于陶瓷基片的一侧，电极端子位于基片一端；加热电极、测温电极位于陶瓷基片的另一侧，且加热电极和测温电极的电极端子位于信号电极的同一端；加热电极位于测温电极的内侧；

所述的传感器衬底的长度为1mm~50mm，宽度为1mm~10mm，厚度为0.1mm~2mm。

所述的信号电极为Ag-Pd材料，厚度为10~100μm，该电极电阻值小于10Ω，通过丝网印刷工艺在双面抛光的陶瓷基片的正面制成。

所述的信号电极为插指电极，插指对数在4~50对之间。

所述的加热电极为Pt合金电阻材料，厚度为1~30μm，电阻值为1~100Ω。

所述的加热电极为环形，电极宽度5μm至0.5mm，通过丝网印刷工艺在双面抛光的陶瓷基片的反面制成。

所述的测温电极为Pt材料，厚度为0.1~1μm，电阻值为1~10Ω。

所述的测温电极为多圈的环形，电极宽度5μm至0.5mm；通过丝网印刷工艺在双面抛光的陶瓷基片的反面制成。

所述的绝缘层为陶瓷材料，厚度为60~70μm。

实现该传感器，可通过如下工艺流程达到：

1. 在双面抛光的陶瓷基片1的正面，通过丝网印刷工艺制造信号电极2；

2. 在陶瓷基片1的反面，通过丝网印刷工艺制造加热电极3；

3. 在陶瓷基片1的反面，通过丝网印刷工艺制造测温电极4；

4. 在加热电极3和测温电极4上，通过丝网印刷工艺制造绝缘层5；

5. 高温退火以提高衬底的机械强度和稳定性；

6. 按照传感器的图形切割陶瓷片，尺寸在1×1mm²至50×10mm²之间。

本发明的积极效果是具有机械强度大、耐高温、小型化易集成，适用性广泛等特点，可以用于环境及汽车尾气检测领域。

附图说明

图1为传统半导体气体传感器衬底的结构示意图；

图2为本发明所述的集成平面式传感器衬底的结构示意图；

图3为本发明所述的集成平面式传感器衬底的具体实例1中涉及的衬底示意图。