[实用新型]NOx传感器芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及汽车尾气检测系统领域，特别涉及尾气检测传感器芯片，尤其涉及一种NOx传感器芯片。

背景技术

NOx传感器是现在汽车中一个非常重要的传感器，用于检测汽车尾气排放中NOx的浓度含量。世界各国针对汽车尾气排放对环境造成污染的问题，出台的标准法规也正在变得越来越严格。基于陶瓷传感元件的这种传感器可测量汽车尾气中的NOx浓度，并将输入信号传送至发动机电子控制单元(ECU)，用以实现对发动机燃烧过程及排气后处理的最高效控制。在柴油机车中，这通过将氨水注入选择性催化还原(SCR)系统来实现；在汽油发动机中则通过结合稀燃发动机技术控制NOx储存催化剂的再生周期来实现。因此，陶瓷元件NOx传感器在这方面发挥着非常重要的作用。

一般NOx传感器芯片为片式结构，主要由六层或者更多层钇稳定氧化锆陶瓷片叠合而成，制作工艺都很复杂。由于非活化电极中含有对氮氧化合物几乎无催化活性的金属材料金，金的熔点为1064℃，而固体电解质ZrO₂材料用于制作传感器芯片时的烧结温度高达1400～1500℃，烧结过程中金的挥发会污染活化电极，使活化电极的性能大幅度降低，严重影响了NOx传感器的性能。

为了防止烧结过程中非活化电极中金的挥发对活化电极造成污染，日本专利(JP090171015)公开了将主体部分和引排元件分开制作，然后再将两者粘合结合低温烧结在一起。图1所示为该实用新型的结构分解图，ZrO₂-1,ZrO₂-2，ZrO₂-3，ZrO₂-4,ZrO₂-5，ZrO₂-7表示的是氧化锆质基片；Al₂O₃-6表示的是致密氧化铝质绝缘层。

该方法可以避免非活性电极中贵金属Au的挥发对活化电极的污染，制作的NOx传感器也可以实现对NOx浓度的检测功能，但工艺过程非常复杂，难以实现大规模生产，且仍存在以下问题需要解决：

1、主体部分和引排元件与粘合材料的热膨胀匹配和密封问题。

2、主体部分和引排元件粘合后抗热振耐久性问题难于解决。

3、主体部分和引排元件之间因不平整导致电极引线连接困难问题。

中国专利(CN102043007A)公开了在第四电极上覆盖上一层多孔氧化铝保护层，结构上可以避免烧结时非活性电极中金的挥发对活化电极的污染，且只需将六基片叠合后一次性烧结成型即可。虽然很好的解决了整体一次性烧结成型技术难题，但仍然存在成本较大、工艺过程繁琐等问题。

也有研究者将加热电极上下层的氧化锆换成致密的氧化铝基片，减少了加热电极上下部致密氧化铝绝缘层的制作工艺，但由于氧化铝和氧化锆材料性质的差异，两种材质的基片叠合烧结紧密结合仍存在一些技术困难。

所以，一种既能够避免电极中金的挥发导致的污染，又能使基片烧结紧密结合且工艺过程简单的NOx传感器芯片是十分具有实用价值的。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提供一种能够避免电极中金的挥发导致的污染、使基片烧结紧密结合、工艺过程简单结构简单、加热效率高且均匀性好，能对汽车尾气中氮氧化合物浓度精确测量的NOx传感器芯片。

为了实现上述目的，本实用新型提供的NOx传感器芯片，由基片层叠构成，包括第一基片、第二基片、第三基片、第四基片、第五基片以及第六基片从上到下依次叠压，

所述的第一基片上表面设有泵氧外电极，所述的泵氧外电极上覆盖第一多孔保护层；

所述的第二基片中包含第一空腔、第二空腔、第三空腔和第四空腔，

所述的第一空腔与所述的第二空腔之间设有第一扩散障层，所述的第二空腔与所述的第三空腔之间设有第二扩散障层，所述的第三空腔与所述的第四空腔之间设有第三扩散障层，所述的第一扩散障层、所述的第二扩散障层以及第三扩散障层均为多孔介质扩散障层，所述的第三空腔内设有主泵氧电极，所述的第四空腔内设有辅助泵氧电极和测试电极，所述的测试电极上覆盖第二多孔保护层；

所述的第四基片设有与大气相连的参比气体通道，位于所述的参比气体通道的顶部且位于所述的第三基片的下表面设有参比电极；

所述的第五基片与所述的第六基片之间设有加热电极。

较佳地，所述的主泵氧电极为对NOx化合物无催化作用的金属陶瓷主泵氧电极。