[发明专利]无需额外绝缘和弯曲补偿的片式氧传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无需额外绝缘和弯曲补偿的片式氧传感器，包括从上到下依次叠加烧结而成的多孔及保护层、功能层、空气腔层、结构层和加热层；多孔及保护层的一端为多孔氧化铝基片，另一端为第一氧化铝基片，功能层包括氧化锆基片、内电极和外电极，空气腔层包括第二氧化铝基片和设于其上方的空气腔，结构层包括从上到下依次叠加的第三氧化铝基片、第四氧化铝基片和第五氧化铝基片，加热层包括第六氧化铝基片和设于其上方的加热器。本发明还公开了一种无需额外绝缘和弯曲补偿的片式氧传感器的制备方法。本发明消除芯片弯曲和分层，还无需额外的绝缘补偿，提高了片式氧传感器的成品率和使用寿命以及简化制备工艺。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是一种无需额外绝缘和弯曲补偿的片式氧传感器及其制备方法。

背景技术

车用氧传感器安装于汽车发动机尾气排放管道中，将排放气体中氧气的含量以电信号的形式反馈给汽车电子控制单元(ECU)。由于在最佳燃烧状态，即过量空气系数λ＝1时，氧传感器输出的电信号在高电压和低电压之间瞬间跳变，ECU通过感知跳变状态并控制燃烧使其处于跳变状态来使燃烧在最佳燃烧状态附近发生。由于片式氧传感器具有加热效率高，响应时间快，广泛应用于发动机尾气控制系统中，而目前使用最广的仍然是浓差型片式氧传感器。

目前片式氧传感器主要是以全氧化锆结构为主，由于是一种材料，其芯片在烧结后不会产生弯曲。但片式氧传感器是将加热层和敏感层共烧在一起，氧化锆在高温下会导电，因此必须对加热层以及信号导出层进行绝缘处理来防止使用时加热器短路和信号干扰。绝缘处理一般是采用丝网印刷将氧化铝浆料涂覆在氧化锆基片上，然后在绝缘层上进行加热器等导电印刷，增加了工艺的复杂性。由于绝缘浆料没有粘连性，很容易导致加热层烧结后分层，影响成品率。并且氧化锆导热率低，反复使用会使内部存在较大热应力而出现裂纹，导致传感器失效。

在片式氧传感器中以氧化铝层代替加热层和结构层中的氧化锆层，无需进行复杂的绝缘处理，并且避免了由绝缘层引起的分层问题，提高了成品率，同时氧化铝热导率高，反复使用时结构内部不会出现较大的热应力，其抗热冲击能力较强。但在研究和制备过程中需要考虑氧化铝和氧化锆收缩性质不同而带来的弯曲和分层。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种无需额外绝缘和弯曲补偿的片式氧传感器及其制备方法，本发明从氧化锆基片、氧化铝基片的复合结构入手，通过对其结构和配方的设计消除弯曲和分层，从配方上调节氧化锆配方使二者热膨胀系数匹配，调节氧化铝配方使二者收缩率和收缩速率匹配，提高了片式氧传感器的成品率和使用寿命以及简化制备工艺。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无需额外绝缘和弯曲补偿的片式氧传感器，包括从上到下依次叠加烧结而成的多孔及保护层、功能层、空气腔层、结构层和加热层；所述多孔及保护层的一端为多孔氧化铝基片，多孔及保护层的另一端为第一氧化铝基片，所述功能层包括氧化锆基片和设于氧化锆基片两侧的内电极和外电极，其中外电极位于氧化锆基片上靠近多孔及保护层一侧，且所述多孔氧化铝基片完全覆盖外电极，第一氧化铝基片覆盖外电极引线，所述空气腔层包括第二氧化铝基片和设于其上方的空气腔，所述结构层包括从上到下依次叠加的第三氧化铝基片、第四氧化铝基片和第五氧化铝基片，所述加热层包括第六氧化铝基片和设于其上方的加热器。

作为一种优选的实施方试，所述氧化锆基片和第一氧化铝基片上均设有供外电极引线和内电极引线穿过的电极通孔，所述第一氧化铝基片上设有用于将外电极引线和内电极引线引出的一对电极引脚，所述内电极引线依次穿过氧化锆基片和第一氧化铝基片上的电极通孔后与其中一个电极引脚连接，所述外电极引线穿过第一氧化铝基片上的通孔后与另外一个电极引脚连接。

作为另一种优选的实施方试，所述第六氧化铝基片上设有供加热器引线穿过的加热器通孔和用于接入加热电压的加热器引脚，加热器引线穿过加热器通孔后与所述加热器引脚连接。