[发明专利]一种测量氧分压的集成氧传感器芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种测量氧分压的集成氧传感器芯片及其制备方法。采用复合氧化锆粉体材料制备的浆料进行流延，形成流延基片；对所述流延基片进行相关切割和孔的成形加工，形成对应于每一层的流延基片；对各层流延基片进行对应的丝网印刷，形成对应层上的各电极和功能层；用有机填充料填充对应层流延基片所需形成且通过打孔形成的腔体部分，使得叠合没有空隙以便等静压；将各层流延基片按所述传感器芯片的结构进行叠合，形成所述传感器的芯片坯材，切割坯材形成单个芯片生坯；采用端面侧涂连通不同层片上或同一层片上分别在上下两面的电极线路，烧结制得传感器芯片。本发明有效的提高了传感器的强度，有效提高传感器的合格率和使用寿命，保证足够的孔隙提高扩散效率。

技术领域

本发明涉及芯片技术领域，尤其涉及一种测量氧分压的集成氧传感器芯片及其制备方法。

背景技术

氧化锆氧气传感器可以用来测量气体或气体混合物中氧气的分压。传统技术采用组合工艺而不是集成工艺。氧传感器的核心是传感单元。

该电池由两个二氧化锆正方形组成，上面涂有一层薄薄的铂多孔层，用作电极。两个二氧化锆正方形由一个铂环隔开，该铂环形成一个密封的传感腔。在外表面，还有另外两个铂金环，它们与中心铂金环一起提供到电池的电连接。电池组件被加热器线圈包围，加热器线圈产生操作所需的温度，然后将电池和加热器装在一个多孔的不锈钢盖内。传感器内两个加热器相连以确保电池的正确工作温度。传感器置于气体氛围中，氧气传感器会加热，直到达到正确的工作温度为止（从寒冷开始至少60s）。第一个二氧化锆正方形用作电化学氧气泵，抽空或重新加压密封室。根据直流恒定电流源的方向，氧离子通过板从一个电极移动到另一个电极，这进而改变了氧气浓度，并因此改变了腔室内的氧气压力，控制抽气，使腔室内的压力始终小于环境氧气压力外室。在第一个二氧化锆两侧的铂金环之间施加恒定电流源开始电化学泵送来抽空腔室。第二个二氧化锆正方形上的氧气压力差会产生能斯特电压，该电压与氧离子浓度之比成对数比例。由于腔室内的氧气压力始终保持小于腔室外部的氧气压力，因此，相对于共同点的感应电压始终为正。

第二个氧化锆两侧的铂金环之间两端的能斯特电压增加，直到达到V5（泵反向电压最高临界值）。泵电流连接反向，恒定电流又在第一个二氧化锆两侧铂金环之间流动，电池开始重新加压。第二个二氧化锆两侧铂金环之间能斯特电压减小，直到达到V1。当能斯特电压达到V1时，一个泵送循环完成。每次达到这两个参考电压（V1为泵反向电压最低临界值，V5为泵反向电压最高临界值））中的任何一个时，恒流源的方向都将反转。然后重复该过程。无限循环重复此循环，每次捕获完整波形时，计算得到td（td=（t1-t2）+（t5-t4）其中t1，t2，t4和t5为在温度系数TC=0模式下运行时，测量达到V2，V3和V4所需的时间）通常至少要经过十个周期，使用公式计算校准气体（已知氧氧分压ppO₂）下的灵敏度，重新排列公式用可以为所有将来的td测量计算ppO₂。

这种芯片设计和制作工艺虽然能够实现测量氧氧分压的目的，但是用昂贵的厚铂环构成空腔加大了成本而与氧化锆的材料匹配性不佳；加热单元分离设计也加大成本和结构复杂性，同时也影响信号的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量氧分压的集成氧传感器芯片及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：一种测量氧分压的集成氧传感器芯片，是由流延制作的四层基片自上而下依次叠压而成，第一层流延基片的上端面由下而上印刷泵电极、感应电极、保护层；第二层流延基片的第二扩散孔中印刷公共电极导电孔；第三层流延基片上印有公共电极，并用有机流延片填充在形成一个空腔的腔体部分；第三层流延基片与第四层流延基片之间设置有加热电极，加热电极的外层设有绝缘层，加热电极通过加热电极导电孔导电引到传感器表面的引脚；第四层流延基片的导电孔中通过填孔连通加热电极引线与引脚，并在四层流延基片的下端面由上而下依次印刷引脚和保护层。