CN103207227B - 氧传感器芯片的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧传感器芯片的制作方法，具体包括以下步骤：a.制作基片的坯片；b.切割信号基片、中间基片以及加热基片；并在基片上切割通孔；c.在基片上印刷信号外电极、信号内电极以及加热电极；d.在通孔上印刷导电浆料，e.在中间基片上印刷易挥发浆料；f.将印刷好的基片依次叠放后，放入压机中叠压成一体；g.在信号外电极的表面印刷保护层浆料；h.切割成单个氧传感器芯片的形状，然后放入控温炉中高温烧结，降温后出炉，即得氧传感器芯片成品。本发明所述氧传感器的通孔导通、空腔形成以及保护层涂覆的工艺都采用印刷的工艺，因此可使整个氧传感器的工艺流程简单、成品率较高，产品质量良好、稳定性高。

Description

氧传感器芯片的制作方法

技术领域

本发明涉及一种车用氧传感器领域，特别是一种氧传感器芯片的制作方法。

背景技术

氧传感器是现代汽车中一个非常重要的传感器，用于检测汽车尾气排放中的氧含量。现有的汽车氧传感器主要分为管式氧传感器和板式氧传感器。其中板式氧传感芯片的基本结构如图1所示，芯片的主体由多层氧化锆材料制作的基片1叠压在一起后高温烧结而成。不同层的氧化锆基片1上分别附有信号外电极2、信号内电极4和加热电极9，其中信号外电极2附着在信号基片上，信号外电极2的外层覆盖有多孔保护层3；信号内电极4附在中间基片形成的内空腔5中；信号外电极2和信号内电极4之间可产生电势差信号；加热电极9附着在加热基片和中间基片之间，通过电流后可对芯片进行加热。设置电极的氧化锆基片1上均设置有引线6，信号外电极2、信号内电极4和加热电极9的引线分别穿过设置在基片上的通孔7与芯片引脚8连接。

传统的平板式氧传感器的制作方法是：采用模具注射成型或者采用干压方法制备氧化锆基片的坯片，然后将坯片放置在高温炉中烧结成氧化锆基片；第二步是在烧制好的氧化锆基片表面涂覆电极，并在氧化锆基片上打通孔，然后将引线穿过通孔后与引脚连接；第三步将氧化锆基片依次叠放热压成氧传感器坯；第四步在外电极的表面涂覆保护层，再次烧结生成氧传感器芯片。

采用传统制备方法不仅生产成本较高、产品合格率低，而且工艺难易控制。具体体现在以下几个方面：1）一般平板式氧传感器芯片由3～5层0.2mm～0.5mm厚的氧化锆基片叠合而成，制作这个厚度的氧化锆基片在保证厚度均匀和高质量方面均较为困难。2）平板式氧传感器上的不同层基片之间的通孔导通方式一般使用专用设备使通孔中灌满导电浆料，或使导电浆料穿透通孔时留在通孔边缘壁上，以保证通孔呈现导体状态；然而采用此种工序不但生产设备比较复杂，而且容易浪费贵金属导电浆料。3）由于中间基片形成的内空腔通道要求较为严格，如果芯片中的空腔空间过大，必将会降低芯片的强度，这就要求制作时必须规范；然而传统的内空腔都是通过切割中间基片形成的，由于切割基片的过程不易控制，因此无法制作规范的内空腔通道。4）保护层材料通常为易挥发的树脂材料，一般在多层氧化锆基片烧结成瓷后，将树脂材料涂覆在信号外电极上，然后再烧结一遍，才能制作成氧传感器芯片，因此工序比较复杂。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种工艺流程简单、成品率较高的平板式氧传感器芯片制作方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

氧传感器芯片的制作方法，包括制备基片、印刷电极、叠压烧结的过程，具体包括以下步骤：

a.将制作基片的流延浆料在流延机上制作成0.1mm～0.15mm厚的流延基片，将流延基片切成等大的若干块巴块，并将巴块两两叠放后分别放入压机中叠压成0.2mm～0.3mm厚的坯片；

b.将叠压好的坯片放置在切割机上，按照氧传感器芯片的形状要求切割上信号基片、下信号基片、中间基片以及上加热基片、下加热基片；然后在信号基片上切割信号通孔、在加热基片切割出加热通孔；

c. 在上信号基片的上端面印刷信号外电极及外电极引线、在下信号基片的下端面印刷信号内电极及内电极引线、在上加热基片的上端面端面上印刷加热电极及加热引线；

d.在信号通孔和加热通孔上印刷覆盖通孔的导电浆料，并使导电浆料与相应引线连接，印刷导电浆料的速度为2cm/s，印刷压力为20N；

e.在中间基片上印刷长条形易挥发浆料，易挥发浆料的厚度为30μm～50μm；所述易挥发浆料的挥发温度低于基片的烧结温度；

f.将印刷好的上信号基片、下信号基片、中间基片、上加热基片和下加热基片自上而下依次叠放后，放入压机中叠压成一体；

g.在信号外电极的表面印刷保护层浆料，保护层浆料的厚度为50μm～80μm；

h.将整块氧化锆基片放置在切割机上，切割成单个氧传感器芯片的形状，然后放入控温炉中高温烧结；当控温炉中的温度上升至800℃，烧结200min后，中间基片上的易挥发浆料全部挥发形成内空腔；当温度上升至1400℃时，烧结120min，使氧化锆基片形成陶瓷固体电解质，同时印刷在基片上的电极与基片共烧结在一起，降温后出炉，即得氧传感器芯片成品。

本发明的改进在于：所述步骤b中，在切割信号通孔和加热通孔时，首先在相应的基片上画直径为1mm的圆，并在圆圈中切割四个直径为0.1～0.2mm的圆孔，所述四个圆孔匀布在1mm的圆圈中；所述步骤d中导电浆料的印刷图案为直径1mm的圆，印刷图案同时覆盖四个圆孔。

本发明所述易挥发浆料为800℃可完全挥发的C基材料。

本发明所述保护层浆料为掺杂C基材料的氧化铝浆料。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明所述的方法中氧传感器的通孔导通、空腔形成以及保护层涂覆的工艺都和基片上电极的制作一样采用印刷的工艺，因此可使整个氧传感器的工艺流程简单、成品率较高，产品质量良好、稳定性高。氧化锆基片由多层厚度较小的流延基片叠压而成，氧化锆基片通过减薄流延基片的厚度、增加流延基片总层数的方法来制备，能够明显提高氧传感器芯片尺寸的一致性及强度。基片上通孔的导通方法不仅简易，而且还能够减少原料的浪费，降低生产成本。制作内空腔的方法也较为简单，能够在保证芯片强度的情况下，提高芯片成品后的稳定性。

信号通孔和加热通孔的制备方法，便于使导电浆料从圆孔中漏过，只要保证该组圆孔中的任何一个导通，即可实现基片两面电极的导通，提高通孔印刷工艺的可靠性。

附图说明

图1是传统板式氧传感器芯片的基本结构。

图2是本发明的板式氧传感器分解示意图。

其中：1、基片，11、上信号基片，12、下信号基片，13、中间基片，14、上加热基片，15、下加热基片，2、信号外电极，3、保护层，4、信号内电极，41、信号电极通孔图案，5、内空腔，6、引线，7、通孔，71、上信号通孔，72、下信号通孔，73、上加热通孔，74、下加热通孔，8、引脚，81、信号引脚，82、加热引脚，9、加热电极，91、加热电极通孔图案。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。

本实施例中氧传感器芯片的结构如图2所示，包括上信号基片11、下信号基片12、中间基片13、上加热基片14和下加热基片15。

上信号基片11的上端面上设置有信号外电极2和外电极引线，与信号外电极相对的上信号基片的另一端设置有上信号通孔71，上信号通孔上设置有信号引脚81；外电极引线的一端与信号外电极2连接，另一端与信号引脚81连接。信号外电极2的表面设置有保护层3。

下信号基片12上与上信号基片的上信号通孔71相应的位置设置有下信号通孔72，下信号基片12的下端面印刷信号内电极4及内电极引线，内电极引线的一端与信号内电极4连接，内电极引线的另一端穿过下信号通孔72后与信号引脚81连接。

中间基片13的上端面与下信号基片的下端面之间设置有内空腔5。

上加热基片14的上端面上设置有加热电极9以及加热引线，与加热电极9相对的上加热基片14上端面的另一端设置有上加热通孔73。

下加热基片15与上加热基片14上的上加热通孔73相应的位置设置有下加热通孔74，下加热基片15下端面的下加热通孔74处设置有加热引脚82，加热引线依次穿过上加热通孔73和下加热通孔74后与加热引脚82连接。

上述氧传感器芯片的制作方法，具体包括以下步骤：

a.将制作基片的流延浆料在流延机上制作成0.1mm厚的流延基片，将流延基片切成等大的若干块巴块，并将巴块两两叠放后分别放入压机中叠压成0.2mm厚的坯片。当然，本步骤中所提及的流延基片的厚度还可以是0.1mm～0.15mm之间的任意值；叠压成的坯片厚度也相应地为0.2mm～0.3mm之间的数值。

b.将叠压好的坯片放置在切割机上，按照氧传感器芯片的形状要求切割上信号基片11、下信号基片12、中间基片13以及上加热基片14、下加热基片15；然后在上信号基片上切割上信号通孔71，在下信号基片上切割下信号通孔72，在上加热基片切割出上加热通孔73，在下加热基片切割出下加热通孔74；其中上信号通孔71和下信号通孔72的形状位置相应，上加热通孔73和下加热通孔74的形状位置相应。

在切割信号通孔和加热通孔时，首先在相应的基片上画直径为1mm的圆，并在圆圈中切割四个直径为0.2mm的圆孔，所述四个圆孔匀布在1mm的圆圈中。当然，本实施例中所述圆孔的直径还可以为0.1 mm ～0.2mm之间的任意值。

c.依次在上信号基片11的上端面印刷信号外电极2及外电极引线，在下信号基片12的下端面印刷信号内电极4及内电极引线，在上加热基片14的上端面端面上印刷加热电极9及加热引线；

d.在信号通孔和加热通孔上印刷覆盖通孔的导电浆料，并使导电浆料与相应引线连接，印刷导电浆料的速度为2cm/s，印刷压力为20N；所述导电浆料的印刷图案为直径1mm的圆，印刷图案同时覆盖四个圆孔。图2中的41为信号电极通孔图案，91为加热电极通孔图案。

e.在中间基片13上印刷长条形易挥发浆料，易挥发浆料的厚度为50μm；所述易挥发浆料的挥发温度低于基片的烧结温度。本实施例中易挥发浆料为800℃可完全挥发的C基材料；易挥发浆料的厚度还可以为30μm～50μm之间的任意值。

f.将印刷好的上信号基片11、下信号基片12、中间基片13、上加热基片14和下加热基片15自上而下依次叠放后，放入压机中叠压成一体。

g.在信号外电极2的表面印刷保护层浆料，保护层浆料的厚度为80μm。本实施例中保护层浆料为掺杂C基材料的氧化铝浆料；保护层浆料的厚度还可以为50μm～80μm之间的任意值。

h.将整块氧化锆基片放置在切割机上，切割成单个氧传感器芯片的形状，然后放入控温炉中高温烧结；当控温炉中的温度上升至800℃时，烧结200min，中间基片13上的易挥发浆料全部挥发形成内空腔5；当温度上升至1400℃时，烧结120min，使氧化锆基片形成陶瓷固体电解质，同时印刷在基片上的电极与基片共烧结在一起，降温后出炉，即得氧传感器芯片成品。

Claims (3)

1.氧传感器芯片的制作方法，包括制备基片、印刷电极、叠压烧结的过程，其特征在于具体包括以下步骤：

a.将制作基片的流延浆料在流延机上制作成0.1mm~0.15mm厚的流延基片，将流延基片切成等大的若干块巴块，并将巴块两两叠放后分别放入压机中叠压成0.2mm~0.3mm厚的坯片；

b.将叠压好的坯片放置在切割机上，按照氧传感器芯片的形状要求切割上信号基片（11）、下信号基片（12）、中间基片（13）以及上加热基片（14）、下加热基片（15）；然后在信号基片上切割信号通孔（71、72）、在加热基片切割出加热通孔（73、74）；

c. 在上信号基片（11）的上端面印刷信号外电极（2）及外电极引线、在下信号基片（12）的下端面印刷信号内电极（4）及内电极引线、在上加热基片（14）的上端面端面上印刷加热电极（9）及加热引线；

d.在信号通孔和加热通孔上印刷覆盖通孔的导电浆料，并使导电浆料与相应引线连接，印刷导电浆料的速度为2cm/s，印刷压力为20N；

e.在中间基片（13）上印刷长条形易挥发浆料，易挥发浆料的厚度为30μm~50μm；所述易挥发浆料的挥发温度低于基片的烧结温度；所述易挥发浆料为C基材料；

f.将印刷好的上信号基片（11）、下信号基片（12）、中间基片（13）、上加热基片（14）和下加热基片（15）自上而下依次叠放后，放入压机中叠压成一体；

g.在信号外电极（2）的表面印刷保护层浆料，保护层浆料的厚度为50μm~80μm；

h.将整块氧化锆基片放置在切割机上，切割成单个氧传感器芯片的形状，然后放入控温炉中高温烧结；当控温炉中的温度上升至800℃，烧结200min后，中间基片（13）上的易挥发浆料全部挥发形成内空腔（5）；当温度上升至1400℃时，烧结120min，使氧化锆基片形成陶瓷固体电解质，同时印刷在基片上的电极与基片共烧结在一起，降温后出炉，即得氧传感器芯片成品。

2.根据权利要求1所述的氧传感器芯片的制作方法，其特征在于：所述步骤b中，在切割信号通孔和加热通孔时，首先在相应的基片上画直径为1mm的圆，并在圆圈中切割四个直径为0.1~0.2mm的圆孔，所述四个圆孔匀布在1mm的圆圈中；所述步骤d中导电浆料的印刷图案为直径1mm的圆，印刷图案同时覆盖四个圆孔。

3.根据权利要求1所述的氧传感器芯片的制作方法，其特征在于：所述保护层浆料为掺杂C基材料的氧化铝浆料。