CN104034781A - 一种片式宽域氧传感器芯片的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种片式宽域氧传感器芯片的制作方法，包括以下步骤：步骤1，将氧化钇稳定氧化锆粉体制成稳定均匀的浆料并流延，剪切形成第一层流延基片、第二层流延基片、第三层流延基片、第四层流延基片、第五层流延基片以及第六层流延基片；步骤2，对第二层流延基片进行打孔形成扩散空腔，对第三层流延基片进行打孔形成扩散通道，对第四层流延基片进行打孔形成反应空腔，对第六层流延基片进行打孔形成导电孔。本发明通过采用有机烧结挥发片填充空腔，同时配合等静压叠合，有效的提高了传感器的强度，另外等静压比传统热层压叠合效果好，且不会对传感器生坯造成内应力，能有效提高传感器的合格率和使用寿命。

Description

一种片式宽域氧传感器芯片的制作方法

技术领域

本发明涉及传感器技术，尤其涉及一种片式宽域氧传感器芯片的制作方法。

背景技术

稀薄燃烧技术可以提高燃油效率降低尾气污染物的排放，但稀燃烧容易造成发动机熄火，且混合不合理会产生过量的NOx化合物，导致环境污染，宽域氧传感器可以精确监测全范围汽车尾气中的准确氧含量，来反应发动机运行状况，然后发动机电脑(ECU)才能根据其实时状况进行调整，从而提高燃烧效率、降低污染排放量和检测三元催化运行状况。

在现有技术中，传感器在叠压过程中，加热电极的受力通常是不均匀的，会造成电阻丝变形，在加热过程中增加热应力，导致加热电极烧断，从而影响传感器寿命，而且参比通道气室比较大，在传感器中形成一个大的空腔，会降低传感器工作区域的强度，使传感器失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种片式宽域氧传感器芯片的制作方法，有效的提高了传感器的强度，且不会对传感器生坯造成内应力，能有效提高传感器的合格率和使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种片式宽域氧传感器芯片的制作方法，包括以下步骤：

步骤1，将氧化钇稳定氧化锆粉体制成稳定均匀的浆料并流延，剪切形成第一层流延基片、第二层流延基片、第三层流延基片、第四层流延基片、第五层流延基片以及第六层流延基片；

步骤2，对第二层流延基片进行打孔形成扩散空腔，对第三层流延基片进行打孔形成扩散通道，对第四层流延基片进行打孔形成反应空腔，对第六层流延基片进行打孔形成导电孔；

步骤3，在第三层流延基片的上表面丝网印刷信号外泵电极和保护层，在下表面丝网印刷有信号内泵电极；在第三层流延基片与第四层流延基片之间印刷有参比电极以及覆盖在参比电极上下表面的第一绝缘层；在第五层流延基片与第六层流延基片之间印刷有加热电极以及覆盖在加热电极的上下表面的第二绝缘层；在第六层流延基片的导电孔中填充电极引脚；

步骤4，制备烧结挥发片和环形扩散障碍层，并将扩散障碍层填充在反应空腔内，并将烧结挥发片填充在扩散障碍层与反应空腔的内壁之间；

步骤5，将第一层流延基片、第二层流延基片、第三层流延基片、第四层流延基片、第五层流延基片以及第六层流延基片由上而下依次进行叠合，再进行温等静压压制，形成坯材，再对坯材进行切割处理，形成单个芯片生坯；

步骤6，进行烧结处理。

进一步地，所述温等静压压制的压力在15Mpa至25Mpa之间，温度在65℃至85℃之间；所述烧结的温度在1450℃至1550℃之间。

进一步地，所述信号外泵电极、信号内泵电极、参比电极的印刷浆料是由铂与氧化锆陶瓷按质量分数比为99:1～90:10配制后的粉料再加粘结剂调和而成，配制的粉料与粘结剂按质量分数比为1:0.4～1:0.5进行配制。

进一步地，所述加热电极的印刷浆料是由铂与粘结剂按质量分数比为1:0.25～1:0.4进行配制并调和而成。

进一步地，所述第一绝缘层和第二绝缘层的印刷浆料是由氧化铝：玻璃料：粘结剂按质量分数比为：(80～99):(1～20):(25～40)进行配制并调和而成。

进一步地，所述保护层的印刷浆料是由氧化铝、造孔剂和粘结剂按质量分数比为(6～9):(1～4)：(2.5～4)进行配制而成。

进一步地，所述扩散障碍层的流延浆料是由氧化铝、造孔剂、溶剂和粘结剂按质量分数比为：100:(1～5):(50～60):(30～50)进行配制而成。

进一步地，所述扩散障碍层的印刷浆料是由氧化锆、氧化铝和粘结剂按质量分数比为5:5:(3～4)进行配制而成。

进一步地，所述烧结挥发片的流延浆料是由有机物粉料、溶剂和粘结剂按质量分数比为：100:(50～60):(30～50)进行配制并调和而成，有机物粉料可以是淀粉、石墨粉或其他有机粉体。

上述技术方案至少具有如下有益效果：本发明通过采用有机烧结挥发片填充空腔，同时配合等静压叠合，有效的提高了传感器的强度，另外等静压比传统热层压叠合效果好，且不会对传感器生坯造成内应力，能有效提高传感器的合格率和使用寿命。

附图说明

图1是本发明片式宽域氧传感器芯片的纵向剖视图。

图2是本发明片式宽域氧传感器芯片设有烧结挥发片时的纵向剖视图。

图3是本发明片式宽域氧传感器芯片的横向剖视图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1至图3所示，本发明实施例的片式宽域氧传感器芯片的制作方法，包括以下步骤：

步骤1，将5％mol的氧化钇稳定氧化锆粉体制成稳定均匀的浆料并流延，剪切形成第一层流延基片1、第二层流延基片2、第三层流延基片3、第四层流延基片4、第五层流延基片5以及第六层流延基片6，流延的浆料是由陶瓷粉、溶剂乙醇和流延胶按重量比为100:50:30调和均匀制得，其中，流延胶由乙醇：聚乙烯醇缩丁醛：聚乙二醇按重量比为100:50:20的比例配制而成；

步骤2，对第二层流延基片2进行打孔形成扩散空腔21，对第三层流延基片3进行打孔形成扩散通道31，对第四层流延基片4进行打孔形成反应空腔41，对第六层流延基片6进行打孔形成导电孔61；

步骤3，在第三层流延基片3的上表面丝网印刷信号外泵电极7和保护层8，在下表面丝网印刷有信号内泵电极9；在第三层流延基片3与第四层流延基片4之间印刷有参比电极13以及覆盖在参比电极13上下表面的第一绝缘层12；在第五层流延基片5与第六层流延基片6之间印刷有加热电极14以及覆盖在加热电极14的上下表面的第二绝缘层16；在第六层流延基片6的导电孔61中填充电极引脚15；为了使信号更稳定，在步骤3中还包括在第五层流延基片5的上表面丝网印刷与信号内泵电极9对应的信号内泵电极。

步骤4，制备烧结挥发片17和环形扩散障碍层10，并将扩散障碍层10填充在反应空腔41内，并将烧结挥发片17填充在扩散障碍层10与反应空腔41的内壁之间；

步骤5，将第一层流延基片1、第二层流延基片2、第三层流延基片3、第四层流延基片4、第五层流延基片5以及第六层流延基片6由上而下依次进行叠合，再进行温等静压压制，形成坯材，再对坯材进行切割处理，形成单个芯片生坯；温等静压压制的压力在15Mpa至25Mpa之间，温度在65℃至85℃之间

步骤6，进行烧结处理，具体地，将上述切割好的芯片生坯置于炉硅钼棒高温炉中进行排胶和烧结，排胶升温速度在0.5℃/分钟以下，到550℃进行烧结升温，烧结温度控制在1450℃～1550℃，优选1500℃，一般烧结2小时，烧结中高温使有烧结挥发片17挥发形成空腔。

其中，信号外泵电极7、信号内泵电极9、参比电极13的印刷浆料A是由铂与氧化锆陶瓷按质量分数比为99:1～90:10配制后的粉料再加粘结剂调和而成，配制的粉料与粘结剂按质量分数比为1:0.4～1:0.5进行配制，具体地，印刷浆料A是由1um铂粉与45nm的氧化锆陶瓷粉按质量分数比为：99:1配制后再加粘结剂调和而成，配制的粉料与乙基纤维素粘结剂按质量分数比为：1:0.4进行配制，乙基纤维素粘结剂由乙基纤维素粉与有机溶剂按照1:1的比例充分溶解制成。

加热电极14的印刷浆料B是由铂与粘结剂调按质量分数比为1:0.25～1:0.4进行配制并调和而成，具体地，印刷浆料B是由1um铂粉与乙基纤维素粘结剂按质量分数比为：1:0.4调和配制而成。

第一绝缘层12和第二绝缘层16的印刷浆料C是由氧化铝：玻璃料：粘结剂按质量分数比为：(80～99):(1～20):(25～40)进行配制并调和而成，具体地，印刷浆料C是由1um氧化铝粉、1um的软化点1000℃玻璃料和乙基纤维素粘结剂按质量分数比为：85:15:30进行配制并调和而成。

保护层8的印刷浆料是由氧化铝、造孔剂和粘结剂按质量分数比为(6～9):(1～4)：(2.5～4)进行配制而成。

扩散障碍层10的流延浆料是由氧化铝、造孔剂、溶剂和粘结剂按质量分数比为：100:(1～5):(50～60):(30～50)进行配制而成，扩散障碍层10的印刷浆料是由氧化锆、氧化铝和粘结剂按质量分数比为5:5:(3～4)进行配制而成。

烧结挥发片17的流延浆料是由有机物粉料、溶剂和粘结剂按质量分数比为：100:(50～60):(30～50)进行配制并调和而成，有机物粉料可以是淀粉、石墨粉或其他有机粉体。

在第三层流延基片3的上端面先用绝缘层浆料印刷信号外泵电极7部分的绝缘，然后印刷信号外泵电极7，然后再在信号外泵电极7的上方印刷保护层8，在反面先用绝缘层浆料印刷信号外泵电极7的绝缘，然后在第三层流延基片3的下表面丝网印刷有信号内泵电极9，为了使信号更稳定，在第五层流延基片5的上表面丝网印刷与信号内泵电极9对应的信号内泵电极，因为氧化钇稳定氧化锆制成的基片在高温状态下具有导电功能，而该传感器的工作温度有780℃，为了去除线路部分对信号的干扰，所以对电极线路部分做了很好的绝缘处理。

烧结挥发片17在烧结过程中会挥发掉，无需与第三层流延基片3和第五层流延基片5粘结紧密，但是扩散障碍层10必须与第三层流延基片3和第五层流延基片5粘结紧密，故叠压前需要分别在第三层流延基片3的下表面和第五层流延基片5的上表面用粘结浆料E印刷一层粘结层，该粘结层能有效粘结流延基片与扩散障碍层10，其中，粘结浆料E是由1um氧化铝粉、45nm的氧化锆陶瓷粉按质量分数比为：4:6配制后再加粘结剂调和而成，配制的粉料与乙基纤维素粘结剂按质量分数比为：1:0.4调和配制而成。

综上，本发明通过采用有机烧结挥发片17填充反应空腔41，同时配合等静压叠合，有效的提高了传感器的强度，另外等静压比传统热层压叠合效果好，且不会对传感器生坯造成内应力，能有效提高传感器的合格率和使用寿命。

以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种片式宽域氧传感器芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将氧化钇稳定氧化锆粉体制成稳定均匀的浆料并流延，剪切形成第一层流延基片、第二层流延基片、第三层流延基片、第四层流延基片、第五层流延基片以及第六层流延基片；

步骤2，对第二层流延基片进行打孔形成扩散空腔，对第三层流延基片进行打孔形成扩散通道，对第四层流延基片进行打孔形成反应空腔，对第六层流延基片进行打孔形成导电孔；

步骤3，在第三层流延基片的上表面丝网印刷信号外泵电极和保护层，在下表面丝网印刷有信号内泵电极；在第三层流延基片与第四层流延基片之间印刷有参比电极以及覆盖在参比电极上下表面的第一绝缘层；在第五层流延基片与第六层流延基片之间印刷有加热电极以及覆盖在加热电极的上下表面的第二绝缘层；在第六层流延基片的导电孔中填充电极引脚；

步骤4，制备烧结挥发片和环形扩散障碍层，并将扩散障碍层填充在反应空腔内，并将烧结挥发片填充在扩散障碍层与反应空腔的内壁之间；

步骤5，将第一层流延基片、第二层流延基片、第三层流延基片、第四层流延基片、第五层流延基片以及第六层流延基片由上而下依次进行叠合，再进行温等静压压制，形成坯材，再对坯材进行切割处理，形成单个芯片生坯；

步骤6，进行烧结处理。

2.如权利要求1所述的片式宽域氧传感器芯片的制作方法，其特征在于，所述温等静压压制的压力在15Mpa至25Mpa之间，温度在65℃至85℃之间；所述烧结的温度在1450℃至1550℃之间。

3.如权利要求1所述的片式宽域氧传感器芯片的制作方法，其特征在于，所述信号外泵电极、信号内泵电极、参比电极的印刷浆料是由铂与氧化锆陶瓷按质量分数比为99:1～90:10配制后的粉料再加粘结剂调和而成，配制的粉料与粘结剂按质量分数比为1:0.4～1:0.5进行配制。

4.如权利要求1所述的片式宽域氧传感器芯片的制作方法，其特征在于，所述加热电极的印刷浆料是由铂与粘结剂按质量分数比为1:0.25～1:0.4进行配制并调和而成。

5.如权利要求1所述的片式宽域氧传感器芯片的制作方法，其特征在于，所述第一绝缘层和第二绝缘层的印刷浆料是由氧化铝：玻璃料：粘结剂按质量分数比为：(80～99):(1～20):(25～40)进行配制并调和而成。

6.如权利要求1所述的片式宽域氧传感器芯片的制作方法，其特征在于，所述保护层的印刷浆料是由氧化铝、造孔剂和粘结剂按质量分数比为(6～9):(1～4)：(2.5～4)进行配制而成。

7.如权利要求1所述的片式宽域氧传感器芯片的制作方法，其特征在于，所述扩散障碍层的流延浆料是由氧化铝、造孔剂、溶剂和粘结剂按质量分数比为：100:(1～5):(50～60):(30～50)进行配制而成。

8.如权利要求1所述的片式宽域氧传感器芯片的制作方法，其特征在于，所述扩散障碍层的印刷浆料是由氧化锆、氧化铝和粘结剂按质量分数比为5:5:(3～4)进行配制而成。

9.如权利要求1所述的片式宽域氧传感器芯片的制作方法，其特征在于，所述烧结挥发片的流延浆料是由有机物粉料、溶剂和粘结剂按质量分数比为：100:(50～60):(30～50)进行配制并调和而成，有机物粉料可以是淀粉、石墨粉或其他有机粉体。