CN108333243A - 智能氮氧传感器感应芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传感器感应芯片领域，尤其是智能氮氧传感器感应芯片。该感应芯片包括外电极、电极触点一、上层氧化锆基板、副泵内电极、主泵内电极、中层氧化锆基板、参比空气电极、测量泵内电极、电极触点二、底层氧化锆基板、绝缘包裹层、电极触点三、参比空气通道、第一测量腔、第二测量腔和加热线路，所述外电极、引线、电极触点一印刷在上层氧化锆基板的上端面；所述副泵内电极、主泵内电极、引线印刷在上层氧化锆基板的下端面；所述测量泵内电极和参比空气电极印刷在底层氧化锆基板的上端面；所述底层氧化锆基板上印刷有加热线路、电极触点三、两层绝缘包裹层。该发明使用三层氧化锆基板，其制备工序简单、生产效率高、稳定性好。

Description

智能氮氧传感器感应芯片
技术领域
本发明涉及传感器感应芯片领域，尤其是智能氮氧传感器感应芯片。
背景技术
目前已有的氧化锆电流型氮氧传感器芯片是由NGK公司生产的（详见专利US20090242400），其由六层氧化锆基板构建而成，如图1(a)所示。该芯片从结构上含有第一测量腔、第二测量腔、参比空气通道和加热单元，第一测量腔和外界之间以及第一和第二测量腔之间设置有扩散障碍层。该芯片NOx测量部分由主泵、副泵和测量泵组成。在工作时，汽车尾气经过扩散障碍层散到第一测量腔，尾气中HC、CO、H2在第一测量腔被氧化，主泵通过反馈调节维持副泵泵电流固定且使第一测量腔的氧浓度在稳定尾气状态下达到一个恒定的氧浓度值，这样就确保了从第一测量腔扩散到第二测量腔的氧量固定，且NOx能在第一测量腔不被还原，并顺利扩散至第二测量腔。通过副泵作用将第二测量腔的氧浓度维持在一个较低的恒定值，该浓度使NOx在测量泵的催化电极作用下刚好能完全分解成N2和O2，分解的氧气在测量泵的作用下被泵出并形成泵电流，那么该测量泵电流的大小与NOx浓度成正比。
该氮氧传感器为了获得较高的测量精度，工作时需要将传感和测量部位的温度一直维持在850°C左右；与此同时为了获得更快的启动时间以满足高排放法规的要求，其集成的加热电路必须具有足够高的加热功率。因该芯片由6层氧化锆基片集合而成，而其加热器只能设置在底部，因此多层氧化锆之间的温度梯度很大，导致温度控制难度增加并影响了测量精度和结构稳定性；而且其制造工艺的复杂度大幅提高，生产效率和成品率较难控制。
此外该芯片5个测量信号电极触点和3个加热单元电极触点密集分布在连接端头的上下表面，在芯片宽度受限的情况下，电极触点的宽度和相邻距离都非常小，极易造成接触不良或导通的情况；且为了集中布置8个电极触点，需要内部引线做迂回处理，容易引起断点。
发明内容
为了克服现有的感应芯片容易接触不良或断点的不足，本发明提供了智能氮氧传感器感应芯片。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能氮氧传感器感应芯片，包括外电极、电极触点一、上层氧化锆基板、副泵内电极、主泵内电极、中层氧化锆基板、参比空气电极、测量泵内电极、电极触点二、底层氧化锆基板、绝缘包裹层、电极触点三、参比空气通道、第一测量腔、第二测量腔和加热线路，所述外电极、引线、电极触点一印刷在上层氧化锆基板的上端面；所述副泵内电极、主泵内电极、引线印刷在上层氧化锆基板的下端面；所述副泵内电极、主泵内电极、引线通过过孔与电极触点一连接；所述测量泵内电极和参比空气电极印刷在底层氧化锆基板的上端面；所述测量泵内电极和参比空气电极通过引线延伸至端头与两侧的电极触点二连接；所述底层氧化锆基板上印刷有加热线路、电极触点三、两层绝缘包裹层；所述加热线路包裹在两层绝缘包裹层之间；所述电极触点三裸露在外；所述中层氧化锆基板通过冲切加工成第一测量腔、第二测量腔和参比空气通道。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述电极触点一数量为三个。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述电极触点二数量为两个。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述电极触点三数量为三个。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述上层氧化锆基板、中层氧化锆基板、底层氧化锆基板、绝缘包裹层之间通过叠层和共烧工艺集成为一体。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述中层氧化锆基板上端面设有第一扩散障碍通道和第二扩散障碍通道。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述电极触点一水平均匀分布在上层氧化锆基板的端面上，电极触点三水平均匀分布在底层氧化锆基板的端面上，电极触点二位于该芯片的左右两侧。
本发明的有益效果是，该发明使用三层氧化锆基板，其制备工序简单、生产效率高、稳定性好。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的分解图；
图3是电极触点分布图；
图中1. 外电极，2. 电极触点一，3. 上层氧化锆基板，4. 副泵内电极，5. 主泵内电极，6. 中层氧化锆基板，7. 参比空气电极，8. 测量泵内电极，9. 电极触点二，10. 底层氧化锆基板，11. 绝缘包裹层，12. 电极触点三，13. 参比空气通道，14. 第一扩散障碍通道，15. 第一测量腔，16. 第二扩散障碍通道，17. 第二测量腔，18. 加热线路。
具体实施方式
如图1是本发明的结构示意图，图2是本发明的分解图，图3是电极触点分布图，一种智能氮氧传感器感应芯片，包括外电极1、电极触点一2、上层氧化锆基板3、副泵内电极4、主泵内电极5、中层氧化锆基板6、参比空气电极7、测量泵内电极8、电极触点二9、底层氧化锆基板10、绝缘包裹层11、电极触点三12、参比空气通道13、第一测量腔15、第二测量腔17和加热线路18，所述外电极1、引线、电极触点一2印刷在上层氧化锆基板3的上端面；所述副泵内电极4、主泵内电极5、引线印刷在上层氧化锆基板3的下端面；所述副泵内电极4、主泵内电极5、引线通过过孔与电极触点一2连接；所述测量泵内电极8和参比空气电极7印刷在底层氧化锆基板10的上端面；所述测量泵内电极8和参比空气电极7通过引线延伸至端头与两侧的电极触点二9连接；所述底层氧化锆基板10上印刷有加热线路18、电极触点三12、两层绝缘包裹层11；所述加热线路18包裹在两层绝缘包裹层11之间；所述电极触点三12裸露在外；所述中层氧化锆基板6通过冲切加工成第一测量腔15、第二测量腔17和参比空气通道13。所述电极触点一2数量为三个。所述电极触点二9数量为两个。所述电极触点三12数量为三个。所述上层氧化锆基板3、中层氧化锆基板6、底层氧化锆基板10、绝缘包裹层11之间通过叠层和共烧工艺集成为一体。所述中层氧化锆基板6上端面设有第一扩散障碍通道14和第二扩散障碍通道16。所述电极触点一2水平均匀分布在上层氧化锆基板3的端面上，电极触点三12水平均匀分布在底层氧化锆基板10的端面上，电极触点二9位于该芯片的左右两侧。。
结合附图1和附图2所示，该芯片仅用上层氧化锆基板3、中层氧化锆基板6、底层氧化锆基板10这三层氧化锆基板来构建所需的第一测量腔15、第二测量腔17、参比空气通道13和加热部分。其测量部分由副泵内电极4、主泵内电极5、参比空气电极7、测量泵内电极8、（主泵、副泵、测量泵的）外电极1这五个电极组成了主泵单元、副泵单元和测量泵单元，其加热部分由三个电极触点三12组成，加热线路18由绝缘包裹层11包裹。如附图3所示，该芯片端头的8个电极触点采用4周均匀分布，除了上下对称分布6个电极触点外，左右两侧也分布2个电极触点。
汽车尾气经过第一扩散障碍通道14散到第一测量腔15，尾气中HC、CO、H2在第一测量,15被氧化，主泵通过VP0反馈调节维持副泵泵电流IP1固定且使第一测量腔15的氧浓度V0在稳定尾气状态下达到一个恒定的氧浓度值，这样就确保了从第一测量腔15扩散到第二测量腔17的氧量固定，且NOx能在第一测量腔15不被还原，并顺利扩散至第二测量腔17。这里主泵电流IP0的大小跟尾气空燃比成线性关系；通过副泵VP1作用将第二测量腔的氧浓度维持在一个较低的恒定值V1，在该氧浓度状态下，通过调节测量泵VP2使测量泵内电极周围氧浓度降至更低的V2状态，并在电极的催化作用下使NOx完全分解成N2和O2，分解的氧气在测量泵的作用下被泵出并形成泵电流IP2，那么该测量泵电流IP2的大小与NOx浓度成正比。

Claims (7)

1.一种智能氮氧传感器感应芯片，其特征是，包括外电极（1）、电极触点一（2）、上层氧化锆基板（3）、副泵内电极（4）、主泵内电极（5）、中层氧化锆基板（6）、参比空气电极（7）、测量泵内电极（8）、电极触点二（9）、底层氧化锆基板（10）、绝缘包裹层（11）、电极触点三（12）、参比空气通道（13）、第一测量腔（15）、第二测量腔（17）和加热线路（18），所述外电极（1）、引线、电极触点一（2）印刷在上层氧化锆基板（3）的上端面；所述副泵内电极（4）、主泵内电极（5）、引线印刷在上层氧化锆基板（3）的下端面；所述副泵内电极（4）、主泵内电极（5）、引线通过过孔与电极触点一（2）连接；所述测量泵内电极（8）和参比空气电极（7）印刷在底层氧化锆基板（10）的上端面；所述测量泵内电极（8）和参比空气电极（7）通过引线延伸至端头与两侧的电极触点二（9）连接；所述底层氧化锆基板（10）上印刷有加热线路（18）、电极触点三（12）、两层绝缘包裹层（11）；所述加热线路（18）包裹在两层绝缘包裹层（11）之间；所述电极触点三（12）裸露在外；所述中层氧化锆基板（6）通过冲切加工成第一测量腔（15）、第二测量腔（17）和参比空气通道（13）。
2.根据权利要求1所述的智能氮氧传感器感应芯片，其特征是，所述电极触点一（2）数量为三个。
3.根据权利要求1所述的智能氮氧传感器感应芯片，其特征是，所述电极触点二（9）数量为两个。
4.根据权利要求1所述的智能氮氧传感器感应芯片，其特征是，所述电极触点三（12）数量为三个。
5.根据权利要求1所述的智能氮氧传感器感应芯片，其特征是，所述上层氧化锆基板（3）、中层氧化锆基板（6）、底层氧化锆基板（10）、绝缘包裹层（11）之间通过叠层和共烧工艺集成为一体。
6.根据权利要求1所述的智能氮氧传感器感应芯片，其特征是，所述中层氧化锆基板（6）上端面设有第一扩散障碍通道（14）和第二扩散障碍通道（16）。
7.根据权利要求1所述的智能氮氧传感器感应芯片，其特征是，所述电极触点一（2）水平均匀分布在上层氧化锆基板（3）的端面上，电极触点三（12）水平均匀分布在底层氧化锆基板（10）的端面上，电极触点二（9）位于该芯片的左右两侧。
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