CN110514564A - 一种车用颗粒物传感器陶瓷芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种车用颗粒物传感器陶瓷芯片及制造方法，该芯片包括绝缘陶瓷基板、第一电极、第二电极以及绝缘玻璃层，第一电极和第二电极形成在绝缘陶瓷基板的上表面上，且第一电极和第二电极之间由连续的间隙分隔开，第一电极和第二电极的前段部分向外暴露，使得测量时颗粒物能够落在第一电极和第二电极的前段部分处的间隙上而改变第一电极和第二电极之间的电阻值，靠近测量信号输出端的第一电极和第二电极的后段部分由绝缘玻璃层覆盖，第一电极和/或第二电极还作为加热电极，用来通过加热以去除颗粒物。本发明能够提传感器芯片加热除去颗粒物的效率，并简化芯片结构及其制作。
Description
技术领域
本发明涉及汽车尾气处理领域，尤其是一种车用颗粒物传感器陶瓷芯片及其制造方法。
背景技术
随着环境问题的日益加剧，车辆尾气的排放法规变得更加严格。柴油发动机车辆排放的气体中含有大量的颗粒物(PM)，为减少颗粒物排放量，满足现有的法规，柴油颗粒过滤器(DPF)被广泛应用在柴油发动机车上。颗粒物传感器在检测柴油颗粒过滤器中所捕获的颗粒物数量的同时，通过自身加热颗粒物传感器来除去颗粒物，做到反复使用。
目前已有的颗粒物传感器，大多是多层片式结构，且一般采用先叠压后高温共烧的工艺制备，但现有的颗粒物传感器结构复杂，且加热去颗粒物的效率低，此外，抗热震性以及强度等方面均有待提高。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种车用颗粒物传感器陶瓷芯片及其制造方法，以提高颗粒物传感器陶瓷芯片加热除去颗粒物的效率，并简化芯片结构及其制作。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种车用颗粒物传感器陶瓷芯片，包括绝缘陶瓷基板、第一电极、第二电极以及绝缘玻璃层，所述第一电极和所述第二电极形成在所述绝缘陶瓷基板的上表面上，且所述第一电极和所述第二电极之间由连续的间隙分隔开，所述第一电极和所述第二电极的前段部分向外暴露，使得测量时颗粒物能够落在所述第一电极和所述第二电极的前段部分处的所述间隙上而改变所述第一电极和所述第二电极之间的电阻值，靠近测量信号输出端的所述第一电极和所述第二电极的后段部分由所述绝缘玻璃层覆盖，所述第一电极和/或第二电极还作为加热电极，用来通过加热以去除颗粒物。
进一步地：
所述绝缘玻璃层和/或所述绝缘玻璃层的厚度为20～40μm。
所述绝缘玻璃层的靠近所述第一电极和所述第二电极的前段部分的前端为弧形。
所述第一电极和/或第二电极还作为测温电极，用于测量加热的温度。
所述绝缘陶瓷基板为氧化铝陶瓷基板，厚度为200～3000μm。
所述连续的间隙为规则或者不规则的蛇形、螺旋形或矩形，所述间隙的宽度为30～500μm，优选地，所述连续的间隙包括沿所述绝缘陶瓷基板的长度设置的多道方波形间隙。
一种所述车用颗粒物传感器陶瓷芯片的制作方法，包括以下步骤：
准备所述绝缘陶瓷基板；
在所述绝缘陶瓷基板的上表面上形成所述第一电极和所述第二电极，所述第一电极和所述第二电极之间由连续的间隙分隔开；
在靠近测量信号输出端的所述第一电极和所述第二电极的后段部分上覆盖绝缘玻璃层，而所述第一电极和所述第二电极的前段部分向外暴露，使得测量时颗粒物能够落在所述第一电极和所述第二电极的前段部分处的所述间隙上而改变所述第一电极和所述第二电极之间的电阻值。
进一步地：
所述绝缘玻璃层是用玻璃材料以丝网印刷或喷涂方式涂覆，烧结温度400℃～1200℃、保温时间0.1～3.0小时。
所述第一电极和所述第二电极是由Pt浆、Au浆、Pd-Au浆、Pd-Ag浆中的一种烧结而成，烧结温度800℃～1200℃；所述连续的间隙是通过刻蚀或者丝网印刷方式形成的。
本发明具有如下有益效果：
本发明的车用颗粒物传感器陶瓷芯片，颗粒物检测单元包括处于绝缘陶瓷基板的同一基准面上的第一电极和第二电极，在电极的后段部分上覆盖有绝缘玻璃，这种单层电极结构能同时实现颗粒物浓度检测及将颗粒物从陶瓷芯片去除的功能。相比传统的颗粒物传感器芯片，本发明不仅能够准确快速地测量环境中的颗粒物浓度，而且单层电极结构由绝缘玻璃覆盖并受其保护，玻璃的导热系数低使得发热区域温度均匀，有利于更快地更高效地燃烧堆积的颗粒物，从而提高去除颗粒物的效率，提升颗粒物传感器的快速再生使用性能。同时，本发明的车用颗粒物传感器陶瓷芯片结构相对简单，制作起来容易，降低了颗粒物传感器陶瓷芯片的制作成本。
本发明优选实施例的方案还能获得进一步的优点，将在下文中具体描述。
附图说明
图1为本发明一种实施例的车用颗粒物传感器陶瓷芯片的立体分解结构图。
图2为本发明一种实施例中的加热电极和测温电极的俯视图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1和图2，在一种实施例中，一种车用颗粒物传感器陶瓷芯片，包括绝缘陶瓷基板10、电极层17以及绝缘玻璃层15，电极层17形成在所述绝缘陶瓷基板10的上表面上，电极层17包括第一电极11、12(图中标记11和12分别指在第一电极的两端)、第二电极13、14(图中标记13和14分别指在第二电极的两端)，且所述第一电极11、12和所述第二电极13、14之间由连续的间隙16分隔开，所述第一电极11、12的前段部分和所述第二电极13、14的前段部分向外暴露，使得测量时颗粒物能够落在所述第一电极11、12的前段部分和所述第二电极13、14的前段部分处的所述间隙16上而改变所述第一电极11、12和所述第二电极13、14之间的电阻值，靠近测量信号输出端的所述第一电极11、12的后段部分和所述第二电极13、14的后段部分由所述绝缘玻璃层15覆盖，所述第一电极11、12和/或第二电极13、14还作为加热电极，用来通过加热以去除颗粒物。
本发明的车用颗粒物传感器陶瓷芯片采用单层片式绝缘陶瓷基板10叠加电极层和玻璃层的设计，结构简单，制作起来容易，作为颗粒物检测单元的第一电极11、12和第二电极13、14分布在同一层面，在用于测量测量环境中的颗粒物浓度的同时，还可以加热颗粒物传感器来去除传感器上堆积的颗粒物。由于两个电极的后段部分处于玻璃的覆盖下，利用玻璃的导热系数低使得发热区域温度均匀，有利于更高效地燃烧堆积的颗粒物以去除颗粒物，从而提升了颗粒物传感器的快速再生使用性能。
在优选的实施例中，所述绝缘玻璃层15的厚度为20～40μm。
在优选的实施例中，所述绝缘玻璃层15的靠近所述第一电极11、12和所述第二电极13、14的前段部分的前端为弧形，尤其是向内凹的弧形。前端加热的热分布区域呈现近似的圆形，弧形设计更有利于吻合热分布，使得暴露的前端的整体热分布更好。作为替代，该前端也可以是矩形等。
在优选的实施例中，所述第一电极11、12和/或第二电极13、14还作为测温电极，用于测量加热的温度。优选实施例的结构设计能够同时满足加热功能、测温功能和快速地检测颗粒物及除去颗粒物的功能。通过测温功能的实现，使加热控制更加精准。
在优选的实施例中，所述绝缘陶瓷基板10为氧化铝陶瓷基板，厚度为200～3000μm。
在优选的实施例中，所述连续的间隙16为规则或者不规则的蛇形、螺旋形或矩形，所述间隙16的宽度为30～500μm，优选地，所述连续的间隙16包括沿所述陶瓷基板10的长度设置的多道方波形间隙。
参阅图1和图2，在另一种实施例中，一种所述车用颗粒物传感器陶瓷芯片的制作方法，包括以下步骤：
准备所述绝缘陶瓷基板10；
在所述绝缘陶瓷基板10的上表面上形成所述第一电极11、12和所述第二电极13、14，所述第一电极11、12和所述第二电极13、14之间由连续的间隙16分隔开；
在靠近测量信号输出端的所述第一电极11、12和所述第二电极13、14的后段部分上覆盖所述绝缘玻璃层15，而所述第一电极11、12和所述第二电极13、14的前段部分向外暴露，使得测量时颗粒物能够落在所述第一电极11、12和所述第二电极13、14的前段部分处的所述间隙16上而改变所述第一电极11、12和所述第二电极13、14之间的电阻值，所述第一电极11、12和/或第二电极13、14还作为加热电极，用来通过加热以去除颗粒物。
在优选的实施例中，所述绝缘玻璃层15是用玻璃材料以丝网印刷或喷涂方式涂覆，烧结温度400℃～1200℃、保温时间0.1～3.0小时。
在优选的实施例中，所述第一电极11、12和所述第二电极13、14是由Pt浆、Au浆、Pd-Au浆、Pd-Ag浆中的一种烧结而成，烧结温度800℃～1200℃。所述连续的间隙16是通过刻蚀或者丝网印刷方式形成的。
以下进一步描述本发明的具体实施例。
一种车用颗粒物传感器陶瓷芯片，矩形绝缘陶瓷基板10的一面设有第一电极11、12和第二电极13、14，第一电极11、12和第二电极13、14被一条连续间隙16隔开，第一电极11、12和第二电极13、14的后段部分上面覆盖绝缘玻璃层15；第一电极11、12和第二电极13、14借助堆积于第一电极11、12和第二电极13、14之间的导电或半导电颗粒来相互连接，从而使得第一电极11、12和第二电极13、14之间的电阻值发生变化。第一电极11、12和/或者第二电极13、14也作为加热电极，第一电极11、12和/或者第二电极13、14还作为测温电极。这种车用颗粒物传感器陶瓷芯片，结构简单，单层电极结构能同时实现颗粒物检测、加热去除以及测温功能。上述矩形基板为单层氧化铝陶瓷基板，基板厚度为200～3000μm。上述测温电极和加热电极所用的电极内浆可以是Pt浆、Au浆、Pd-Au浆、Pd-Ag浆中的一种；采用丝网印刷方式将电极浆料印刷于绝缘陶瓷基板10一面，烧结温度800℃～1200℃。上述加热电极和测温电极分布在绝缘陶瓷基板10的表面，被一条连续间隙16隔开，所述间隙16为规则或者不规则的蛇形、螺旋形或矩形，所述间隙16的宽度为30～500μm，通过丝网印刷或刻蚀工艺形成。上述第一电极11、12和第二电极13、14的后端上面覆盖绝缘玻璃层15，绝缘玻璃层15的前端呈弧形或矩形，其厚度为20～40μm，烧结温度400℃～1200℃、保温时间0.1～3.0小时。导电或半导电颗粒物堆积在上述的电极间隙16中，使得上述第一电极11、12和第二电极13、14相互连接，使上述第一电极11、12和第二电极13、14之间的电阻值值随颗粒物的数量呈降低趋势。
一种车用颗粒物传感器陶瓷芯片制造方法包含以下步骤：
一、采用绝缘氧化铝陶瓷基板，所述陶瓷基板厚度为200～3000μm。
二、采用丝网印刷方式将电极内浆料印刷于绝缘陶瓷基板10的一面，厚度3～40μm，烧结温度800℃～1200℃，保温时间0.1～3.0小时。测温电极和加热电极所用的电极内浆可以是Pt浆、Au浆、Pd-Au浆、Pd-Ag浆中的一种。
三、采用刻蚀方法，在整面电极刻蚀第一电极11、12及第二电极13、14，电极图案包括规则或者不规则的蛇形、螺旋形或矩形，电极间隙16的宽度为30～500μm。
四、在第一电极11、12和第二电极13、14的后段上面丝网印刷覆盖绝缘玻璃层15，其前端呈弧形或矩形，厚度为20～40μm，烧结温度400℃～1200℃、保温时间0.1～3.0小时。
第一电极11、12、第二电极13、14具有一定的电阻值，其阻值是可以设定的，可用来加热或测量温度。工作时，在第一电极11、12与第二电极13、14之间，导电或半导电颗粒物堆积在其中，其电阻值随颗粒物的数量呈降低趋势。
示例一
一种车用颗粒物传感器陶瓷芯片，采用绝缘氧化铝陶瓷基板，陶瓷基板厚度为200μm。测温电极和加热电极所用的电极内浆是Pt浆。采用丝网印刷方式将电极内浆料印刷于陶瓷基板的一个整面，厚度为10μm，烧结温度1200℃，保温时间1.0小时。再采用刻蚀方法，在整面电极刻蚀第一电极及第二电极，电极图案为规则矩形，电极间隙的宽度为30μm。在第一电极和第二电极的后段上面丝网印刷覆盖绝缘玻璃层，其前端呈弧形，厚度为20μm，烧结温度910℃、保温时间0.5小时。第一电极电阻值是3.57Ω，第二电极电阻值是3.61Ω，均可用来加热或测量温度。第一电极与第二电极之间电阻值是5MΩ，导电或半导电颗粒物堆积在其中，其电阻值随颗粒物的数量呈降低趋势。
示例二
一种车用颗粒物传感器陶瓷芯片，采用绝缘氧化铝陶瓷基板，陶瓷基板厚度为480μm。测温电极和加热电极所用的电极内浆是Pt浆。采用丝网印刷方式将电极内浆料印刷于陶瓷基板的一个整面，厚度为10μm，烧结温度1100℃，保温时间1.0小时。再采用刻蚀方法，在整面电极刻蚀第一电极及第二电极，电极图案为规则矩形，电极间隙的宽度为50μm。在第一电极和第二电极的后段上面丝网印刷覆盖绝缘玻璃层，其前端呈弧形，厚度为30μm，烧结温度850℃、保温时间0.5小时。第一电极电阻值是3.57Ω，第二电极电阻值是3.61Ω，均可用来加热或测量温度。第一电极与第二电极之间电阻值是10MΩ，导电或半导电颗粒物堆积在其中，其电阻值随颗粒物的数量呈降低趋势。
示例三
一种车用颗粒物传感器陶瓷芯片，采用绝缘氧化铝陶瓷基板，陶瓷基板厚度为1200μm。测温电极和加热电极所用的电极内浆是Pd-Ag浆。采用丝网印刷方式将电极内浆料印刷于陶瓷基板的一面，厚度10μm，第一电极及第二电极图案为矩形，电极间隙的宽度为100μm，烧结温度1000℃，保温时间0.5小时。在第一电极和第二电极的后段上面丝网印刷覆盖绝缘玻璃层，其前端呈弧形，厚度为40μm，烧结温度850℃、保温时间0.5小时。第一电极电阻值是3.57Ω，第二电极电阻值是3.61Ω，均可用来加热或测量温度。第一电极与第二电极之间电阻值是20MΩ，导电或半导电颗粒物堆积在其中，其电阻值随颗粒物的数量呈降低趋势。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种车用颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，包括绝缘陶瓷基板、第一电极、第二电极以及绝缘玻璃层，所述第一电极和所述第二电极形成在所述绝缘陶瓷基板的上表面上，且所述第一电极和所述第二电极之间由连续的间隙分隔开，所述第一电极和所述第二电极的前段部分向外暴露，使得测量时颗粒物能够落在所述第一电极和所述第二电极的前段部分处的所述间隙上而改变所述第一电极和所述第二电极之间的电阻值，靠近测量信号输出端的所述第一电极和所述第二电极的后段部分由所述绝缘玻璃层覆盖，所述第一电极和/或第二电极还作为加热电极，用来通过加热以去除颗粒物。
2.如权利要求1所述的车用颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述绝缘玻璃层的厚度为20～40μm。
3.如权利要求1或2所述的车用颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述绝缘玻璃层的靠近所述第一电极和所述第二电极的前段部分的前端为弧形。
4.如权利要求1或2所述的车用颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述第一电极和/或第二电极还作为测温电极，用于测量加热的温度。
5.如权利要求1或2所述的车用颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述绝缘陶瓷基板为氧化铝陶瓷基板，厚度为200～3000μm。
6.如权利要求1或2所述的车用颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述连续的间隙为规则或者不规则的蛇形、螺旋形或矩形，所述间隙的宽度为30～500μm，优选地，所述连续的间隙包括沿所述陶瓷基板的长度设置的多道方波形间隙。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的车用颗粒物传感器陶瓷芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
准备所述绝缘陶瓷基板；
在所述绝缘陶瓷基板的上表面上形成所述第一电极和所述第二电极，所述第一电极和所述第二电极之间由连续的间隙分隔开；
在靠近测量信号输出端的所述第一电极和所述第二电极的后段部分上覆盖绝缘玻璃层，而所述第一电极和所述第二电极的前段部分向外暴露，使得测量时颗粒物能够落在所述第一电极和所述第二电极的前段部分处的所述间隙上而改变所述第一电极和所述第二电极之间的电阻值；所述第一电极和/或第二电极还作为加热电极，用来通过加热以去除颗粒物。
8.根据权利要求8所述的车用颗粒物传感器陶瓷芯片的绝缘玻璃层，其特征在于，所述绝缘玻璃层是用玻璃材料以丝网印刷或喷涂方式涂覆，烧结温度400℃～1200℃、保温时间0.1～3.0小时。
9.根据权利要求1或2所述的车用颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极是由Pt浆、Au浆、Pd-Au浆、Pd-Ag浆中的一种烧结而成，烧结温度800℃～1200℃；所述连续的间隙是通过刻蚀或者丝网印刷方式形成的。
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