CN115078502B - 一种分步集成的氨气传感器芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分步集成的氨气传感器芯片及其制作方法，其中氨气传感器芯片包括封盖基片烧结体和功能烧结体，封盖基片烧结体具体为由封盖基片在高温烧结下成型，功能烧结体具体为由带有功能单元的基体在高温烧结下成型；功能烧结体中暴露的催化底层电极上涂覆有氨敏催化层并构成氨敏催化电极；氨气传感器芯片为由封盖基片烧结体与形成有氨敏催化电极的功能烧结体的顶部通过玻璃粘接浆料粘接后在低温烧结下成型；本发明基于极限电流原理测量氨气含量，实现了测量精度高和结构紧凑的统一；将芯片分两步烧结而不是共烧结，在第一次高温烧结后涂敷氨敏催化层，再在较低温度烧结形成整体，保证了氨敏电极的活性。
Description
技术领域
本发明涉及氨气传感器领域，具体涉及一种分步集成的氨气传感器芯片及其制作方法。
背景技术
氨气传感器目前没有成熟的产品，仅仅用于试验的氨气传感器其原理也是采用氧化锆的浓差电势原理，在其中一极上涂有氨敏感材料，与未涂的电极相比，因催化氨分解消耗氧从而造成氧浓差，产生的电势大小对应了环境氨气的浓度。电势差型的氨气传感器受环境影响大，不适合直接做汽车尾气环境的氨气传感器，仅仅依靠氨敏感电极的电势差不足以产生明显的电势差别，从而也不足以分辨氨气的浓度，因此其测量精度较低。采用极限电流原理传统的片式氧化锆共烧结的方式制作氨气传感器芯片，但是氨敏电极材料不能承受1300℃以上的高温烧结，因此需要在结构和工艺上做一些改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种分步集成的氨气传感器芯片及其制作方法，提高其测量精度。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种分步集成的氨气传感器芯片，包括封盖基片烧结体和功能烧结体，所述封盖基片烧结体具体为由封盖基片在高温烧结下成型，所述功能烧结体具体为由带有功能单元的基体在高温烧结下成型；
所述功能单元包括分布在基体中的第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室；所述第一腔室与所述第二腔室连通，所述第三腔室和所述第四腔室分别对应与环境气和大气连通；所述第一腔室内印刷有活化电极，所述第二腔室内印刷有辅助电极和催化底层电极，且所述催化底层电极暴露于所述基体的顶部；所述第三腔室内印刷有公共电极和公共电极引线，所述第四腔室内印刷有参考电极和参考电极引线；所述功能单元还包括印刷在基体中的加热电阻以及印刷在基体底部的加热电阻引脚，所述加热电阻通过印刷在基体内的加热电阻引线与所述加热电阻引脚相连；
所述功能烧结体中暴露的所述催化底层电极上涂覆有氨敏催化层，涂覆有所述氨敏催化层的所述催化底层电极构成氨敏催化电极；
所述氨气传感器芯片为由所述封盖基片烧结体与形成有所述氨敏催化电极的所述功能烧结体的顶部通过玻璃粘接浆料粘接后在低温烧结下成型；
其中，所述高温具体为高于所述氨敏催化层所能承受的温度，所述低温具体为低于所述氨敏催化层所能承受的温度；
所述玻璃粘接浆料包括玻璃粉、钇稳定氧化锆粉和有机载体；所述钇稳定氧化锆粉与所述玻璃粉的质量比为10～20∶90～80，所述有机载体与由所述玻璃粉和所述钇稳定氧化锆粉组成的粉体的质量比为1∶1。
基于上述一种分步集成的氨气传感器芯片，本发明还提供一种分步集成的氨气传感器芯片的制作方法。
一种分步集成的氨气传感器芯片的制作方法，用于制作上述所述的分步集成的氨气传感器芯片，包括以下步骤：
制作封盖基片和带有功能单元的基体；其中，所述功能单元包括分布在基体中的第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室；所述第一腔室与所述第二腔室连通，所述第三腔室和所述第四腔室分别对应与环境气和大气连通；所述第一腔室内印刷有活化电极，所述第二腔室内印刷有辅助电极和催化底层电极，且所述催化底层电极暴露于所述基体的顶部；所述第三腔室内印刷有公共电极和公共电极引线，所述第四腔室内印刷有参考电极和参考电极引线；所述功能单元还包括印刷在基体中的加热电阻以及印刷在基体底部的加热电阻引脚，所述加热电阻通过印刷在基体内的加热电阻引线与所述加热电阻引脚相连；
将所述封盖基片和所述基体在高温下烧结成型，对应得到封盖基片烧结体和功能烧结体；
在所述功能烧结体中暴露的所述催化底层电极上涂覆氨敏催化层，涂覆有所述氨敏催化层的所述催化底层电极构成氨敏催化电极；
将所述封盖基片烧结体与形成有所述氨敏催化电极的所述功能烧结体的顶部通过玻璃粘接浆料粘接后在低温烧结下成型，制得所述氨气传感器芯片；
其中，所述高温具体为高于所述氨敏催化层所能承受的温度，所述低温具体为低于所述氨敏催化层所能承受的温度；
所述玻璃粘接浆料包括玻璃粉、钇稳定氧化锆粉和有机载体；所述钇稳定氧化锆粉与所述玻璃粉的质量比为10～20∶90～80，所述有机载体与由所述玻璃粉和所述钇稳定氧化锆粉组成的粉体的质量比为1∶1。
本发明的有益效果是：在本发明一种氨气传感器芯片中，活化电极和公共电极形成泵氧功能单元，辅助电极和公共电极形成辅助泵功能单元，氨敏催化电极和公共电极形成测氨功能单元；在本发明一种氨气传感器芯片的制作方法中，按照NOx传感器的结构设计氨气传感器，并将芯片分两步烧结而不是共烧结，在第一次烧结后涂敷氨敏催化层，然后再在较低温度烧结形成整体，避免了氨敏电极材料承受1300℃以上的高温烧结，保证了氨敏电极的活性；本发明的氨气传感器芯片基于极限电流原理测量氨气含量，实现了测量精度高和结构紧凑的统一。
在本发明的一种氨气传感器芯片及其制作方法中，活化电极与公共电极构成一个极限电流型电池，辅助电极、氨敏催化电极也分别与公共电极构成两个电流型电池。在工作态下，活化电极只泵出氧气，辅助电极泵出残余的氧气，而催化电极和氨气进一步反应后剩余的氧气也单独泵出。在氧泵的工作模式下，第一腔室内氧泵抽出环境中主要的氧，氨气不受影响，在第二腔室辅助电极泵出残余的氧气至某一固定浓度，氨气催化反应耗掉一定的氧，测泵电流大小对应氨气含量，数学模型如下所示：
其中，IP0为活化电极与公共电极之间的极限电流值，IP2为氨敏催化电极与公共电极之间的电流值；表示环境含氧量，/>表示第一腔室剩余氧含量，也即是第二腔室的基准氧含量，/>为第二腔室中氨敏催化电极上分解NH3消耗的氧含量。
设工作温度下活化电极泵出氧气速率常数为K1，氨敏催化电极泵出氧气速率常数为K2，而K1、K2的值可以通过给定氧气含量和NH3含量气氛测极限电流值IP0和催化电极的电流值IP2进行标定，IP1(辅助电极与公共电极之间的电流值)设定保持为定值。
给第一腔室的极限电流电池提供工作电压V0，给第二腔室的两个电流型电池提供相同的工作电压V1，控制加热温度、将标定的值写入控制程序并对输出信号进行处理、与系统的ECU进行通讯，由相匹配的专用电控单元完成。
附图说明
图1为本发明一种分步集成的氨气传感器芯片的结构示意图；
图2为本发明另一种分步集成的氨气传感器芯片的结构示意图；
图3为第二基片的俯视图；
图4为第四基片的俯视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、第一基片，2、第二基片，3、第三基片，4、第四基片，5、第五基片，6、第六基片，7、第一腔室，8、第二腔室，9、狭缝扩散通道，10、第三腔室，11、第四腔室，12、活化电极，13、辅助电极，14、氨敏催化电极，141、催化底层电极，142、氨敏催化层，15、公共电极，16、参考电极，17、加热电阻，18、绝缘层，19、玻璃粘接浆料，20、开窗基片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一：
如图1、图3和图4所示，一种分步集成的氨气传感器芯片，包括封盖基片烧结体和功能烧结体，所述封盖基片烧结体具体为由封盖基片在高温烧结下成型，所述功能烧结体具体为由带有功能单元的基体在高温烧结下成型；具体的，所述封盖基片包括第一功能基片，所述第一功能基片包括第一基片1，所述第一基片1的上面印刷有外部电极和导电孔；所述基体包括由从上到下依次层叠的第二功能基片、第三功能基片、第四功能基片、第五功能基片以及第六功能基片；所述第二功能基片包括第二基片2，所述第二基片2上设有连通的第一腔室7和第二腔室8，所述第一腔室7和所述第二腔室8通过狭缝扩散通道9连通；所述第四功能基片包括第四基片4，所述第四基片4上设有第三腔室10和第四腔室11，且所述第三腔室10和所述第四腔室11分别对应与环境气和大气连通；所述第三功能基片包括第三基片3，所述第三基片3的上面且与所述第一腔室7对应的位置处印刷有活化电极12，所述第三基片3的上面且与所述第二腔室8对应的位置处印刷有辅助电极13和催化底层电极141；所述第三基片3的下面且与所述第三腔室10对应的位置处印刷有公共电极15，且所述第三基片3的下面印刷有与所述公共电极15相连的公共电极引线；所述第三基片3的下面且与所述第四腔室11对应的位置处印刷有参考电极16，且所述第三基片3的下面印刷有与所述参考电极16相连的参考电极引线；所述第五功能基片包括第五基片5；所述第六功能基片包括第六基片6；所述第五基片5的下面或所述第六基片6的上面印刷有加热电阻17；所述第六基片6的下面印刷有加热电阻引脚，所述第六基片6上制作有贯穿所述第六基片的小孔，通过所述小孔印刷有加热电阻引线，且所述加热电阻引线的两端分别与所述加热电阻17以及所述加热电阻引脚相连；所述加热电阻17上印刷有绝缘层18，所述加热电阻17的阻值范围为2～20欧姆。
所述功能烧结体中暴露的所述催化底层电极141上涂覆有氨敏催化层142，涂覆有所述氨敏催化层142的所述催化底层电极141构成氨敏催化电极14；所述氨气传感器芯片具体为所述封盖基片烧结体中第一基片1的下面与形成有氨敏催化电极14的功能烧结体中第二基片2的上面通过玻璃粘接浆料19层叠粘接后在低温烧结下成型；
其中，所述高温具体为高于所述氨敏催化层142所能承受的温度，所述低温具体为低于所述氨敏催化层142所能承受的温度；所述玻璃粘接浆料包括玻璃粉、钇稳定氧化锆粉和有机载体；所述钇稳定氧化锆粉与所述玻璃粉的质量比为10～20∶90～80，所述有机载体与由所述玻璃粉和所述钇稳定氧化锆粉组成的粉体的质量比为1∶1。
实施例二：
如图2、图3和图4所示，一种分步集成的氨气传感器芯片，包括封盖基片烧结体和功能烧结体，所述封盖基片烧结体具体为由封盖基片在高温烧结下成型，所述功能烧结体具体为由带有功能单元的基体在高温烧结下成型；所述基体包括由从上到下依次层叠的第一功能基片、第二功能基片、第三功能基片、第四功能基片、第五功能基片以及第六功能基片；所述第二功能基片包括第二基片2，所述第二基片2上设有连通的第一腔室7和第二腔室8，所述第一腔室7和所述第二腔室8通过狭缝扩散通道9连通；所述第四功能基片包括第四基片4，所述第四基片4上设有第三腔室10和第四腔室11，且所述第三腔室10和所述第四腔室11分别对应与环境气和大气连通；所述第三功能基片包括第三基片3，所述第三基片3的上面且与所述第一腔室7对应的位置处印刷有活化电极12，所述第三基片3的上面且与所述第二腔室8对应的位置处印刷有辅助电极13和催化底层电极141；所述第三基片3的下面且与所述第三腔室10对应的位置处印刷有公共电极15，且所述第三基片3的下面印刷有与所述公共电极15相连的公共电极引线；所述第三基片3的下面且与所述第四腔室11对应的位置处印刷有参考电极16，且所述第三基片3的下面印刷有与所述参考电极16相连的参考电极引线；所述第五功能基片包括第五基片5；所述第六功能基片包括第六基片6；所述第五基片5的下面或所述第六基片6的上面印刷有加热电阻17；所述第六基片6的下面印刷有加热电阻引脚，所述第六基片6上制作有贯穿所述第六基片的小孔，通过所述小孔印刷有加热电阻引线，且所述加热电阻引线的两端分别与所述加热电阻17以及所述加热电阻引脚相连；所述加热电阻17上印刷有绝缘层18，所述加热电阻17的阻值范围为2～20欧姆；所述第一功能基片包括第一基片1，所述第一基片1的上面印刷有外部引脚和导电孔，所述第一基片1上且与所述催化底层电极141对应的位置处开设有窗口，所述催化底层电极141通过所述窗口暴露于所述基体的顶部；所述封盖基片具体为与所述窗口匹配的开窗基片20；
所述功能烧结体中暴露的所述催化底层电极141上涂覆有氨敏催化层142，涂覆有所述氨敏催化层142的所述催化底层电极141构成氨敏催化电极14；所述氨气传感器芯片具体为所述封盖基片烧结体中的开窗基片20与形成有氨敏催化电极14的功能烧结体中第一基片1的窗口通过玻璃粘接浆料19镶嵌粘接后在低温烧结下成型；
其中，所述高温具体为高于所述氨敏催化层142所能承受的温度，所述低温具体为低于所述氨敏催化层142所能承受的温度；所述玻璃粘接浆料包括玻璃粉、钇稳定氧化锆粉和有机载体；所述钇稳定氧化锆粉与所述玻璃粉的质量比为10～20∶90～80，所述有机载体与由所述玻璃粉和所述钇稳定氧化锆粉组成的粉体的质量比为1∶1。
在本发明一种氨气传感器芯片中，所述催化底层电极141为活性铂电极或铂金电极。氨敏催化层142具有促氨气与氧反应的能力，根据反应后氧含量的减少对应测量泵极限电流减少计算出气体中氨气的含量。活化电极12和公共电极15形成泵氧功能单元，辅助电极13和公共电极15形成辅助泵功能单元，氨敏催化电极14和公共电极15形成测氨功能单元；本发明的氨气传感器芯片基于极限电流原理测量氨气含量，实现了测量精度高和结构紧凑的统一。
实施例三：
一种分步集成的氨气传感器芯片的制作方法，用于制作上述所述的分步集成的氨气传感器芯片，包括以下步骤：
制作封盖基片和带有功能单元的基体；制作封盖基片和带有功能单元的基体的具体步骤为：准备六块基片，如图1所示，六块基片分别为第一基片1、第二基片2、第三基片3、第四基片4、第五基片5以及第六基片6；在所述第一基片1的上面印刷外部引脚和导电孔形成封盖基片；在所述第二基片2上冲孔形成第一腔室7和第二腔室8，如图3所示；在所述第四基片4上冲孔形成第三腔室10和第四腔室11，且所述第三腔室10和所述第四腔室11分别对应与环境气和大气连通，如图4所示；在所述第三基片3的上面且与所述第一腔室7对应的位置处印刷活化电极12，在所述第三基片3的上面且与所述第二腔室8对应的位置处印刷辅助电极13和催化底层电极141；在所述第三基片3的下面且与所述第三腔室10对应的位置处印刷公共电极15，且在所述第三基片3的下面印刷与所述公共电极15相连的公共电极引线；在所述第三基片3的下面且与所述第四腔室11对应的位置处印刷参考电极16，且在所述第三基片3的下面印刷与所述参考电极16相连的参考电极引线；在所述第五基片5的下面或所述第六基片6的上面印刷加热电阻17；在所述第六基片6的下面印刷加热电阻引脚，在所述第六基片6上制作贯穿所述第六基片6的小孔，并通过所述小孔印刷加热电阻引线，且使所述加热电阻引线的两端分别与所述加热电阻16以及所述加热电阻引脚相连；将所述第二基片2、所述第三基片3、所述第四基片4、所述第五基片5以及所述第六基片6从上到下依次层叠，并经过等静压叠合形成基体(在等静压成型过程中，第一至第四腔室都由有机材料填充实行整体等静压成型)；
将所述封盖基片和所述基体在高温下烧结成型，对应得到封盖基片烧结体和功能烧结体；将所述封盖基片和所述基体在高温下烧结成型的具体步骤为：分别对所述封盖基片和所述基体进行排胶并在1300℃～1500℃的温度(可以为1300℃，还可以为1400℃，还可以为1500℃)烧结1～3小时(可以为1小时，还可以为2小时，还可以为3小时)，对应得到封盖基片烧结体和功能烧结体；
在所述功能烧结体中暴露的所述催化底层电极141上涂覆氨敏催化层142，涂覆有所述氨敏催化层142的所述催化底层电极141构成氨敏催化电极14；
将所述封盖基片烧结体与形成有所述氨敏催化电极14的所述功能烧结体的顶部通过玻璃粘接浆料19粘接后在低温烧结下成型，制得所述氨气传感器芯片；将所述封盖基片烧结体与形成有所述氨敏催化电极14的所述功能烧结体的顶部通过玻璃粘接浆料粘接后在低温烧结下成型的具体步骤为：将所述封盖基片烧结体中第一基片1的下面与形成有氨敏催化电极14的功能烧结体中第二基片2的上面通过玻璃粘结浆料19层叠粘接形成芯片整体，并将所述芯片整体在900℃～1100℃的温度(可以为900℃，还可以为1000℃，还可以为1100℃)烧结1～3小时，制得氨气传感器芯片；
其中，所述高温具体为高于所述氨敏催化层142所能承受的温度，所述低温具体为低于所述氨敏催化层142所能承受的温度；
所述玻璃粘接浆料19包括玻璃粉、钇稳定氧化锆粉和有机载体；所述钇稳定氧化锆粉与所述玻璃粉的质量比为10～20∶90～80(例如：10:90，或15:85，或20：80)，所述有机载体与由所述玻璃粉和所述钇稳定氧化锆粉组成的粉体的质量比为1∶1；所述有机载体即通用的丝网印刷用有机载体；将玻璃粉放入烘箱60℃烘干三小时后与其他组分(钇稳定氧化锆粉和有机载体)按比例混合，通过轧制机轧制成成分均匀的玻璃粘结浆料；
另外，在对所述组合体进行烧结的同时，在所述第二基片2与所述第三基片3之间印刷有机材料并烧结形成狭缝扩散通道9以连通所述第一腔室7和所述第二腔室8；或在对所述芯片整体进行烧结的同时，在所述第一基片1与所述第二基片2之间印刷有机材料并烧结形成狭缝扩散通道9以连通所述第一腔室7和所述第二腔室8。
实施例四：
一种分步集成的氨气传感器芯片的制作方法，用于制作上述所述的分步集成的氨气传感器芯片，包括以下步骤：
制作封盖基片和带有功能单元的基体；制作封盖基片和带有功能单元的基体的具体步骤为：准备六块基片，如图2所示，六块基片分别为第一基片1、第二基片2、第三基片3、第四基片4、第五基片5以及第六基片6；在所述第二基片2上冲孔形成第一腔室7和第二腔室8，如图3所示；在所述第四基片4上冲孔形成第三腔室10和第四腔室11，且所述第三腔室10和所述第四腔室11分别对应与环境气和大气连通，如图4所示；在所述第三基片3的上面且与所述第一腔室7对应的位置处印刷活化电极12，在所述第三基片3的上面且与所述第二腔室8对应的位置处印刷辅助电极13和催化底层电极141；在所述第三基片3的下面且与所述第三腔室10对应的位置处印刷公共电极15，且在所述第三基片3的下面印刷与所述公共电极15相连的公共电极引线；在所述第三基片3的下面且与所述第四腔室11对应的位置处印刷参考电极16，且在所述第三基片3的下面印刷与所述参考电极16相连的参考电极引线；在所述第五基片5的下面或所述第六基片6的上面印刷加热电阻17；在所述第六基片6的下面印刷加热电阻引脚，在所述第六基片6上制作贯穿所述第六基片6的小孔，并通过所述小孔印刷加热电阻引线，且使所述加热电阻引线的两端分别与所述加热电阻16以及所述加热电阻引脚相连；在所述第一基片1的上面印刷外部引脚和导电孔，并在所述第一基片1且与所述催化底层电极141对应的位置处开窗形成窗口；将所述第一基片1、所述第二基片2、所述第三基片3、所述第四基片4、所述第五基片5以及所述第六基片6从上到下依次层叠，并经过等静压叠合形成基体(在等静压成型过程中，第一至第四腔室都由有机材料填充实行整体等静压成型)；将从所述第一基片1上开窗下来得到的开窗基片20作为封盖基片；
将所述封盖基片和所述基体在高温下烧结成型，对应得到封盖基片烧结体和功能烧结体；将所述封盖基片和所述基体在高温下烧结成型的具体步骤为：分别对所述封盖基片和所述基体进行排胶并在1300℃～1500℃(可以为1300℃，还可以为1400℃，还可以为1500℃)的温度烧结1～3小时(可以为1小时，还可以为2小时，还可以为3小时)，对应得到封盖基片烧结体和功能烧结体；
在所述功能烧结体中暴露的所述催化底层电极141上涂覆氨敏催化层142，涂覆有所述氨敏催化层142的所述催化底层电极141构成氨敏催化电极14；
将所述封盖基片烧结体与形成有所述氨敏催化电极14的所述功能烧结体的顶部通过玻璃粘接浆料19粘接后在低温烧结下成型，制得所述氨气传感器芯片；将所述封盖基片烧结体与形成有所述氨敏催化电极14的所述功能烧结体的顶部通过玻璃粘接浆料19粘接后在低温烧结下成型的具体步骤为：将所述封盖基片烧结体中的开窗基片20与形成有氨敏催化电极14的功能烧结体中第一基片1的窗口通过玻璃粘结浆料19镶嵌粘接形成芯片整体，并将所述芯片整体在900℃～1100℃(可以为900℃，还可以为1000℃，还可以为1100℃)的温度烧结1～3小时(可以为1小时，还可以为2小时，还可以为3小时)，制得氨气传感器芯片；
其中，所述高温具体为高于所述氨敏催化层142所能承受的温度，所述低温具体为低于所述氨敏催化层142所能承受的温度；
所述玻璃粘接浆料19包括玻璃粉、钇稳定氧化锆粉和有机载体；所述钇稳定氧化锆粉与所述玻璃粉的质量比为10～20∶90～80(例如：10:90，或15:85，或20：80)，所述有机载体与由所述玻璃粉和所述钇稳定氧化锆粉组成的粉体的质量比为1∶1；所述有机载体即通用的丝网印刷用有机载体；将玻璃粉放入烘箱60℃烘干三小时后与其他组分(钇稳定氧化锆粉和有机载体)按比例混合，通过轧制机轧制成成分均匀的玻璃粘结浆料；
另外，在对所述组合体进行烧结的同时，在所述第二基片2与所述第三基片3之间印刷有机材料并烧结形成狭缝扩散通道9以连通所述第一腔室7和所述第二腔室8；或在对所述芯片整体进行烧结的同时，在所述第一基片1与所述第二基片2之间印刷有机材料并烧结形成狭缝扩散通道9以连通所述第一腔室7和所述第二腔室8。
在本发明一种分步集成的氨气传感器芯片的制作方法中，所述催化底层电极141为活性铂电极或铂金电极。氨敏催化层142具有促氨气与氧反应的能力，根据反应后氧含量的减少对应测量泵极限电流减少计算出气体中氨气的含量。
印刷所述活化电极的浆料为铂浆料，所述活化电极印刷用的铂浆料中铂含量为50～99wt％，铂的粒径为0.01～0.5μm；印刷所述辅助电极的浆料为铂浆料或铂金浆料，所述辅助电极印刷用的铂浆料中铂含量为50～99wt％，铂的粒径为0.01～0.5μm；或，所述辅助电极印刷用的铂金浆料中铂含量为50～99wt％，金含量为1～50wt％，铂或/和金的粒径为0.01～0.5μm；所述氨敏催化层的浆料包括CeVO3、WO3、TiO2、NiO和Au；其中，CeVO3、WO3、TiO2、NiO和Au的含量均为0～50wt％，且CeVO3、WO3、TiO2、NiO和Au的粒径均为0.01～0.5μm。
例如：所述活化电极印刷用的铂浆料中铂含量可以为50wt％，或为60wt％，或为70wt％，或为80wt％，或为90wt％，或为99wt％；所述活化电极印刷用的铂浆料中铂的粒径可以为0.01μm，或为0.1μm，或为0.2μm，或为0.3μm，或为0.4μm，或为0.5μm。
例如：所述辅助电极印刷用的铂浆料中铂含量可以为50wt％，或为60wt％，或为70wt％，或为80wt％，或为90wt％，或为99wt％；所述辅助电极印刷用的铂浆料中铂的粒径可以为0.01μm，或为0.1μm，或为0.2μm，或为0.3μm，或为0.4μm，或为0.5μm。
或，所述辅助电极印刷用的铂金浆料中铂含量可以为50wt％，或为60wt％，或为70wt％，或为80wt％，或为90wt％，或为99wt％；所述辅助电极印刷用的铂金浆料中金含量可以为50wt％，或为40wt％，或为30wt％，或为20wt％，或为10wt％，或为1wt％；所述辅助电极印刷用的铂金浆料中铂的粒径可以为0.01μm，或为0.1μm，或为0.2μm，或为0.3μm，或为0.4μm，或为0.5μm；所述辅助电极印刷用的铂金浆料中金的粒径可以为0.01μm，或为0.1μm，或为0.2μm，或为0.3μm，或为0.4μm，或为0.5μm。
例如：氨敏催化层的浆料中，CeVO3的含量可以为0wt％，或为10wt％，或为20wt％，或为30wt％，或为40wt％，或为50wt％；WO3的含量可以为0wt％，或为10wt％，或为20wt％，或为30wt％，或为40wt％，或为50wt％；TiO2的含量可以为0wt％，或为10wt％，或为20wt％，或为30wt％，或为40wt％，或为50wt％；NiO的含量可以为0wt％，或为10wt％，或为20wt％，或为30wt％，或为40wt％，或为50wt％；Au的含量可以为0wt％，或为10wt％，或为20wt％，或为30wt％，或为40wt％，或为50wt％；CeVO3的粒径可以为0.01μm，或为0.1μm，或为0.2μm，或为0.3μm，或为0.4μm，或为0.5μm；WO3的粒径可以为0.01μm，或为0.1μm，或为0.2μm，或为0.3μm，或为0.4μm，或为0.5μm；TiO2的粒径可以为0.01μm，或为0.1μm，或为0.2μm，或为0.3μm，或为0.4μm，或为0.5μm；NiO的粒径可以为0.01μm，或为0.1μm，或为0.2μm，或为0.3μm，或为0.4μm，或为0.5μm；Au的粒径可以为0.01μm，或为0.1μm，或为0.2μm，或为0.3μm，或为0.4μm，或为0.5μm。
催化底层电极的印刷用铂金浆料，铂金浆料中铂含量为70wt％，金含量为30wt％；铂金浆料中：铂的粒径为0.3μm，金的粒径为0.4μm。
印刷所述公共电极、所述公共电极引线、所述参考电极、所述参考电极引线、所述加热电阻、所述加热电阻引线引线以及所述加热电阻引脚的浆料为铂浆，且铂的粒径为0.01～0.5μm。例如，铂的粒径为0.01μm，或为0.1μm，或为0.2μm，或为0.3μm，或为0.4μm，或为0.5μm。
在本发明一种氨气传感器芯片的制作方法中，按照NOx传感器的结构设计氨气传感器，并将芯片分两步烧结而不是共烧结，在第一次烧结后涂敷氨敏催化层，然后再在较低温度烧结形成整体，避免了氨敏电极材料承受1300℃以上的高温烧结，保证了氨敏电极的活性；本发明的制作方法保留了测量NOx传感器的原理用以实现高精度测量氨气浓度，而且保证了氨敏电极的活性，实现了测量精度和结构紧凑的统一。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种分步集成的氨气传感器芯片，其特征在于，包括封盖基片烧结体和功能烧结体，所述封盖基片烧结体具体为由封盖基片在高温烧结下成型，所述功能烧结体具体为由带有功能单元的基体在高温烧结下成型；
所述功能单元包括分布在基体中的第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室；所述第一腔室与所述第二腔室连通，所述第三腔室和所述第四腔室分别对应与环境气和大气连通；所述第一腔室内印刷有活化电极，所述第二腔室内印刷有辅助电极和催化底层电极，且所述催化底层电极暴露于所述基体的顶部；所述第三腔室内印刷有公共电极和公共电极引线，所述第四腔室内印刷有参考电极和参考电极引线；所述功能单元还包括印刷在基体中的加热电阻以及印刷在基体底部的加热电阻引脚，所述加热电阻通过印刷在基体内的加热电阻引线与所述加热电阻引脚相连；
所述功能烧结体中暴露的所述催化底层电极上涂覆有氨敏催化层，涂覆有所述氨敏催化层的所述催化底层电极构成氨敏催化电极；
所述氨气传感器芯片为由所述封盖基片烧结体与形成有所述氨敏催化电极的所述功能烧结体的顶部通过玻璃粘接浆料粘接后在低温烧结下成型；
其中，所述高温具体为高于所述氨敏催化层所能承受的温度，所述低温具体为低于所述氨敏催化层所能承受的温度；
所述玻璃粘接浆料包括玻璃粉、钇稳定氧化锆粉和有机载体；所述钇稳定氧化锆粉与所述玻璃粉的质量比为10～20∶90～80，所述有机载体与由所述玻璃粉和所述钇稳定氧化锆粉组成的粉体的质量比为1∶1。
2.根据权利要求1所述的分步集成的氨气传感器芯片，其特征在于，所述封盖基片包括第一功能基片，所述第一功能基片包括第一基片，所述第一基片的上面印刷有外部电极和导电孔；
所述基体包括由从上到下依次层叠的第二功能基片、第三功能基片、第四功能基片、第五功能基片以及第六功能基片；所述第二功能基片包括第二基片，所述第二基片上设有连通的第一腔室和第二腔室；所述第四功能基片包括第四基片，所述第四基片上设有第三腔室和第四腔室，且所述第三腔室和所述第四腔室分别对应与环境气和大气连通；所述第三功能基片包括第三基片，所述第三基片的上面且与所述第一腔室对应的位置处印刷有活化电极，所述第三基片的上面且与所述第二腔室对应的位置处印刷有辅助电极和催化底层电极；所述第三基片的下面且与所述第三腔室对应的位置处印刷有公共电极，且所述第三基片的下面印刷有与所述公共电极相连的公共电极引线；所述第三基片的下面且与所述第四腔室对应的位置处印刷有参考电极，且所述第三基片的下面印刷有与所述参考电极相连的参考电极引线；所述第五功能基片包括第五基片；所述第六功能基片包括第六基片；所述第五基片的下面或所述第六基片的上面印刷有加热电阻；所述第六基片的下面印刷有加热电阻引脚，所述第六基片上制作有贯穿所述第六基片的小孔，通过所述小孔印刷有加热电阻引线，且所述加热电阻引线的两端分别与所述加热电阻以及所述加热电阻引脚相连；
所述氨气传感器芯片具体为所述封盖基片烧结体中第一基片的下面与形成有氨敏催化电极的功能烧结体中第二基片的上面通过玻璃粘接浆料层叠粘接后在低温烧结下成型。
3.根据权利要求1所述的分步集成的氨气传感器芯片，其特征在于，所述基体包括由从上到下依次层叠的第一功能基片、第二功能基片、第三功能基片、第四功能基片、第五功能基片以及第六功能基片；所述第二功能基片包括第二基片，所述第二基片上设有连通的第一腔室和第二腔室；所述第四功能基片包括第四基片，所述第四基片上设有第三腔室和第四腔室，且所述第三腔室和所述第四腔室分别对应与环境气和大气连通；所述第三功能基片包括第三基片，所述第三基片的上面且与所述第一腔室对应的位置处印刷有活化电极，所述第三基片的上面且与所述第二腔室对应的位置处印刷有辅助电极和催化底层电极，所述催化底层电极通过所述第二腔室暴露于所述基体的顶部；所述第三基片的下面且与所述第三腔室对应的位置处印刷有公共电极，且所述第三基片的下面印刷有与所述公共电极相连的公共电极引线；所述第三基片的下面且与所述第四腔室对应的位置处印刷有参考电极，且所述第三基片的下面印刷有与所述参考电极相连的参考电极引线；所述第五功能基片包括第五基片；所述第六功能基片包括第六基片；所述第五基片的下面或所述第六基片的上面印刷有加热电阻；所述第六基片的下面印刷有加热电阻引脚，所述第六基片上制作有贯穿所述第六基片的小孔，通过所述小孔印刷有加热电阻引线，且所述加热电阻引线的两端分别与所述加热电阻以及所述加热电阻引脚相连；所述第一功能基片包括第一基片，所述第一基片的上面印刷有外部引脚和导电孔，所述第一基片上且与所述催化底层电极对应的位置处开设有窗口，所述催化底层电极通过所述窗口暴露于所述基体的顶部；
所述封盖基片具体为与所述窗口匹配的开窗基片；
所述氨气传感器芯片具体为所述封盖基片烧结体中的开窗基片与形成有氨敏催化电极的功能烧结体中第一基片的窗口通过玻璃粘结浆料镶嵌粘接后在低温烧结下成型。
4.一种分步集成的氨气传感器芯片的制作方法，其特征在于，用于制作如权利要求1至3任一项所述的分步集成的氨气传感器芯片，包括以下步骤：
制作封盖基片和带有功能单元的基体；其中，所述功能单元包括分布在基体中的第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室；所述第一腔室与所述第二腔室连通，所述第三腔室和所述第四腔室分别对应与环境气和大气连通；所述第一腔室内印刷有活化电极，所述第二腔室内印刷有辅助电极和催化底层电极，且所述催化底层电极暴露于所述基体的顶部；所述第三腔室内印刷有公共电极和公共电极引线，所述第四腔室内印刷有参考电极和参考电极引线；所述功能单元还包括印刷在基体中的加热电阻以及印刷在基体底部的加热电阻引脚，所述加热电阻通过印刷在基体内的加热电阻引线与所述加热电阻引脚相连；
将所述封盖基片和所述基体在高温下烧结成型，对应得到封盖基片烧结体和功能烧结体；
在所述功能烧结体中暴露的所述催化底层电极上涂覆氨敏催化层，涂覆有所述氨敏催化层的所述催化底层电极构成氨敏催化电极；
将所述封盖基片烧结体与形成有所述氨敏催化电极的所述功能烧结体的顶部通过玻璃粘接浆料粘接后在低温烧结下成型，制得所述氨气传感器芯片；
其中，所述高温具体为高于所述氨敏催化层所能承受的温度，所述低温具体为低于所述氨敏催化层所能承受的温度；
所述玻璃粘接浆料包括玻璃粉、钇稳定氧化锆粉和有机载体；所述钇稳定氧化锆粉与所述玻璃粉的质量比为10～20∶90～80，所述有机载体与由所述玻璃粉和所述钇稳定氧化锆粉组成的粉体的质量比为1∶1。
5.根据权利要求4所述的分步集成的氨气传感器芯片的制作方法，其特征在于，制作封盖基片和带有功能单元的基体的具体步骤为：
准备六块基片，六块基片分别为第一基片、第二基片、第三基片、第四基片、第五基片以及第六基片；
在所述第一基片的上面印刷外部引脚和导电孔形成封盖基片；
在所述第二基片上冲孔形成第一腔室和第二腔室；在所述第四基片上冲孔形成第三腔室和第四腔室，且所述第三腔室和所述第四腔室分别对应与环境气和大气连通；在所述第三基片的上面且与所述第一腔室对应的位置处印刷活化电极，在所述第三基片的上面且与所述第二腔室对应的位置处印刷辅助电极和催化底层电极；在所述第三基片的下面且与所述第三腔室对应的位置处印刷公共电极，且在所述第三基片的下面印刷与所述公共电极相连的公共电极引线；在所述第三基片的下面且与所述第四腔室对应的位置处印刷参考电极，且在所述第三基片的下面印刷与所述参考电极相连的参考电极引线；在所述第五基片的下面或所述第六基片的上面印刷加热电阻；在所述第六基片的下面印刷加热电阻引脚，在所述第六基片上制作贯穿所述第六基片的小孔，并通过所述小孔印刷加热电阻引线，且使所述加热电阻引线的两端分别与所述加热电阻以及所述加热电阻引脚相连；
将所述第二基片、所述第三基片、所述第四基片、所述第五基片以及所述第六基片从上到下依次层叠，并经过等静压叠合形成基体；
将所述封盖基片和所述基体在高温下烧结成型的具体步骤为：
分别对所述封盖基片和所述基体进行排胶并在1300℃～1500℃的温度烧结1～3小时，对应得到封盖基片烧结体和功能烧结体；
将所述封盖基片烧结体与形成有所述氨敏催化电极的所述功能烧结体的顶部通过玻璃粘接浆料粘接后在低温烧结下成型的具体步骤为：
将所述封盖基片烧结体中第一基片的下面与形成有氨敏催化电极的功能烧结体中第二基片的上面通过玻璃粘结浆料层叠粘接形成芯片整体，并将所述芯片整体在900℃～1100℃的温度烧结1～3小时，制得氨气传感器芯片；
另外，在对所述基体进行烧结的同时，在所述第二基片与所述第三基片之间印刷有机材料并烧结形成狭缝扩散通道以连通所述第一腔室和所述第二腔室；或在对所述芯片整体进行烧结的同时，在所述第一基片与所述第二基片之间印刷有机材料并烧结形成狭缝扩散通道以连通所述第一腔室和所述第二腔室。
6.根据权利要求4所述的分步集成的氨气传感器芯片的制作方法，其特征在于，制作封盖基片和带有功能单元的基体的具体步骤为：
准备六块基片，六块基片分别为第一基片、第二基片、第三基片、第四基片、第五基片以及第六基片；
在所述第二基片上冲孔形成第一腔室和第二腔室；在所述第四基片上冲孔形成第三腔室和第四腔室，且所述第三腔室和所述第四腔室分别对应与环境气和大气连通；在所述第三基片的上面且与所述第一腔室对应的位置处印刷活化电极，在所述第三基片的上面且与所述第二腔室对应的位置处印刷辅助电极和催化底层电极；在所述第三基片的下面且与所述第三腔室对应的位置处印刷公共电极，且在所述第三基片的下面印刷与所述公共电极相连的公共电极引线；在所述第三基片的下面且与所述第四腔室对应的位置处印刷参考电极，且在所述第三基片的下面印刷与所述参考电极相连的参考电极引线；在所述第五基片的下面或所述第六基片的上面印刷加热电阻；在所述第六基片的下面印刷加热电阻引脚，在所述第六基片上制作贯穿所述第六基片的小孔，并通过所述小孔印刷加热电阻引线，且使所述加热电阻引线的两端分别与所述加热电阻以及所述加热电阻引脚相连；在所述第一基片的上面印刷外部引脚和导电孔，并在所述第一基片且与所述催化底层电极对应的位置处开窗形成窗口；
将所述第一基片、所述第二基片、所述第三基片、所述第四基片、所述第五基片以及所述第六基片从上到下依次层叠，并经过等静压叠合形成基体；
将从所述第一基片上开窗下来得到的开窗基片作为封盖基片；
将所述封盖基片和所述基体在高温下烧结成型的具体步骤为：
分别对所述封盖基片和所述基体进行排胶并在1300℃～1500℃的温度烧结1～3小时，对应得到封盖基片烧结体和功能烧结体；
将所述封盖基片烧结体与形成有所述氨敏催化电极的所述功能烧结体的顶部通过玻璃粘接浆料粘接后在低温烧结下成型的具体步骤为：
将所述封盖基片烧结体中的开窗基片与形成有氨敏催化电极的功能烧结体中第一基片的窗口通过玻璃粘结浆料镶嵌粘接形成芯片整体，并将所述芯片整体在900℃～1100℃的温度烧结1～3小时，制得氨气传感器芯片；
另外，在对所述基体进行烧结的同时，在所述第二基片与所述第三基片之间印刷有机材料并烧结形成狭缝扩散通道以连通所述第一腔室和所述第二腔室；或在对所述芯片整体进行烧结的同时，在所述第一基片与所述第二基片之间印刷有机材料并烧结形成狭缝扩散通道以连通所述第一腔室和所述第二腔室。
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