CN205786466U - 一种双加热片式宽域氧传感器芯片结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双加热片式宽域氧传感器芯片结构，由五层基片自上而下依次叠压而成；在第一基体层上面形成的氧泵外电极及氧泵外电极的保护层；在第三基体层的下面形成参比电极，以及形成在第三基体层和第四基体层之间形成参比通道；在第五基体层的上面和下面各印刷经过绝缘层隔离的加热电极，两个加热电极并联于同一引脚。本实用新型特点是在原结构第五基体层上下同时印刷加热电极并将二者并联，总电阻与原结构相同，其优点是加热负荷分布更均匀，热应力减少，加热性能进一步提升。

Description

一种双加热片式宽域氧传感器芯片结构

技术领域

本实用新型涉及汽车氧传感器，尤其涉及一种双加热片式宽域氧传感器芯片结构。

背景技术

传统的开关型氧传感器只能检测空燃比在理论空燃比附近的尾气中氧气浓度的情况，不能对稀薄燃烧发动机的尾气进行有效的检测，宽域汽车氧传感器可精确的测量λ值(0.65≤λ≤∞)。尾气通过扩散小孔进入扩散室，氧化锆参比电池感知尾气中的氧浓度后产生电压(Us)。根据尾气中氧浓度的不同，富燃料的浓混合气将产生高于参考电压(Us_Ref)，传感器控制器将产生一个正方向的泵电流(Ip)，该Ip将氧气泵入扩散室内进行化学分解反应，在废气中产生水和一氧化碳及一些氧化物，附着在泵氧元的表面。在化学反应中将过多的碳氢化合物分解，从而降低了废气的浓度，使扩散室中氧气浓度改变，同时使Us变为0.45V，此时尾气中氧浓度达到平衡状态。相反，富氧的稀混合气将产生低于Us_Ref，传感器控制器将产生一个反方向的Ip，该Ip将氧气泵出扩散室。此时的Ip反映了尾气的氧浓度，传感器控制器将Ip转换成输出电压(Uout)，通过改变泵电流的极性(电流流动方向)与大小就可以达到平衡扩散室里的尾气含氧量。

宽域氧传感器氧泵基于极限电流原理:

$I_P=-\left(\frac{4{\mathrm{FSD}}_{O_2}}{RTL}\right)\·P_{O_2}$

寛域型氧传感器的核心部件是其敏感芯片，它由加热电极、氧泵外电极、氧泵内电极和参比电极组成，一般是通过多层印刷电路的五层致密氧化锆(ZrO₂)基片叠合而成，该芯片的制作方法是：通过流延成型方式制作氧化锆基片；对基片进行切片冲孔；把切好的基片进行多层丝网印刷，制作各个功能层；再把五层基片叠合分切，最后进行烧结、上釉等处理。

申请号为：201010238039.9的发明专利公开了一种“片式宽域标准信号输出车用氧传感器，该传感器的氧泵基体层和反应基体层是氧化钇稳定的氧化锆基片；多层陶瓷气体交换层和上下加热基体层是由氧化铝+氧化镁+氧化钡按一定的比例复合制成的基片,各个层通过先印刷电极后叠压并以烧结方式成为一体。该专利中传感器结构的缺点为加热电极的上方的基片是由两个部分拼凑而成的，在叠压过程中，加热电极的受力是不均匀的，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；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。

申请号为201120115065.2以及201310029118.2的专利所述宽域氧传感器结构中，用于导入被测气氛至扩散障碍层的小孔都是在上面基片层上开小孔，由于小孔很小，上下对位非常困难，制作成品率不高。

发明内容

本实用新型的目的针对目前片式宽域氧传感器结构设计之不足，对芯片结构进行了改进，提供一种双加热片式宽域氧传感器芯片结构，具有加热负荷分布更均匀，热应力减少，加热性能进一步提升的优点。

一种双加热片式宽域氧传感器芯片结构，由五层基片自上而下依次叠压而成；在第一基体层上面形成的氧泵外电极及氧泵外电极的保护层，在第一基体层下面形成氧泵内电极及内空腔和扩散障碍层，导气通道连接被测气氛和扩散障碍层；在第三基体层的下面形成参比电极，以及形成在第三基体层和第四基体层之间形成参比通道；在第五基体层的上面，形成经过绝缘层覆盖的加热电极，经过导电孔至第五基体层下面的连接引脚；特征在于：同时在第五基体层的下面再印刷经过绝缘层隔离的另一加热电极，并与第五基体层上面的加热电极并联于同一引脚。

所述导气通道开口设在氧传感器芯片头部前端，被测尾气从头部前端进入。

所述导气通道开口也可设在氧传感器芯片靠近头部的两侧，被测尾气从头部两侧进入。

本实用新型特点是在原结构第五基体层上下同时印刷加热电极并将二者并联，总电阻与原结构相同，其优点是加热负荷分布更均匀，热应力减少，加热性能进一步提升。

附图说明

图1是本实用新型的一种沿长度方向的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述，部分对其保护范围的限制。

实施例1

本实用新型的结构如图1所示，由五层基片自上而下依次叠压而成，5层基片分别为第一基体层1、第二基体层2、第三基体层3、第四基体层4和第五基体层5；在第一基体层1上面形成的氧泵外电极15及氧泵外电极的保护层16，氧泵内电极的扩散障碍层12前面用于导入被测气氛的扩散小孔不是在第一基体层1上冲切制得的小孔，而在该内电极14上分别形成导气通道11和扩散障碍层12，导气通道11的具体结构是开口在头部前端，被测尾气从头部前端进入；在第一基体层1下面形成氧泵内电极14及内空腔13和扩散障碍层12，导气通道11连接被测气氛和扩散障碍层12；在第三基体层3的下面形成参比电极10，以及形成在第三基体层3和第四基体层4之间形成参比通道9；在第五基体层5的上面，形成经过绝缘层覆盖的加热电极8，经过导电孔6至第五基体层5下面的连接引脚7；同时在第五基体层5的下面再印刷经过绝缘层隔离的另一加热电极17，并与第五基体层上面的加热电极8并联于同一引脚7。

实施例2

一种双加热片式宽域氧传感器芯片结构。除下述情形外，其余同实施例1：

如图1所示的在第五基体层的下面也印刷经过绝缘层隔离的另一加热电极17，靠外面同时印刷绝缘浆料隔离，但不覆盖引脚7，另一加热电极17的前端加热体外边，同时在隔离的绝缘层外叠合一层氧化锆流延片。所述导气通道11开口也可设在氧传感器芯片靠近头部的两侧，被测尾气从头部两侧进入。

Claims (1)

1.一种双加热片式宽域氧传感器芯片结构，由五层基片自上而下依次叠压而成；在第一基体层上面形成的氧泵外电极及氧泵外电极的保护层，在第一基体层下面形成氧泵内电极及内空腔和扩散障碍层，导气通道连接被测气氛和扩散障碍层；在第三基体层的下面形成参比电极，以及形成在第三基体层和第四基体层之间形成参比通道；在第五基体层的上面，形成经过绝缘层覆盖的加热电极，经过导电孔至第五基体层下面的连接引脚；特征在于：同时在第五基体层的下面再印刷经过绝缘层隔离的另一加热电极，并与第五基体层上面的加热电极并联于同一引脚。