CN209764784U - 一种无需额外绝缘的片式宽域氧传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无需额外绝缘的片式宽域氧传感器，包括从上到下依次叠加烧结而成的泵氧层、扩散层、参比层、加热层和平衡层；所述泵氧层包括第一氧化锆基片，所述第一氧化锆基片的上表面设有泵氧外电极，第一氧化锆基片的下表面设有泵氧内电极，所述扩散层包括第一氧化铝基片，所述第一氧化铝基片的一端设有扩散腔，所述扩散腔的一侧设有尾气扩散通道，所述参比层包括第二氧化锆基片，所述第二氧化锆基片的上表面设有测试电极，第二氧化锆基片的下表面设有参比电极，所述加热层包括从上到下依次叠加的第二氧化铝基片、加热器和第三氧化铝基片，所述平衡层为第三氧化锆基片。本实用新型无需对结构进行额外的绝缘且绝缘性能优异。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车用氧传感器技术领域，特别是一种无需额外绝缘的片式宽域氧传感器。
背景技术
随着汽车尾气排放标准越发严格，传统开关型片式氧传感器的使用将会不满足于排放标准，主要是其测试精度和测量范围均不能满足使用要求。因此，研发更高精度、更宽测量范围的氧传感器已成为必然的发展趋势。目前，输出信号为线性输出，测量范围为过量空气系数λ≥0.7的所有燃烧状况的宽域氧传感器已成为研发重点，其可以输出发动机燃烧过程中实时的λ值，达到更精确的控制燃烧，同时也可应用于稀薄燃烧控制，从而进一步降低尾气中有害气体的产生和燃油的消耗。
目前的宽域氧传感器芯片结构主要分为三部分：加热器、泵氧电池和参考电池。其中加热器主要是为了使芯片达到并维持最佳工作温度，在使用过程中加热器始终处于工作状态；泵氧电池执行泵氧并输出极限电流；参考电池相当于片式氧传感器，通过两侧氧浓差输出电压来进行λ判断。泵氧电池和参考电池协同工作达到精确测量尾气λ的目的。
当芯片处于工作状态，尾气通过扩散障进入扩散腔时，由于参考电池中泵电流的存在使其两边产生氧分压，读取此时参考电池的输出即可初步判断尾气λ。当输出为450mV时，说明此时λ＝1，为最佳燃烧状态；当输出不等于450mV，就会在泵氧电池两端施加泵电压，将氧气泵进或泵出扩散腔，使参考电池的输出向450mV靠近。在此过程中会产生极限电流，此极限电流就与尾气λ一一对应，实现实时测量λ的目的。
现在市面上主要的宽域氧传感器芯片均是全氧化锆结构，此结构首先需要对加热器进行额外的绝缘处理，即加热器不能直接接触氧化锆，必须在其上下表面丝网印刷氧化铝绝缘层；同时为了避免电极之间信号的相互干扰，也会对电极导线进行绝缘处理，绝缘层的厚度通常在10～20μm。这样既增加了丝网印刷的次数，工作温度下的绝缘性能也不理想，影响了芯片的使用寿命和测试精度。从而，传统的全氧化锆结构还存在以下缺陷：存在多层绝缘层，制备繁琐同时成品率不高；绝缘层的绝缘性仍有待提高；由于氧化锆热导率差，反复使用结构中热应力大易产生裂纹，影响使用寿命；氧化锆加氧化铝结构不对称，烧结过程中极易弯曲，影响成品率。
实用新型内容
为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种无需额外绝缘的片式宽域氧传感器，此结构中氧化锆层用作功能层，氧化铝层用作绝缘层，无需对结构进行额外的绝缘且绝缘性能优异，其结构基本对称，也消除了两种不同材料带来的弯曲，同时响应时间得到了提高。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种无需额外绝缘的片式宽域氧传感器，包括从上到下依次叠加烧结而成的泵氧层、扩散层、参比层、加热层和平衡层；所述泵氧层包括第一氧化锆基片，所述第一氧化锆基片的上表面设有泵氧外电极，第一氧化锆基片的下表面设有泵氧内电极，所述扩散层包括第一氧化铝基片，所述第一氧化铝基片的一端设有扩散腔，所述扩散腔的一侧设有尾气扩散通道，所述参比层包括第二氧化锆基片，所述第二氧化锆基片的上表面设有测试电极，第二氧化锆基片的下表面设有参比电极，所述加热层包括从上到下依次叠加的第二氧化铝基片、加热器和第三氧化铝基片，所述平衡层为第三氧化锆基片。
作为一种优选的实施方式，所述泵氧外电极上覆盖有多孔保护层。
作为另一种优选的实施方式，所述泵氧内电极和所述测试电极均设于所述扩散腔内。
作为另一种优选的实施方式，所述第一氧化铝基片的厚度为0.05mm-0.15mm。
作为另一种优选的实施方式，所述第二氧化铝基片和第三氧化铝基片的厚度均为0.1mm-0.2mm。
作为另一种优选的实施方式，所述第一氧化锆基片、第二氧化锆基片和第三氧化锆基片的厚度均为0.2mm-0.3mm。
作为另一种优选的实施方式，所述第一氧化锆基片、第一氧化铝基片、第二氧化锆基片的一端设有用于引出导线引脚的电极引脚通孔。
作为另一种优选的实施方式，所述第三氧化铝基片和第三氧化锆基片的一端设有用于引出加热器引脚的加热器引脚通孔。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型采用氧化铝流延片作为加热器的支撑层，相比于氧化锆流延片无需增加额外的绝缘层，简化了制备工艺，同时消除了由绝缘层带来的加热层易分层等问题，提高了芯片生产的合格率。
2、本实用新型采用氧化铝流延片作为扩散腔和扩散障的支撑层，将泵氧层和参比层隔开，相比于现有结构，完全消除了泵电池和参考电池之间信号的干扰，提高了芯片测试精度和灵敏度。
3、由于本实用新型结构中引入了氧化铝流延片，在芯片结构设计中考虑到了结构平衡，在一定程度上消除了两种材料带来的结构易弯曲问题，同样提高了产品合格率。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图。
附图标记：1、泵氧层，11、第一氧化锆基片、12、泵氧外电极，13、泵氧内电极，14、多孔保护层，2、扩散层，21、第一氧化铝基片，22、扩散腔，23、尾气扩散通道，3、参比层，31、第二氧化锆基片，32、测试电极，33、参比电极，4、加热层，41、第二氧化铝基片，42、加热器，43、第三氧化铝基片，44、加热器引脚，5、平衡层，51、第三氧化锆基片。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
实施例1
如图1所示，一种无需额外绝缘的片式宽域氧传感器芯片，其结构从上到下依次为：泵氧层1、扩散层2、参比层3、加热层4和平衡层5，各层依次叠合后烧结而成。
所述泵氧层1由第一氧化锆基片11和泵氧外电极12、泵氧内电极13组成，泵氧外电级12设于第一氧化锆基片11的上表面，泵氧外电级12被多孔保护层14覆盖，泵氧内电极13设于第一氧化锆基片11的下表面，泵氧内电极13处于扩散腔22中。
所述扩散层2为第一氧化铝基片21，其中与电极接触的一端为空腔结构的扩散腔22，扩散腔22的一侧为尾气扩散通道23，泵氧内电极13处于扩散腔22中；与导线引脚接触的另一端为双排通孔结构的电极引脚通孔，为了引出参比层3的电极。
所述扩散层2中第一氧化铝基片21的厚度为0.1mm。
在具体实施时，所述扩散层2的扩散腔22和尾气扩散通道23的形成为冲孔机在扩散层2上冲打出其雏形，采用丝网印刷填充有机材料，保证层压时扩散腔22和尾气扩散通道23的结构不会变形，同时在排胶过程中有机材料缓慢挥发，其结构得以保存并且在烧结过程中形成最终的扩散腔22和尾气扩散通道23。
所述参比层3为第二氧化锆基片31，第二氧化锆基片31上表面设置测试电极32，其位于扩散层2的扩散腔22内，第二氧化锆基片31下表面设置参比电极33。所有电极通过电极引脚通孔从泵氧层1表面引出。
所述加热层4由第二氧化铝基片41、加热器42和第三氧化铝基片43组成。
所述加热层4中的第二氧化铝基片41和第三氧化铝基片43的厚度为0.15mm。
所述平衡层5为第三氧化锆基片51，加热器引脚44通过第三氧化铝基片43和第三氧化锆基片51的加热器引脚通孔。
所述第一氧化锆基片11、第一氧化锆基片31和第三氧化锆基片51的厚度为0.25mm。
实施例2
本实施例与实施例1大致相同，区别在于第一氧化锆基片11、第一氧化锆基片31和第三氧化锆基片51的厚度为0.3mm。第一氧化铝基片11厚度为0.05mm，第二氧化铝基片41、第三氧化铝43基片厚度为0.1mm。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种无需额外绝缘的片式宽域氧传感器，其特征在于，包括从上到下依次叠加烧结而成的泵氧层、扩散层、参比层、加热层和平衡层；所述泵氧层包括第一氧化锆基片，所述第一氧化锆基片的上表面设有泵氧外电极，第一氧化锆基片的下表面设有泵氧内电极，所述扩散层包括第一氧化铝基片，所述第一氧化铝基片的一端设有扩散腔，所述扩散腔的一侧设有尾气扩散通道，所述参比层包括第二氧化锆基片，所述第二氧化锆基片的上表面设有测试电极，第二氧化锆基片的下表面设有参比电极，所述加热层包括从上到下依次叠加的第二氧化铝基片、加热器和第三氧化铝基片，所述平衡层为第三氧化锆基片。
2.根据权利要求1所述的无需额外绝缘的片式宽域氧传感器，其特征在于，所述泵氧外电极上覆盖有多孔保护层。
3.根据权利要求1所述的无需额外绝缘的片式宽域氧传感器，其特征在于，所述泵氧内电极和所述测试电极均设于所述扩散腔内。
4.根据权利要求1所述的无需额外绝缘的片式宽域氧传感器，其特征在于，所述第一氧化铝基片的厚度为0.05mm-0.15mm。
5.根据权利要求1所述的无需额外绝缘的片式宽域氧传感器，其特征在于，所述第二氧化铝基片和第三氧化铝基片的厚度均为0.1mm-0.2mm。
6.根据权利要求1所述的无需额外绝缘的片式宽域氧传感器，其特征在于，所述第一氧化锆基片、第二氧化锆基片和第三氧化锆基片的厚度均为0.2mm-0.3mm。
7.根据权利要求1所述的无需额外绝缘的片式宽域氧传感器，其特征在于，所述第一氧化锆基片、第一氧化铝基片、第二氧化锆基片的一端设有用于引出导线引脚的电极引脚通孔。
8.根据权利要求1所述的无需额外绝缘的片式宽域氧传感器，其特征在于，所述第三氧化铝基片和第三氧化锆基片的一端设有用于引出加热器引脚的加热器引脚通孔。
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| CN110988084A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-10 | 苏州溢亮材料科技有限公司 | 耐用型片式氧传感器 |
| CN112198205A (zh) * | 2020-09-16 | 2021-01-08 | 苏州禾苏传感器科技有限公司 | 一种响应时间短氧传感器芯片 |
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