一种极限电流型氧传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种极限电流型氧传感器，其具有集成度高、结构简单，克服了很多应用场景传感器体积过大无法安装的问题，同时由于产品体积较小，加热时功耗低，便于加工从而加工效率高。其包括由上至下依次设置的陶瓷层一、陶瓷层二和陶瓷层三，陶瓷层一顶部设置有位于上绝缘层和下绝缘层之间的加热器，陶瓷层二中间具有空腔，极限电流型氧传感器呈方形，单边长度为3

【技术实现步骤摘要】
一种极限电流型氧传感器


[0001]本技术涉及氧传感器
，具体为一种极限电流型氧传感器。

技术介绍

[0002]氧化锆氧传感器是利用氧化锆陶瓷材料在高温下可传导氧离子的特性开发而成，通过设计不同的传感器结构，配合相应的控制电路，可开发出电压型和电流型两大类氧传感器，这些氧化锆传感器已广泛的应用于汽车发动机控制，锅炉燃烧尾气测量，烟气分析和钢水定氧等领域，是唯一可用于高温环境氧含量测量的一类传感器。
[0003]现有的极限电流型氧传感器一般为长片式，尺寸约为长60mm，宽4mm，厚1.3mm，这种设计多用于汽车尾气检测等对体积大小要求不高，但使用环境较为恶劣的领域，例如公开号CN103913498A所公开的极限电流型宽域氧传感器芯片，其包括上层感应基板、中层骨架基板和底层闭合基板，底层闭合基板设置有加热线路，中层骨架基板上开设有多个通道和腔体用于安装多个电极，由于其结构较为复杂且体积大，再加上加热需要的功耗高，难以在较多家电、医疗或其他民用领域使用推广。

技术实现思路

[0004]针对传统极限电流型氧传感器体积大、结构复杂的问题，本技术提供了一种极限电流型氧传感器，其具有集成度高、结构简单，克服了很多应用场景传感器体积过大无法安装的问题，同时由于产品体积较小，加热时功耗低，便于加工从而加工效率高，单次可大批量生产。
[0005]其技术方案是这样的：一种极限电流型氧传感器，其包括由上至下依次设置的陶瓷层一、陶瓷层二和陶瓷层三，所述陶瓷层一顶部设置有位于上绝缘层和下绝缘层之间的加热器，所述陶瓷层二中间具有空腔，其特征在于：极限电流型氧传感器呈方形，单边长度为3
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6mm，厚度为0.4
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1mm，所述加热器呈S形弯折分布并且其两端分别连接加热器焊区，所述上绝缘层对应所述加热器焊区的位置镂空设置，所述空腔中设置有泵内电极，所述泵内电极与所述陶瓷层三上的导电通孔连接，所述陶瓷层二的一侧设有进气腔用于连通所述空腔和极限电流型氧传感器的外部，所述陶瓷层三底部设有泵外电极。
[0006]其进一步特征在于：
[0007]所述泵内电极和所述泵外电极的上下位置相互对应，所述陶瓷层三底部还设有电极焊区一和电极焊区二，所述电极焊区一与所述泵外电极连接，所述电极焊区二与所述导电通孔连接；
[0008]所述进气腔长度为0.75
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1.5mm，宽度80
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200μm，厚度1
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10μm；
[0009]所述泵内电极与所述泵外电极均为方形并且尺寸相同，单边长度为1.5
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3mm。
[0010]有益效果：极限电流型氧传感器其弯折的加热器能够均匀有效对传感器加热，镂空设置的上绝缘层能够暴露出加热器焊区便于给加热器施加电压，空腔通过其一侧的进气腔连接外部，便于生产加工，采用了这样结构的极限电流型氧传感器，集成度高，结构简单，
同时由于产品体积较小，加热时功耗低，其克服了很多应用场景传感器体积过大无法安装的问题，能够用于多种场合。
附图说明
[0011]图1为极限电流型氧传感器各层结构示意图；
[0012]图2为极限电流型氧传感器的剖面示意图；
[0013]图3为图2外接电路后的示意图；
[0014]图4为400℃时泵电压与信号电流关系图；
[0015]图5为氧浓度与平台电流关系图。
具体实施方式
[0016]如图1、图2所示的一种极限电流型氧传感器，其包括由上至下依次设置的陶瓷层一1、陶瓷层二2和陶瓷层三3，陶瓷层一1顶部设置有位于上绝缘层6和下绝缘层4之间的加热器5，陶瓷层二1中间具有空腔8，极限电流型氧传感器呈方形，单边长度为3
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6mm，厚度为0.4
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1mm，加热器5呈S形弯折分布并且其两端分别连接加热器焊区7，上绝缘层6对应加热器焊区7的位置镂空设置，空腔8中设置有泵内电极10，泵内电极10与陶瓷层三3上的导电通孔9连接，陶瓷层二2的一侧设有进气腔14用于连通空腔8和极限电流型氧传感器的外部，进气腔14长度可以为0.75
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1.5mm，宽度80
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200μm，厚度1
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10μm，陶瓷层三3底部设有泵外电极11，泵内电极10和泵外电极11的上下位置相互对应，泵内电极10可以与泵外电极11均为方形并且尺寸相同，单边长度为1.5
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3mm，陶瓷层三3底部还设有电极焊区一12和电极焊区二13，电极焊区一12与泵外电极11连接，电极焊区二13与导电通孔9连接。
[0017]其制备方式如下：一、生瓷块的加工；选用三块厚度为0.15mm并掺杂8 mol%三氧化二钇的氧化锆生瓷块分别为生瓷块一、生瓷块二和生瓷块三，其中生瓷块一的顶部由下往上依次通过丝网印刷的方式形成绝缘层一（采用氧化铝浆料）、加热器层（采用铂浆）和绝缘层二（采用氧化铝浆料），加热器层呈S型均匀分布在绝缘层一和绝缘层二之间，保证加热均匀，加热器层两端分别连接加热器焊区，绝缘层二对应加热层焊区的位置呈镂空状，便于加热器层烧结后形成的加热器与外部连接。
[0018]生瓷片二的中部通过机械冲孔的方式形成空腔8，空腔开口尺寸为边长2.5mm，厚0.15mm，生瓷片二的顶部还通过使用混合浆料印刷的方式印刷出宽170微米，厚度为8微米的牺牲层一，混合浆料由碳和聚碳酸酯按照重量比例0.3：9.7混合而成，采用两者混合既避免了碳印刷厚度太高，光是聚碳酸酯又太薄，混合以后厚度可调空间大，满足此处5微米的牺牲层一厚度要求。
[0019]生瓷片三通过冲孔并填充导电材料形成导电通孔9，其顶部通过印刷的方式形成位于顶部的并与导电通孔9连接的泵内电极层（电极层和焊区层均可采用铂浆）、位于底部的泵外电极层、位于底部的与泵外电极层连接的电极焊区层一、位于底部的与导电通孔9连接的电极焊区层二，泵外电极层与泵内电极层上下位置相互对应，电极层边长2.4mm。
[0020]二、堆叠；将加工完成后的生瓷块一、生瓷块二和生瓷块三由上至下依次堆叠，堆叠过程中，生瓷块二的空腔中填入由碳基生瓷构成的牺牲层二，牺牲层二的厚度与生瓷块二的厚度相等。
[0021]三、层压；将堆叠完成后的生瓷块一、生瓷块二和生瓷块三在75摄氏度下采用3000
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6000psi的压力水等静压，通过层压使牺牲层一向下压入生瓷片二中。
[0022]四、切割；根据所需尺寸在80摄氏度的台面温度下切割。
[0023]五、烧结；切割完成后对生瓷块在1400摄氏度的温度下进行烧结形成如图1、图2所示的极限电流型氧传感器，极限电流型氧传感器呈方形并且单边长度为5mm，厚度为0.6mm，烧结过程中牺牲层二挥发形成容纳泵内电极层的空腔8，牺牲层一挥发形成进气腔14，尺寸为长1.25mm，宽150微米，厚5微米，进气腔14连通空腔8和极限电流型氧传感器的外部。烧结后，上述绝缘层二变为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极限电流型氧传感器，其包括由上至下依次设置的陶瓷层一、陶瓷层二和陶瓷层三，所述陶瓷层一顶部设置有位于上绝缘层和下绝缘层之间的加热器，所述陶瓷层二中间具有空腔，其特征在于：极限电流型氧传感器呈方形，单边长度为3
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6mm，厚度为0.4
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1mm，所述加热器呈S形弯折分布并且其两端分别连接加热器焊区，所述上绝缘层对应所述加热器焊区的位置镂空设置，所述空腔中设置有泵内电极，所述泵内电极与所述陶瓷层三上的导电通孔连接，所述陶瓷层二的一侧设有进气腔用于连通所述空腔和极限电流型氧传感器的外部，所述陶瓷层三底部设有泵外电极。2.根据权利要求1所述的一种极限电流型...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晓佳，戴冯辉，陈江翠，
申请(专利权)人：江苏惟哲新材料有限公司，
类型：新型
国别省市：