一种以流延氧化铝包裹加热线路的氧传感器芯片的制作方法

本发明涉及氧传感器制作领域，特别是一种以流延氧化铝包裹加热线路的氧传感器芯片。

背景技术：

为减少发动机废气排放污染，提高燃气的综合利用率，人们设计了氧传感器用于调定混合气的空燃比，而氧传感器由于其固有特性，氧传感器冷态下输出的是随机信号，该信号没有参考意义，只有在加入热控制以后，在室温条件下才能开始正常的气体检测。

而本氧传感器芯片即为热控制芯片，芯片中最核心的部位是加热线路，传统加热线路绝缘是通过丝网印刷技术在印好加热线路的氧化锆基体上印刷绝缘层。而该印刷绝缘层，对印刷工艺有较高要求，若在印刷过程中发生不良，对氧传感器芯片性能有极大的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有印刷绝缘层的印刷工艺要求高的问题，设计了一种以流延氧化铝包裹加热线路的氧传感器芯片。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种以流延氧化铝包裹加热线路的氧传感器芯片，包括印刷有加热线路的线路层，所述线路层的上下两侧覆盖有将其包裹的保护层，所述线路层与所述保护层之间叠压有过渡层，所述过渡层为氧化锆与氧化铝按不同比例混合流延制作成的基体。

更近一步的说明，所述过渡层是由多层不同成分的基体构成，所述过渡层由三层基体叠压而成，分别为偏锆层、中间层、偏铝层，其中，偏锆层是80％的氧化锆和20％的氧化铝混合流延成厚度为50μm的基体；中间层是50％的氧化锆和50％的氧化铝混合流延成厚度为70μm的基体；偏铝层是20％的氧化锆和80％的氧化铝混合流延成厚度为90μm的基体。

为了更好的实现线路层到保护层的过渡，所述过渡层的分布方式为，由线路层到保护层依次为偏铝层、中间层、偏锆层。

需要说明的是，所述保护层为6层100μm的氧化锆片，通过等静压叠压而成的基体。

本发明线路层的特殊性在于，所述线路层有两层，且加热线路印刷在其中一层相对的面上，所述线路层的两层基体均为50μm的100％氧化铝基体。

所述线路层的加热线路成型方法为，所述线路层的加热线路通过丝网印刷技术印刷而成，所述线路层、过渡层和保护层通过等静压技术使所有基体叠压在一起，将加热线路完全包裹在氧化锆中形成芯片本体。

在成型工艺方面，所述芯片烧结的收缩率通过浆料粒径和球磨时间来控制，浆料中铝粉的平均粒径尺寸要求为1.21μm，除铝粉外，浆料中还采用超细滑石粉作烧结助剂，甲苯和正丁醇作混合溶剂，聚乙烯醇缩丁醛作粘接剂，聚乙二醇作增塑剂，鱼油作分散剂；所述球磨时间控制在3-24小时，以过250目筛为标准。

其有益效果在于，1.本发明通过在线路层与保护层之间添加过渡层，然后将三者紧密叠压在一起，过渡层能够将线路层上的加热电路完全包裹起来，从而起到良好的绝缘效果，相比于用丝网印刷技术印刷绝缘层的方式，将过渡层与线路层叠压在一起的方式，后者的技术要求会更低，在实际操作中更容易实现，这种芯片结构的改变所带来的工艺变化，能够显著降低对生产工艺的要求，扩大这类芯片的生产规模，提高行业产能。

2.提高了产品制作过程的整体合格率，该发明是在氧化锆层中夹杂一层纯氧化铝材料，利用氧化铝材料高绝缘特性，此种方法能彻底解决信号层受加热电压串扰的问题。

附图说明

图1是本发明各层基体的拆分图；

具体实施方式

本发明是氧传感器的热控制部件，用于为氧传感器加热，从而实现氧传感器的正常工作，而传统加热线路绝缘是通过丝网印刷技术在印好加热线路的氧化锆基体上印刷绝缘层。对印刷工艺有较高要求，若在印刷过程中发生不良，对氧传感器芯片性能有极大的影响，同时基于氧化锆温度升高后电导率变化的材料特性，结合当前芯片小型化的发展趋势，芯片加热层和信号层之间的绝缘要求日益提高，所以开发新的绝缘方式势在必行。

为此，本发明通过改变传统氧传感器结构，通过采用对工艺要求更低的结构来实现与加热线路绝缘层的同样效果，(传统的绝缘层对应着本发明结构中的过渡层，为避免与传统产品结构混淆，这里特采用不同的名称区分)。

本发明相较于传统氧传感器，在功能上，过渡层与绝缘层均能起到同样的保护加热线路维持绝缘的作用；在工艺制造难度上，绝缘层的工艺要求高，对生产商的技术要求高，而过渡层的工艺要求低，采用的是本行通用的工艺技术，降低了技术要求，从而能够使更多的生产商参与生产，降低了产品的技术门槛，扩大了产品的生产规模。

而实现上述优越性的具体结构与原理请结合附图1，下面进行详细叙述：

本发明是由10层基体叠压而成，为了便于表述，附图1中，已经在各层基体右侧标记了序号。

需要说明的是，本发明共10层基体，其中，上5层基体与下5层基体是对称的，即第n层基体与第(11-n)层基体是相同的。

为精简表述，下面称第n层基体为n层。1层和10层均为保护层，2层、3层、4层、7层、8层和9层均为过渡层，5层和6层均为线路层。

其中，线路层上通过丝网印刷技术印有加热线路，且加热线路印刷在其中一层的表面上，该表面是两者相对的面，且5层和6层均为50μm的100％氧化铝基体。

保护层为1层和10层，这两层基体中的每一层，均是通过6层100μm的氧化锆片，通过等静压叠压而成的。

过渡层的6层基体，按照距线路层的距离，由近至远又进一步的分为偏铝层、中间层、偏锆层。4层和7层为偏铝层，偏铝层是20％的氧化锆和80％的氧化铝混合流延成厚度为90μm的基体；3层和8层为中间层，中间层是50％的氧化锆和50％的氧化铝混合流延成厚度为70μm的基体；2层和9层为偏锆层，偏锆层是80％的氧化锆和20％的氧化铝混合流延成厚度为50μm的基体。

线路层的加热线路通过丝网印刷技术印刷而成，线路层、过渡层和保护层通过等静压技术使所有基体(全部的1-10层基体)叠压在一起，将加热线路完全包裹在氧化锆中形成芯片本体。显然，常规工艺是用丝网印刷技术印刷绝缘层来保护加热线路，而本结构设计是通过等静压技术将多层基体叠压实现将加热线路完全包裹在氧化锆中来实现保护，等静压技术比丝网印刷工艺要求更低(丝网印刷技术本身并不难，但想要通过该印刷技术实现线路的绝缘却不容易)，也更容易实现。

本发明的芯片在烧结时为了保证尺寸的确定，芯片烧结的收缩率通过浆料粒径和球磨时间来控制，使芯片尺寸控制在公差范围内，在排胶烧结过程中通过压烧方式来减少因热膨胀系数的差异而导致的体积变化，浆料中铝粉的平均粒径尺寸要求为1.21μm，除铝粉外，浆料中还采用超细滑石粉作烧结助剂，甲苯和正丁醇作混合溶剂，聚乙烯醇缩丁醛作粘接剂，聚乙二醇作增塑剂，鱼油作分散剂，球磨后以过250目筛为标准，其具体的球磨时长可以参考为：

1层和10层为100％氧化锆基体，球磨时间控制在24h；

5层和6层为100％氧化铝基体，球磨时间控制在3h；

过渡层(包括2层、3层、4层、7层、8层和9层)可以根据浆料比例情况调定球磨时间，时间控制在3-24h之间，下面提供一种实施例供参考；

2层和9层为80％氧化锆和20％氧化铝混合基体，球磨时间为19h；

3层和8层为50％氧化锆和50％氧化铝混合基体，球磨时间为14h；

4层和7层为20％氧化锆和80％氧化铝混合基体，流延时间为9h。

各基体球磨后的浆料需要静置脱泡，然后进行流延，流延厚度即上面提到的每一层基体的厚度。其具体的操作过程是本行业的公知技术，这里不再赘述。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。