一种片式车用颗粒物传感器芯片及其制作方法

文档序号:10685039阅读:618来源:国知局
一种片式车用颗粒物传感器芯片及其制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种片式车用颗粒物传感器芯片及其制作方法,其特征在于:第三基片、第二基片、第一基片由下至上依次堆叠,加热电极布置在第三基片顶面,测温电极布置在第二基片的顶面,第一电极和第二电极均布置在第一基片的顶面,第一电极和第二电极的电极导线位置上方覆盖绝缘保护层;其可避免氧化锆基底和氧化铝绝缘层异质而引起的叠压困难和收缩不匹配性,简化了结构和制备工艺过程,能对尾气中颗粒物的浓度进行精确测量。
【专利说明】
一种片式车用颗粒物传感器芯片及其制作方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种片式车用颗粒物传感器芯片及其制作方法,属于传感器技术领域。
【背景技术】
[0002]随着全世界范围内环境问题的日益加剧,排放法规的日益严格,机动车的排放问题越来越受到人们的关注。机动车尾气排放被指是构成雾霾的重要来源之一,随着保有量的增加,汽车成为城市控污大户。柴油机排放中含有大量的颗粒物(PM),尤其是PM 2.5占颗粒物排放的80%以上,会对环境和人体健康造成很大的危害。为了去除车辆废气中的颗粒物(PM)以满足环境要求和已有法规,颗粒物捕集器(DPF)广泛应用于柴油车上,这也是实现柴油机颗粒物排放控制最为有效和简单的方法。因此DPF的可靠再生和失效监测需要精准的检测方法。而陶瓷元件颗粒物(PM)传感器在这方面发挥着非常重要的作用。
[0003]由于发动机燃烧及其尾气排放温度较高,颗粒物传感器必须能够在较高的温度下工作。要求颗粒物(PM)传感器材料能够经受_30°C —950°C的经常性的温度突变的冲击。目前用于检测PM的传感器包括光学式,感应电荷式等。其中光学式价格低,但受温度和水分影响,难以在尾气苛刻工作条件下使用。由于需要价格高昂的计电器,也限制了感应电荷式在汽车上的使用。文献OCHS T.Particlate matter sensor for on board diagnostics(OBD)of diesel particulate filters( DPF).SAE Internat1nal 2010报道了一种累积式PM传感器如图1所示,该传感器包括钇稳定氧化锆基片、工作电极、测温电极和加热电极,其原理基于对钇稳定氧化锆基片上印刷的梳状电极的电阻的测试,当传感器接触尾气,梳妆电极之间吸附颗粒物,形成电流回路,通过加热的方式再生,输出的电流信号用来评估PM的质量。由于钇稳定氧化锆在高温时变得不绝缘,所以该传感器的各个电极与氧化锆基板之间需要印刷一层氧化铝的绝缘层。但氧化锆与氧化铝之间性质的差异,容易导致印刷浆料的脱落和起皮。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是提供一种片式车用颗粒物传感器芯片及其制作方法,其可避免氧化锆基底和氧化铝绝缘层异质而引起的叠压困难和收缩不匹配性,简化了结构和制备工艺过程,能对尾气中颗粒物的浓度进行精确测量。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:片式车用颗粒物传感器芯片,由三个基片组成,基片分别为第一基片、第二基片、第三基片,其特征在于:第三基片、第二基片、第一基片由下至上依次堆叠,加热电极布置在第三基片顶面,测温电极布置在第二基片的顶面,第一电极和第二电极均布置在第一基片的顶面,第一电极和第二电极的电极导线位置上方覆盖绝缘保护层;
其具体制备方法如下:
浆料制备:将制备三部分基片的基材氧化铝陶瓷粉中加入占陶瓷粉重量0~3%的分散剂、4~7%的粘合剂、0~2%的增塑剂,在有机溶剂中用球磨的方式制成流延浆料,球磨时间为24-48小时;
流延基片:将流延浆料在流延机上经刮刀在衬带上刮成厚度均匀的膜片,膜片厚度范围在80-300 um,在常温下干燥后脱膜,干燥时间为4-8小时;
基片切割:用切割机把上述膜片切割成大小相同的坯片,第一基片的厚度为150um?400um,第二基片的厚度为300um?800um,第三基片的厚度为300um?800um ;
丝印电路:在第一基片上印刷第一电极和第二电极,然后在第一电极和第二电极的电极导线部分印刷绝缘保护层,第一电极和第二电极直接印刷在第一基片顶面,之间无任何过渡层,绝缘保护层厚度为1unMOOum;在第二基片上印刷测温电极,测温电极直接印刷在第二基片顶面,之间无任何过渡层;在第三基片上印刷加热电极,加热电极直接印刷在第三基片顶面,之间无任何过渡层,测温电极和加热电极都通过小孔与外层的引脚相连接;
静压成坯:将第一电极、第二电极、测温电极和加热电极依次定位对齐,放入温等静压机中预热并叠压,等静压温度保持在60?90°C,其中预热时间为10~30min,叠压时间为10?30min;
坯片切割:对于以上叠压坯片用切片机切成传感器单坯;
排胶烧结:将切割后的传感器单坯在稍慢的升温速率下排胶脱除有机物,然后在较快的升温速率下烧结得传感器芯片,排胶升温速率控制在10-80 0C /h,温度为150 0C?800 °C之间,烧结升温速率控制在100?150 °C /h,温度为1400 °01600 °C之间。
[0006]所述的有机溶剂为丙酮、异丙醇、丁酮、乙醇、二甲苯。
[0007]所述的绝缘保护层材料为Al2O3t3
[0008]所述的粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛,所述分散剂为三乙醇胺,所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁脂。
[0009]本发明的积极效果是其有效地解决了因为钇稳定氧化锆和氧化铝性质的差异,给叠合带来了困难,同时烧结时收缩率不同,使得氧化铝绝缘层起皱,电极浆料易脱落的问题。本传感器工艺过程简单、结构简单并能对汽车颗粒物传感器的温度和尾气中颗粒物的浓度进行精确测量。
【附图说明】
[0010]图1为本发明颗粒物传感器芯片的结构图。
[0011 ]图2为本发明颗粒物传感器芯片制作方法的流程图。
【具体实施方式】
[0012]片式车用颗粒物传感器芯片,由三个基片组成,基片分别为第一基片6、第二基片7、第三基片8,其特征在于:第三基片8、第二基片7、第一基片8由下至上依次堆叠,加热电极4布置在第三基片8顶面,测温电极3布置在第二基片7的顶面,第一电极I和第二电极2均布置在第一基片6的顶面,第一电极I和第二电极2的电极导线位置上方覆盖绝缘保护层。
[0013]其具体制备方法如下:
浆料制备:将制备三部分基片的基材氧化铝陶瓷粉中加入占陶瓷粉重量0~3%的分散剂、4~7%的粘合剂、0~2%的增塑剂,在有机溶剂中用球磨的方式制成流延浆料,球磨时间为24-48小时;
流延基片:将流延浆料在流延机上经刮刀在衬带上刮成厚度均匀的膜片,膜片厚度范围在80-300 um,在常温下干燥后脱膜,干燥时间为4-8小时;
基片切割:用切割机把上述膜片切割成大小相同的坯片,第一基片6的厚度为150um?400um,第二基片7的厚度为300um?800um,第三基片8的厚度为300um?800um ;
丝印电路:在第一基片6上印刷第一电极I和第二电极2,然后在第一电极I和第二电极2的电极导线部分印刷绝缘保护层5,第一电极I和第二电极2直接印刷在第一基片6顶面,之间无任何过渡层,绝缘保护层5厚度为1um?10um;在第二基片7上印刷测温电极3,测温电极3直接印刷在第二基片7顶面,之间无任何过渡层;在第三基片8上印刷加热电极4,加热电极4直接印刷在第三基片8顶面,之间无任何过渡层,测温电极和加热电极都通过小孔与外层的引脚相连接;
静压成坯:将第一电极1、第二电极2、测温电极3和加热电极4依次定位对齐,放入温等静压机中预热并叠压,等静压温度保持在60?90°C,其中预热时间为10~30min,叠压时间为10?30min;
坯片切割:对于以上叠压坯片用切片机切成传感器单坯;
排胶烧结:将切割后的传感器单坯在稍慢的升温速率下排胶脱除有机物,然后在较快的升温速率下烧结得传感器芯片,排胶升温速率控制在10-80 0C /h,温度为150 0C?800 °C之间,烧结升温速率控制在100?150 °C /h,温度为1400 °01600 °C之间。
[0014]所述的有机溶剂为丙酮、异丙醇、丁酮、乙醇、二甲苯。
[0015]所述的绝缘保护层5材料为Al2O3。
[0016]所述的粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛,所述分散剂为三乙醇胺,所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁脂。
[0017]实施例一
如图1所示,该传感器芯片包括三部分基片从上到下依次叠压而成,第一基片6表面设有初始电阻无限大的工作电极,包括第一电极I和第二电极2,工作电极导线上有绝缘保护层5,所述的第二基片7表面设有测温电极3,第三基片8表面设有加热电极4;绝缘保护层5和第一基片6、第二基片7、第三基片8为氧化铝材质、第一电极1、第二电极2直接印刷在第一基片6顶面,之间无任何过渡层;测温电极3直接印刷在第二基片7顶面,之间无任何过渡层;加热电极4直接印刷在第三基片8顶面,之间无任何过渡层;第一基片6的厚度为400um,第二基片7的厚度为300um,第三基片8的厚度为300um,绝缘层5厚度为lOOum,颗粒物传感器芯片的总厚度为I 10um;
实施例二
如图1所示,该传感器芯片由三部分氧化铝基片从上到下依次叠压而成,第一基片6的厚度为150um,第二基片7的厚度为400um,第三基片8的厚度为400um,绝缘保护层5厚度为1um;颗粒物传感器的总厚度为960umo
[0018]实施例三
该传感器芯片由三部分氧化铝基片从上到下依次叠压而成,第一基片6的厚度为400um,第二基片7的厚度为500um,第三基片的厚度8为600um,绝缘保护层5厚度为20um;颗粒物传感器的总厚度为1520umo
【主权项】
1.片式车用颗粒物传感器芯片,由三个基片组成,基片分别为第一基片、第二基片、第三基片,其特征在于:第三基片、第二基片、第一基片由下至上依次堆叠,加热电极布置在第三基片顶面,测温电极布置在第二基片的顶面,第一电极和第二电极均布置在第一基片的顶面,第一电极和第二电极的电极导线位置上方覆盖绝缘保护层; 其具体制备方法如下: 浆料制备:将制备三部分基片的基材氧化铝陶瓷粉中加入占陶瓷粉重量0~3%的分散剂、4~7%的粘合剂、0~2%的增塑剂,在有机溶剂中用球磨的方式制成流延浆料,球磨时间为24-48小时; 流延基片:将流延浆料在流延机上经刮刀在衬带上刮成厚度均匀的膜片,膜片厚度范围在80-300 um,在常温下干燥后脱膜,干燥时间为4-8小时; 基片切割:用切割机把上述膜片切割成大小相同的坯片,第一基片的厚度为150um?400um,第二基片的厚度为300um?800um,第三基片的厚度为300um?800um ; 丝印电路:在第一基片上印刷第一电极和第二电极,然后在第一电极和第二电极的电极导线部分印刷绝缘保护层,第一电极和第二电极直接印刷在第一基片顶面,之间无任何过渡层,绝缘保护层厚度为1unMOOum;在第二基片上印刷测温电极,测温电极直接印刷在第二基片顶面,之间无任何过渡层;在第三基片上印刷加热电极,加热电极直接印刷在第三基片顶面,之间无任何过渡层,测温电极和加热电极都通过小孔与外层的引脚相连接; 静压成坯:将第一电极、第二电极、测温电极和加热电极依次定位对齐,放入温等静压机中预热并叠压,等静压温度保持在60?90°C,其中预热时间为10~30min,叠压时间为10?30min; 坯片切割:对于以上叠压坯片用切片机切成传感器单坯; 排胶烧结:将切割后的传感器单坯在稍慢的升温速率下排胶脱除有机物,然后在较快的升温速率下烧结得传感器芯片,排胶升温速率控制在10-80 0C /h,温度为150 0C?800 °C之间,烧结升温速率控制在100?150 °C /h,温度为1400 °01600 °C之间。2.根据权利要求1中所述的片式车用颗粒物传感器芯片,其特征在于所述的有机溶剂为丙酮、异丙醇、丁酮、乙醇、二甲苯。3.根据权利要求1中所述的片式车用颗粒物传感器芯片,其特征在于所述的绝缘保护层材料为Al2O3。4.根据权利要求1中所述的片式车用颗粒物传感器芯片,其特征在于所述的粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛,所述分散剂为三乙醇胺,所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁脂。
【文档编号】G01D21/02GK106053308SQ201610531321
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】王金兴, 刘宏宇, 张斌, 张克金
【申请人】中国第汽车股份有限公司, 中国第一汽车股份有限公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1