一种泵电流可调的NOx传感器芯片的制作方法

本发明涉及nox传感器技术领域，具体涉及一种泵电流可调的nox传感器芯片。

背景技术：

nox指的是由于燃烧所产生的各种氮氧化合物的总和，由于n2o3，n2o5，n2o4在高于200℃下不稳定，而所有n2o的排放中仅仅只有2％来源于汽车的尾气排放，且n2o对环境造成的影响与no和no2不同，所以一般把no和no2称为nox。nox对城市空气污染影响极大，其排放造成光化学污染，还产生城市烟雾、酸雨等，危害城市居民的健康。2011-2015期间，国家决定把nox和氨氮列入了约束性指标，其中最重要的是机动车的nox排放。重型汽车保有量仅占机动车总保有量的5％，占汽车保有量的15％，nox的排放量却占到总排放量的76％，所以控制好重型车的nox的排放是最重要的。

中国重型车国iv、国v、国vi方案大部分采用选择还原催化剂(scr)方案，scr法可以选择性地将尾气中的nox吸附于催化剂，通过向催化剂喷射尿素，以还原反应将nox分解成氮和水并排放，通过nox传感器来检测排放气体中nox含量，在控制nox排放中，nox传感器是关键技术和关键零件之一，对控制和减少nox排放起着很重要的作用，在国vi方案中，一辆车需要用到两只nox传感器。

目前，我国现阶段用于重型柴油机上的nox传感器装主要依靠国外进口，已经商业化的nox传感器主要厂家为德国大陆集团和博世，大陆集团的智能nox传感器技术作为其市场的主要竞争力对我国进行全面的技术封锁，价格高，服务、维修十分困难。如中国发明专利(授权公告号：cn205808981)中记载的技术方案：nox传感器芯片主要是通过内置扩散障、通过氧泵、辅助泵、测量泵来实现对nox的测量，第一扩散障直接决定了ip0的大小(也就是尾气进入芯片内部的速度)。该技术方案制作的nox传感器芯片在烧成以后没有办法调整，无法调整ip0的大小，合格率会大大降低。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构设计合理、结构新颖、能够有效地调节ip0的大小、提高产品合格率、降低产品制造成本且实用性好的泵电流可调的nox传感器芯片。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种泵电流可调的nox传感器芯片，包括芯片基体，所述芯片基体上从上至下依次设置有保护层、外电极和进气口；所述芯片基体内从左至右依次设置有第一内泵电极工作腔和第二内泵电极工作腔，所述第一内泵电极工作腔与进气口连通，且第一内泵电极工作腔内设置有表面覆盖层、扩散障碍层、粘结剂过渡层、第一内泵上电极、第一内泵衔接电极和第一内泵下电极；所述表面覆盖层覆盖在所述扩散障碍层的上表面上，通过对表面覆盖层进行激光切割加工调整扩散障碍层的尾气进入速度；所述扩散障碍层的底面与粘结剂过渡层粘接固定；所述第一内泵衔接电极设置在第一内泵上电极和第一内泵下电极之间，且第一内泵上电极、第一内泵衔接电极和第一内泵下电极连接后构成一个完整的第一内泵电极装置，且该第一内泵电极装置与外电极一起构成第一组氧泵。

本发明进一步设置为：所述第一内泵电极工作腔和第二内泵电极工作腔之间设置有扩散通道，所述第二内泵电极工作腔内设置有第二内泵上电极、第二内泵衔接电极和第二内泵下电极，所述第二内泵衔接电极设置在第二内泵上电极和第二内泵下电极之间，且第二内泵上电极、第二内泵衔接电极和第二内泵下电极连接后构成一个完整的第二内泵电极装置，且该第二内泵电极装置与外电极一起构成第二组氧泵。

本发明进一步设置为：所述第二内泵电极工作腔右下端设置有反应电极，所述反应电极的上表面上设置有反应电极扩散层。

本发明进一步设置为：所述芯片基体位于第二内泵电极工作腔的下方位置设置有参比空腔，参比空腔内设置有参比电极，所述参比电极通过参比空腔与空气相通。

本发明进一步设置为：所述芯片基体位于参比空腔的下方位置设置有加热空腔，所述加热空腔内设置有加热电极，所述加热电极的上表面上设置有上绝缘层，所述加热电极的底面上设置有下绝缘层。

本发明进一步设置为：所述芯片基体由多层氧化锆流延片叠合而成。

本发明进一步设置为：所述表面覆盖层由氧化锆材料制成。

本发明进一步设置为：所述扩散障碍层由多孔的氧化锆材料组成；所述粘结剂过渡层由氧化锆材料和扩散障碍层的骨料按照1：1混合制作而成。

本发明的优点是：与现有技术相比，本发明结构设置更加合理，结构新颖、能够有效地调节ip0的大小(也就是尾气进入芯片内部的速度)、提高产品合格率、降低产品制造成本且实用性好。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

在本实施例的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1，本发明公开的一种泵电流可调的nox传感器芯片，包括芯片基体1，所述芯片基体1上从上至下依次设置有保护层2、外电极3和进气口11；所述芯片基体1内从左至右依次设置有第一内泵电极工作腔12和第二内泵电极工作腔13，所述第一内泵电极工作腔12与进气口11连通，且第一内泵电极工作腔12内设置有表面覆盖层4、扩散障碍层5、粘结剂过渡层6、第一内泵上电极7、第一内泵衔接电极8和第一内泵下电极9；所述表面覆盖层4覆盖在所述扩散障碍层5的上表面上，通过对表面覆盖层4进行激光切割加工调整扩散障碍层5的尾气进入速度；所述扩散障碍层5的底面与粘结剂过渡层6粘接固定；所述第一内泵衔接电极8设置在第一内泵上电极7和第一内泵下电极9之间，且第一内泵上电极7、第一内泵衔接电极8和第一内泵下电极9连接后构成一个完整的第一内泵电极装置，且该第一内泵电极装置与外电极3一起构成第一组氧泵。

所述第一内泵电极工作腔12和第二内泵电极工作腔13之间设置有扩散通道14，所述第二内泵电极工作腔13内设置有第二内泵上电极10、第二内泵衔接电极15和第二内泵下电极16，所述第二内泵衔接电极15设置在第二内泵上电极10和第二内泵下电极16之间，且第二内泵上电极10、第二内泵衔接电极15和第二内泵下电极16连接后构成一个完整的第二内泵电极装置，且该第二内泵电极装置与外电极2一起构成第二组氧泵。

所述第二内泵电极工作腔13右下端设置有反应电极17，所述反应电极17的上表面上设置有反应电极扩散层18。

所述芯片基体1位于第二内泵电极工作腔13的下方位置设置有参比空腔19，参比空腔19内设置有参比电极20，所述参比电极20通过参比空腔19与空气相通。

所述芯片基体1位于参比空腔19的下方位置设置有加热空腔110，所述加热空腔110内设置有加热电极21，所述加热电极21的上表面上设置有上绝缘层22，所述加热电极21的底面上设置有下绝缘层23。

所述芯片基体1由多层氧化锆流延片叠合而成。

所述表面覆盖层4由氧化锆材料制成。

所述扩散障碍层5由多孔的氧化锆材料组成；所述粘结剂过渡层6由氧化锆材料和扩散障碍层5的骨料按照1：1混合制作而成。

作为优选的，芯片基体1主要为ysz(氧化钇稳定的氧化锆)组成，采用多层ysz流延片叠合而成，分别在ysz流延片上进行打孔印刷等操作。保护层2位于芯片的最外表面，对外电极3形成保护作用，通过在ysz流延片上进行印刷铂电极形成完整的外电极3，烘干后再进行印刷保护层2，进气口11部分镂空不印刷，避免阻塞进气口。

所述表面覆盖层4由致密的ysz所组成，覆盖在扩散障碍层5的表面，通过在对表面覆盖层4进行激光切割加工可连续调整扩散障碍层5的扩散能力，切割的面积越大，扩散障碍层露出的越多，ip0的值就会越大，进而达到标定nox传感器芯片ip0的目的，提高了生产的合格率和产品的一致性。粘结剂过渡层6的目的是保证ysz流延片和扩散障碍层5之间的结合。

当尾气通过进气口11，经过扩散障碍层5进入第一内泵电极工作腔12，工第一内泵电极工作腔12的上部第一内泵上电极7，第一内泵电极工作腔12的下部第一内泵下电极9，它们之间通过第一内泵衔接电极8连接成一个整体第一内泵电极装置，且第一内泵电极装置与外电极3构成第一组氧泵，第一内泵衔接电极8既可以起到连接作用，本身也可以泵氧，增加电极的表面积，尾气通过第一内泵电极工作腔12后，大部分氧气都被泵出。

尾气通过第一内泵电极工作腔12后，通过扩散通道14进入第二内泵电极工作腔13，第二内泵电极工作腔13的上部设置第二内泵上电极10，第二内泵电极工作腔13的下部设置第二内泵下电极16，它们之间通过第二内泵衔接电极15连接成一个整体第二内泵电极装置，且第二内泵电极装置与外电极3构成第二组氧泵，起到辅助泵氧的功能，第二内泵衔接电极15既可以起到连接作用，本身也可以泵氧，增加电极的表面积。尾气通过第二内泵电极工作腔13后，氧气几乎全部被泵出，no2转化为no。

尾气通过辅助泵完成泵氧后，通过反应电极扩散层18到达反应电极17的表面，反应电极可以将no分解为n2和o2,通过该反应电极17的电流可以知道nox含量。

在反应电极17的下方设置的参比电极20通过参比空腔19与空气相通，参比空腔19一直延续到芯片的尾部。参比电极20可与外电极3、第一内泵电极装置、第二内泵电极装置、反应电极分别形成能斯特电压。

在参比电极20的下方设置的加热电极21可使nox传感器芯片在10s内到达工作温度，使ysz具有泵氧离子的功能，加热电极21的上绝缘层22和下绝缘层23防止加热电极21的电流对信号电极的电流有干扰。

本实施例保护层位于芯片的最外表面，对外电极形成保护作用，防止有毒物质对外电极形成毒化作用，主要由多孔的氧化锆所组成，可以保证气体顺利到达电极表面，又可以把有毒物质挡在外面，可以提高芯片的使用寿命。

所有的电极主要有铂组成，根据不同作用，外泵电极和参比电极主要为多孔的铂电极、第一内泵电极和第二内泵电极是一种添加了少量金的多孔铂电极、反应电极是一种铂铑电极，加热电极为一种相对比较致密的铂电极添加了少量的氧化铝增加附着力。内置加热电极21的主要作用是使nox传感器在短时间内迅速加热达到工作温度810℃左右。

实际应用时，本发明结构设置合理，结构新颖、能够有效地调节ip0的大小(也就是尾气进入芯片内部的速度)、提高产品合格率、降低产品制造成本且实用性好。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。