[发明专利]一种片式开关型氧传感器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种片式开关型氧传感器及其制造方法，该传感器依次包括电极绝缘层、保护层、上电极层、信号PAD电极层、氧化锆感应层、氧化铝基体层、下电极层、基体层及空气参比通道、加热电极层、加热基体层以及加热PAD电极层；氧化铝基体层上开设有一容置孔，氧化锆感应层印刷于容置孔内，氧化铝基体层、基体层及空气参比通道以及加热基体层依次叠合于一体。通过在氧化铝基体层上开设容置孔，并将氧化锆感应层印刷于容置孔内，从而减小了原有氧化锆感应层的面积，使整个传感器承受热疲劳的能力大大提高，有效降低了开裂等失效现象的发生，提高了传感器的使用寿命，绝缘性能更优，输出信号更准确。

技术领域

本发明涉及氧化铝基体的开关型氧传感器技术领域，更具体的说是涉及一种片式开关型氧传感器及其制造方法。

背景技术

目前，片式结构氧传感器一般采用流延成型、丝网印刷及叠层共烧的方法制备而成，由于片式结构氧传感器分别由氧化锆固体电解质材料、金属铂电极材料以及氧化铝绝缘材料组成，在制作过程中，主要有以下几点不足：

烧结温度不一致：由于片式结构氧传感器分别由氧化锆固体电解质材料、金属铂电极材料以及氧化铝绝缘材料组成，这些材料的烧结温度各不相同，其烧结温度相差较大，甚至大于200度；

收缩率不一致：由于通过三种材料共烧，三种材料的收缩率也不一样，因此片式结构氧化铝基的氧传感器的叠层与烧结一直是制造的难点。

为了实现片式结构氧传感器的共烧结，人们不得不牺牲某些材料的性能而通过添加一些助烧剂或者通过控制粉末材料的粉末粒度来调节不同材料的烧结温度而达到共烧结的目的，采取这种制造方法，一方面降低了片式结构氧传感器的性能，另一方面也增加了片式结构氧传感器的制造成本。另外，由于不同材料层间的热膨胀系数不同，氧传感器在使用过程中，由于经常不断的升温与降温，传感器难以承受如此的热疲劳，还会出现开裂等失效现象，严重影响传感器的寿命。

因此，如何提供一种热稳定性强、寿命更长的片式开关型氧传感器层结构是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种片式开关型氧传感器及其制造方法，通过对氧化锆感应层和氧化铝基体层的结构改进，解决了现有的片式结构氧传感器由于材料烧结温度、收缩率以及热膨胀率不一致，制造困难、使用寿命短等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种片式开关型氧传感器，依次包括：电极绝缘层、保护层、上电极层、信号PAD电极层、氧化锆感应层、氧化铝基体层、下电极层、基体层及空气参比通道、加热电极层、加热基体层以及加热PAD电极层；

所述电极绝缘层、保护层、上电极层以及信号PAD电极层均印刷于所述氧化铝基体层的上表面，所述氧化铝基体层上开设有一容置孔，所述氧化锆感应层印刷于所述容置孔内，所述下电极层印刷于所述氧化铝基体层的下表面，所述加热电极层印刷于所述加热基体层的上表面，所述加热PAD电极层印刷于所述加热基体层的下表面，所述氧化铝基体层、所述基体层及空气参比通道以及所述加热基体层依次叠合于一体。

本发明的有益效果是：通过在氧化铝基体层上开设容置孔，并将氧化锆感应层印刷于容置孔内，从而减小了原有氧化锆感应层的面积，使整个传感器承受热疲劳的能力大大提高，有效降低了开裂等失效现象的发生，提高了传感器的使用寿命，绝缘性能更优，输出信号更准确。

进一步地，所述容置孔为长方形孔。

更进一步地，所述容置孔的长度为5-10mm，所述容置孔的宽度为1.5-4mm。

本发明中通过合理设置容置孔的尺寸，在保证氧化锆感应层能够正常工作(高温下作为氧离子通道，连接上电极层和下电极层)的同时，只在感应的很小部分采用氧化锆，增加了氧芯片的绝缘性，降低了基体层及空气参比通道和加热基体层开裂的可能性，提高了芯片的加热稳定性。