一種片式車用顆粒物傳感器芯片及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種片式車用顆粒物傳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疊，加熱電極布置在第三基片頂面，測溫電極布置在第二基片的頂面，第一電極和第二電極均布置在第一基片的頂面，第一電極和第二電極的電極導(dǎo)線位置上方覆蓋絕緣保護(hù)層；其可避免氧化鋯基底和氧化鋁絕緣層異質(zhì)而引起的疊壓困難和收縮不匹配性，簡化了結(jié)構(gòu)和制備工藝過程，能對尾氣中顆粒物的濃度進(jìn)行精確測量。
【專利說明】
一種片式車用顆粒物傳感器芯片及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種片式車用顆粒物傳感器芯片及其制作方法，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全世界范圍內(nèi)環(huán)境問題的日益加劇，排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，機(jī)動(dòng)車的排放問題越來越受到人們的關(guān)注。機(jī)動(dòng)車尾氣排放被指是構(gòu)成霧霾的重要來源之一，隨著保有量的增加，汽車成為城市控污大戶。柴油機(jī)排放中含有大量的顆粒物(PM)，尤其是PM 2.5占顆粒物排放的80%以上，會對環(huán)境和人體健康造成很大的危害。為了去除車輛廢氣中的顆粒物(PM)以滿足環(huán)境要求和已有法規(guī)，顆粒物捕集器(DPF)廣泛應(yīng)用于柴油車上，這也是實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)顆粒物排放控制最為有效和簡單的方法。因此DPF的可靠再生和失效監(jiān)測需要精準(zhǔn)的檢測方法。而陶瓷元件顆粒物(PM)傳感器在這方面發(fā)揮著非常重要的作用。
[0003]由于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒及其尾氣排放溫度較高，顆粒物傳感器必須能夠在較高的溫度下工作。要求顆粒物(PM)傳感器材料能夠經(jīng)受_30°C —950°C的經(jīng)常性的溫度突變的沖擊。目前用于檢測PM的傳感器包括光學(xué)式，感應(yīng)電荷式等。其中光學(xué)式價(jià)格低，但受溫度和水分影響，難以在尾氣苛刻工作條件下使用。由于需要價(jià)格高昂的計(jì)電器，也限制了感應(yīng)電荷式在汽車上的使用。文獻(xiàn)OCHS T.Particlate matter sensor for on board diagnostics(OBD)of diesel particulate filters( DPF).SAE Internat1nal 2010報(bào)道了一種累積式PM傳感器如圖1所示，該傳感器包括釔穩(wěn)定氧化鋯基片、工作電極、測溫電極和加熱電極，其原理基于對釔穩(wěn)定氧化鋯基片上印刷的梳狀電極的電阻的測試，當(dāng)傳感器接觸尾氣，梳妝電極之間吸附顆粒物，形成電流回路，通過加熱的方式再生，輸出的電流信號用來評估PM的質(zhì)量。由于釔穩(wěn)定氧化鋯在高溫時(shí)變得不絕緣，所以該傳感器的各個(gè)電極與氧化鋯基板之間需要印刷一層氧化鋁的絕緣層。但氧化鋯與氧化鋁之間性質(zhì)的差異，容易導(dǎo)致印刷漿料的脫落和起皮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種片式車用顆粒物傳感器芯片及其制作方法，其可避免氧化鋯基底和氧化鋁絕緣層異質(zhì)而引起的疊壓困難和收縮不匹配性，簡化了結(jié)構(gòu)和制備工藝過程，能對尾氣中顆粒物的濃度進(jìn)行精確測量。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:片式車用顆粒物傳感器芯片，由三個(gè)基片組成，基片分別為第一基片、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疊，加熱電極布置在第三基片頂面，測溫電極布置在第二基片的頂面，第一電極和第二電極均布置在第一基片的頂面，第一電極和第二電極的電極導(dǎo)線位置上方覆蓋絕緣保護(hù)層；
其具體制備方法如下:
漿料制備:將制備三部分基片的基材氧化鋁陶瓷粉中加入占陶瓷粉重量0~3%的分散劑、4~7%的粘合劑、0~2%的增塑劑，在有機(jī)溶劑中用球磨的方式制成流延漿料，球磨時(shí)間為24-48小時(shí);
流延基片:將流延漿料在流延機(jī)上經(jīng)刮刀在襯帶上刮成厚度均勻的膜片，膜片厚度范圍在80-300 um，在常溫下干燥后脫膜，干燥時(shí)間為4-8小時(shí)；
基片切割:用切割機(jī)把上述膜片切割成大小相同的坯片，第一基片的厚度為150um?400um，第二基片的厚度為300um?800um，第三基片的厚度為300um?800um ；
絲印電路:在第一基片上印刷第一電極和第二電極，然后在第一電極和第二電極的電極導(dǎo)線部分印刷絕緣保護(hù)層，第一電極和第二電極直接印刷在第一基片頂面，之間無任何過渡層，絕緣保護(hù)層厚度為1unMOOum;在第二基片上印刷測溫電極，測溫電極直接印刷在第二基片頂面，之間無任何過渡層;在第三基片上印刷加熱電極，加熱電極直接印刷在第三基片頂面，之間無任何過渡層，測溫電極和加熱電極都通過小孔與外層的引腳相連接；
靜壓成坯:將第一電極、第二電極、測溫電極和加熱電極依次定位對齊，放入溫等靜壓機(jī)中預(yù)熱并疊壓，等靜壓溫度保持在60?90°C，其中預(yù)熱時(shí)間為10~30min，疊壓時(shí)間為10?30min；
坯片切割:對于以上疊壓坯片用切片機(jī)切成傳感器單坯；
排膠燒結(jié):將切割后的傳感器單坯在稍慢的升溫速率下排膠脫除有機(jī)物，然后在較快的升溫速率下燒結(jié)得傳感器芯片，排膠升溫速率控制在10-80 0C /h，溫度為150 0C?800 °C之間，燒結(jié)升溫速率控制在100?150 °C /h，溫度為1400 °01600 °C之間。
[0006]所述的有機(jī)溶劑為丙酮、異丙醇、丁酮、乙醇、二甲苯。
[0007]所述的絕緣保護(hù)層材料為Al2O3t3
[0008]所述的粘合劑為聚乙烯醇縮丁醛，所述分散劑為三乙醇胺，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁脂。
[0009]本發(fā)明的積極效果是其有效地解決了因?yàn)獒惙€(wěn)定氧化鋯和氧化鋁性質(zhì)的差異，給疊合帶來了困難，同時(shí)燒結(jié)時(shí)收縮率不同，使得氧化鋁絕緣層起皺，電極漿料易脫落的問題。本傳感器工藝過程簡單、結(jié)構(gòu)簡單并能對汽車顆粒物傳感器的溫度和尾氣中顆粒物的濃度進(jìn)行精確測量。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明顆粒物傳感器芯片的結(jié)構(gòu)圖。
[0011 ]圖2為本發(fā)明顆粒物傳感器芯片制作方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]片式車用顆粒物傳感器芯片，由三個(gè)基片組成，基片分別為第一基片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由下至上依次堆疊，加熱電極4布置在第三基片8頂面，測溫電極3布置在第二基片7的頂面，第一電極I和第二電極2均布置在第一基片6的頂面，第一電極I和第二電極2的電極導(dǎo)線位置上方覆蓋絕緣保護(hù)層。
[0013]其具體制備方法如下:
漿料制備:將制備三部分基片的基材氧化鋁陶瓷粉中加入占陶瓷粉重量0~3%的分散劑、4~7%的粘合劑、0~2%的增塑劑，在有機(jī)溶劑中用球磨的方式制成流延漿料，球磨時(shí)間為24-48小時(shí);
流延基片:將流延漿料在流延機(jī)上經(jīng)刮刀在襯帶上刮成厚度均勻的膜片，膜片厚度范圍在80-300 um，在常溫下干燥后脫膜，干燥時(shí)間為4-8小時(shí)；
基片切割:用切割機(jī)把上述膜片切割成大小相同的坯片，第一基片6的厚度為150um?400um，第二基片7的厚度為300um?800um，第三基片8的厚度為300um?800um ；
絲印電路:在第一基片6上印刷第一電極I和第二電極2，然后在第一電極I和第二電極2的電極導(dǎo)線部分印刷絕緣保護(hù)層5，第一電極I和第二電極2直接印刷在第一基片6頂面，之間無任何過渡層，絕緣保護(hù)層5厚度為1um?10um;在第二基片7上印刷測溫電極3，測溫電極3直接印刷在第二基片7頂面，之間無任何過渡層;在第三基片8上印刷加熱電極4，加熱電極4直接印刷在第三基片8頂面，之間無任何過渡層，測溫電極和加熱電極都通過小孔與外層的引腳相連接；
靜壓成坯:將第一電極1、第二電極2、測溫電極3和加熱電極4依次定位對齊，放入溫等靜壓機(jī)中預(yù)熱并疊壓，等靜壓溫度保持在60?90°C，其中預(yù)熱時(shí)間為10~30min，疊壓時(shí)間為10?30min;
坯片切割:對于以上疊壓坯片用切片機(jī)切成傳感器單坯；
排膠燒結(jié):將切割后的傳感器單坯在稍慢的升溫速率下排膠脫除有機(jī)物，然后在較快的升溫速率下燒結(jié)得傳感器芯片，排膠升溫速率控制在10-80 0C /h，溫度為150 0C?800 °C之間，燒結(jié)升溫速率控制在100?150 °C /h，溫度為1400 °01600 °C之間。
[0014]所述的有機(jī)溶劑為丙酮、異丙醇、丁酮、乙醇、二甲苯。
[0015]所述的絕緣保護(hù)層5材料為Al2O3。
[0016]所述的粘合劑為聚乙烯醇縮丁醛，所述分散劑為三乙醇胺，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁脂。
[0017]實(shí)施例一
如圖1所示，該傳感器芯片包括三部分基片從上到下依次疊壓而成，第一基片6表面設(shè)有初始電阻無限大的工作電極，包括第一電極I和第二電極2，工作電極導(dǎo)線上有絕緣保護(hù)層5，所述的第二基片7表面設(shè)有測溫電極3，第三基片8表面設(shè)有加熱電極4;絕緣保護(hù)層5和第一基片6、第二基片7、第三基片8為氧化鋁材質(zhì)、第一電極1、第二電極2直接印刷在第一基片6頂面，之間無任何過渡層;測溫電極3直接印刷在第二基片7頂面，之間無任何過渡層；加熱電極4直接印刷在第三基片8頂面，之間無任何過渡層;第一基片6的厚度為400um，第二基片7的厚度為300um，第三基片8的厚度為300um，絕緣層5厚度為lOOum，顆粒物傳感器芯片的總厚度為I 10um;
實(shí)施例二
如圖1所示，該傳感器芯片由三部分氧化鋁基片從上到下依次疊壓而成，第一基片6的厚度為150um，第二基片7的厚度為400um，第三基片8的厚度為400um，絕緣保護(hù)層5厚度為1um;顆粒物傳感器的總厚度為960umo
[0018]實(shí)施例三
該傳感器芯片由三部分氧化鋁基片從上到下依次疊壓而成，第一基片6的厚度為400um，第二基片7的厚度為500um，第三基片的厚度8為600um，絕緣保護(hù)層5厚度為20um;顆粒物傳感器的總厚度為1520umo
【主權(quán)項(xiàng)】
1.片式車用顆粒物傳感器芯片，由三個(gè)基片組成，基片分別為第一基片、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疊，加熱電極布置在第三基片頂面，測溫電極布置在第二基片的頂面，第一電極和第二電極均布置在第一基片的頂面，第一電極和第二電極的電極導(dǎo)線位置上方覆蓋絕緣保護(hù)層； 其具體制備方法如下: 漿料制備:將制備三部分基片的基材氧化鋁陶瓷粉中加入占陶瓷粉重量0~3%的分散劑、4~7%的粘合劑、0~2%的增塑劑，在有機(jī)溶劑中用球磨的方式制成流延漿料，球磨時(shí)間為24-48小時(shí); 流延基片:將流延漿料在流延機(jī)上經(jīng)刮刀在襯帶上刮成厚度均勻的膜片，膜片厚度范圍在80-300 um，在常溫下干燥后脫膜，干燥時(shí)間為4-8小時(shí)； 基片切割:用切割機(jī)把上述膜片切割成大小相同的坯片，第一基片的厚度為150um?400um，第二基片的厚度為300um?800um，第三基片的厚度為300um?800um ； 絲印電路:在第一基片上印刷第一電極和第二電極，然后在第一電極和第二電極的電極導(dǎo)線部分印刷絕緣保護(hù)層，第一電極和第二電極直接印刷在第一基片頂面，之間無任何過渡層，絕緣保護(hù)層厚度為1unMOOum;在第二基片上印刷測溫電極，測溫電極直接印刷在第二基片頂面，之間無任何過渡層;在第三基片上印刷加熱電極，加熱電極直接印刷在第三基片頂面，之間無任何過渡層，測溫電極和加熱電極都通過小孔與外層的引腳相連接； 靜壓成坯:將第一電極、第二電極、測溫電極和加熱電極依次定位對齊，放入溫等靜壓機(jī)中預(yù)熱并疊壓，等靜壓溫度保持在60?90°C，其中預(yù)熱時(shí)間為10~30min，疊壓時(shí)間為10?30min； 坯片切割:對于以上疊壓坯片用切片機(jī)切成傳感器單坯； 排膠燒結(jié):將切割后的傳感器單坯在稍慢的升溫速率下排膠脫除有機(jī)物，然后在較快的升溫速率下燒結(jié)得傳感器芯片，排膠升溫速率控制在10-80 0C /h，溫度為150 0C?800 °C之間，燒結(jié)升溫速率控制在100?150 °C /h，溫度為1400 °01600 °C之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的片式車用顆粒物傳感器芯片，其特征在于所述的有機(jī)溶劑為丙酮、異丙醇、丁酮、乙醇、二甲苯。3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的片式車用顆粒物傳感器芯片，其特征在于所述的絕緣保護(hù)層材料為Al2O3。4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的片式車用顆粒物傳感器芯片，其特征在于所述的粘合劑為聚乙烯醇縮丁醛，所述分散劑為三乙醇胺，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁脂。
【文檔編號】G01D21/02GK106053308SQ201610531321
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月7日
【發(fā)明人】王金興, 劉宏宇, 張斌, 張克金
【申請人】中國第汽車股份有限公司, 中國第一汽車股份有限公司