专利名称：集成平面式气体传感器衬底的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种集成平面式气体传感器衬底，属于气体排放和环境气体成分检测领域。
背景技术：
在气体排放和环境气体成分检测领域，尤其是汽车尾气检测系统中，为了更好更精确的检测气体成分，气体传感器已经成为必不可少的核心器件。近些年来，节能减排已经成为世界环境保护的重大课题，各个工业领域对气体的排放都实行严格控制，尤其在汽车领域，世界各国对汽车尾气排放将实施一系列的强制性法律法规，例如欧洲各国实施的欧5和欧6排放标准，意在减少汽车尾气中有害成分，如氮氧化物NOX和粉尘颗粒物PM对环境的影响。但是由于汽车产业对国民经济和社会发展做出了重大贡献，同时也引起了一系列问题， 如能源危机，空气污染等。因此，采取一定的处理措施对尾气进行处理已经是必不可少的环节，故而对气体成分及其含量的实时检测的探测器件是必不可少的。半导体气体传感器由于成本低、体积小、灵敏度高、响应速度快等特点被广泛应用于汽车尾气检测领域。目前传统的半导体气体传感器件是将敏感材料制作成浆料，并涂敷于陶瓷管衬底的外侧，中间穿过具有一定阻值的N1-Cr加热丝，再焊接至底座并安装外罩制成，其结构示意图如图1所示:但这种传感器存在(I)N1-Cr加热丝加热温度低，无法满足高温敏感材料的工作需求；(2)各电极引线机械强度低，在长期振动过程中容易断裂；(3)在陶瓷管外壁涂覆敏感材料的过程中，一致性难以控制；(4)无测温功能，无法排除外部环境的温度干扰等缺点。针对产品的实际需求，并参考现有的产品，我们计划将传感器制作成层状平面式气体传感器结构，使用耐高温的Pt合金电阻为加热电极材料，将加热电极、信号电极和测温电极集成于一块陶瓷衬底的两面，实现加热、测温、气体探测一体的集成传感器衬底，大大提高传感器的适用范围、机械强度、一致性和耐受性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种集成平面式气体传感器衬底，该衬底集加热、测温、气体探测功能为一体，同时具有适用范围广、机械强度高、一致性强、易集成等闻技术特点。本发明的技术方案是这样实现的:信号电极、加热电极、测温电极集成于一块陶瓷衬底的两面，在测温电极和加热电极上覆盖有绝缘层，信号电极位于陶瓷基片的一侧，电极端子位于基片一端；加热电极、测温电极位于陶瓷基片的另一侧，且加热电极和测温电极的电极端子位于信号电极的同一端；加热电极位于测温电极的内侧；
所述的传感器衬底的长度为lmnT50mm,宽度为ImnTlOmm,厚度为0.lmnT2mm。所述的信号电极为Ag-Pd材料，厚度为1(Γ100 μ m，该电极电阻值小于10Ω，通过丝网印刷工艺在双面抛光的陶瓷基片的正面制成。所述的信号电极为插指电极，插指对数在Γ50对之间。所述的加热电极为Pt合金电阻材料，厚度为1 30μπι，电阻值为f 100Ω。所述的加热电极为环形，电极宽度5μηι至0.5mm,通过丝网印刷工艺在双面抛光的陶瓷基片的反面制成。所述的测温电极为Pt材料，厚度为0.flym，电阻值为Γ10Ω。所述的测温电极为多圈的环形，电极宽度5 μ m至0.5mm ;通过丝网印刷工艺在双面抛光的陶瓷基片的反面制成。所述的绝缘层为陶瓷材料，厚度为6(Γ70μπι。实现该传感器，可通过如下工艺流程达到:
1.在双面抛光的陶瓷基片I的正面，通过丝网印刷工艺制造信号电极2;
2.在陶瓷基片I的反面，通过丝网印刷工艺制造加热电极3；
3.在陶瓷基片I的反面，通过丝网印刷工艺制造测温电极4;
4.在加热电极3和测温电极4上，通过丝网印刷工艺制造绝缘层5；
5.闻温退火以提闻衬底的机械强度和稳定性；
6.按照传感器的图形切割陶瓷片，尺寸在IX Imm2至50X IOmm2之间。本发明的积极效果是具有机械强度大、耐高温、小型化易集成，适用性广泛等特点，可以用于环境及汽车尾气检测领域。`
图1为传统半导体气体传感器衬底的结构示意 图2为本发明所述的集成平面式传感器衬底的结构示意 图3为本发明所述的集成平面式传感器衬底的具体实例I中涉及的衬底示意图。如图2和图3所示，各部分的名称为:陶瓷基片1，信号电极2，加热电极3，测温电极4，绝缘层5，信号电极端子6，测温电极端子7，加热电极端子8，其中信号电极2宽0.5mm,加热电极3宽0.4臟，测温电极4宽0.17mm。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述:
实施例1:
1.在双面抛光的陶瓷基片I(厚度0.5mm)的正面，使用C-964-G型Ag-Pd浆料(购于北京艾立特科技有限公司)，按照图2所示的信号电极的掩模板，丝网印刷Ag-Pd电极浆料，随后在125° C下烘干2h，得到厚度30 μ m的信号电极，测量得到常温下信号电极电阻2欧姆；
2.在陶瓷基片I的反面，使用ESL29897型Pt电阻浆料(购于北京艾立特科技有限公司)，按照图2所示的加热电极的掩模板，丝网印刷Pt电阻电极浆料，随后在125° C下烘干30min，得到厚度30 μ m的加热电极，测量得到常温下加热电极电阻12欧姆；
3.陶瓷基片I的反面，使用LF100型Pt浆料(购于北京艾立特科技有限公司)，按照图2所示的测温电极的掩模板，丝网印刷Pt电极浆料，随后在125° C下烘干30min，得到厚度0.4μ m的测温电极，测量得到常温下测温电极电阻5欧姆；
4.在加热电极和测温电极上，利用LM-223型陶瓷浆料(购于北京艾立特科技有限公司)，按照图2所示的绝缘层的掩模板，丝网印刷电阻绝缘层，随后在200° C下烘干lh，得到厚度60 μ m的陶瓷绝缘层；
5.利用快速退火炉在600°C下退火处理10个小时，其间通以N2作为保护气体；
6.退火后，根据器件形状和位置将陶瓷片切割成单个的长50mm，宽10 mm的传感器基片。实施例2:
1.在双面抛光的陶瓷基片I(厚度1.0 mm)的正面，使用C-964-G型Ag-Pd浆料(购于北京艾立特科技有限公司)，按照图2所示的信号电极的掩模板，丝网印刷Ag-Pd电极浆料，随后在125° C下烘干2h，得到厚度20 μ m的信号电极，测量得到常温下信号电极电阻10欧姆；
2.在陶瓷基片I的反面，使用ESL29897型Pt电阻浆料(购于北京艾立特科技有限公司)，按照图2所示的加热电极的掩模板，丝网印刷Pt电阻电极浆料，随后在125° C下烘干30min，得到厚度10 μ m的加热电极，测量得到常温下加热电极电阻40欧姆；
3.陶瓷基片I的反面，使用LF100型Pt浆料(购于北京艾立特科技有限公司)，按照图
2所示的测温电极的掩模板，丝网印刷Pt电极浆料，随后在125° C下烘干30min，得到厚度0.2μπι的测温电极，测量得到常温下测温电极电阻10欧姆；
4.在加热电极和测温电极上，利用LM-223型陶瓷浆料(购于北京艾立特科技有限公司)，按照图2所示的绝缘层的掩模板，丝网印刷电阻绝缘层，随后在200° C下烘干lh，得到厚度50 μ m的陶瓷绝缘层；
5.利用快速退火炉在600°C下退火处理10个小时，其间通以N2作为保护气体；
6.退火后，根据器件形状和位置将陶瓷片切割成单个的长50mm，宽IOmm的传感器基片。
权利要求
1.一种集成平面式气体传感器衬底，其特征在于:信号电极、加热电极、测温电极集成于一块陶瓷基片的两面，在测温电极和加热电极上覆盖有绝缘层，信号电极位于陶瓷基片的一侧，电极端子位于陶瓷基片的一端；加热电极、测温电极位于陶瓷基片的另一侧，且加热电极和测温电极的电极端子位于信号电极的同一端；加热电极位于测温电极的内侧。
2.根据权利要求1所述的一种集成平面式气体传感器衬底，其特征在于传感器衬底的长度为Imm 50mm,宽度为厚度为0.1mm 2mm。
3.根据权利要求1所述的一种集成平面式气体传感器衬底，其特征在于所述的信号电极为Ag-Pd材料，厚度为1(Γ100 μ m，该电极电阻值小于10 Ω，通过丝网印刷工艺在双面抛光的陶瓷基片的正面制成。
4.根据权利要求1所述的一种集成平面式气体传感器衬底，其特征在于所述的信号电极为插指电极，插指对数在4 50对之间。
5.根据权利要求1所述的一种集成平面式气体传感器衬底，其特征在于所述的加热电极为Pt合金电阻材料，厚度为f 30 μ m,电阻值为f 100 Ω。
6.根据权利要求1所述的一种集成平面式气体传感器衬底，其特征在于所述的加热电极为环形，电极宽度5 μ m至0.5_，通过丝网印刷工艺在双面抛光的陶瓷基片的反面制成。
7.根据权利要求1所述的一种集成平面式气体传感器衬底，其特征在于所述的测温电极为Pt材料，厚度为0.Γ μ m,电阻值为f 10 Ω。
8.根据权利要求1所述的一种集成平面式气体传感器衬底，其特征在于所述的测温电极为多圈的环形，电极宽度5μπι至0.5_;通过丝网印刷工艺在双面抛光的陶瓷基片的反面制成。
9.根据权利要求1所述 的一种集成平面式气体传感器衬底，其特征在于所述的绝缘层为陶瓷材料，厚度为6(Γ70 μ m。
全文摘要
本发明涉及一种集成平面式气体传感器衬底，是将信号电极、加热电极、测温电极集成于一块陶瓷基片的两面，在测温电极和加热电极上覆盖有绝缘层，信号电极位于陶瓷基片的一侧，电极端子位于基片一端；加热电极、测温电极位于陶瓷基片的另一侧，且加热电极和测温电极的电极端子位于信号电极的同一端；加热电极位于测温电极的内侧；其具有机械强度大、耐高温、小型化易集成，适用性广泛等特点，可以用于环境及汽车尾气检测领域。
文档编号G01N27/00GK103175866SQ20111044110
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者王金兴, 张克金, 安宇鹏, 许德超, 魏晓川, 毛亚蓉, 潘艳春, 于丽娜 申请人:中国第一汽车股份有限公司
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