一种小型化氧传感器芯片及其制作方法

本发明涉及一种小型化氧传感器芯片及其制作方法。

背景技术：

1、目前以氧化锆基流延成型生产的氧传感器，无论是用于汽车电喷或后处理系统，还是其他场景，其陶瓷芯片长度都在20mm以上，一般采用

2、1.2-1.4mm*4-6mm*35-70mm尺寸的薄长条状结构，采用弹性端子夹持引出导线，与外电路连接。这种结构设计有两个明显的缺点：1)尺寸过大，不便于结构的小型化，因为弹性端子夹持引出结构至少需要10-15mm的引脚空间，特别对于外电路控制模块与陶瓷芯片组合空间受限的应用场景，这种引出结构就不能适用；2)功耗过高，由于尺寸过大，氧传感器功能单元要求的工作温度800℃的加热功率一般在8w以上，因为虽然功能单元区域尺寸不大，但陶瓷芯片上印刷引线长，整体热容大，因而整体消耗功率即保持功能单元维持在800℃左右的加热功能就大，这在大多数应用场景是不能接受或不愿接受的。针对这种情况，亟需开发一种尺寸结构小的，功耗小的，不采用弹性端子引出的氧传感器，以满足许多有这种需求的应用场景。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种尺寸结构小、功耗小的、不采用弹性端子引出的小型化氧传感器芯片及制作方法，小型化氧传感器芯片的功能单元集中在长度4-8mm，宽度4-8mm，厚度1-2mm的结构内，功能单元有多条印刷而成的引脚，通过金属丝从垂直于陶瓷芯体厚度方向的侧面引出；本发明的氧传感器芯片，尺寸足够小，能满足与相应电路板连接工作的应用场景的空间限制要求；功耗降到4w左右，能够在该功耗下实现功能单元工作温度800℃的加热功率要求。

2、本发明的采用的技术方案为：

3、一种小型化氧传感器芯片，包括在陶瓷芯体内设有功能单元和若干金属丝，其特征在于：在陶瓷芯体的一厚度侧面设有若干孔结构和/或槽结构，若干功能单元的引脚一端分别延伸至对应孔结构或槽结构内形成孔引脚延伸印刷层或槽引脚延伸印刷层，每个孔结构或槽结构内放置一根金属丝，且每根金属丝一端与孔结构或槽结构内的孔引脚延伸印刷层或槽引脚延伸印刷层钎焊在一起，另一端从对应孔结构或槽结构且垂直于陶瓷芯体厚度方向引出，并分别与外部对应电路板针脚相连。

4、所述孔结构为只有一面面向侧面敞开的盲孔，盲孔深度为0.5-2mm；盲孔足够深使得金属丝牢固嵌入，盲孔不能过深以免伤及功能单元。所述盲孔的腔内表面有一定面积以便功能单元的引脚延伸至孔结构腔内形成孔引脚延伸印刷层。

5、所述槽结构为有一面面向侧面敞开，一面面向上面或下面敞开，槽深度为0.5-2mm，槽深度足够深使得金属丝牢固嵌入，不能过深以免伤及功能单元。所述槽的腔内表面有一定面积以便功能单元的引脚延伸至槽结构腔内形成槽引脚延伸印刷层。

6、相邻的所述孔结构或槽结构之间保持足够的间隔以防止各自焊料溢流相互触碰造成短路，以免钎料钎焊后流淌连通造成短路。

7、所述金属丝为镍丝、铂丝或铁铬铝丝；直径小于孔结构或槽结构截面尺寸，为0.1-0.3mm。

8、小型化氧传感器芯片的长度为4-8mm，宽度为4-8mm，厚度为1-2mm。

9、小型化氧传感器芯片的制作方法，其特征在于按以下步骤进行：

10、步骤一：在现有陶瓷芯片的制作过程中，在陶瓷芯体相应的孔结构或槽结构位置的流延片上通过打孔机形成相应孔结构或槽结构的毛坯，并将相应各功能单元的引脚印刷或涂填延伸至孔结构或槽结构的腔内表面形成引脚延伸印刷层，为防止孔槽腔体在叠压过程中的变形，采用纯有机流延片或印刷浆料填充孔结构或槽结构的毛坯腔体内，或双层钢板上下垫盖孔结构或槽结构的毛坯进行等静压叠合，然后在毛坯的陶瓷芯体排胶烧结为成品陶瓷芯片后形成相应孔结构或槽结构的腔体；

11、步骤二：用小于孔结构或槽结构尺寸的金属丝嵌入孔结构或槽结构中，用钎料将金属丝一端钎焊固定在引脚延伸印刷层，金属丝实现各功能单元的引脚的引出。

12、所述钎料为高温钎料耐800℃温度，高温钎料涂敷在金属丝表面然后嵌入孔结构或槽结构，或钎料先填满孔结构或槽结构然后嵌入金属丝；处理好后，置于钎焊炉内按照现有的钎焊工艺进行钎焊处理，然后金属丝与相应电路板针脚连接，即可实现氧传感器的正常工作和功能实现。

13、本发明的有益效果是：本发明的引脚引出方式是与直接表面堆焊的不牢固引出方式不同，而在陶瓷芯体侧面对应每条引脚设计有一个专用的孔结构或槽结构，用小于孔结构或槽结构尺寸的耐高温金属丝嵌入其中，用高温钎料钎焊固定，实现相应功能单元的引脚引线的引出，从而实现与相应电路板的针脚连接。经实际测试效果表明：本发明的氧传感器芯片，尺寸足够小，能满足与相应电路板连接工作的应用场景的空间限制要求，而且这种孔结构或槽结构的紧固度大大提高，抗拉拔力达到15公斤，比表面直接堆焊提高5倍以上。

技术特征：

1.一种小型化氧传感器芯片，包括在陶瓷芯体内设有功能单元和若干金属丝，其特征在于：在陶瓷芯体的一厚度侧面设有若干孔结构和/或槽结构，若干功能单元的引脚一端分别延伸至对应孔结构或槽结构内形成孔引脚延伸印刷层或槽引脚延伸印刷层，每个孔结构或槽结构内放置一根金属丝，且每根金属丝一端与孔结构或槽结构内的孔引脚延伸印刷层或槽引脚延伸印刷层钎焊在一起，另一端从对应孔结构或槽结构且垂直于陶瓷芯体厚度方向引出，并分别与外部对应电路板针脚相连。

2.根据权利要求1所述的小型化氧传感器芯片，其特征在于：所述孔结构为只有一面面向侧面敞开的盲孔，盲孔深度为0.5-2mm。

3.根据权利要求2所述的小型化氧传感器芯片，其特征在于：所述盲孔的腔内表面有一定面积以便功能单元的引脚延伸至结构腔内形成孔引脚延伸印刷层。

4.根据权利要求1所述的小型化氧传感器芯片，其特征在于：所述槽结构为有一面面向侧面敞开，一面面向上面或下面敞开，槽深度为0.5-2mm。

5.根据权利要求4所述的小型化氧传感器芯片，其特征在于：所述槽的腔内表面有一定面积以便功能单元的引脚延伸至槽结构腔内形成槽引脚延伸印刷层。

6.根据权利要求1所述的小型化氧传感器芯片，其特征在于：相邻的所述孔结构或槽结构之间保持足够的间隔以防止各自焊料溢流相互触碰造成短路。

7.根据权利要求1所述的小型化氧传感器芯片，其特征在于：所述金属丝为镍丝、铂丝或铁铬铝丝；直径小于孔结构或槽结构截面尺寸，为0.1-0.3mm。

8.根据权利要求1所述的小型化氧传感器芯片，其特征在于：小型化氧传感器芯片的长度为4-8mm，宽度为4-8mm，厚度为1-2mm。

9.根据权利要求1-8之一所述的小型化氧传感器芯片的制作方法，其特征在于按以下步骤进行：

10.根据权利要求9所述的小型化氧传感器芯片的制作方法，其特征在于：所述钎料为高温钎料耐800℃温度，高温钎料涂敷在金属丝表面然后嵌入孔结构或槽结构，或钎料先填满孔结构或槽结构然后嵌入金属丝；处理好后，置于钎焊炉内按照现有的钎焊工艺进行钎焊处理。

技术总结本发明公开一种小型化氧传感器芯片及其制作方法，小型化氧传感器芯片包括在陶瓷芯体内设有功能单元和若干金属丝，在陶瓷芯体的一厚度侧面设有若干孔结构和/或槽结构，若干功能单元的引脚一端分别延伸至对应孔结构或槽结构内形成孔引脚延伸印刷层或槽引脚延伸印刷层，每个孔结构或槽结构内放置一根金属丝，且每根金属丝一端与孔结构或槽结构内的孔引脚延伸印刷层或槽引脚延伸印刷层钎焊在一起，另一端从对应孔结构或槽结构且垂直于陶瓷芯体厚度方向引出，并分别与外部对应电路板针脚相连。本发明氧传感器芯片，尺寸足够小，能满足与电路板连接工作应用场景的空间限制要求；功耗降到4w左右，能够在该功耗下实现功能单元工作温度800℃加热功率要求。技术研发人员：万子豪,谢光远,肖蒙蒙,李湾湾,吴丹丹,金波受保护的技术使用者：武汉科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4