随着汽车保有量的不断增加，汽车尾气排放物（HC、CO、NOx和PM等）对大气的污染越来越严重，尤其是氮氧化物（NOx）的排放已经引起了全世界的普遍关注。2023年，被称作史上最严的“国六”排放标准将在国内全面实施，随着国家对环保要求的不断加严，汽车排放成为各汽车厂重点关注的问题。
氮氧传感器是利用电化学原理，通过测量电流大小，精确测试出汽车尾气中NOx含量的一种传感器，是测量控制SCR（选择性催化还原技术，利用尿素溶液对尾气中的氮氧化物进行处理）的关键技术和关键零件之一，在国六排放标准中每台发动机需要2支NOx传感器，NOx传感器的需求会越来越大。作为NOx传感器的核心部件，氮氧传感器陶瓷芯片不可或缺，而HTCC技术应用于氮氧传感器陶瓷芯片的生产。
1.NOx传感器陶瓷芯片的结构及作用
NOx传感器的核心部件是氮氧传感器陶瓷芯片，目前典型的氮氧传感器陶瓷芯片结构基本是长条形状。如下图所示，基体由6片氧化锆陶瓷层叠烧结而成，也有5片或7片叠层烧结。其工作原理为：
1）汽车排放尾气中的NOx由通道通过第一氧化铝扩散障进入第一腔室，尾气中的部分氧气被铂电极和公共外电极组成的第一泵氧电极泵出，同时将NO2分解为NO；
2）降低浓度后的尾气再经由第二氧化铝扩散障进入第二腔室，混合气体中剩余的氧气由铂电极和公共外电极组成的第二泵氧电极泵出，同时将剩余的NO2分解为NO；
3）不含氧气的尾气经过第三氧化铝扩散障进入第三腔室，第三腔室中测量铂电极混有高催化活性材料铑，在高温下气体发生分解反应，NO分解为氮气和氧气，氧气由测量铂电极和公共外电极组成的第三泵氧电极泵出。
第三氧化锆层底部印刷参比电极，第三氧化锆开设与外界相通的参比通道，参比通道与外界大气接触，保证稳定的氧分压，参比电极与测量铂电极构成回路，提供参比数值。第四氧化锆层底部印刷加热电极，短时间内可以加热陶瓷芯片到设定温度。铂电极和测量铂电极可以包覆氧化铝保护层。
NOx传感器利用了固体电解质氧化钇掺杂氧化锆(YSZ)陶瓷材料在高温下具有较高的离子导电性、良好的化学稳定性和结构稳定性。
2.HTCC技术在NOx传感器中的应用
高温共烧陶瓷（High Temperature Co-fired Ceramic，HTCC ）技术，是指高温烧结陶瓷粉料制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺，最终高温陶瓷和高温导体浆料在1300度及以上共烧而成的一种技术。而氮氧传感器陶瓷芯片是将氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、铂金属浆料等采用HTCC技术制作而成。
目前氮氧传感器陶瓷芯片多为片式结构，这种结构一般是通过流延成型技术获得氧化锆基片，通过切割和打孔加工成所需的形状，再通过丝网印刷和层压共烧技术将氧化锆基体和加热电路、金属钼电极、多孔扩散障碍层和氧化铝绝缘层集成一体，从而形成第一测量腔、第二测量腔和参比空气通道，并包含加热器，扩散障碍层。
氮氧传感器陶瓷芯片相关厂商有佳利电子、四方光电、湖北亿瓷、感瓷科技、成都科锐、华智通、武汉泽科宁、顺络电子、成都能斯特、火炬科技、莱鼎电子、创研电子等。
为了进一步加强交流，艾邦建有LTCC交流群，诚邀LTCC生产企业、设备、材料企业参与。目前群友包括：风华高科、顺络电子、中国电科二所、麦捷微、宏达电子、佳利电子等加入。
长按识别二维码关注公众号，点击下方菜单栏左侧“微信群”，申请加入LTCC交流群。
原文始发于微信公众号（艾邦陶瓷展）：HTCC技术在汽车氮氧传感器中的应用
