顆粒物傳感器及顆粒物傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的顆粒物傳感器（2）是用于檢測(cè)被測(cè)量氣體中的顆粒物數(shù)量的顆粒物傳感器，其具有絕緣體（8）和在絕緣體（8）的主表面（8a）上相互隔開間隔地配置的一對(duì)電極（10、12）。絕緣體（8）在未形成有一對(duì)電極（10、12）的部分具有絕緣部（8b），該絕緣部（8b）在與主表面（8a）垂直的方向上的高度為一對(duì)電極（10、12）的高度以上。在該顆粒物傳感器1的制造方法中，首先，在構(gòu)成絕緣體（8）的基板上形成由一對(duì)電極（10、12）的構(gòu)成材料構(gòu)成的電極圖案，在電極圖案上形成與電極圖案相同的圖案的掩模，該掩模由在電極圖案的燒結(jié)溫度以下的溫度揮發(fā)的材料構(gòu)成。在該掩模上形成由絕緣部（8b）的構(gòu)成材料構(gòu)成的薄膜，使電極圖案和薄膜燒結(jié)，從而形成電極（10、12）和絕緣部（8b）。
【專利說明】顆粒物傳感器及顆粒物傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顆粒物傳感器及其制造方法。更具體地說，涉及與被測(cè)量氣體中的顆粒物數(shù)量相應(yīng)地輸出電氣特性的顆粒物傳感器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]例如在專利文獻(xiàn)I的系統(tǒng)中，配置有用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)的排氣路徑中的顆粒物(particulate matter ;以下也稱為“PM”)的PM傳感器(顆粒物傳感器)。該P(yáng)M傳感器具有絕緣基材和相互隔開間隔地配置在絕緣基材上的一對(duì)電極。當(dāng)在PM傳感器的一對(duì)電極之間堆積廢氣中的PM時(shí)，與PM堆積量相應(yīng)地電極之間的導(dǎo)電性發(fā)生變化，因此，電極之間的電阻發(fā)生變化。
[0003]另外，在專利文獻(xiàn)I的技術(shù)中，PM傳感器配置在顆粒物捕獲用過濾器下游。因此，向PM傳感器的電極堆積的PM堆積量與顆粒物捕獲用過濾器下游的廢氣中含有的PM量相關(guān)聯(lián)。在專利文獻(xiàn)I中，基于PM傳感器的電極之間的電阻值，檢測(cè)顆粒物捕獲用過濾器的
故障等。
[0004]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-144577號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]但是，在廢氣中的PM中，雖然是少量，但不定期地含有大粒徑的PM。在大粒徑的PM堆積在PM傳感器的電極之間時(shí)，電極之間的導(dǎo)電性突變。因此，存在實(shí)際的PM量和傳感器輸出不具有相關(guān)性的情況。即，因大粒徑的PM的附著而導(dǎo)致PM傳感器產(chǎn)生與實(shí)際的PM量不同的輸出，存在傳感器輸出的偏差增大的情況。
[0009]本發(fā)明以解決上述課題為目的而提供一種PM傳感器及其制造方法，通過抑制大粒徑的PM向電極之間附著，從而抑制了輸出偏差。
[0010]用于解決課題的方案
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一發(fā)明是用于檢測(cè)被測(cè)量氣體中的顆粒物數(shù)量的顆粒物傳感器，其特征在于，具有:絕緣體和在所述絕緣體的主表面上相互隔開間隔地配置的一對(duì)電極，所述絕緣體在未形成有所述一對(duì)電極的部分具有絕緣部，所述絕緣部在與所述主表面垂直的方向上的高度為所述一對(duì)電極的高度以上。
[0012]第二發(fā)明是第一發(fā)明的顆粒物傳感器的制造方法，其特征在于，具有:在構(gòu)成所述絕緣體的基板上形成由構(gòu)成所述一對(duì)電極的材料構(gòu)成的電極圖案的工序；在形成所述電極圖案之后，在所述電極圖案上形成與所述電極圖案相同的圖案的掩模的工序，所述掩模由在所述電極圖案燒結(jié)的溫度以下的溫度揮發(fā)的材料構(gòu)成；在所述掩模及所述基板上形成由構(gòu)成所述絕緣部的材料構(gòu)成的薄膜的工序；以及，使所述電極圖案和所述薄膜燒結(jié)來形成所述電極和所述絕緣部的工序。
[0013]第三發(fā)明是第一發(fā)明的顆粒物傳感器的制造方法，其特征在于，具有:在由構(gòu)成所述絕緣體的材料構(gòu)成的基板上，形成與所述一對(duì)電極的圖案相同的形狀的槽的工序；以及在所述槽的底部形成所述一對(duì)電極的工序。
[0014]發(fā)明的效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，在顆粒物傳感器的電極之間形成高度為電極的高度以上的絕緣部。由此，成為如下結(jié)構(gòu):即便在廢氣中含有大粒徑的顆粒物(PM)，由于PM被電極之間的絕緣部阻擋，因此，也容易堆積在電極上而難以堆積在電極之間。因此，可以抑制因大粒徑的PM的附著而導(dǎo)致電極之間的導(dǎo)電性突變，可以抑制傳感器輸出的偏差。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是用于對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式中的PM傳感器的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明的示意圖。
[0017]圖2是用于對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的PM傳感器的元件部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明的示意圖。
[0018]圖3是用于對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的PM傳感器的元件部的截面形狀進(jìn)行說明的示意圖。
[0019]圖4是用于對(duì)以往的PM傳感器的元件部的截面形狀進(jìn)行說明的示意圖。
[0020]圖5是用于對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的PM傳感器的相對(duì)于PM量的傳感器輸出與以往的PM傳感器的相對(duì)于PM量的傳感器輸出進(jìn)行比較說明的圖。
[0021]圖6是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的PM傳感器的輸出偏差與以往的PM傳感器的輸出偏差進(jìn)行比較說明的圖。
[0022]圖7是用于說明在本發(fā)明的實(shí)施方式中、相對(duì)于PM傳感器的電極與絕緣部之間的高度差的輸出的偏差或PM檢測(cè)極限量的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。另外，在各圖中，對(duì)相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同的附圖標(biāo)記并簡化或省略其說明。
[0024]實(shí)施方式.[0025][關(guān)于本實(shí)施方式的PM傳感器的結(jié)構(gòu)]
[0026]圖1及圖2是用于對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式中的PM傳感器進(jìn)行說明的示意圖，圖1是PM傳感器的整體圖、圖2是將傳感器元件部的局部放大后的圖。圖1所示的PM傳感器2在例如搭載于車輛的內(nèi)燃機(jī)的排氣路徑的顆粒物捕獲用過濾器(DPF)下游設(shè)置，用于檢測(cè)廢氣中的PM量。
[0027]如圖1所不，PM傳感器2具有罩4和設(shè)置在罩4內(nèi)的空間的兀件部6。罩4具有使氣體流過的多個(gè)孔。在使用PM傳感器2時(shí)，廢氣從罩4的多個(gè)孔流入罩4內(nèi)部，元件部6成為與廢氣接觸的狀態(tài)。
[0028]如圖2所示,PM傳感器2的元件部6具有絕緣基材8 (絕緣體)。絕緣基材8由氧化鋁構(gòu)成。在絕緣基材8的主表面8a上形成有一對(duì)電極10、12。電極10、12以相互不接觸的狀態(tài)隔開一定的間隔而配置。電極10、12分別具有呈梳齒形狀形成的部分，并形成為在該部分相互嚙合。在絕緣基材8內(nèi)部的電極10、12的下層埋入有未圖示的加熱器。[0029][關(guān)于本實(shí)施方式的PM傳感器的特征結(jié)構(gòu)]
[0030]圖3是用于對(duì)本實(shí)施方式的PM傳感器2的、圖2中的元件部6的虛線(a)部的A-B截面進(jìn)行說明的示意圖。另外，圖4是用于對(duì)以往的PM傳感器的與圖3相當(dāng)?shù)牟糠诌M(jìn)行說明的不意圖。
[0031]如圖3所示，在本實(shí)施方式的PM傳感器2中，在絕緣基材8的主表面8a上的未形成有電極10、12的部分,形成有絕緣部8b。絕緣部8b由與絕緣基材8相同的材料即氧化鋁的燒結(jié)體構(gòu)成。S卩，在主表面8a上的被電極10、12夾著的部分形成有絕緣部8b。在與PM傳感器2的元件部6的主表面8a垂直的方向上(即在圖3的紙面上在上下方向上)，電極
10、12表面的高度比絕緣部8b表面的高度低。
[0032]另一方面，在圖4的以往的PM傳感器中，在絕緣基材108的主表面上形成有具有梳齒形狀的部分的一對(duì)電極110、112。但是，在絕緣基材108上的未形成有電極110、112的部分未形成有絕緣部。即，如圖4所示，在與元件部的主表面108a垂直的方向上，一對(duì)電極110、112之間成為凹陷的狀態(tài)，絕緣基材108的主表面108a露出。
[0033][本實(shí)施方式的PM傳感器的制造方法]
[0034]本實(shí)施方式的PM傳感器2利用以下的制造方法來制造。首先，準(zhǔn)備構(gòu)成絕緣基材8的氧化鋁基板，在該氧化鋁基板上印刷用于形成電極10、12的電極圖案。此后，在電極圖案上印刷形狀與電極10、12相同的掩蔽劑，將電極圖案掩蔽。在此，作為掩蔽劑，使用在電極燒結(jié)溫度以下的溫度揮發(fā)的材料。在掩模形成后，在整體形成氧化鋁薄膜。在氧化鋁薄膜形成后，利用高溫對(duì)氧化鋁薄膜和電極圖案進(jìn)行燒結(jié)，從而形成絕緣部Sb、電極10、12。由于在燒結(jié)時(shí)掩模揮發(fā)，因此，形成在掩模上部的氧化鋁薄膜也同時(shí)被剝離。其結(jié)果是，作為氧化鋁燒結(jié)體的絕緣部8b僅殘留在未形成有電極10、12的部分。
[0035][本實(shí)施方式的PM傳感器2的特性]
[0036]另外，廢氣中的PM的粒子分布大致在IOOnm以下具有粒徑的峰值。但是，雖然是少量，但會(huì)不定期地產(chǎn)生數(shù)ym以上的大粒徑的PM。在以往的PM傳感器的情況下，尤其是大粒徑的PM被相對(duì)于絕緣基材108的主表面108a呈凸?fàn)钚纬傻碾姌O110、112阻擋，因此，容易堆積在電極110、112之間的凹部即主表面108a上(參照?qǐng)D4)。另外，大粒徑的PM容易使電極110、112之間的導(dǎo)電性突變。因此，在以往的PM傳感器的情況下，在產(chǎn)生了大粒徑的PM的情況下，受其影響而導(dǎo)致電極110、112之間的電阻容易突變，PM傳感器的輸出從實(shí)際的PM量偏離而容易產(chǎn)生偏差。
[0037]相比之下，在本實(shí)施方式的PM傳感器2的情況下，在電極10、12之間不存在空間地形成有比電極10、12更凸出的凸?fàn)畹慕^緣部Sb。因此，在產(chǎn)生了大粒徑的PM的情況下，PM也被凸?fàn)畹慕^緣部8b阻擋而容易堆積在電極10、12上部(參照?qǐng)D3)。PM即便堆積在電極10、12上部，也不會(huì)對(duì)電極10、12之間的導(dǎo)通狀態(tài)帶來大的影響。即，在本實(shí)施方式的PM傳感器2的情況下，由于在電極10、12之間難以堆積大粒徑的PM，因此，即便產(chǎn)生大粒徑的PM，也難以因此而產(chǎn)生輸出偏差，可以穩(wěn)定地產(chǎn)生傳感器輸出。
[0038]圖5是用于對(duì)本實(shí)施方式的PM傳感器2與以往的PM傳感器的、相對(duì)于PM量的傳感器輸出變化進(jìn)行比較說明的圖。在圖5中，橫軸表示PM量、縱軸表示傳感器輸出。另外，在圖5中，曲線(a)表不本實(shí)施方式的PM傳感器2的輸出、曲線(b)表不以往的PM傳感器的輸出。另外，圖5的(c)表示本實(shí)施方式2的PM傳感器的檢測(cè)下限量、Cd)表示以往的PM傳感器的檢測(cè)下限量。
[0039]如圖5所示，以往的PM傳感器的檢測(cè)下限量小(參照(d))，相對(duì)于少的PM量也以高的靈敏度進(jìn)行檢測(cè)，但在PM量少的狀態(tài)下，輸出容易產(chǎn)生偏差(參照(b))。另一方面，本實(shí)施方式的PM傳感器2的檢測(cè)極限量與以往相比增大(參照(c))，其輸出難以產(chǎn)生偏差，可以穩(wěn)定地產(chǎn)生與PM量相應(yīng)的輸出(參照(a))。
[0040]圖6是表不本實(shí)施方式的PM傳感器2和以往的PM傳感器的、作為被測(cè)量氣體而測(cè)量了 PM量20mg的廢氣的情況下的傳感器輸出的偏差的圖。在圖6中，紙面左側(cè)表示基于以往的PM傳感器的輸出的檢測(cè)值、右側(cè)表不基于本實(shí)施方式的PM傳感器2的輸出的檢測(cè)值。
[0041]從圖6可知:在以往的PM傳感器的情況下,對(duì)于相同的PM量(20mg),基于傳感器輸出的檢測(cè)值在大的范圍產(chǎn)生偏差，相比之下，在本實(shí)施方式的PM傳感器2的情況下,傳感器輸出的偏差減小。
[0042]這樣，在本實(shí)施方式的PM傳感器2中，通過在電極10、12之間形成絕緣部8b，輸出偏差減小，可以得到穩(wěn)定的傳感器輸出。但是，另一方面，由于絕緣部8b成為障礙，因此，難以由電極10、12之間的PM形成導(dǎo)電通路。因此，尤其是在向元件部6堆積的PM堆積量少時(shí)，存在難以產(chǎn)生傳感器輸出的趨勢(shì)。即，因形成凸?fàn)畹慕^緣部8b而帶來的輸出偏差的減小與傳感器靈敏度的提高存在相悖關(guān)系。
[0043]圖7是說明相對(duì)于絕緣部8b與電極10、12之間的表面(在圖3中為上側(cè)的面)的高度差的、傳感器輸出的偏差和PM檢測(cè)下限量的關(guān)系的圖。在圖7中，橫軸表示電極10、12之間(絕緣部8b)與電極10、12的高度差(絕緣部面-電極面)，其表示:值越小，電極10、12的高度越高，值越大，絕緣部8b的高度越高。另外，圖7的左側(cè)縱軸表示PM檢測(cè)的下限量、右側(cè)縱軸表示檢測(cè)偏差，曲線(a)表示PM檢測(cè)的下限量、曲線(b)表示檢測(cè)偏差。
[0044]如圖7 (a)所示，在電極10、12表面的高度比絕緣部8b高的范圍(即橫軸高度差比O小的區(qū)域)，PM檢測(cè)下限量小。即，即便是少的PM量，也可以進(jìn)行檢測(cè)，從而確保高的傳感器靈敏度。但是，在電極10、12的高度比絕緣部8b低的區(qū)域(高度差比O大的區(qū)域)，隨著其高度差增大，PM檢測(cè)下限量逐漸增大。即，若不是堆積了更多的PM的狀態(tài)，則不能得到傳感器輸出，PM傳感器的靈敏度低。
[0045]另一方面，如圖7的曲線(b )所示，檢測(cè)偏差在電極10、12的高度比絕緣部8b高的范圍(即高度差比O小的區(qū)域)大，在絕緣部8b的高度比電極10、12高的范圍小。另外，從圖7的曲線(b)可知:該檢測(cè)偏差在電極10、12表面和絕緣部8b的高度相同即高度差為O附近較大地突變。因此，可認(rèn)為即便使電極10、12表面比絕緣部Sb稍低、輸出偏差也大幅
被改善。
[0046]根據(jù)上述趨勢(shì)，考慮被允許的檢測(cè)偏差和所希望的傳感器靈敏度，適當(dāng)確定絕緣部8b的高度和電極10、12的高度。但是，如上所述，PM檢測(cè)下限量在高度差比O大的區(qū)域，隨著高度差增大，PM檢測(cè)下限量逐漸增大，相比之下，檢測(cè)偏差在高度差為O附近突變，在絕緣部大的區(qū)域(高度差為負(fù)的區(qū)域)，檢測(cè)偏差增大。因此，高度差優(yōu)選設(shè)定在正向側(cè)(絕緣部8b高)的極小的值。另外，在本發(fā)明中，絕緣部8b和電極10、12的表面的高度也可以相同(高度差為O)。
[0047]另外，在本實(shí)施方式中，對(duì)PM傳感器2的制造方法進(jìn)行了說明，但在本發(fā)明中，PM傳感器的制造方法并不限于此，也可以是其他方法。具體來說，例如，電極圖案、掩模、氧化鋁薄膜也可以不通過印刷法來形成，只要能夠通過蒸鍍法、濺射法、CVD法等其他方法等最適合于各自所使用的材料的方法來形成即可。另外，并不限于上述制造方法，也可以采用如下方法:在作為絕緣基材的氧化鋁基板上形成與電極圖案相同的槽，在該槽的底部通過印刷或其他方法埋入電極。在該情況下，通過調(diào)節(jié)所要形成的槽的深度、電極的厚度，也可以將成為絕緣部8b的部分(氧化鋁基板的未形成有槽的部分)的表面和電極10、12的表面的高度差調(diào)節(jié)到所希望的值。
[0048]另外，在本實(shí)施方式中，對(duì)在主表面8a上的未形成有電極10、12的整個(gè)部分形成比電極10、12更突出的絕緣部Sb的情況進(jìn)行了說明。但是，本發(fā)明并不限于此，也可以采用僅在電極10、12的梳齒形狀的部分形成有高度為電極10、12的高度以上的絕緣部的結(jié)構(gòu)。PM傳感器2產(chǎn)生與尤其是堆積在了梳齒形狀部的電極10、12之間的PM量相應(yīng)的輸出。因此，即便僅在電極10、12的梳齒形狀部形成有比電極10、12更突出的絕緣部Sb，也可以抑制因大粒徑的PM堆積而產(chǎn)生輸出偏差。
[0049]另外，在本實(shí)施方式中，對(duì)作為絕緣基材8及絕緣部8b的構(gòu)成材料而使用氧化鋁的情況進(jìn)行了說明。但是，在本發(fā)明中，絕緣體的構(gòu)成材料并不限于氧化鋁。作為絕緣體的材料，優(yōu)選具有絕緣性且耐熱性好的材料。具體來說，例如優(yōu)選為，碳化硅、堇青石、鈦酸鋁、硅鋁氧氮陶瓷、富鋁紅柱石、氮化硅、磷酸鋯、氧化鋯、二氧化鈦、氧化鋁或硅石、或者由它們的組合構(gòu)成的陶瓷、或者由以燒結(jié)金屬為主成分的材料構(gòu)成。
[0050]另外，在本發(fā)明中，電極10、12的材料并未特別限定，例如作為構(gòu)成電極的材料，優(yōu)選為，Pt、Rh、Pd、Ag、Au及Ir等過渡元素、包含這些過渡元素中的任一種的合金材料、或者與包含這些過渡元素中的任一種的傳感器陶瓷材料構(gòu)成的復(fù)合材料等。
[0051 ] 在以上的實(shí)施方式中，在提及了各要素的個(gè)數(shù)、數(shù)量、量、范圍等數(shù)的情況下，除特別明示的情況和在原理上明顯被確定在該數(shù)的情況之外，本發(fā)明并不限于上述提及的數(shù)。另外，在該實(shí)施方式中說明的構(gòu)造、制造工序等，除特別明示的情況和在原理上被確定于此的情況之外，并不是本發(fā)明所必須的。
[0052]附圖標(biāo)記說明
[0053]2 傳感器
[0054]6 元件部
[0055]8 絕緣基材
[0056]8a 主表面
[0057]8b絕緣部
[0058]10、12 電極
【權(quán)利要求】
1.一種顆粒物傳感器，用于檢測(cè)被測(cè)量氣體中的顆粒物數(shù)量，其特征在于，具有: 絕緣體；以及 在所述絕緣體的主表面上相互隔開間隔地配置的一對(duì)電極， 所述絕緣體在未形成有所述一對(duì)電極的部分具有絕緣部,該絕緣部在與所述主表面垂直的方向上的高度為所述一對(duì)電極的高度以上。
2.一種顆粒物傳感器的制造方法，是權(quán)利要求1所述的顆粒物傳感器的制造方法，其特征在于，具有: 在構(gòu)成所述絕緣體的基板上，形成由構(gòu)成所述一對(duì)電極的材料構(gòu)成的電極圖案的工序; 在形成所述電極圖案之后，在所述電極圖案上形成與所述電極圖案相同的圖案的掩模的工序，所述掩模由在所述電極圖案燒結(jié)的溫度以下的溫度揮發(fā)的材料構(gòu)成； 在所述掩模及所述基板上，形成由構(gòu)成所述絕緣部的材料構(gòu)成的薄膜的工序；以及 使所述電極圖案和所述薄膜燒結(jié)來形成所述電極和所述絕緣部的工序。
3.一種顆粒物傳感器的制造方法，是權(quán)利要求1所述的顆粒物傳感器的制造方法，其特征在于，具有: 在構(gòu)成所述絕緣體的基板上，形成與所述一對(duì)電極的圖案相同的形狀的槽的工序；以及 在所述槽的底部形成所述一對(duì)電極的工序。
【文檔編號(hào)】G01N27/04GK103782162SQ201180073062
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月29日
【發(fā)明者】西島大貴, 橋田達(dá)弘 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社