具有接觸面的傳感器元件的制作方法
【專利說(shuō)明】具有接觸面的傳感器元件現(xiàn)有技術(shù)
[0001]本發(fā)明從已知的傳感器元件出發(fā)，其例如作為廢氣傳感器使用，尤其是作為λ傳感器，其在機(jī)動(dòng)車中得到非常廣泛的應(yīng)用。但是本發(fā)明也可以應(yīng)用于其它類型的傳感器元件，例如用于檢測(cè)廢氣的其它的氣態(tài)的組成部分的傳感器和顆粒物傳感器或類似傳感器。
[0002]本發(fā)明尤其涉及一種是被燒結(jié)的或可燒結(jié)的陶瓷的傳感器元件，其例如通過(guò)將各單個(gè)的必要時(shí)被印刷的陶瓷的生膜聚集起來(lái)，尤其是相互堆摞起來(lái)，進(jìn)行制造。
[0003]傳感器元件在一般地面對(duì)廢氣的傳感器元件的第一末端區(qū)中尤其包括至少一個(gè)電的，電化學(xué)的和/或電子的功能元件。傳感器元件的電的可供給性在此在一般地背離廢氣的第二區(qū)域中通過(guò)在傳感器元件外表面上的接觸面提供。
[0004]除了導(dǎo)電性以外，要求接觸面在運(yùn)行中和在制造傳感器元件中具有高的耐溫性和化學(xué)穩(wěn)定性。因此廣泛使用貴金屬，例如鉑或類似物。由于這種貴金屬比較昂貴，因此一般都力圖盡可能縮小接觸面。
[0005]另一方面，如果由于傳感器元件的制造公差或者由于與傳感器中的傳感器元件共同作用的接觸元件，如金屬線，銷子，彈簧或類似物，的制造公差而不再在所有情況下可靠地保證接觸(接通)，那么接觸面的縮小被看作是關(guān)鍵性的。
[0006]由 DE10208533A1，DE102004047783A1 和 DE102009055416A1 已知具有接觸面的傳感器元件。該接觸面在其與功能元件背離的末端區(qū)中矩形地實(shí)施。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
按照本發(fā)明的具有權(quán)利要求1的特征的傳感器元件具有優(yōu)點(diǎn)，它們或者它們的接觸面可以以減少的材料使用和由此成本有利地制造，而不會(huì)與電接觸相關(guān)地出現(xiàn)增大的裝配誤差。
[0008]為此按照本發(fā)明規(guī)定，接觸面在它的與第一末端區(qū)背離的一側(cè)上具有倒圓。
[0009]申請(qǐng)人的針對(duì)接觸面和所屬的接觸元件的相對(duì)位置的制造波動(dòng)對(duì)尤其是快速節(jié)奏的自動(dòng)化裝配的研究已經(jīng)表明，相對(duì)位置波動(dòng)不僅在縱向上而且在橫向上出現(xiàn)，由此在相應(yīng)的分散寬度下減小接觸面的長(zhǎng)度和寬度會(huì)導(dǎo)致裝配誤差。
[0010]相同的研究也表明，在尤其是自動(dòng)化的裝配之后接觸面和所屬的接觸元件的相對(duì)位置的在縱向上的波動(dòng)與在橫向上的波動(dòng)不相關(guān)聯(lián)或者僅僅可忽略地弱地相關(guān)聯(lián)。
[0011]結(jié)果因此用于試驗(yàn)?zāi)康牡恼眠€足夠大的尺寸的矩形的接觸面不僅在其在縱向上的邊緣區(qū)域中而且在其在橫向上的邊緣區(qū)域中以一定的頻率被接觸元件接觸。但是這種矩形的接觸面在與廢氣背離的角部區(qū)域中以實(shí)際上極小的頻率被接觸元件接觸到。因此在這種背景下清楚的是，為什么接觸面在這些區(qū)域中的倒圓不增大裝配誤差的頻率。
[0012]按照本發(fā)明規(guī)定的倒圓就此尤其也能夠縮小接觸面，尤其是也在傳感器元件中，其本身不被小型化或者僅僅以一定的程度被小型化并且在其中就此而言提出提高的裝配要求。結(jié)果，傳感器元件的一個(gè)接觸面，多個(gè)接觸面或全部接觸面的面積(在傳感器元件的俯視圖中或在傳感器元件的最大表面的俯視圖中)可以分別減小到傳感器元件的最大表面的面積的2%或更小，尤其是甚至減小到傳感器元件的最大表面的面積的1.5%或更小。
[0013]附加地或備選地，傳感器元件的一個(gè)接觸面，多個(gè)接觸面或全部接觸面的長(zhǎng)度可以減小到傳感器元件的長(zhǎng)度的9%或更小，尤其是甚至減小到傳感器元件的長(zhǎng)度的8%或更小。附加地或備選地，傳感器元件的一個(gè)接觸面，多個(gè)接觸面或全部接觸面的寬度也可以減小到傳感器元件的寬度的35%或更小，尤其是甚至減小到傳感器元件的長(zhǎng)度31.5%或更小。
[0014]本發(fā)明尤其是也可以有利地涉及傳感器元件，它們的高度(被燒結(jié)的)不小于
1.2mm和/或它們的長(zhǎng)度(被燒結(jié)的)不小于50mm和/或它們的寬度(被燒結(jié)的)不小于4.5_，和其中就此而言提出提高的裝配要求。未被燒結(jié)的傳感器元件的尺寸以高出25%。
[0015]用語(yǔ)“縱向”，“橫向”和“垂直方向”在本申請(qǐng)的范圍中原則上僅僅在直角坐標(biāo)系的意義上使用。但是此外尤其也可以涉及這樣的方向，它們通過(guò)傳感器元件標(biāo)出，例如在尤其是長(zhǎng)方體形的傳感器元件的情況下縱向可以是這種方向，即，傳感器元件的最長(zhǎng)的側(cè)棱邊指向這個(gè)方向上，垂直方向可以是這樣的方向，即傳感器元件的最短的側(cè)棱邊指向這個(gè)方向上和/或橫向可以是這樣的方向，即傳感器元件的具有平均長(zhǎng)度的側(cè)棱邊指向這個(gè)方向上。例如在棒形的傳感器元件情況下縱向可以指向一個(gè)軸線的方向上，棒形的傳感器元件圍繞該軸線是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的或者基本上旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。
[0016]在僅僅基本上提到一個(gè)方向時(shí)，除了這個(gè)方向以外在狹義上也考慮這樣的方向，這些方向與該方向稍微偏離，例如以不大于15°和/或這樣的方向，這些方向至少與該方向不是正交的。通過(guò)一個(gè)結(jié)構(gòu)附加地也在這樣的時(shí)候基本上實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向，即當(dāng)相關(guān)的結(jié)構(gòu)僅僅在一個(gè)小的部分區(qū)域中偏離時(shí)，該部分區(qū)域例如包括不多于該結(jié)構(gòu)的10%。
[0017]在本申請(qǐng)的范圍中，“傳感器元件的長(zhǎng)度”理解為傳感器元件在縱向上的延伸長(zhǎng)度，“傳感器元件的寬度”理解為傳感器元件在橫向上的延伸長(zhǎng)度，和“傳感器元件的高度”理解為傳感器元件在垂直方向上的延伸長(zhǎng)度。該方向?qū)τ趥鞲衅髟母┮晥D也是決定性的。
[0018]用語(yǔ)“傳感器元件的末端區(qū)”理解為與縱向相關(guān)地在本申請(qǐng)的范圍中原則上僅僅是傳感器元件的一個(gè)相關(guān)聯(lián)的分區(qū)，它包括傳感器的相關(guān)的末端并且不超過(guò)傳感器元件的長(zhǎng)度的50%。就此而言一個(gè)末端區(qū)和一個(gè)相對(duì)置的末端區(qū)例如僅僅在一個(gè)面上相交。有些受限地，傳感器元件的一個(gè)末端區(qū)尤其也可以理解為傳感器元件的一個(gè)相關(guān)聯(lián)的分區(qū)，它包括傳感器的相關(guān)的末端并且不超過(guò)傳感器元件的長(zhǎng)度的三分之一或甚至不超過(guò)傳感器兀件的長(zhǎng)度的四分之一。
[0019]用語(yǔ)“功能元件”在此原則上不應(yīng)該窄義地理解。例如它可以涉及一種與傳感器元件的外部空間通訊的貴金屬電極或金屬陶瓷電極和/或電的電阻加熱器，其在20° C時(shí)具有尤其最大30歐姆的電阻，和/或類似物。
[0020]用語(yǔ)“在一側(cè)上倒圓的接觸面”在本申請(qǐng)的范圍中，原則上僅僅理解為，該接觸面可以考慮為由相同的長(zhǎng)度和相同的寬度的矩形接觸面產(chǎn)生，從該接觸面上在相關(guān)的一側(cè)上在至少一個(gè)角部區(qū)域中材料被去掉。
[0021]盡管在此情況下產(chǎn)生的輪廓，尤其是在狹義數(shù)學(xué)意義上，完全或部分地可以是圓弧形的并且尤其是可以包括90°或180°的弧度，但是原則上僅僅從角部區(qū)域中去除材料。在這個(gè)意義上“倒圓”也包括切斜面或倒棱。
[0022]在第一種情況下用語(yǔ)“曲率半徑”以自然方式和方法產(chǎn)生，而在非狹義數(shù)學(xué)意義上圓弧形的倒圓的情況下它是通過(guò)圓弧形的倒圓的曲率半徑給出的，它與實(shí)際的輪廓在中心上偏移最小。這在下面還要借助于示例進(jìn)行解釋。
[0023]本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)規(guī)定，曲率半徑具有或超過(guò)一定的最小尺寸。本發(fā)明的有利作用此時(shí)特別地顯著。在被燒結(jié)的傳感器元件中除了米制的最小尺寸，例如0.3mm ;0.4mm ；0.5mm或0.6mm，以外，備選地或附加地還考慮這樣的最小尺寸，它們以占傳感器元件的寬度的比例的方式測(cè)量，例如6% ；8% ；10%或12%，和/或以占接觸面的寬度的方式測(cè)量，例如 15% ；23% ；30% 或 45%ο
[0024]在有利的極端情況下倒圓是最大的，即接觸面的末端段是半圓形的或近似于半圓形的。曲率半徑此時(shí)通過(guò)接觸面的半個(gè)寬度給出。
[0025]本發(fā)明的特定的實(shí)施方案涉及傳感器元件，其中在與功能元件相對(duì)置的末端區(qū)中除了接觸面以外還附加地布置另一個(gè)接觸面，例如相互并排地布置。
[0026]該另一個(gè)接觸面可以或者與接觸面一樣接觸相同的功能元件，例如電加熱器，或者與接觸面不一樣接觸另一個(gè)功能元件，例如另一個(gè)電極。
[0027]該另一個(gè)接觸面原則上也可以按照在本申請(qǐng)的范圍中針對(duì)接觸面給出的特征或在本申請(qǐng)的范圍中針對(duì)接觸面給出的特征組合來(lái)設(shè)計(jì)。該接觸面和該另一個(gè)接觸面尤其可以相對(duì)于應(yīng)該軸線鏡像是對(duì)稱的或基本上鏡像對(duì)稱的，該軸線在傳感器元件的縱向上，尤其是在相對(duì)于傳感器元件的橫向上中心地延伸。
[0028]在兩個(gè)接觸面的情況下在接觸面之間形成一個(gè)間距，它一般地如此地足夠大地設(shè)計(jì)，即在制造波動(dòng)和不完整性(“填補(bǔ)”)的范圍中也可靠地排除在接觸面之間的并聯(lián)。通常在接觸面之間要求一個(gè)絕緣電阻，其數(shù)量級(jí)在室溫20° C下為兆歐姆，和其數(shù)量級(jí)在最大運(yùn)行溫度下，例如400° C下，為十萬(wàn)歐姆。
[0029]申請(qǐng)人的研究表明，通過(guò)按照本發(fā)明的方式和方法對(duì)一個(gè)或甚至兩個(gè)接觸面倒圓，尤其是接觸面的相互面對(duì)的角部區(qū)域中，在接觸面之間的抗并聯(lián)性進(jìn)一步提高。甚至在接觸面之間的間距(最短的連接)通過(guò)設(shè)想的倒圓工藝沒(méi)有減小時(shí)也是這種情況。估計(jì)這個(gè)效果應(yīng)該歸因于在尖銳的角部中出現(xiàn)的電位峰值或場(chǎng)強(qiáng)最大值等等。
[0030]在這一點(diǎn)上也優(yōu)選的是，曲率半徑為或者超過(guò)一定的最小尺寸。本發(fā)明的有利的作用此時(shí)特別顯著。優(yōu)選為曲率半徑優(yōu)選為大于在傳感器元件上構(gòu)成的接觸面之間的間距或大于在傳感器元件上構(gòu)成的接觸面之間的間距的一個(gè)比例，例如10% ；30%或50%。
[0031]本發(fā)明的特定的實(shí)施例涉及具有至少一個(gè)接觸面的傳感器元件，接觸面與布置在傳感器元件內(nèi)部的功能元件和/或與布