利用激光束制造碳煙傳感器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制造碳煙傳感器的方法及利用這樣的方法制造的碳煙傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]碳煙傳感器用于控制或者說調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)尤其是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和油加熱裝置的燃燒過程。根據(jù)碳煙顆粒量，可以如此控制所述燃燒，即，出現(xiàn)較少的碳煙顆粒和/或?qū)崿F(xiàn)比較高效的燃燒。
[0003]DE 10 2007 038 680 Al公開了一種碳煙傳感器，其中，在光滑的Al2O3表面上施加導(dǎo)線軌結(jié)構(gòu)。由此簡(jiǎn)化了碳煙顆粒的吸附。
[0004]由WO 2011/106625 Al公開了一種碳煙傳感器，其被構(gòu)造成在基底上有加熱元件和傳感器元件。當(dāng)碳煙顆粒沉積于碳煙傳感器表面時(shí)，所述加熱元件和傳感器元件之間的電阻改變。由此能確定在該表面上的和進(jìn)而在廢氣流中的碳煙顆粒濃度。為了將傳感器燒干凈，加熱元件被加熱到足夠高的溫度。
[0005]為了控制燃燒過程而也可以采用其它的傳感器，例如Lambda探頭(Lambda-Sonden)或溫度傳感器。針對(duì)用于控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的碳煙傳感器，提出了越來越嚴(yán)格的關(guān)于減少碳煙排放的要求。因此，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)式交通工具的所謂的歐6標(biāo)準(zhǔn)要求僅排放很少的碳煙。這樣小的碳煙量因?yàn)樘紵燁w粒少(即因?yàn)閺U氣流中的碳煙顆粒濃度很低)利用已知的碳煙傳感器只能很困難地探測(cè)。
[0006]就是說，已知碳煙傳感器的缺點(diǎn)是碳煙傳感器無法足夠靈敏地做出反應(yīng)以便能滿足變得越來越嚴(yán)的要求。另外，這種已知的傳感器的缺點(diǎn)是須將許多傳感器安裝到廢氣流中，由此需要許多連接機(jī)構(gòu)。但同時(shí)人們總是希望有發(fā)動(dòng)機(jī)或燃燒設(shè)備的盡量簡(jiǎn)單且低成本的制造加工。傳感器本身也應(yīng)盡量低價(jià)。另外，這些傳感器應(yīng)該結(jié)實(shí)耐用且在安裝到排氣系統(tǒng)中時(shí)不易出故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的任務(wù)在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。尤其是應(yīng)該提供這樣的傳感器，其足夠靈敏地做出反應(yīng)以便也能探測(cè)少量煙塵，但它同時(shí)是現(xiàn)有傳感器的簡(jiǎn)化。該傳感器應(yīng)該結(jié)構(gòu)緊湊、裝配結(jié)實(shí)耐用且制造成本低。在與本發(fā)明的關(guān)聯(lián)中，其它未提到的缺點(diǎn)也顯而易見。
[0008]本發(fā)明的任務(wù)將通過一種制造碳煙傳感器的方法來完成，其包括以下方法步驟:
[0009]在電絕緣基底上施加連貫的金屬層；
[0010]用激光束通過蒸發(fā)金屬層的一些區(qū)域來結(jié)構(gòu)化該金屬涂層，在此產(chǎn)生至少兩個(gè)相互嵌套的連貫的電傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)，并且所述傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)利用激光束如此相互空間間隔和相互電絕緣，即該傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)在其整個(gè)長度上基本并列延伸且在該區(qū)域中緊密并排延伸。
[0011]在本發(fā)明的范圍內(nèi)，“至少兩個(gè)相互嵌套的連貫的傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)”是指兩個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的但各自連貫的傳導(dǎo)性層尤其是金屬層，它們?nèi)绱诵纬桑?，使它們?cè)谠摻Y(jié)構(gòu)的大范圍內(nèi)緊密并排延伸。
[0012]在本專利申請(qǐng)范圍內(nèi)，“嵌套”是指:如此布置至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)，即其中一個(gè)結(jié)構(gòu)相對(duì)于另一結(jié)構(gòu)平行、垂直和/或以一定角度布置。作為替代或補(bǔ)充而可行的是，其中一個(gè)結(jié)構(gòu)以任何一種自由形狀例如以曲線形狀、橢圓形狀等類似形狀而相對(duì)于另一結(jié)構(gòu)布置。就此可行的是，將各結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)局部區(qū)域或整個(gè)區(qū)域這樣布置。另外可行的是，以平面的形式(即在一個(gè)平面內(nèi))或者在空間上(即在三維上)來根據(jù)之前的描述而相對(duì)于彼此布置這些結(jié)構(gòu)。例如可行的是，兩個(gè)結(jié)構(gòu)如此相互嵌套布置在一個(gè)平面內(nèi)，即它們就像齒輪嚙合那樣布置，但在這里，它們以一定的相互間距來布置，尤其是以小于50微米且優(yōu)選小于30微米的間距來布置。
[0013]本發(fā)明優(yōu)選規(guī)定，將所述連貫的金屬層以厚膜技術(shù)施加在電絕緣基底上。優(yōu)選施加貴金屬厚膜層，尤其優(yōu)選施加鉑厚膜層。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)之間的距離最好設(shè)計(jì)為小于50微米，特別優(yōu)選在10微米至30微米之間。就是說，所述的緊密并排是指小于80微米，優(yōu)選小于50微米。
[0015]在本發(fā)明的方法中也可規(guī)定，該金屬層被預(yù)結(jié)構(gòu)化地施加到電絕緣基底上。優(yōu)選可以規(guī)定，至少使該擴(kuò)寬的導(dǎo)電層預(yù)結(jié)構(gòu)化以實(shí)現(xiàn)該傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)的電接觸。此時(shí)可以特別優(yōu)選地規(guī)定，使全部的引線預(yù)結(jié)構(gòu)化成為傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)。
[0016]當(dāng)用激光束蒸發(fā)的只有傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)之間的狹長分隔區(qū)域并且直接在施加(如印刷時(shí))產(chǎn)生粗結(jié)構(gòu)時(shí)，碳煙傳感器的制造被簡(jiǎn)化。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)方案，激光束以線且優(yōu)選是蜿蜒線的形式沿著要產(chǎn)生的傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)的間距移動(dòng)經(jīng)過金屬層，并由此沿著該線蒸發(fā)該金屬層。此時(shí)可以優(yōu)選規(guī)定，完成結(jié)構(gòu)化的傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)之間的距離與激光束焦斑的有效橫截面的直徑相應(yīng)。
[0018]通過該方法，盡量小地保持傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)之間的距離。同時(shí)，可以很快速而不費(fèi)力地使該激光束或者激光束焦斑移動(dòng)經(jīng)過該金屬層，以實(shí)現(xiàn)將金屬層分隔為兩個(gè)傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)。由此，所述制造簡(jiǎn)單且低成本。
[0019]本發(fā)明也可以規(guī)定，這些傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)沿著其總長的至少90%并列延伸，最好沿著其總長的至少98%并列延伸。
[0020]以下表述“傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)沿著其整個(gè)長度基本并排且在該區(qū)域中緊密并排地延伸”是指，所述傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)沿其整個(gè)長度的至少90%并且在該區(qū)域中緊密地(即優(yōu)選小于50微米地)并列延伸。
[0021]該傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)的平行延伸的部分越多，該碳煙傳感器在電阻測(cè)量時(shí)或在電容測(cè)量或所述兩個(gè)傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)之間的電絕緣損失測(cè)量以確定廢氣流中的碳煙顆粒濃度時(shí)越靈敏。
[0022]利用本發(fā)明方法的一個(gè)改進(jìn)方案可以規(guī)定，作為電絕緣基底，采用金屬氧化物基底或者玻璃基底或玻璃陶瓷基底，優(yōu)選為陶瓷Al2O3基底或玻璃層、玻璃陶瓷層或Al 203層。
[0023]所述材料尤其良好地適用于構(gòu)成碳煙傳感器，其應(yīng)用于廢氣流的灼熱且化學(xué)侵蝕性的環(huán)境中。另外，施加在這些層上的金屬層能夠非常好地用激光束來燒除，不會(huì)出現(xiàn)激光束所帶來的其它損傷。
[0024]另外可以規(guī)定，在電絕緣基底與金屬涂層或碳煙傳感器對(duì)置的一側(cè)或在電絕緣基底上的傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)旁邊，設(shè)有溫度傳感器。
[0025]碳煙傳感器與另一個(gè)傳感器的組合，促成了在裝入排氣系統(tǒng)中時(shí)只需為兩個(gè)傳感器設(shè)置一個(gè)連接端。另外，溫度傳感器在該傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)所處的地點(diǎn)測(cè)量溫度。由此，可以在測(cè)量時(shí)和在將碳煙傳感器燒干凈時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)碳煙傳感器狀態(tài)的比較精確的確定。另外，廢氣溫度和碳煙顆粒濃度可以分開地確定但也可同時(shí)地來確定。
[0026]優(yōu)選地也可以規(guī)定，在傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化之后，使該傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)的引線完全地且優(yōu)選使該傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)局部地用由金屬氧化物、玻璃或玻璃陶瓷構(gòu)成的絕緣層來涂覆，并且優(yōu)選將該溫度傳感器固定在該絕緣層上，特別優(yōu)選借助玻璃焊料來固定。
[0027]通過施加作為保護(hù)層的絕緣層，碳煙傳感器的金屬區(qū)域(不一定必然遇到廢氣流的化學(xué)侵蝕性環(huán)境)得到保護(hù)。該層也可以理想地用于固定附加的溫度傳感器來形成組合傳感器。
[0028]還可以規(guī)定，首先優(yōu)選以薄膜技術(shù)在陶瓷基底上制造溫度傳感器；接著，將該電絕緣基底以層的形式施加到溫度傳感器上；隨后，將連貫的金屬層施加在電絕緣基底上以產(chǎn)生傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)，在這里，優(yōu)選在溫度傳感器上施加作為電絕緣基底的、由Al2O3或者玻璃或玻璃陶瓷構(gòu)成的層。
[0029]通過該制造方法，生產(chǎn)出具有溫度傳感器的碳煙傳感器，其中，溫度傳感器的組件且優(yōu)選為由至少一種金屬或金屬合金構(gòu)成的組件通過所述陶瓷基底和其上設(shè)有傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)的電絕緣基底而以夾心形式得到保護(hù)，以免受環(huán)境影響。由此實(shí)現(xiàn)了，以薄膜技術(shù)來施加用于制造溫度傳感器的金屬，而不影響到傳感器的耐久性。
[0030]利用一個(gè)改進(jìn)方案而提出，將該層結(jié)構(gòu)固定在連接端上，其中，該傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)并且優(yōu)選還有該溫度傳感器與該連接端的觸點(diǎn)元件電接觸。
[0031]通過該連接端和所述電接觸，可以非常簡(jiǎn)單地安裝碳煙傳感器。
[0032]可以利用本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案來規(guī)定，作為傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)，形成相互嵌套的加熱螺旋絲或電極。
[0033]本發(fā)明所基于的任務(wù)也將通過利用這樣的方法制造的碳煙傳感器來完成，其中，該碳煙傳感器具有電絕緣基底和作為結(jié)構(gòu)化金屬層的、至少兩個(gè)相互空間分隔且相互嵌套的連貫的電傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)，其中，利用激光燒出在所述傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)之間的空隙，優(yōu)選地該空隙至少局部小于50 μ m，并且所述傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)與擴(kuò)寬的導(dǎo)電層電接觸。
[0034]此時(shí)可以規(guī)定，至少該擴(kuò)寬的導(dǎo)電層用絕緣層來覆蓋，優(yōu)選使傳導(dǎo)性結(jié)構(gòu)與擴(kuò)寬的導(dǎo)電層鄰接的區(qū)域用絕緣層來覆蓋。
[0035]通過施加作為保護(hù)層的絕緣層，碳煙傳感器的金屬區(qū)域(不一定必然遇到廢氣流的化學(xué)