具有印制導線和穿通部的傳感器元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明從已知的傳感器元件出發(fā)，該傳感器元件例如作為廢氣傳感器被投入使用，尤其作為在機動車中得到非常廣泛應(yīng)用的λ傳感器。但本發(fā)明也能夠應(yīng)用在其它種類的傳感器元件上，例如用在用于驗證廢氣的其它氣體形式成份的傳感器上和用在顆粒傳感器或類似傳感器上。
[0002]本發(fā)明尤其涉及燒結(jié)的或可燒結(jié)的陶瓷傳感器元件，該陶瓷傳感器元件通過將各個必要時被印刷的陶瓷生坯膜組合、尤其相互堆疊來制造。
【背景技術(shù)】
[0003]傳感器元件在該傳感器元件通常朝向廢氣的第一端部區(qū)域中尤其包括至少一個電氣的、電化學的和/或電子的功能元件。傳感器元件的可供電性當前通過在傳感器元件的通常背離廢氣的第二區(qū)域內(nèi)的外表面上的接觸面來設(shè)置。
[0004]傳感器元件的可供電性當前通過功能元件與接觸面的電連接實現(xiàn)，該接觸面具有基本在傳感器元件的縱長方向上在傳感器元件內(nèi)部延伸的印制導線并具有穿通部，該穿通部基本垂直于傳感器元件的縱長方向，尤其在高度方向上延伸。這種傳感器元件例如由DE10 2006 055 797 Al已知。
[0005]在運行中并且在制造傳感器元件時，要對該電連接要求高的溫度穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。因此廣泛地使用貴金屬，例如鉑或類似物。因為這樣的貴金屬相對較貴，所以一般都力求所使用的材料的量盡可能少。
[0006]因為在給定電阻率的情況下對應(yīng)的導線橫截面越小，總電阻就越大，因而該電連接的這種微型化受到限制。引起的電壓降或者功率下降和/或信號失真只能在預給定的極限內(nèi)被容許。
[0007]尤其是，功能元件、尤其加熱電阻與接觸面的該電連接的總電阻的這類極限應(yīng)視為在20°C時在I至4歐姆范圍內(nèi)，尤其在20°C時在2至3歐姆范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]而具有權(quán)利要求1的特征的本發(fā)明傳感器元件具有這樣的優(yōu)點:投入使用的用于功能元件與接觸面的電連接的材料例如貴金屬的量能夠被最小化，而不超過所述電連接的可預給定的總電阻。
[0009]本發(fā)明首先基于這種考慮:印制導線和穿通部是所述電連接的兩個在電上串聯(lián)的區(qū)段。因而該電子連接的總電阻由各單電阻相加得出。此外本發(fā)明基于這種考慮:在導電結(jié)構(gòu)的橫截面減小時它的電阻大約與投入使用的材料量成反比。
[0010]如果印制導線的電阻和穿通部的電阻相互成比例，該比例不大于3并且不小于I/3，則認為得到了電連接的總電阻和為該電連接所需的材料量被優(yōu)化的結(jié)果。
[0011]在其它比例的情況下，總體所需的或者說為較小電阻的區(qū)段所需的材料量會不成比例地增加，而總電阻不會明顯減少。
[0012]只要所使用的材料的電阻率是與溫度相關(guān)的，則尤其應(yīng)適應(yīng)在傳感器運行中可能出現(xiàn)的或者典型地可能出現(xiàn)的溫度分布。除了均勻的溫度分布、例如20°C(該溫度例如描述傳感器投入運行時的狀態(tài))外，本發(fā)明替換地或者附加地也可在不均勻的溫度分布方面實現(xiàn)。例如可以分別基于在縱長方向上在功能元件區(qū)域中750°C或者甚至1100°C和在穿通部區(qū)域內(nèi)200°C、300°C或者甚至400°C相組合的均勻溫度升高。這樣的溫度分布例如存在于完全被加熱的傳感器上，例如在持續(xù)運行中。
[0013]印制導線和穿通部的電阻即使在不同的溫度和溫度分布情況下專業(yè)人員也可以例如通過測量而容易地得到。專業(yè)人員也可以例如通過修改導線橫截面而容易地進行電阻的有目的的適配。
[00M]本發(fā)明尤其涉及一種傳感器元件，在該傳感器元件中，已經(jīng)進行了功能元件(尤其加熱電阻)與接觸面的電連接的小型化。功能元件(尤其加熱電阻)與接觸面的電連接的電阻在此在20°C時在I至4歐姆的范圍內(nèi)，尤其在20°C時在2至3歐姆的范圍內(nèi)。
[0015]概念“縱長方向”、“橫向方向”和“高度方向”在本申請范圍內(nèi)原則上僅在直角參考系統(tǒng)的意義上使用。但此外尤其可以是涉及由傳感器元件標志的方向，例如在尤其六方體傳感器元件的情況下，縱長方向可以是該傳感器元件的最長側(cè)棱邊所指向的方向，高度方向可以是該傳感器元件的最短側(cè)棱邊所指向的方向，和/或橫向方向是該傳感器元件的具有中等長度的側(cè)棱邊所指向的方向。例如在小棒形傳感器元件的情況下，縱長方向是該小棒形傳感器元件圍繞其旋轉(zhuǎn)對稱或者基本上旋轉(zhuǎn)對稱的軸線所指向的方向。
[0016]在基本上僅對一個方向進行參考的地方，除了狹義的該方向外，也考慮與該方向略微有偏差的方向，例如偏差不大于15°的方向和/或與該方向至少不正交的方向。當一個結(jié)構(gòu)僅在一個例如包括該結(jié)構(gòu)的不大于10%的小部分區(qū)域內(nèi)有偏差，則通過該相關(guān)結(jié)構(gòu)附加地也基本上實現(xiàn)了該方向。
[0017]在本申請范圍內(nèi)，“傳感器元件的長度”應(yīng)理解為傳感器元件在縱長方向上的延伸，“傳感器元件的寬度”應(yīng)理解為傳感器元件在橫向方向上的延伸，而“傳感器元件的高度”應(yīng)理解為傳感器元件在高度方向上的延伸。該方向?qū)τ趥鞲衅髟母┮曇灿袥Q定作用。
[0018]概念“傳感器元件的端部區(qū)域”在本申請范圍內(nèi)參考縱長方向看原則上僅應(yīng)理解為傳感器元件的一個相連的部分區(qū)域，該部分區(qū)域包括傳感器的相關(guān)端部并且占該傳感器元件的長度不大于50%。就此而言，一個端部區(qū)域與對置的端部區(qū)域例如僅在一個面上相交。更限制性地，傳感器元件的端部區(qū)域尤其也可理解為傳感器元件的一個相連的部分區(qū)域，該部分區(qū)域包括傳感器的相關(guān)端部并且占該傳感器元件的長度不大于三分之一或者甚至不大于四分之一。
[0019]概念“功能元件”當前原則上不應(yīng)被狹義地解釋。它例如可以是與傳感器元件的外部空間連通的貴金屬電極或金屬陶瓷電極，和/或是在20°C時尤其具有最大30歐姆電阻的電阻加熱器，和/或是這類似元件。
[0020]在電阻加熱器作為功能元件的情況下，當前說明的實施方式的兩個電連接并排地、尤其鏡像對稱地設(shè)置。
[0021]本發(fā)明的有利表現(xiàn)形式規(guī)定，印制導線電阻和穿通部電阻之間的比例更強地限制在I的范圍內(nèi)。印制導線電阻和穿通部電阻則相同或者至少大致相同，例如比例在2至1/2的范圍內(nèi)或者在3/2至2/3的范圍內(nèi)或者在110%至90%的范圍內(nèi)。
[0022]本發(fā)明的尤其具有制造技術(shù)優(yōu)勢的擴展構(gòu)造有此得出:通過印制導線在它的背離傳感器元件端部區(qū)域的端部上向側(cè)面折曲，其中，印制導線尤其在傳感器元件的橫向方向上偏離中心地延伸，并且，在它的背離傳感器元件端部區(qū)域(201)的端部上向該傳感器元件的外側(cè)折曲。也可以設(shè)置兩個這樣的印制導線，它們對置地、尤其對稱地、尤其在傳感器元件的橫向方向上偏離中心地布置，并且在它們的背離傳感器元件端部區(qū)域的端部上分別朝向傳感器元件的外側(cè)折曲。這些實施方式的優(yōu)勢在于，能夠使印制導線在橫向方向上比較對中心地被引導，在傳感器元件的能夠被加工特別安全地制造的區(qū)域內(nèi)。而穿通部相對彼此不允許低于一定最小間距，因為否則會非常降低傳感器元件的斷裂強度。總的來說這樣可以進一步優(yōu)化材料使用和功能。
[0023]在本發(fā)明的特別實施中，穿通部由傳感器元件的過孔的徑向壁的導電覆層或者由傳感器元件的過孔的導電填充物組成。
[0024]附加地或者替換地，印制導線可以包括饋入導線和環(huán)圈，其中，饋入導線或者饋入導線的背離廢氣的端部區(qū)域尤其具有恒定的或基本恒定的饋入導線寬度B，并且從功能元件引到穿通部的區(qū)域中，環(huán)圈在傳感器元件的俯視圖中尤其圓環(huán)形地圍繞所述過孔布置，并且導致穿通部和饋入導線之間的電連接，其中，所述圓環(huán)具有在過孔的俯視圖中在徑向上測量的圓環(huán)寬度b。
[0025]所述功能元件尤其可以是電阻加熱器，該電阻加熱器尤其在20°C時具有最大30歐姆的電阻。在這種情況下，所述電連接在運行中是大電流導體。為了避免不希望的損失或者廢熱，應(yīng)尤其給與電阻加熱器直接相鄰的印制導線的饋入導線設(shè)置足夠大的尺寸。而環(huán)圈的區(qū)域可較節(jié)省地構(gòu)型。尤其被看作優(yōu)化結(jié)果的是，圓環(huán)寬度與饋入導線寬度的寬度比在
0.1至0.4的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.22至0.32的范圍內(nèi)?？傮w可以進一步優(yōu)化材料使用和功能。
[0026]寬度比的選擇雖然尤其以協(xié)同地共同作用的角度來看待，但卻不是僅僅以協(xié)同地共同作用的角度來看待。因此，下面是本發(fā)明的一個替換的主題，在該主題上可以并不少地應(yīng)用其余討論的擴展構(gòu)造:
[0027]傳感器元件，尤其用于驗證氣體的物理特性，尤其用于驗證內(nèi)燃機廢氣的氣體組分濃度或溫度或固體成分或液體成分，其中，該傳感器元件具有在它的縱長方向上相互對置的第一端部區(qū)域和第二端部區(qū)域，其中，該傳感器元件在該第一端部區(qū)域中在該傳感器元件的內(nèi)部具有功能元件，該功能元件與在第二端部區(qū)域中布置在該傳感器元件的外表面上的接觸面導電連接，其中，該功能元件和該接觸面之間的該導電連接具有在該傳感器元件內(nèi)部基本在縱長方向上延伸的印制導線并具有穿通部，所述穿通部基本上垂直于傳感器元件的縱長方向延伸，其中，穿通部由傳感器元件的過孔的徑向壁的導電覆層或者過孔的導電填充物組成，所述印制導線包括饋入導線和環(huán)圈，其中，所述饋入導線或者該饋入導線的背離廢氣的端部區(qū)域具有恒定的或基本恒定的饋入導線寬度B并且從所述功能元件引到所述穿通部的區(qū)域內(nèi)，并且，所述環(huán)圈在所述傳感器元件的俯視圖中圓環(huán)形地圍繞所述過孔地布置并且導致所述穿通部和所述饋入導線之間的所述電連接，其中，所述圓環(huán)具有在所述過孔的俯視圖中在徑向上測量的圓環(huán)寬度b，其中，所述功能元件是電阻加熱器，該電阻加熱器尤其在20°C時具有最大30歐姆的電阻并且圓環(huán)寬度b與饋入導線寬度B的寬度比在0.1至0.4的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.22至0.32的范圍內(nèi)。
[0028]尤其可以是，所述過孔的直徑加上圓環(huán)寬度的兩倍與饋入導線寬度一樣或者導致一樣。印制導線于是它