具有接觸面的傳感器元件的制作方法
【專利說明】具有接觸面的傳感器元件現有技術
[0001]本發明從已知的傳感器元件出發，其例如作為廢氣傳感器使用，尤其是作為λ傳感器，其在機動車中得到非常廣泛的應用。但是本發明也可以應用于其它類型的傳感器元件，例如用于檢測廢氣的其它的氣態的組成部分的傳感器和顆粒物傳感器或類似傳感器。
[0002]本發明尤其涉及一種是被燒結的或可燒結的陶瓷的傳感器元件，其例如通過將各單個的必要時被印刷的陶瓷的生膜聚集起來，尤其是相互堆摞起來，進行制造。
[0003]傳感器元件在一般地面對廢氣的傳感器元件的第一末端區中尤其包括至少一個電的，電化學的和/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域中通過在傳感器元件外表面上的接觸面提供。
[0004]除了導電性以外，要求接觸面在運行中和在制造傳感器元件中具有高的耐溫性和化學穩定性。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鍵性的。
[0006]由 DE10208533A1，DE3A1 和 DE6A1 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中矩形地實施。
[0007]本發明的優點
按照本發明的具有權利要求1的特征的傳感器元件具有優點，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，而不會與電接觸相關地出現增大的裝配誤差。
[0008]為此按照本發明規定，接觸面在它的與第一末端區背離的一側上具有倒圓。
[0009]申請人的針對接觸面和所屬的接觸元件的相對位置的制造波動對尤其是快速節奏的自動化裝配的研究已經表明，相對位置波動不僅在縱向上而且在橫向上出現，由此在相應的分散寬度下減小接觸面的長度和寬度會導致裝配誤差。
[0010]相同的研究也表明，在尤其是自動化的裝配之后接觸面和所屬的接觸元件的相對位置的在縱向上的波動與在橫向上的波動不相關聯或者僅僅可忽略地弱地相關聯。
[0011]結果因此用于試驗目的的正好還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域中而且在其在橫向上的邊緣區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域中以實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域中的倒圓不增大裝配誤差的頻率。
[0012]按照本發明規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。結果，傳感器元件的一個接觸面，多個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，傳感器元件的一個接觸面，多個接觸面或全部接觸面的長度可以減小到傳感器元件的長度的9%或更小，尤其是甚至減小到傳感器元件的長度的8%或更小。附加地或備選地，傳感器元件的一個接觸面，多個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度31.5%或更小。
[0014]本發明尤其是也可以有利地涉及傳感器元件，它們的高度(被燒結的)不小于
1.2mm和/或它們的長度(被燒結的)不小于50mm和/或它們的寬度(被燒結的)不小于4.5_，和其中就此而言提出提高的裝配要求。未被燒結的傳感器元件的尺寸以高出25%。
[0015]用語“縱向”，“橫向”和“垂直方向”在本申請的范圍中原則上僅僅在直角坐標系的意義上使用。但是此外尤其也可以涉及這樣的方向，它們通過傳感器元件標出，例如在尤其是長方體形的傳感器元件的情況下縱向可以是這種方向，即，傳感器元件的最長的側棱邊指向這個方向上，垂直方向可以是這樣的方向，即傳感器元件的最短的側棱邊指向這個方向上和/或橫向可以是這樣的方向，即傳感器元件的具有平均長度的側棱邊指向這個方向上。例如在棒形的傳感器元件情況下縱向可以指向一個軸線的方向上，棒形的傳感器元件圍繞該軸線是旋轉對稱的或者基本上旋轉對稱。
[0016]在僅僅基本上提到一個方向時，除了這個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。通過一個結構附加地也在這樣的時候基本上實現一個方向，即當相關的結構僅僅在一個小的部分區域中偏離時，該部分區域例如包括不多于該結構的10%。
[0017]在本申請的范圍中，“傳感器元件的長度”理解為傳感器元件在縱向上的延伸長度，“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度。該方向對于傳感器元件的俯視圖也是決定性的。
[0018]用語“傳感器元件的末端區”理解為與縱向相關地在本申請的范圍中原則上僅僅是傳感器元件的一個相關聯的分區，它包括傳感器的相關的末端并且不超過傳感器元件的長度的50%。就此而言一個末端區和一個相對置的末端區例如僅僅在一個面上相交。有些受限地，傳感器元件的一個末端區尤其也可以理解為傳感器元件的一個相關聯的分區，它包括傳感器的相關的末端并且不超過傳感器元件的長度的三分之一或甚至不超過傳感器兀件的長度的四分之一。
[0019]用語“功能元件”在此原則上不應該窄義地理解。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時具有尤其最大30歐姆的電阻，和/或類似物。
[0020]用語“在一側上倒圓的接觸面”在本申請的范圍中，原則上僅僅理解為，該接觸面可以考慮為由相同的長度和相同的寬度的矩形接觸面產生，從該接觸面上在相關的一側上在至少一個角部區域中材料被去掉。
[0021]盡管在此情況下產生的輪廓，尤其是在狹義數學意義上，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域中去除材料。在這個意義上“倒圓”也包括切斜面或倒棱。
[0022]在第一種情況下用語“曲率半徑”以自然方式和方法產生，而在非狹義數學意義上圓弧形的倒圓的情況下它是通過圓弧形的倒圓的曲率半徑給出的，它與實際的輪廓在中心上偏移最小。這在下面還要借助于示例進行解釋。
[0023]本發明的有利的設計結構規定，曲率半徑具有或超過一定的最小尺寸。本發明的有利作用此時特別地顯著。在被燒結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量，例如6% ；8% ；10%或12%，和/或以占接觸面的寬度的方式測量，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。曲率半徑此時通過接觸面的半個寬度給出。
[0025]本發明的特定的實施方案涉及傳感器元件，其中在與功能元件相對置的末端區中除了接觸面以外還附加地布置另一個接觸面，例如相互并排地布置。
[0026]該另一個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功能元件，例如另一個電極。
[0027]該另一個接觸面原則上也可以按照在本申請的范圍中針對接觸面給出的特征或在本申請的范圍中針對接觸面給出的特征組合來設計。該接觸面和該另一個接觸面尤其可以相對于應該軸線鏡像是對稱的或基本上鏡像對稱的，該軸線在傳感器元件的縱向上，尤其是在相對于傳感器元件的橫向上中心地延伸。
[0028]在兩個接觸面的情況下在接觸面之間形成一個間距，它一般地如此地足夠大地設計，即在制造波動和不完整性(“填補”)的范圍中也可靠地排除在接觸面之間的并聯。通常在接觸面之間要求一個絕緣電阻，其數量級在室溫20° C下為兆歐姆，和其數量級在最大運行溫度下，例如400° C下，為十萬歐姆。
[0029]申請人的研究表明，通過按照本發明的方式和方法對一個或甚至兩個接觸面倒圓，尤其是接觸面的相互面對的角部區域中，在接觸面之間的抗并聯性進一步提高。甚至在接觸面之間的間距(最短的連接)通過設想的倒圓工藝沒有減小時也是這種情況。估計這個效果應該歸因于在尖銳的角部中出現的電位峰值或場強最大值等等。
[0030]在這一點上也優選的是，曲率半徑為或者超過一定的最小尺寸。本發明的有利的作用此時特別顯著。優選為曲率半徑優選為大于在傳感器元件上構成的接觸面之間的間距或大于在傳感器元件上構成的接觸面之間的間距的一個比例，例如10% ；30%或50%。
[0031]本發明的特定的實施例涉及具有至少一個接觸面的傳感器元件，接觸面與布置在傳感器元件內部的功能元件和/或與布