利用激光束制造碳烟传感器的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制造碳烟传感器的方法及利用这样的方法制造的碳烟传感器。
【背景技术】
[0002]碳烟传感器用于控制或者说调整发动机尤其是柴油发动机和油加热装置的燃烧过程。根据碳烟颗粒量，可以如此控制所述燃烧，即，出现较少的碳烟颗粒和/或实现比较高效的燃烧。
[0003]DE 10 2007 038 680 Al公开了一种碳烟传感器，其中，在光滑的Al2O3表面上施加导线轨结构。由此简化了碳烟颗粒的吸附。
[0004]由WO 2011/106625 Al公开了一种碳烟传感器，其被构造成在基底上有加热元件和传感器元件。当碳烟颗粒沉积于碳烟传感器表面时，所述加热元件和传感器元件之间的电阻改变。由此能确定在该表面上的和进而在废气流中的碳烟颗粒浓度。为了将传感器烧干净，加热元件被加热到足够高的温度。
[0005]为了控制燃烧过程而也可以采用其它的传感器，例如Lambda探头(Lambda-Sonden)或温度传感器。针对用于控制柴油发动机的碳烟传感器，提出了越来越严格的关于减少碳烟排放的要求。因此，柴油发动机驱动式交通工具的所谓的欧6标准要求仅排放很少的碳烟。这样小的碳烟量因为碳烟颗粒少(即因为废气流中的碳烟颗粒浓度很低)利用已知的碳烟传感器只能很困难地探测。
[0006]就是说，已知碳烟传感器的缺点是碳烟传感器无法足够灵敏地做出反应以便能满足变得越来越严的要求。另外，这种已知的传感器的缺点是须将许多传感器安装到废气流中，由此需要许多连接机构。但同时人们总是希望有发动机或燃烧设备的尽量简单且低成本的制造加工。传感器本身也应尽量低价。另外，这些传感器应该结实耐用且在安装到排气系统中时不易出故障。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的任务在于克服现有技术的缺点。尤其是应该提供这样的传感器，其足够灵敏地做出反应以便也能探测少量烟尘，但它同时是现有传感器的简化。该传感器应该结构紧凑、装配结实耐用且制造成本低。在与本发明的关联中，其它未提到的缺点也显而易见。
[0008]本发明的任务将通过一种制造碳烟传感器的方法来完成，其包括以下方法步骤:
[0009]在电绝缘基底上施加连贯的金属层；
[0010]用激光束通过蒸发金属层的一些区域来结构化该金属涂层，在此产生至少两个相互嵌套的连贯的电传导性结构，并且所述传导性结构利用激光束如此相互空间间隔和相互电绝缘，即该传导性结构在其整个长度上基本并列延伸且在该区域中紧密并排延伸。
[0011]在本发明的范围内，“至少两个相互嵌套的连贯的传导性结构”是指两个或更多个独立的但各自连贯的传导性层尤其是金属层，它们如此形成，即，使它们在该结构的大范围内紧密并排延伸。
[0012]在本专利申请范围内，“嵌套”是指:如此布置至少两个结构，即其中一个结构相对于另一结构平行、垂直和/或以一定角度布置。作为替代或补充而可行的是，其中一个结构以任何一种自由形状例如以曲线形状、椭圆形状等类似形状而相对于另一结构布置。就此可行的是，将各结构的至少一个局部区域或整个区域这样布置。另外可行的是，以平面的形式(即在一个平面内)或者在空间上(即在三维上)来根据之前的描述而相对于彼此布置这些结构。例如可行的是，两个结构如此相互嵌套布置在一个平面内，即它们就像齿轮啮合那样布置，但在这里，它们以一定的相互间距来布置，尤其是以小于50微米且优选小于30微米的间距来布置。
[0013]本发明优选规定，将所述连贯的金属层以厚膜技术施加在电绝缘基底上。优选施加贵金属厚膜层，尤其优选施加铂厚膜层。
[0014]根据本发明，传导性结构之间的距离最好设计为小于50微米，特别优选在10微米至30微米之间。就是说，所述的紧密并排是指小于80微米，优选小于50微米。
[0015]在本发明的方法中也可规定，该金属层被预结构化地施加到电绝缘基底上。优选可以规定，至少使该扩宽的导电层预结构化以实现该传导性结构的电接触。此时可以特别优选地规定，使全部的引线预结构化成为传导性结构。
[0016]当用激光束蒸发的只有传导性结构之间的狭长分隔区域并且直接在施加(如印刷时)产生粗结构时，碳烟传感器的制造被简化。
[0017]根据本发明的改进方案，激光束以线且优选是蜿蜒线的形式沿着要产生的传导性结构的间距移动经过金属层，并由此沿着该线蒸发该金属层。此时可以优选规定，完成结构化的传导性结构之间的距离与激光束焦斑的有效横截面的直径相应。
[0018]通过该方法，尽量小地保持传导性结构之间的距离。同时，可以很快速而不费力地使该激光束或者激光束焦斑移动经过该金属层，以实现将金属层分隔为两个传导性结构。由此，所述制造简单且低成本。
[0019]本发明也可以规定，这些传导性结构沿着其总长的至少90%并列延伸，最好沿着其总长的至少98%并列延伸。
[0020]以下表述“传导性结构沿着其整个长度基本并排且在该区域中紧密并排地延伸”是指，所述传导性结构沿其整个长度的至少90%并且在该区域中紧密地(即优选小于50微米地)并列延伸。
[0021]该传导性结构的平行延伸的部分越多，该碳烟传感器在电阻测量时或在电容测量或所述两个传导性结构之间的电绝缘损失测量以确定废气流中的碳烟颗粒浓度时越灵敏。
[0022]利用本发明方法的一个改进方案可以规定，作为电绝缘基底，采用金属氧化物基底或者玻璃基底或玻璃陶瓷基底，优选为陶瓷Al2O3基底或玻璃层、玻璃陶瓷层或Al 203层。
[0023]所述材料尤其良好地适用于构成碳烟传感器，其应用于废气流的灼热且化学侵蚀性的环境中。另外，施加在这些层上的金属层能够非常好地用激光束来烧除，不会出现激光束所带来的其它损伤。
[0024]另外可以规定，在电绝缘基底与金属涂层或碳烟传感器对置的一侧或在电绝缘基底上的传导性结构旁边，设有温度传感器。
[0025]碳烟传感器与另一个传感器的组合，促成了在装入排气系统中时只需为两个传感器设置一个连接端。另外，温度传感器在该传导性结构所处的地点测量温度。由此，可以在测量时和在将碳烟传感器烧干净时实现对碳烟传感器状态的比较精确的确定。另外，废气温度和碳烟颗粒浓度可以分开地确定但也可同时地来确定。
[0026]优选地也可以规定，在传导性结构的结构化之后，使该传导性结构的引线完全地且优选使该传导性结构局部地用由金属氧化物、玻璃或玻璃陶瓷构成的绝缘层来涂覆，并且优选将该温度传感器固定在该绝缘层上，特别优选借助玻璃焊料来固定。
[0027]通过施加作为保护层的绝缘层，碳烟传感器的金属区域(不一定必然遇到废气流的化学侵蚀性环境)得到保护。该层也可以理想地用于固定附加的温度传感器来形成组合传感器。
[0028]还可以规定，首先优选以薄膜技术在陶瓷基底上制造温度传感器；接着，将该电绝缘基底以层的形式施加到温度传感器上；随后，将连贯的金属层施加在电绝缘基底上以产生传导性结构，在这里，优选在温度传感器上施加作为电绝缘基底的、由Al2O3或者玻璃或玻璃陶瓷构成的层。
[0029]通过该制造方法，生产出具有温度传感器的碳烟传感器，其中，温度传感器的组件且优选为由至少一种金属或金属合金构成的组件通过所述陶瓷基底和其上设有传导性结构的电绝缘基底而以夹心形式得到保护，以免受环境影响。由此实现了，以薄膜技术来施加用于制造温度传感器的金属，而不影响到传感器的耐久性。
[0030]利用一个改进方案而提出，将该层结构固定在连接端上，其中，该传导性结构并且优选还有该温度传感器与该连接端的触点元件电接触。
[0031]通过该连接端和所述电接触，可以非常简单地安装碳烟传感器。
[0032]可以利用本发明的一个优选的设计方案来规定，作为传导性结构，形成相互嵌套的加热螺旋丝或电极。
[0033]本发明所基于的任务也将通过利用这样的方法制造的碳烟传感器来完成，其中，该碳烟传感器具有电绝缘基底和作为结构化金属层的、至少两个相互空间分隔且相互嵌套的连贯的电传导性结构，其中，利用激光烧出在所述传导性结构之间的空隙，优选地该空隙至少局部小于50 μ m，并且所述传导性结构与扩宽的导电层电接触。
[0034]此时可以规定，至少该扩宽的导电层用绝缘层来覆盖，优选使传导性结构与扩宽的导电层邻接的区域用绝缘层来覆盖。
[0035]通过施加作为保护层的绝缘层，碳烟传感器的金属区域(不一定必然遇到废气流的化学