具有接触面的传感器元件的制作方法
【专利说明】具有接触面的传感器元件现有技术
[0001]本发明从已知的传感器元件出发，其例如作为废气传感器使用，尤其是作为λ传感器，其在机动车中得到非常广泛的应用。但是本发明也可以应用于其它类型的传感器元件，例如用于检测废气的其它的气态的组成部分的传感器和颗粒物传感器或类似传感器。
[0002]本发明尤其涉及一种是被烧结的或可烧结的陶瓷的传感器元件，其例如通过将各单个的必要时被印刷的陶瓷的生膜聚集起来，尤其是相互堆摞起来，进行制造。
[0003]传感器元件在一般地面对废气的传感器元件的第一末端区中尤其包括至少一个电的，电化学的和/或电子的功能元件。传感器元件的电的可供给性在此在一般地背离废气的第二区域中通过在传感器元件外表面上的接触面提供。
[0004]除了导电性以外，要求接触面在运行中和在制造传感器元件中具有高的耐温性和化学稳定性。因此广泛使用贵金属，例如铂或类似物。由于这种贵金属比较昂贵，因此一般都力图尽可能缩小接触面。
[0005]另一方面，如果由于传感器元件的制造公差或者由于与传感器中的传感器元件共同作用的接触元件，如金属线，销子，弹簧或类似物，的制造公差而不再在所有情况下可靠地保证接触(接通)，那么接触面的缩小被看作是关键性的。
[0006]由 DE10208533A1，DE102004047783A1 和 DE102009055416A1 已知具有接触面的传感器元件。该接触面在其与功能元件背离的末端区中矩形地实施。
[0007]本发明的优点
按照本发明的具有权利要求1的特征的传感器元件具有优点，它们或者它们的接触面可以以减少的材料使用和由此成本有利地制造，而不会与电接触相关地出现增大的装配误差。
[0008]为此按照本发明规定，接触面在它的与第一末端区背离的一侧上具有倒圆。
[0009]申请人的针对接触面和所属的接触元件的相对位置的制造波动对尤其是快速节奏的自动化装配的研究已经表明，相对位置波动不仅在纵向上而且在横向上出现，由此在相应的分散宽度下减小接触面的长度和宽度会导致装配误差。
[0010]相同的研究也表明，在尤其是自动化的装配之后接触面和所属的接触元件的相对位置的在纵向上的波动与在横向上的波动不相关联或者仅仅可忽略地弱地相关联。
[0011]结果因此用于试验目的的正好还足够大的尺寸的矩形的接触面不仅在其在纵向上的边缘区域中而且在其在横向上的边缘区域中以一定的频率被接触元件接触。但是这种矩形的接触面在与废气背离的角部区域中以实际上极小的频率被接触元件接触到。因此在这种背景下清楚的是，为什么接触面在这些区域中的倒圆不增大装配误差的频率。
[0012]按照本发明规定的倒圆就此尤其也能够缩小接触面，尤其是也在传感器元件中，其本身不被小型化或者仅仅以一定的程度被小型化并且在其中就此而言提出提高的装配要求。结果，传感器元件的一个接触面，多个接触面或全部接触面的面积(在传感器元件的俯视图中或在传感器元件的最大表面的俯视图中)可以分别减小到传感器元件的最大表面的面积的2%或更小，尤其是甚至减小到传感器元件的最大表面的面积的1.5%或更小。
[0013]附加地或备选地，传感器元件的一个接触面，多个接触面或全部接触面的长度可以减小到传感器元件的长度的9%或更小，尤其是甚至减小到传感器元件的长度的8%或更小。附加地或备选地，传感器元件的一个接触面，多个接触面或全部接触面的宽度也可以减小到传感器元件的宽度的35%或更小，尤其是甚至减小到传感器元件的长度31.5%或更小。
[0014]本发明尤其是也可以有利地涉及传感器元件，它们的高度(被烧结的)不小于
1.2mm和/或它们的长度(被烧结的)不小于50mm和/或它们的宽度(被烧结的)不小于4.5_，和其中就此而言提出提高的装配要求。未被烧结的传感器元件的尺寸以高出25%。
[0015]用语“纵向”，“横向”和“垂直方向”在本申请的范围中原则上仅仅在直角坐标系的意义上使用。但是此外尤其也可以涉及这样的方向，它们通过传感器元件标出，例如在尤其是长方体形的传感器元件的情况下纵向可以是这种方向，即，传感器元件的最长的侧棱边指向这个方向上，垂直方向可以是这样的方向，即传感器元件的最短的侧棱边指向这个方向上和/或横向可以是这样的方向，即传感器元件的具有平均长度的侧棱边指向这个方向上。例如在棒形的传感器元件情况下纵向可以指向一个轴线的方向上，棒形的传感器元件围绕该轴线是旋转对称的或者基本上旋转对称。
[0016]在仅仅基本上提到一个方向时，除了这个方向以外在狭义上也考虑这样的方向，这些方向与该方向稍微偏离，例如以不大于15°和/或这样的方向，这些方向至少与该方向不是正交的。通过一个结构附加地也在这样的时候基本上实现一个方向，即当相关的结构仅仅在一个小的部分区域中偏离时，该部分区域例如包括不多于该结构的10%。
[0017]在本申请的范围中，“传感器元件的长度”理解为传感器元件在纵向上的延伸长度，“传感器元件的宽度”理解为传感器元件在横向上的延伸长度，和“传感器元件的高度”理解为传感器元件在垂直方向上的延伸长度。该方向对于传感器元件的俯视图也是决定性的。
[0018]用语“传感器元件的末端区”理解为与纵向相关地在本申请的范围中原则上仅仅是传感器元件的一个相关联的分区，它包括传感器的相关的末端并且不超过传感器元件的长度的50%。就此而言一个末端区和一个相对置的末端区例如仅仅在一个面上相交。有些受限地，传感器元件的一个末端区尤其也可以理解为传感器元件的一个相关联的分区，它包括传感器的相关的末端并且不超过传感器元件的长度的三分之一或甚至不超过传感器兀件的长度的四分之一。
[0019]用语“功能元件”在此原则上不应该窄义地理解。例如它可以涉及一种与传感器元件的外部空间通讯的贵金属电极或金属陶瓷电极和/或电的电阻加热器，其在20° C时具有尤其最大30欧姆的电阻，和/或类似物。
[0020]用语“在一侧上倒圆的接触面”在本申请的范围中，原则上仅仅理解为，该接触面可以考虑为由相同的长度和相同的宽度的矩形接触面产生，从该接触面上在相关的一侧上在至少一个角部区域中材料被去掉。
[0021]尽管在此情况下产生的轮廓，尤其是在狭义数学意义上，完全或部分地可以是圆弧形的并且尤其是可以包括90°或180°的弧度，但是原则上仅仅从角部区域中去除材料。在这个意义上“倒圆”也包括切斜面或倒棱。
[0022]在第一种情况下用语“曲率半径”以自然方式和方法产生，而在非狭义数学意义上圆弧形的倒圆的情况下它是通过圆弧形的倒圆的曲率半径给出的，它与实际的轮廓在中心上偏移最小。这在下面还要借助于示例进行解释。
[0023]本发明的有利的设计结构规定，曲率半径具有或超过一定的最小尺寸。本发明的有利作用此时特别地显著。在被烧结的传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，备选地或附加地还考虑这样的最小尺寸，它们以占传感器元件的宽度的比例的方式测量，例如6% ；8% ；10%或12%，和/或以占接触面的宽度的方式测量，例如 15% ；23% ；30% 或 45%ο
[0024]在有利的极端情况下倒圆是最大的，即接触面的末端段是半圆形的或近似于半圆形的。曲率半径此时通过接触面的半个宽度给出。
[0025]本发明的特定的实施方案涉及传感器元件，其中在与功能元件相对置的末端区中除了接触面以外还附加地布置另一个接触面，例如相互并排地布置。
[0026]该另一个接触面可以或者与接触面一样接触相同的功能元件，例如电加热器，或者与接触面不一样接触另一个功能元件，例如另一个电极。
[0027]该另一个接触面原则上也可以按照在本申请的范围中针对接触面给出的特征或在本申请的范围中针对接触面给出的特征组合来设计。该接触面和该另一个接触面尤其可以相对于应该轴线镜像是对称的或基本上镜像对称的，该轴线在传感器元件的纵向上，尤其是在相对于传感器元件的横向上中心地延伸。
[0028]在两个接触面的情况下在接触面之间形成一个间距，它一般地如此地足够大地设计，即在制造波动和不完整性(“填补”)的范围中也可靠地排除在接触面之间的并联。通常在接触面之间要求一个绝缘电阻，其数量级在室温20° C下为兆欧姆，和其数量级在最大运行温度下，例如400° C下，为十万欧姆。
[0029]申请人的研究表明，通过按照本发明的方式和方法对一个或甚至两个接触面倒圆，尤其是接触面的相互面对的角部区域中，在接触面之间的抗并联性进一步提高。甚至在接触面之间的间距(最短的连接)通过设想的倒圆工艺没有减小时也是这种情况。估计这个效果应该归因于在尖锐的角部中出现的电位峰值或场强最大值等等。
[0030]在这一点上也优选的是，曲率半径为或者超过一定的最小尺寸。本发明的有利的作用此时特别显著。优选为曲率半径优选为大于在传感器元件上构成的接触面之间的间距或大于在传感器元件上构成的接触面之间的间距的一个比例，例如10% ；30%或50%。
[0031]本发明的特定的实施例涉及具有至少一个接触面的传感器元件，接触面与布置在传感器元件内部的功能元件和/或与布