专利名称：陶瓷层系统及制造陶瓷加热装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所述特征的陶瓷层系统，以及具有权利要求7前序部分所述特征的一种陶瓷加热装置的制造方法。
现有技术所述类型的陶瓷层系统(Schichtsystem)可以被用在电化学测头的陶瓷加热装置中。这里，设置了电阻道(Widerstandsbahn)，它们呈回形分布，用于构成一个陶瓷加热装置。借助于这种电化学测头，可以测定内燃机废气中的氧浓度，以便预先给出对驱动内燃机的燃料-空气混合物的调节。测头必须被被加热到大约300℃以上的有效温度范围，以便使固体电解质达到必要的离子导电性。集成在电化学测头中的陶瓷加热装置来完成此项任务。
已公知，在一种所谓的层技术中，作为平面的λ-探头来制造这种测头。这里，各个层互相叠置并且必要时使它们形成一种结构。这种层状结构可以通过如薄膜铸造、冲裁、丝网印刷、薄片层叠、剪切、烧结或者类似的方法得到。用类似的方法，可以制得加热装置，特别是形成加热装置的回形电阻道。为了阻止相近邻层的还原(Reduktion)，或者抑制泄漏电流，加热装置必须通过覆置一个绝缘层来被隔开。
为了提高测头的测量精度，已有方法是，控制测头的工作温度，并在可能的条件下对其进行调节。为此，给加热装置配置一个测量装置，通过它测量工作温度，并根据所测得的温度，接通或关断加热装置。这里必要的是，加热装置的电阻(在本发明中，它应当被理解为加热装置中印制导线的内阻)仅在窄的公差范围内变化，以避免对加热装置过调节或者欠调节。否则，将可能导致测量数据出错。
已经表明，与制造有关，加热装置的电阻在其回形结构的区域中差异特别显著。电阻依赖于温度、所使用材料的电阻温度系数以及加热装置印制导线的长度。受制造影响，一方面加热装置中印制导线各个部分的组成及与之相关电阻温度系数可能不同，另一方面，加热装置中印制导线的长度也会有所差别。在迄今为止的制造方法中不能够实现电阻的均衡。其后果是，必须将那些测头挑选出来淘汰掉，它们的电阻值在首次测量时显示的数值处于对加热装置来说不可用的范围。
作为一个用于测定氧含量的测头传感元件的组成部件，陶瓷加热装置的所述实施例仅用来说明现有技术的不足之处。这些缺点在其它的应用场合下也会显露出来，只要它们具有集成组装于陶瓷层系统中的回形电阻。例如，它们可以是温度传感器或者是无源传感器，在介质中对电阻的变化产生反应。其中也要求电阻道具有确定的电阻。
本发明的优点具有权利要求1所述特征的本发明陶瓷层系统，具有如下优点，该系统具有一个一体集装的电阻道，它具有确定的、可重复制得的电阻值。由于覆盖此电阻道的层至少有一个槽，穿过它可对电阻道进行调整，因而可以对电阻道的电阻进行后续调节。也就是说，在陶瓷层系统结构化之后可以进行调节。有利的是，至少在相邻的印制导线段的部位，优选构造为回形电阻件的电阻道具有分支和/或封闭的面，其中，通过分开这些分支和/或者这些面可调节电阻道的电阻。借助于这样的结构，通过一个易于重复获得的线路布置，就能将一种结构集成于该陶瓷层系统中，该结构可用来在以后对电阻道的电阻进行调整。在相邻的印制导线段之间的这些分支和/或者封闭的面由与电阻道相同的电阻材料制成，并且与它们共同制成特定结构，特别是通过丝网印刷(Siebdruck)或者类似的方法。
具有权利要求7所述特征的本发明制造陶瓷加热装置的方法，其优点是，可以获得可由批量加工制造的陶瓷加热装置，它们的回形加热件具有相同的电阻。由于在完成层复合结构的烧结后，对回形加热件的电阻进行调节，其中，以优选的方式在后来对构成回形加热件的印制导线有效长度进行调节，使得由于制造过程造成的回形加热件电阻的波动，可以以简单方式得到平衡。这样，在这种陶瓷加热装置的按规定使用中，特别可以将它们与一个测量和调节电路进行组合，其中，为测量和调节电路提供一个精确、确定和可重复制造的回形加热件的电阻。这样，在陶瓷加热装置的批量生产中，能够获得相同的测量和调节结果，因为与制造过程相关的、可引起测量和调节结果偏差的电阻波动被消除了。
有利的是，具有权利要求1所述特征的陶瓷层系统被用作加热装置，用于一个电化学测头的传感元件上，特别是用于确定内燃机废气中氧含量。
测头、直到具有加热装置的层的构造，均是按照公知的方法进行的，如通过薄膜铸造、冲裁、丝网印刷、薄片层叠、剪切、烧结或者类似的方法。加热装置的印制导线，在被回形构造的区域中，具有在各个回形绕线之间的分支和/或被填充的面。随后的层正好在这些区域处具有槽。
在完成了对于测头功能所需的层的制备后，可最好通过激光对回形加热件的印制导线长度进行相应的修正，从而完成回形加热件电阻的调整。这可以通过简单方法实现，可以对分支和/或者封闭的面进行激光切割、或者激光修整，这些分支和/或面位于回形加热件的相邻的印制导线段之间。接下来，将这些槽气密地封闭，例如通过玻璃化实现。透过这些槽，激光切割或激光修整处理得以进行。随后用填充物将这些槽封闭，其中，特别是使用玻璃陶瓷实现玻璃化。
在本发明的优选构造中可以规定，这样构造将加热装置覆盖的层，穿过它们能够对分支和/或者填充的面进行激光切割或者激光修整。在激光处理时，热作用于覆盖回形加热件的层上，它们也能够同时以简单的方式被玻璃化。其中，这些层含有相应的玻璃形成物质。
本发明的其它有利构造由从属权利要求中所述的其它特征给出。
附图以下借助于附图在实施例中对本发明予以进一步说明。图中所示为
图1是一个层系统的示意性立体图；图2a和2b示出一个回形加热件的两个实施例；图3是层系统的示意性俯视图；及图4a和4b是层系统的示意性剖视图。
实施例说明在图1中示意性地示出了一个层系统10中加热装置11的位置。加热装置11由一个印制导线14构成，它通过触点16与加热装置11的一个回形成形结构连接，该回形成形结构以下称为回形电阻件12。这种层系统10的制造分步进行，例如通过薄膜铸造、冲裁、丝网印刷、薄片层叠、剪切或烧结制得。
这种层系统10例如是测头的组成部件，这些探头能够对机动车内燃机废气中的气体成份进行测定。此外，层系统10还可以是温度传感器的组成部件。也可以考虑将其应用于这些传感器中，它们在确定的介质(气体、液体或者类似介质)存在时发生电阻变化。为了保证它的功能性，测头还具有其它的构件，但这里不对它们进一步予以介绍。在这样的测头中，层系统10应当是传感元件。
图2a和2b示出了回形电阻件12的两个实施形式。在回形件12的两个相邻的绕线(Windungen)之间，一方面成形出分支18(图2a)和/或另一方面成形出被填充的面20(图2b)，它们的材料与印制导线14的相同。包含有加热元件的层的制造以众知方式进行，例如通过印刷线路14的印刷完成。这里，回形电阻件12一般由导电的金属、合金或者是金属陶瓷材料制成。
图3中示意性示出了带有一个槽22的层系统10的俯视图。在槽22的底部上，布置着回形电阻件12、确切地说正好是回形电阻件12的这些部分，在这些部分中各个绕线通过分支18或者通过填充的面20被连接起来。
图4a和4b示意性示出了层系统10的剖视图。加热装置在这里一般通过一个绝缘层26相对于层24隔开，以便避免层24还原或者形成泄漏电流。在槽22上面，可以对回形电阻件12进行加工处理。
图4a所示层系统10可优选通过以下加工步骤进行制造。首先按照一般的方法制造加热装置11，它具有回形电阻件12，回形电阻件带有分支18或被填充的面20。绝缘层26具有槽22，它位于回形件12上分支18或者被填充的面20所在的区域中。其余的所有后续层、通常是最后的一个保护层同样被如此修正，即它们也具有相应的槽22。
根据图4b，在层系统10的另一个优选构造中，绝缘层26也覆盖槽22所在区域。在此，绝缘层26被这样构造，使得激光能够穿过该层26，从而能够对回形电阻件12进行调整。这里，通过激光的热作用同时会使该层26玻璃化。为此，层26中包含有相应的玻璃成份。
回形电阻件12的激光调整处理现在可以按照下面所述进行。在槽22上可达到的分支18或者被填充的面20借助于激光切割被分割开或者被修整。在该过程中，加热装置11的电阻变化通过一个这里不做进一步说明的电路装置进行监测。通过激光切割或者说激光修整，电阻值升高，因为印制导线14的长度增加了。以这种方式制得层系统10，它们的回形电阻件12具有相同的内阻值。
在完成了激光调整后，槽22被填充物封闭，优先选用玻璃陶瓷进行玻璃化。以这种方式，加热装置11可以受到保护免受机械或者化学的影响。
权利要求
1．陶瓷层系统，具有至少一个集成于陶瓷层系统中的电阻道，其中，该层系统至少包含一个层，它将电阻道相对外部覆盖住，其特征为覆盖电阻道的层至少具有一个槽，穿过它可对电阻道进行调整。
2．如权利要求1所述的陶瓷层系统，其特征为电阻道是一个回形电阻件。
3．如权利要求2所述的陶瓷层系统，其特征为至少在相邻的印制导线段的部位上，电阻道具有分支和/或者封闭面，其中，通过分开这些分支和/或者面使得回形电阻件的电阻道的电阻可调。
4．如权利要求3所述的陶瓷层系统，其特征为这些分支和/或者封闭面被构造在该至少一个槽的区域中。
5．如上述权利要求之一所述的陶瓷层系统，其特征为该至少一个槽可以在完成了电阻道的调整后用填充物封闭。
6．如权利要求5所述的陶瓷层系统，其特征为填充物为一种玻璃陶瓷。
7．制造陶瓷加热装置的方法，其中，通过多个层和一个回形加热件的先后相接配置、以及对该层复合结构随后进行的烧结处理制得该加热装置，其特征为该回形加热件的电阻在层复合结构烧结处理后被调整。
8．如权利要求7所述的方法，其特征为构成该回形加热件的印制导线的有效长度在以后被调节。
9．如权利要求8所述的方法，其特征为回形加热件由一个线路布置产生，它至少在相邻印制导线的区域中具有分支和/或封闭的面，并且通过分开这些分支和/或者面来调节回形电阻件中印制导线的长度。
10．如权利要求9所述的方法，其特征为在制造加热装置的层复合结构时，在覆盖回形加热件的层中构造出一个槽，它被设置于这些分支和/或这些面的区域中。
11．如权利要求10所述的方法，其特征为印制导线长度的调节通过激光修整实现。
12．如权利要求11所述的方法，其特征为激光修整通过槽进行。
13．如权利要求7至12所述的方法，其特征为在完成了修整后，槽被填充物封闭。
14．如权利要求13所述的方法，其特征为该槽被一种玻璃陶瓷通过玻璃化封闭。
15．如权利要求14所述的方法，其特征为在激光修整过程中，在加热装置的层复合结构的一个含有玻璃成份的层上通过激光的热作用实现玻璃化。
16．使用权利要求1至6之一所述的陶瓷层系统作为一个电化学测头的传感元件中的加热装置。
17．使用权利要求1至6之一所述的陶瓷层系统作为一个温度传感器的传感元件中的测量电阻。
18．将权利要求1至6之一所述的陶瓷层系统用于无源传感器中，这些传感器在存在确定的介质时发生电阻变化。
全文摘要
本发明涉及一种陶瓷层系统,它具有至少一个集成于陶瓷层系统中的电阻道,其中,该层系统至少包含一个层,它将电阻道相对外部覆盖。覆盖电阻道的层具有至少一个槽,穿过它可对电阻道进行调整。
文档编号H05B3/22GK1288649SQ99802040
公开日2001年3月21日 申请日期1999年9月28日 优先权日1998年11月11日
发明者奥拉夫·雅赫 申请人:罗伯特·博施有限公司