制造用于传感元件的接收器的方法
制造用于传感元件的接收器的方法
【专利摘要】本发明涉及用于制造适于传感元件、特别是适于燃烧室压力传感器的接收器（10）的方法。通过这种方法能够以特别简单的和低成本的方式成型用于传感元件的接收器（10），该接收器具有内置的和气密性导入陶瓷体的导体带。本发明还涉及用于制造传感装置的方法以及涉及接收器（10）。
【专利说明】制造用于传感元件的接收器的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造适于传感元件的接收器的方法。本发明还涉及一种适于传感元件的接收器。
【背景技术】
[0002]传感元件广泛用于探测各种物质。作为例如基于半导体(如基于硅/碳化硅材料组合)制造的直接测量式燃烧室压力传感器，例如己知在500°C或更高的使用温度下例如在内燃机废气中使用的传感元件。对这类传感器或传感元件，具有电引线的密封性阻隔是有利的。
[0003]由DE 102009000463已知一种用于制造气体传感器的阻隔模件的方法。该文献涉及一种此类传感元件，并未涉及适用于此的接收器(Aufnahme)。
【发明内容】
[0004]本发明的主题是用于制造适于传感元件、特别是适于燃烧室压力传感器的接收器的方法，该方法包括下列方法步骤:
a)将初次量的预陶瓷物质导入压铸模具中；
b)通过所述压铸模具中 的预陶瓷物质的成型而形成所述接收器的基层；
c)在所述基层上施加至少一条导体带；
d)将附加量的预陶瓷物质导入所述压铸模具中的所述基层和所述至少一条导体带的至少部分区域上；
e)通过所述压铸模具中的附加预陶瓷物质的成型直接在所述基层上形成所述接收器的覆盖区域从而至少部分覆盖住所述至少一条导体带；
f )将所述成型体脱粘(Entbindern)和烧结。
[0005]通过上述方法可特别简单和低成本地制造陶瓷的和特别是配置有内置的和呈气密性导入的金属导体带的用于传感元件的接收器。这种接收器可特别适用于燃烧室压力传感器，因为该接收器在可靠的气密性下可经受高的运行温度。
[0006]按上述方法，在第一方法步骤a)中将初次量的预陶瓷物质导入压铸模具中。本发明中，预陶瓷物质可特别是通过一个或多个步骤可成型成陶瓷固体的物质。在此，该预陶瓷物质可以是适于陶瓷压铸(CM)的本己知的物质。由此，预陶瓷物质特别可以是一种也称为进料的可烧结的粉末或具有合适粒度的颗粒，其可包括特别是氧化物陶瓷、硅酸盐陶瓷和氮化物陶瓷或也可以是碳化物，并且还可与添加物(特别是粘合剂材料)组合存在。
[0007]与粘合剂组合的目的特别是可以用粘合剂包封所有粉末颗粒，由此可防止结块，并产生特别均匀的颗粒。
[0008]为成型预陶瓷物质，将其导入压铸模具中。
[0009]在接下来的方法步骤b)中，通过在压铸模具中成型预陶瓷物质可形成该接收器的基层。这时例如可调节对陶瓷压铸本己知的参数。示例性地且非限制性地可应用直到200°C范围的物料温度、直到80°C范围的如用于冷却该物料的模具温度、直到1600 bar的注入压力、直到1200 bar的下游压力和/或约大于或等于20秒至小于或等于60秒范围的循环时间。如此成型的并也称为坯件的成型构件作为预压铸件。
[0010]通过该成型步骤可得到一种例如呈半侧的或在合适位置扁平成型的或其它形式成型(如波状成型)的分离的模制体作为用于接收器的基层。在打开压铸模具后该基层可留在该模具中或型腔中，并可不受限地按如下所述在该基层上施加至少一条导体带。
[0011]在接下来的方法步骤c)中，在基层上施加所述至少一条导体带。按该方法步骤，在该基层上或特别是在该基层的第一表面上至少局部施加一条导体带或多条导体带或传导结构。该一条导体带或多条导体带特别用于使可固定在该接收器的接收区域上的传感元件(即传感器的实际有效的和有探测能力的部件)例如在作为燃烧室压力传感器应用的情况下与配置在燃烧室外的控制件、分析单元等相连接。该至少一条导体带的施加还可通过本己知方法(如印刷法)实现。
[0012]例如该至少一条导体带可由选自钼、钯或银-钯的材料形成。
[0013]为再喷注该基层或配置有至少一条导体带的基层表面并由此气密性地包封该至少一条导体带，在接下来的方法步骤的d)中将附加量的预陶瓷物质导入压铸模具中的该至少一条导体带的至少部分区域上。在该方法步骤中导入压铸模具中的附加量的预陶瓷物质可相同于或不同于方法步骤a)中导入到压铸模具中的预陶瓷物质。使用具有相同组成或基本相同组成的预陶瓷物质可以特别有利的是，在该部分区域之间可形成特别紧密的粘附，并由此也可特别可靠地提供长期的气密性。此外，使用具有相同或至少基本相同的热线膨胀系数的材料也是在利的，因为在此情况下，传感接收器也可在高温下使用而无受损的危险。 [0014]此外，优选可将该附加量的预陶瓷物质导入相同的压铸模具或压铸工具中，如适配所用的型腔，或可在另一压铸模具中实现。
[0015]在接下来的方法步骤e)中，通过所述压铸模具中的附加预陶瓷物质的成型直接在所述基层上形成所述接收器的覆盖区域从而至少部分覆盖住或喷覆住所述至少一条导体带。另言之，以该步骤通过第二半模喷覆住具有所述至少一条导体带的第一半模。这可使基层的材料和覆盖区域相互紧密连接，如特别是使该陶瓷材料相互紧密连接，其中在压铸工艺中的高压对该构件的压缩和由此对整个模制体内的该至少一条导体带的密实构造可起到非常有利的作用。由此形成具有内置的极可靠的并向外绝缘的导体带的封闭模制件。
[0016]对此，至少局部覆盖可特别意指该导体带基本上完全经覆盖，但在该接收器的一端，该基层以及该导体带未由覆盖区域所覆盖。此区域例如可作为该传感器或该传感接收器的插头触点与例如分析单元或控制单元的连接区域。
[0017]在接下来的方法步骤f)中，特别是可烧结成型的元件。在本发明中，烧结可特别是意指在高温下的处理。合适的温度例如包括但不限于大于或等于1200°C至小于或等于1500°C。特别是对陶瓷构件，烧结是有利的，并可滿足甚至在高的运行温度下对形状稳定性和气密性方面的特高要求。
[0018]此外，需要时须从陶瓷材料中去除粘合剂。这可通过烧结前的单独的脱粘步骤或烧结期间通过温度作用来实现，这是本领域专业人员原则上已知的。
[0019]本发明的陶瓷-压铸-法的优点在于，可将在该接收器内形成功能层的导体带的制造完全纳入该陶瓷模制体或接收器的压铸过程中。由此可取消在其后工艺中例如通过印制或打孔在陶瓷体上施加导体带。因此，通过一体化制造陶瓷体和功能层可节省制造步骤且由此降低制造成本。本发明方法还可在复杂成型的陶瓷体上或其中配置功能层，从而可制造具有按形状成型的陶瓷体的测量元件，这类陶瓷体不能简单地或不能足够精确地进行印制，或在印制导体带时会存在使该陶瓷体受损的危险。例如这可在拱形或任意圆滑的表面情况下遇到。
[0020]此外，通过功能层材料或预陶瓷物质的简单适配可确保该覆盖层在基层上的持久粘附。
[0021]在一个实施方案中，预陶瓷物质(即在方法步骤a)和/或e)中导入的预陶瓷物质)包括二氧化锆(ZrO2)、二氧化硅(SiO2)和堇青石(Mg，Fe2+) 2 (Al2Si) M [Al2Si4O18])。特别是该预陶瓷物质可例如构成为粉末混合物，并还可含有30-40体积％堇青石、特别是35体积％堇青石。在这种量的堇青石情况下，该热膨胀系数准确适配于硅的热膨胀系数，这从使用上看可能是有利的。加入堇青石的准确量由该烧结陶瓷所希望的热膨胀系数而定。低于35体积％的堇青石-含量可使热膨胀系数适配于碳化硅。
[0022]例如该陶瓷混合物或该预陶瓷成分可具有大于或等于10重量％至小于或等于55重量％的二氧化锆，大于或等于10重量％至小于或等于55重量％的二氧化硅，和/或大于或等于5重量％至小于或等于75重量％的堇青石。作为实例，在该预陶瓷成分中可存在49.3重量％ 二氧化锆、27.5重量％堇青石和23.2重量％ 二氧化硅。
[0023]该预陶瓷成分特别是含其后反应成陶瓷的物质的并且还和其它物质(如特别是粘合剂)形成预陶瓷混合物的成分。
[0024]例如该粉末混合物可具有10 μπι的最大粒度D50，特别是所有颗粒的最大粒度可以为10 μ m。
[0025]在该实施方案中可提供一种特别是耐温和耐压的硅酸锆-堇青石-陶瓷，该陶瓷在高温下还可实现小间距平行分布的导体带的优良电绝缘，同时既非常简单又成本低。
[0026]如此制造的陶瓷料具有非常低的多孔性，并且由原料ZrO2和SiO2形成，其中在反应烧结期间形成硅酸锆，并且所添加的己合成的精细陶瓷堇青石颗粒作为第三成分包含在结构中。
[0027]因此，在烧结后所制成的陶瓷的基质含有机械上极稳定的ZrSiO4，并与其它材料相比，可具有更高的强度和硬度。此外，以这种方法还提供了一种具有低的热膨胀系数的传感接收器。该堇青石-添加剂有助于硅酸锆-堇青石-陶瓷的热膨胀系数适配于Si或SiC的值，由此实现该传感器载体的热膨胀系数适配于传感元件的热膨胀系数，该传感元件通常部分具有Si和/或 SiC。
[0028]由此，可在很大程度上避免由传感元件和传感器载体的不同热膨胀系数产生的机械应力。
[0029]在此，用于基层和覆盖区域的预陶瓷物质可以是相同的或不同的。因此可实施单组分-陶瓷压铸法或双组分-陶瓷压铸法。
[0030]在另一实施方案中，该至少一条导体带可通过所谓的模内贴标、直接丝网印刷、贴花技术(Klebebildtechnik)、刮涂、点胶(Dispensen)或通过凹版移印(Tampondruck)施加。在模内贴标情况下，该导体带例如可原位(即在成型工艺中)施加，通过将该导体带例如印制在连续带上和绕成卷，并如此待用。通过将连续带引入压铸模具中，借助于标签的粘合技术经该带将所述至少一条导体带传送或粘合到基层上。在覆盖层的压铸过程后，连续式或断歇式地继续抽拉连续带或载体带。由此可实现特别短的工艺时间，从而可特别低成本地设计制造方法。关于凹版移印，该导体带可直接在压铸模具中(即不改变模制件的位置)印制到该基层上，并最后通过喷覆以制造完整的模制体。凹版移印-方法可特别意指本己知的间接深印法，该方法中可将待印制的物质通过例如由硅橡胶制成的弹性擦子由印模转移到印制材料(即这里的陶瓷材料)上。该待印制的物质在此例如可以是快干式膏料，其也可直接涂于仍在压铸|旲具中存在的型件上。在贴花技术中，该导体带可在例如成型后施加。
[0031]这些上述的方法可特别好地例如用自动化的操作设备实施。具体而言，例如可自动化地将连续带的粘合图像或印制图像施加到经喷注的和仍保留在模具中的基层的面上(即直接在压铸模具中)。
[0032]在另一实施方案中，可成型具有其上配置有啮合结构的表面的基层。通过一个啮合结构或通过多个啮合结构可明显改进该两个部分区域(即基层和覆盖区域)的相互粘附。具体而言，通过这类啮合可实现特别稳定的接收器，该接收器在高温或恶劣的测量条件(如在燃烧室中可能存在的条件)下也可保持特别稳定。由此可实现特别可靠的和长期稳定的测量行为。啮合结构可以是单一啮合或多重啮合，或可以是形成啮合的构件。非限定性的实例包括波形-哨合、矩形-哨合、后相交-哨合、导槽-哨合和弹簧-哨合，或也包括销固定结构。
[0033]在另一实施方案中，在方法步骤a)和方法步骤d)中该预陶瓷物质由压铸设备的端面导入该压铸设备中。在该实施方案中，该两个半构件的喷注特别是可从同一端面进行，并产生无粘合缝和无缺陷的构件，因为可形成特别均匀的流动前沿。该物料或预陶瓷物质的流动方向可与导体带走向同方向，由此可避免该导体带结构的模糊不清或错位。显而易见，在该实施方案中也可将非常精细或精致的结构特别可靠地转移到陶瓷体中，这可节省通常昂贵的导体带材料。由此，本发明的方法的成本可以特别低。端面尤其可以是这样的面，即按该至少一条导体带的长度延长可形成待成型的接收器的终端的面。
[0034]在另一实施方案中，预陶瓷物质(即在方法步骤a)和/或e)中导入的预陶瓷物质)可包括选自热塑性粘合剂体系的粘合剂体系，特别包括聚乙烯醇缩丁醛。这类粘合剂还可任选含添加剂。尤其是通过热塑性粘合剂或热塑性粘合剂体系可特别有利地实施本发明方法。具体而言，该两个相继成型的模制件(即基层和覆盖区域)的连接通过热塑性粘合剂体系变成特别稳定。这可通过液态或液化态(如通过高温)的热塑性粘合剂体系起如胶粘剂的作用而实现。上述提及的添加剂可满足不同的目的。聚乙烯醇缩丁醛或聚乙烯醇缩丁醛-聚合物可使覆盖层对基层产生特别好的粘附作用或胶粘作用。由此，所制得的接收器可以是特别稳定和不透气的。
[0035]在另一实施方案中，预陶瓷物质(即在方法步骤a)和/或e)中导入的预陶瓷物质)可含聚丙烯酸酯。通过采用一种聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯混合物作为该粘合剂体系的组分，可使该预陶瓷混合物在热状态呈稀液状，但在冷却状态呈玻璃似地硬度。这对无缺陷印制在压铸模具或半模具中仍为热的预压铸件特别有利的。适用的聚丙烯酸酯包括例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚甲基丙烯酸丁酯(PBMA)。
[0036]在另一实施方案中，预陶瓷物质(即在方法步骤a)和/或e)中导入的预陶瓷物质)可含聚乙二醇，尤其是作为该粘合剂体系的组分。在此实施方案中，在制造过程期间和制造过程之后可有利地显示出特别好的稳定性。具体而言，对坯态转化成陶瓷态或陶瓷构件需要热工艺，这些热工艺可驱使粘合剂例如通过裂纹从构件排出。这尤其在慢的温度操作下是可行的。例如厚度从4 _起的厚构件需非常长的处理时间，这一方面较昂贵，另一方面可促使在陶瓷构件内产生裂纹。为此，尤其链长达到4000 g/mol的水溶性添加剂聚乙二醇在粘合剂体系中提供补救。构件可以在热工艺之前，即在脱离和烧结之前放置到水浴里面，其中聚乙二醇可以被溶解出来。在此可以产生固有的多孔性，这可以实现自由的和加速的热脱离。此外该粘合剂体系经水浴后己无热塑性成分，以致该构件在热脱离时不再会软化。该构件的几何形状在该过程中可保持不变。
[0037]在另一实施方案中，预陶瓷物质(即在方法步骤a)和/或e)中导入的预陶瓷物质)可含有大于或等于25 %至小于或等于55 %的固体含量。通过如此高的固体含量可使制成的模制件有特别好的尺寸稳定性或使相继喷注的模制件相互产生好的粘附能力(尤其在烧结后)。这种固体含量可用分散剂作为助剂以合适的方法调节。该分散剂可使该模制件完美地均质化。适用的分散剂例如可包括羧酸、羧酸酯或三乙醇胺基的体系，如基于三乙醇胺羧酸酯的体系。
[0038]关于用于制造接收器的本发明的方法的其它特征和优点显然可参阅与用于制造传感装置的本发明方法、与本发明的接收器、附图以及【专利附图】
【附图说明】有关的阐述。
[0039]此外，本发明的主题是一种包括前述的制造接收器的方法的用于制造传感装置的方法，该方法还包括另一步骤: g)将传感元件施加到该接收器的接收区域上。
[0040]通过这种方法可以以特别简单和低成本的方式生产一种接收器，该接收器具有一条导体带或多条导体带，这些导体带特别气密性地分布在尤其是陶瓷的接收器内部。该接收器可如上述构成。接着以简单的方式在接收区域上可施加传感元件，如计算机芯片或另外的如作为压力传感器己知的传感元件，并将其固定于此。该固定特别可通过本已知的方法(如盖玻璃(aufglasen)、(真空_)硬焊)进行。
[0041]关于用于制造传感装置的本发明的方法的其它特征和优点显然可参阅与用于制造接收器的本发明方法、本发明的接收器、附图以及【专利附图】
【附图说明】有关的阐述。
[0042]此外，本发明的主题是一种按前述的用于制造接收器的方法所制造的适于传感元件的接收器。这种接收器可通过既少又成本低的制造步骤制造，并还具有一条导体带或多条导体带，这些导体带特别气密性地分布在尤其是陶瓷的接收器内部。
[0043]关于本发明的接收器的其它特征和优点显然可参阅与本发明方法、附图以及【专利附图】
【附图说明】有关的阐述。
【专利附图】
【附图说明】
[0044]本发明主题的其它优点和有利的实施方案通过【专利附图】
【附图说明】和在下面的描述中阐明。应注意的是，这些附图仅具有描述的性质，不能认为是以任何形式限制本发明。其中:
图1示出用本发明方法制造的接收器的一个实施方案的示意图；
图2不出图1实施方案的另一不意图；
图3a示出本发明方法的方法步骤；图3b示出本发明方法的另一方法步骤；
图4示出在压铸模具中用本发明方法制造的接收器的一个实施方案的另一示意图。【具体实施方式】
[0045]图1示出可按本发明方法制造的接收器10。其可例如在500°C或甚至更高的使用温度下应用于直接测量式的燃烧室压力传感器。
[0046]这种接收器10包括陶瓷体12，其特别是由多个部分区域(即基层14和覆盖层16)构成。该基层14和覆盖层16相互气密性固定。在陶瓷体12内，这种接收器10具有接收区域24，在该区域中或之上可固定传感元件。从接收区域24开始，通过该陶瓷体12内部分布一条或多条导体带20用于在接收区域24中固定的传感元件的电接触。具体而言，该一条或多条导体带20分布在基层14和覆盖层16之间的界面上。
[0047]此外，接收器10还包括固定部件22，其可使该接收器10易于装入燃烧室中或燃烧室壁中。该接收器10或接收区域24可如此配置，以致该接收区域24可与传感元件一起凸入燃烧室中，但与接收区域24相反的端区域18可从燃烧室凸出出去，例如用于电接触。 [0048]上述的接收器10尤其可通过下列的方法步骤制造。首先将初次量的预陶瓷物质导入压铸模具26中。该预陶瓷物质尤其可包括二氧化锆、二氧化硅和堇青石。在此该预陶瓷物质可包含选自热塑性粘合剂体系的粘合剂，特别包含聚乙烯醇缩丁醛或聚乙烯醇缩丁醛-聚合物。该预陶瓷物质可含聚丙烯酸酯和/或聚乙二醇例如用作该粘合剂的添加剂。例如该预陶瓷物质的固体含量可为小于或等于63体积％。在一个示例性的具体的实施方案中可使用一种预陶瓷物质或其预陶瓷成分与粘合剂成分的比为4.5:1的混合物。该预陶瓷成分可含有大于或等于10重量％至小于或等于55重量％的二氧化锆，大于或等于10重量％至小于或等于55重量％的二氧化娃,和/或大于或等于5重量％至小于或等于75重量％的堇青石。此外，该粘合剂成分或该粘合剂体系可含有大于或等于10 %至小于或等于25 %的聚乙烯醇缩丁醛、大于或等于15 %至小于或等于35 %的聚丙烯酸酯、大于或等于35 %至小于或等于60 %的聚乙二醇、和大于或等于5%至小于或等于20%的三乙醇胺羧酸酯或由其组成。
[0049]随后通过导入压铸模具26中的预陶瓷物质在压铸模具26中的成型可制得基层14或该基层14的坯件。其示于图3a中。在图3a中可看出，该基层14的坯件保留在压铸模具26中。在此可成型具有表面的基层14或坯件，在该表面上配置有啮合结构。
[0050]接着，可在基层14或该基层14的坯件上施加至少一条导体带。该步骤示于图3b。具体而言，一条或多条导体带的施加例如可通过模内贴标、直接丝网印刷、贴花技术、刮涂、点胶或凹版移印实现。
[0051]施加该至少一条导体带20后，在另一工艺中将附加量的预陶瓷物质导入压铸模具26中的该至少一条导体带20的部分区域上。如导入初次量的预陶瓷物质一样，其可从该压铸设备26的端面导入该设备中，如箭头28所示。作为接下来的步骤，通过所述压铸模具26中的附加预陶瓷物质的成型直接在所述基层14上形成所述接收器10的覆盖区域16或覆盖区域16的坯件从而至少部分覆盖住所述至少一条导体带20。其示例性示于图4中。
[0052]接着可烧结该成型体，以得到气密性的和长期稳定的接收器10。为制造传感装置，该方法可以包括另一步骤:g)将传感元件施加到接收区域24上。
【权利要求】
1.用于制造适于传感元件、特别是适于燃烧室压力传感器的接收器(10)的方法，该方法包括下列方法步骤: a)将初次量的预陶瓷物质导入压铸模具(26)中； b)通过所述压铸模具(26)中的预陶瓷物质的成型而形成所述接收器(10)的基层(14)； c)在所述基层(14)上施加至少一条导体带(20); d)将附加量的预陶瓷物质导入所述压铸模具(26)中的所述基层和所述至少一条导体带(20)的至少部分区域上； e)通过所述压铸模具(26)中的附加预陶瓷物质的成型直接在所述基层(14)上形成所述接收器(10)的覆盖区域从而至少部分覆盖住所述至少一条导体带(20)； f)将所述成型体脱粘和烧结。
2.权利要求1的方法，其中预陶瓷物质包括二氧化锆、二氧化硅和堇青石。
3.权利要求1或2的方法，其中通过模内贴标、直接丝网印刷、贴花技术、刮涂、点胶或通过凹版移印施加所述至少一条导体带(20)。
4.权利要求1-3之一的方法，其中成型具有表面的基层(14)，该表面上配置有啮合结构。
5.权利要求1-4之一的方法，其中在方法步骤a)和方法步骤d)中，将所述预陶瓷物质从所述压铸设备(26)的端面导入该压铸设备中。
6.权利要求1-5之一的方法，其中预陶瓷物质包含选自热塑性粘合剂体系的粘合剂体系，特别是包含聚乙烯醇缩丁醛。
7.权利要求1-6之一的方法，其中预陶瓷物质具有聚丙烯酸酯。
8.权利要求1-7之一的方法，其中预陶瓷物质具有聚乙二醇。
9.权利要求1-8之一的方法，其中预陶瓷物质的固体含量小于或等于55%。
10.用于制造传感装置的方法，其包括权利要求1-9之一的方法，其中该方法包括另一步骤: g)将传感元件施加到所述接收器(10)的接收区域(24)上。
11.用于传感元件的接收 器，其根据权利要求1-9之一的方法制造。
【文档编号】B28B19/00GK103922753SQ201410011534
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2013年1月11日
【发明者】T.洛伊布尔, I.赫伦 申请人:罗伯特·博世有限公司
【专利摘要】本发明涉及用于制造适于传感元件、特别是适于燃烧室压力传感器的接收器（10）的方法。通过这种方法能够以特别简单的和低成本的方式成型用于传感元件的接收器（10），该接收器具有内置的和气密性导入陶瓷体的导体带。本发明还涉及用于制造传感装置的方法以及涉及接收器（10）。
【专利说明】制造用于传感元件的接收器的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造适于传感元件的接收器的方法。本发明还涉及一种适于传感元件的接收器。
【背景技术】
[0002]传感元件广泛用于探测各种物质。作为例如基于半导体(如基于硅/碳化硅材料组合)制造的直接测量式燃烧室压力传感器，例如己知在500°C或更高的使用温度下例如在内燃机废气中使用的传感元件。对这类传感器或传感元件，具有电引线的密封性阻隔是有利的。
[0003]由DE 102009000463已知一种用于制造气体传感器的阻隔模件的方法。该文献涉及一种此类传感元件，并未涉及适用于此的接收器(Aufnahme)。
【发明内容】
[0004]本发明的主题是用于制造适于传感元件、特别是适于燃烧室压力传感器的接收器的方法，该方法包括下列方法步骤:
a)将初次量的预陶瓷物质导入压铸模具中；
b)通过所述压铸模具中 的预陶瓷物质的成型而形成所述接收器的基层；
c)在所述基层上施加至少一条导体带；
d)将附加量的预陶瓷物质导入所述压铸模具中的所述基层和所述至少一条导体带的至少部分区域上；
e)通过所述压铸模具中的附加预陶瓷物质的成型直接在所述基层上形成所述接收器的覆盖区域从而至少部分覆盖住所述至少一条导体带；
f )将所述成型体脱粘(Entbindern)和烧结。
[0005]通过上述方法可特别简单和低成本地制造陶瓷的和特别是配置有内置的和呈气密性导入的金属导体带的用于传感元件的接收器。这种接收器可特别适用于燃烧室压力传感器，因为该接收器在可靠的气密性下可经受高的运行温度。
[0006]按上述方法，在第一方法步骤a)中将初次量的预陶瓷物质导入压铸模具中。本发明中，预陶瓷物质可特别是通过一个或多个步骤可成型成陶瓷固体的物质。在此，该预陶瓷物质可以是适于陶瓷压铸(CM)的本己知的物质。由此，预陶瓷物质特别可以是一种也称为进料的可烧结的粉末或具有合适粒度的颗粒，其可包括特别是氧化物陶瓷、硅酸盐陶瓷和氮化物陶瓷或也可以是碳化物，并且还可与添加物(特别是粘合剂材料)组合存在。
[0007]与粘合剂组合的目的特别是可以用粘合剂包封所有粉末颗粒，由此可防止结块，并产生特别均匀的颗粒。
[0008]为成型预陶瓷物质，将其导入压铸模具中。
[0009]在接下来的方法步骤b)中，通过在压铸模具中成型预陶瓷物质可形成该接收器的基层。这时例如可调节对陶瓷压铸本己知的参数。示例性地且非限制性地可应用直到200°C范围的物料温度、直到80°C范围的如用于冷却该物料的模具温度、直到1600 bar的注入压力、直到1200 bar的下游压力和/或约大于或等于20秒至小于或等于60秒范围的循环时间。如此成型的并也称为坯件的成型构件作为预压铸件。
[0010]通过该成型步骤可得到一种例如呈半侧的或在合适位置扁平成型的或其它形式成型(如波状成型)的分离的模制体作为用于接收器的基层。在打开压铸模具后该基层可留在该模具中或型腔中，并可不受限地按如下所述在该基层上施加至少一条导体带。
[0011]在接下来的方法步骤c)中，在基层上施加所述至少一条导体带。按该方法步骤，在该基层上或特别是在该基层的第一表面上至少局部施加一条导体带或多条导体带或传导结构。该一条导体带或多条导体带特别用于使可固定在该接收器的接收区域上的传感元件(即传感器的实际有效的和有探测能力的部件)例如在作为燃烧室压力传感器应用的情况下与配置在燃烧室外的控制件、分析单元等相连接。该至少一条导体带的施加还可通过本己知方法(如印刷法)实现。
[0012]例如该至少一条导体带可由选自钼、钯或银-钯的材料形成。
[0013]为再喷注该基层或配置有至少一条导体带的基层表面并由此气密性地包封该至少一条导体带，在接下来的方法步骤的d)中将附加量的预陶瓷物质导入压铸模具中的该至少一条导体带的至少部分区域上。在该方法步骤中导入压铸模具中的附加量的预陶瓷物质可相同于或不同于方法步骤a)中导入到压铸模具中的预陶瓷物质。使用具有相同组成或基本相同组成的预陶瓷物质可以特别有利的是，在该部分区域之间可形成特别紧密的粘附，并由此也可特别可靠地提供长期的气密性。此外，使用具有相同或至少基本相同的热线膨胀系数的材料也是在利的，因为在此情况下，传感接收器也可在高温下使用而无受损的危险。 [0014]此外，优选可将该附加量的预陶瓷物质导入相同的压铸模具或压铸工具中，如适配所用的型腔，或可在另一压铸模具中实现。
[0015]在接下来的方法步骤e)中，通过所述压铸模具中的附加预陶瓷物质的成型直接在所述基层上形成所述接收器的覆盖区域从而至少部分覆盖住或喷覆住所述至少一条导体带。另言之，以该步骤通过第二半模喷覆住具有所述至少一条导体带的第一半模。这可使基层的材料和覆盖区域相互紧密连接，如特别是使该陶瓷材料相互紧密连接，其中在压铸工艺中的高压对该构件的压缩和由此对整个模制体内的该至少一条导体带的密实构造可起到非常有利的作用。由此形成具有内置的极可靠的并向外绝缘的导体带的封闭模制件。
[0016]对此，至少局部覆盖可特别意指该导体带基本上完全经覆盖，但在该接收器的一端，该基层以及该导体带未由覆盖区域所覆盖。此区域例如可作为该传感器或该传感接收器的插头触点与例如分析单元或控制单元的连接区域。
[0017]在接下来的方法步骤f)中，特别是可烧结成型的元件。在本发明中，烧结可特别是意指在高温下的处理。合适的温度例如包括但不限于大于或等于1200°C至小于或等于1500°C。特别是对陶瓷构件，烧结是有利的，并可滿足甚至在高的运行温度下对形状稳定性和气密性方面的特高要求。
[0018]此外，需要时须从陶瓷材料中去除粘合剂。这可通过烧结前的单独的脱粘步骤或烧结期间通过温度作用来实现，这是本领域专业人员原则上已知的。
[0019]本发明的陶瓷-压铸-法的优点在于，可将在该接收器内形成功能层的导体带的制造完全纳入该陶瓷模制体或接收器的压铸过程中。由此可取消在其后工艺中例如通过印制或打孔在陶瓷体上施加导体带。因此，通过一体化制造陶瓷体和功能层可节省制造步骤且由此降低制造成本。本发明方法还可在复杂成型的陶瓷体上或其中配置功能层，从而可制造具有按形状成型的陶瓷体的测量元件，这类陶瓷体不能简单地或不能足够精确地进行印制，或在印制导体带时会存在使该陶瓷体受损的危险。例如这可在拱形或任意圆滑的表面情况下遇到。
[0020]此外，通过功能层材料或预陶瓷物质的简单适配可确保该覆盖层在基层上的持久粘附。
[0021]在一个实施方案中，预陶瓷物质(即在方法步骤a)和/或e)中导入的预陶瓷物质)包括二氧化锆(ZrO2)、二氧化硅(SiO2)和堇青石(Mg，Fe2+) 2 (Al2Si) M [Al2Si4O18])。特别是该预陶瓷物质可例如构成为粉末混合物，并还可含有30-40体积％堇青石、特别是35体积％堇青石。在这种量的堇青石情况下，该热膨胀系数准确适配于硅的热膨胀系数，这从使用上看可能是有利的。加入堇青石的准确量由该烧结陶瓷所希望的热膨胀系数而定。低于35体积％的堇青石-含量可使热膨胀系数适配于碳化硅。
[0022]例如该陶瓷混合物或该预陶瓷成分可具有大于或等于10重量％至小于或等于55重量％的二氧化锆，大于或等于10重量％至小于或等于55重量％的二氧化硅，和/或大于或等于5重量％至小于或等于75重量％的堇青石。作为实例，在该预陶瓷成分中可存在49.3重量％ 二氧化锆、27.5重量％堇青石和23.2重量％ 二氧化硅。
[0023]该预陶瓷成分特别是含其后反应成陶瓷的物质的并且还和其它物质(如特别是粘合剂)形成预陶瓷混合物的成分。
[0024]例如该粉末混合物可具有10 μπι的最大粒度D50，特别是所有颗粒的最大粒度可以为10 μ m。
[0025]在该实施方案中可提供一种特别是耐温和耐压的硅酸锆-堇青石-陶瓷，该陶瓷在高温下还可实现小间距平行分布的导体带的优良电绝缘，同时既非常简单又成本低。
[0026]如此制造的陶瓷料具有非常低的多孔性，并且由原料ZrO2和SiO2形成，其中在反应烧结期间形成硅酸锆，并且所添加的己合成的精细陶瓷堇青石颗粒作为第三成分包含在结构中。
[0027]因此，在烧结后所制成的陶瓷的基质含有机械上极稳定的ZrSiO4，并与其它材料相比，可具有更高的强度和硬度。此外，以这种方法还提供了一种具有低的热膨胀系数的传感接收器。该堇青石-添加剂有助于硅酸锆-堇青石-陶瓷的热膨胀系数适配于Si或SiC的值，由此实现该传感器载体的热膨胀系数适配于传感元件的热膨胀系数，该传感元件通常部分具有Si和/或 SiC。
[0028]由此，可在很大程度上避免由传感元件和传感器载体的不同热膨胀系数产生的机械应力。
[0029]在此，用于基层和覆盖区域的预陶瓷物质可以是相同的或不同的。因此可实施单组分-陶瓷压铸法或双组分-陶瓷压铸法。
[0030]在另一实施方案中，该至少一条导体带可通过所谓的模内贴标、直接丝网印刷、贴花技术(Klebebildtechnik)、刮涂、点胶(Dispensen)或通过凹版移印(Tampondruck)施加。在模内贴标情况下，该导体带例如可原位(即在成型工艺中)施加，通过将该导体带例如印制在连续带上和绕成卷，并如此待用。通过将连续带引入压铸模具中，借助于标签的粘合技术经该带将所述至少一条导体带传送或粘合到基层上。在覆盖层的压铸过程后，连续式或断歇式地继续抽拉连续带或载体带。由此可实现特别短的工艺时间，从而可特别低成本地设计制造方法。关于凹版移印，该导体带可直接在压铸模具中(即不改变模制件的位置)印制到该基层上，并最后通过喷覆以制造完整的模制体。凹版移印-方法可特别意指本己知的间接深印法，该方法中可将待印制的物质通过例如由硅橡胶制成的弹性擦子由印模转移到印制材料(即这里的陶瓷材料)上。该待印制的物质在此例如可以是快干式膏料，其也可直接涂于仍在压铸|旲具中存在的型件上。在贴花技术中，该导体带可在例如成型后施加。
[0031]这些上述的方法可特别好地例如用自动化的操作设备实施。具体而言，例如可自动化地将连续带的粘合图像或印制图像施加到经喷注的和仍保留在模具中的基层的面上(即直接在压铸模具中)。
[0032]在另一实施方案中，可成型具有其上配置有啮合结构的表面的基层。通过一个啮合结构或通过多个啮合结构可明显改进该两个部分区域(即基层和覆盖区域)的相互粘附。具体而言，通过这类啮合可实现特别稳定的接收器，该接收器在高温或恶劣的测量条件(如在燃烧室中可能存在的条件)下也可保持特别稳定。由此可实现特别可靠的和长期稳定的测量行为。啮合结构可以是单一啮合或多重啮合，或可以是形成啮合的构件。非限定性的实例包括波形-哨合、矩形-哨合、后相交-哨合、导槽-哨合和弹簧-哨合，或也包括销固定结构。
[0033]在另一实施方案中，在方法步骤a)和方法步骤d)中该预陶瓷物质由压铸设备的端面导入该压铸设备中。在该实施方案中，该两个半构件的喷注特别是可从同一端面进行，并产生无粘合缝和无缺陷的构件，因为可形成特别均匀的流动前沿。该物料或预陶瓷物质的流动方向可与导体带走向同方向，由此可避免该导体带结构的模糊不清或错位。显而易见，在该实施方案中也可将非常精细或精致的结构特别可靠地转移到陶瓷体中，这可节省通常昂贵的导体带材料。由此，本发明的方法的成本可以特别低。端面尤其可以是这样的面，即按该至少一条导体带的长度延长可形成待成型的接收器的终端的面。
[0034]在另一实施方案中，预陶瓷物质(即在方法步骤a)和/或e)中导入的预陶瓷物质)可包括选自热塑性粘合剂体系的粘合剂体系，特别包括聚乙烯醇缩丁醛。这类粘合剂还可任选含添加剂。尤其是通过热塑性粘合剂或热塑性粘合剂体系可特别有利地实施本发明方法。具体而言，该两个相继成型的模制件(即基层和覆盖区域)的连接通过热塑性粘合剂体系变成特别稳定。这可通过液态或液化态(如通过高温)的热塑性粘合剂体系起如胶粘剂的作用而实现。上述提及的添加剂可满足不同的目的。聚乙烯醇缩丁醛或聚乙烯醇缩丁醛-聚合物可使覆盖层对基层产生特别好的粘附作用或胶粘作用。由此，所制得的接收器可以是特别稳定和不透气的。
[0035]在另一实施方案中，预陶瓷物质(即在方法步骤a)和/或e)中导入的预陶瓷物质)可含聚丙烯酸酯。通过采用一种聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯混合物作为该粘合剂体系的组分，可使该预陶瓷混合物在热状态呈稀液状，但在冷却状态呈玻璃似地硬度。这对无缺陷印制在压铸模具或半模具中仍为热的预压铸件特别有利的。适用的聚丙烯酸酯包括例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚甲基丙烯酸丁酯(PBMA)。
[0036]在另一实施方案中，预陶瓷物质(即在方法步骤a)和/或e)中导入的预陶瓷物质)可含聚乙二醇，尤其是作为该粘合剂体系的组分。在此实施方案中，在制造过程期间和制造过程之后可有利地显示出特别好的稳定性。具体而言，对坯态转化成陶瓷态或陶瓷构件需要热工艺，这些热工艺可驱使粘合剂例如通过裂纹从构件排出。这尤其在慢的温度操作下是可行的。例如厚度从4 _起的厚构件需非常长的处理时间，这一方面较昂贵，另一方面可促使在陶瓷构件内产生裂纹。为此，尤其链长达到4000 g/mol的水溶性添加剂聚乙二醇在粘合剂体系中提供补救。构件可以在热工艺之前，即在脱离和烧结之前放置到水浴里面，其中聚乙二醇可以被溶解出来。在此可以产生固有的多孔性，这可以实现自由的和加速的热脱离。此外该粘合剂体系经水浴后己无热塑性成分，以致该构件在热脱离时不再会软化。该构件的几何形状在该过程中可保持不变。
[0037]在另一实施方案中，预陶瓷物质(即在方法步骤a)和/或e)中导入的预陶瓷物质)可含有大于或等于25 %至小于或等于55 %的固体含量。通过如此高的固体含量可使制成的模制件有特别好的尺寸稳定性或使相继喷注的模制件相互产生好的粘附能力(尤其在烧结后)。这种固体含量可用分散剂作为助剂以合适的方法调节。该分散剂可使该模制件完美地均质化。适用的分散剂例如可包括羧酸、羧酸酯或三乙醇胺基的体系，如基于三乙醇胺羧酸酯的体系。
[0038]关于用于制造接收器的本发明的方法的其它特征和优点显然可参阅与用于制造传感装置的本发明方法、与本发明的接收器、附图以及【专利附图】
【附图说明】有关的阐述。
[0039]此外，本发明的主题是一种包括前述的制造接收器的方法的用于制造传感装置的方法，该方法还包括另一步骤: g)将传感元件施加到该接收器的接收区域上。
[0040]通过这种方法可以以特别简单和低成本的方式生产一种接收器，该接收器具有一条导体带或多条导体带，这些导体带特别气密性地分布在尤其是陶瓷的接收器内部。该接收器可如上述构成。接着以简单的方式在接收区域上可施加传感元件，如计算机芯片或另外的如作为压力传感器己知的传感元件，并将其固定于此。该固定特别可通过本已知的方法(如盖玻璃(aufglasen)、(真空_)硬焊)进行。
[0041]关于用于制造传感装置的本发明的方法的其它特征和优点显然可参阅与用于制造接收器的本发明方法、本发明的接收器、附图以及【专利附图】
【附图说明】有关的阐述。
[0042]此外，本发明的主题是一种按前述的用于制造接收器的方法所制造的适于传感元件的接收器。这种接收器可通过既少又成本低的制造步骤制造，并还具有一条导体带或多条导体带，这些导体带特别气密性地分布在尤其是陶瓷的接收器内部。
[0043]关于本发明的接收器的其它特征和优点显然可参阅与本发明方法、附图以及【专利附图】
【附图说明】有关的阐述。
【专利附图】
【附图说明】
[0044]本发明主题的其它优点和有利的实施方案通过【专利附图】
【附图说明】和在下面的描述中阐明。应注意的是，这些附图仅具有描述的性质，不能认为是以任何形式限制本发明。其中:
图1示出用本发明方法制造的接收器的一个实施方案的示意图；
图2不出图1实施方案的另一不意图；
图3a示出本发明方法的方法步骤；图3b示出本发明方法的另一方法步骤；
图4示出在压铸模具中用本发明方法制造的接收器的一个实施方案的另一示意图。【具体实施方式】
[0045]图1示出可按本发明方法制造的接收器10。其可例如在500°C或甚至更高的使用温度下应用于直接测量式的燃烧室压力传感器。
[0046]这种接收器10包括陶瓷体12，其特别是由多个部分区域(即基层14和覆盖层16)构成。该基层14和覆盖层16相互气密性固定。在陶瓷体12内，这种接收器10具有接收区域24，在该区域中或之上可固定传感元件。从接收区域24开始，通过该陶瓷体12内部分布一条或多条导体带20用于在接收区域24中固定的传感元件的电接触。具体而言，该一条或多条导体带20分布在基层14和覆盖层16之间的界面上。
[0047]此外，接收器10还包括固定部件22，其可使该接收器10易于装入燃烧室中或燃烧室壁中。该接收器10或接收区域24可如此配置，以致该接收区域24可与传感元件一起凸入燃烧室中，但与接收区域24相反的端区域18可从燃烧室凸出出去，例如用于电接触。 [0048]上述的接收器10尤其可通过下列的方法步骤制造。首先将初次量的预陶瓷物质导入压铸模具26中。该预陶瓷物质尤其可包括二氧化锆、二氧化硅和堇青石。在此该预陶瓷物质可包含选自热塑性粘合剂体系的粘合剂，特别包含聚乙烯醇缩丁醛或聚乙烯醇缩丁醛-聚合物。该预陶瓷物质可含聚丙烯酸酯和/或聚乙二醇例如用作该粘合剂的添加剂。例如该预陶瓷物质的固体含量可为小于或等于63体积％。在一个示例性的具体的实施方案中可使用一种预陶瓷物质或其预陶瓷成分与粘合剂成分的比为4.5:1的混合物。该预陶瓷成分可含有大于或等于10重量％至小于或等于55重量％的二氧化锆，大于或等于10重量％至小于或等于55重量％的二氧化娃,和/或大于或等于5重量％至小于或等于75重量％的堇青石。此外，该粘合剂成分或该粘合剂体系可含有大于或等于10 %至小于或等于25 %的聚乙烯醇缩丁醛、大于或等于15 %至小于或等于35 %的聚丙烯酸酯、大于或等于35 %至小于或等于60 %的聚乙二醇、和大于或等于5%至小于或等于20%的三乙醇胺羧酸酯或由其组成。
[0049]随后通过导入压铸模具26中的预陶瓷物质在压铸模具26中的成型可制得基层14或该基层14的坯件。其示于图3a中。在图3a中可看出，该基层14的坯件保留在压铸模具26中。在此可成型具有表面的基层14或坯件，在该表面上配置有啮合结构。
[0050]接着，可在基层14或该基层14的坯件上施加至少一条导体带。该步骤示于图3b。具体而言，一条或多条导体带的施加例如可通过模内贴标、直接丝网印刷、贴花技术、刮涂、点胶或凹版移印实现。
[0051]施加该至少一条导体带20后，在另一工艺中将附加量的预陶瓷物质导入压铸模具26中的该至少一条导体带20的部分区域上。如导入初次量的预陶瓷物质一样，其可从该压铸设备26的端面导入该设备中，如箭头28所示。作为接下来的步骤，通过所述压铸模具26中的附加预陶瓷物质的成型直接在所述基层14上形成所述接收器10的覆盖区域16或覆盖区域16的坯件从而至少部分覆盖住所述至少一条导体带20。其示例性示于图4中。
[0052]接着可烧结该成型体，以得到气密性的和长期稳定的接收器10。为制造传感装置，该方法可以包括另一步骤:g)将传感元件施加到接收区域24上。
【权利要求】
1.用于制造适于传感元件、特别是适于燃烧室压力传感器的接收器(10)的方法，该方法包括下列方法步骤: a)将初次量的预陶瓷物质导入压铸模具(26)中； b)通过所述压铸模具(26)中的预陶瓷物质的成型而形成所述接收器(10)的基层(14)； c)在所述基层(14)上施加至少一条导体带(20); d)将附加量的预陶瓷物质导入所述压铸模具(26)中的所述基层和所述至少一条导体带(20)的至少部分区域上； e)通过所述压铸模具(26)中的附加预陶瓷物质的成型直接在所述基层(14)上形成所述接收器(10)的覆盖区域从而至少部分覆盖住所述至少一条导体带(20)； f)将所述成型体脱粘和烧结。
2.权利要求1的方法，其中预陶瓷物质包括二氧化锆、二氧化硅和堇青石。
3.权利要求1或2的方法，其中通过模内贴标、直接丝网印刷、贴花技术、刮涂、点胶或通过凹版移印施加所述至少一条导体带(20)。
4.权利要求1-3之一的方法，其中成型具有表面的基层(14)，该表面上配置有啮合结构。
5.权利要求1-4之一的方法，其中在方法步骤a)和方法步骤d)中，将所述预陶瓷物质从所述压铸设备(26)的端面导入该压铸设备中。
6.权利要求1-5之一的方法，其中预陶瓷物质包含选自热塑性粘合剂体系的粘合剂体系，特别是包含聚乙烯醇缩丁醛。
7.权利要求1-6之一的方法，其中预陶瓷物质具有聚丙烯酸酯。
8.权利要求1-7之一的方法，其中预陶瓷物质具有聚乙二醇。
9.权利要求1-8之一的方法，其中预陶瓷物质的固体含量小于或等于55%。
10.用于制造传感装置的方法，其包括权利要求1-9之一的方法，其中该方法包括另一步骤: g)将传感元件施加到所述接收器(10)的接收区域(24)上。
11.用于传感元件的接收 器，其根据权利要求1-9之一的方法制造。
【文档编号】B28B19/00GK103922753SQ201410011534
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2013年1月11日
【发明者】T.洛伊布尔, I.赫伦 申请人:罗伯特·博世有限公司
相关技术
网友询问留言
已有0条留言
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！
1