DE102007046646A1 - Sensor element manufacturing method for detecting e.g. temperature of exhaust gas of internal combustion engine, involves arranging surface between layers of element, where one layer includes recess that is realized after sintering process - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.The The invention is based on a method for producing a sensor element according to the preamble of the independent claim.
Ein
derartiges Sensorelement ist beispielsweise aus der
Bei der Herstellung eines derartigen Sensorelements werden zunächst einzelne keramische Grünfolien gefertigt und mit Funktionsschichten bedruckt. Danach wird in der Grünfolie, die nach dem Sintern die erste Schicht bildet, im Bereich der Kontaktfläche die Aussparung eingebracht, beispielsweise durch einen Stanzvorgang. Die Grünfolien werden anschließend in einem Laminiervorgang zu einem Grünkörper zusammengefügt und danach gesintert.at the production of such a sensor element are first individual ceramic green sheets manufactured and with functional layers printed. After that, in the green sheet, which after sintering the first layer forms, in the area of the contact surface introduced the recess, for example by a punching operation. The green sheets are then in a lamination process merged into a green body and sintered afterwards.
Nachteilig an dieser Prozesskette ist, dass die Grünfolien und der Grünkörper durch das Vorhandensein der Aussparung in der ersten Schicht mechanisch an Stabilität verlieren. Zudem kann die zweite Schicht im Bereich der Aussparung während des Laminier- und/oder Sintervorgangs einsinken oder sich aufwölben, wodurch sich die Kontaktierbarkeit des gesinterten Sensorelements über die Kontaktfläche verschlechtert.adversely At this process chain is that the green films and the Green body due to the presence of the recess mechanically lose stability in the first layer. In addition, the second layer in the region of the recess during the Sinking or bulging lamination and / or sintering process, whereby the contactability of the sintered sensor element via the contact area deteriorates.
Vorteil der ErfindungAdvantage of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass das Sensorelement auch im ungesinterten Zustand und während des Sintervorgangs eine hohe Stabilität aufweist und dass eine einfache und sichere Kontaktierung gewährleistet ist. Hierzu wird zwischen einer ersten und einer zweiten Schicht des Sensorelements eine Kontaktfläche angeordnet, und in den über der Kontaktfläche liegenden Bereich der ersten Schicht wird erst nach dem Sintervorgang eine Aussparung eingebracht, durch die hindurch eine Kontaktierung der Kontaktfläche, und dadurch auch der mit der Kontaktfläche elektrisch verbundenen Funktionselemente des Sensors wie zum Beispiel Heiz- oder Messeinrichtungen, möglich ist. Da somit vor dem Sintern der über der Kontaktfläche liegende Bereich der ersten Schicht nicht freiliegt, weist der Grünkörper eine hohe mechanische Festigkeit auf, und ein Einsinken oder Aufwölben der zweiten Schicht während des Laminier- und/oder Sintervorgangs wird vermieden und damit eine einwandfreie Kontaktierbarkeit des Sensorelements über die Kontaktfläche sichergestellt.The inventive method for producing a Sensor element with the characterizing features of the independent Claim has the advantage that the sensor element also in the unsintered state and during the sintering process has a high stability and that a simple and secure contact is guaranteed. This is between a first and a second layer of the sensor element, a contact surface arranged, and in the above the contact surface lying area of the first layer is only after the sintering process a recess introduced, through which a contact the contact surface, and thus also with the contact surface electrically connected functional elements of the sensor such as Heating or measuring equipment is possible. Since thus before the sintering of the overlying the contact surface Area of the first layer is not exposed, indicates the green body a high mechanical strength, and a sinking or bulging the second layer during the lamination and / or sintering process is avoided and thus a perfect contactability of Sensor element ensured via the contact surface.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.By those listed in the dependent claims Measures are advantageous developments of the im independent claim specified method possible.
Vorteilhaft wird zur Einbringung der Aussparung ein mechanisches Verfahren, zum Beispiel Schleifen oder Ritzen verwendet. Alternativ kann ein Strahlverfahren, zum Beispiel ein Laserverfahren benutzt werden.Advantageous becomes a mechanical method for introducing the recess, used for example grinding or scribing. Alternatively, a blasting process, For example, a laser method can be used.
Vorteilhaft wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen erster Schicht und Kontaktfläche beim Sintervorgang vermieden. Hierzu wird vor dem Sintervorgang zwischen die erste Schicht und die Kontaktfläche ein Trennelement, zum Beispiel aus gesintertem Aluminiumoxid, eingelegt. Alternativ wird auf die Kontaktfläche eine hohlraumbildende Schicht aufgebracht, die während des Sinterprozesses verbrennt oder sich verflüchtigt, so dass nach dem Sintern ein Hohlraum zwischen erster Schicht und Kontaktfläche zurückbleibt. Vorteilhaft ist es, die durch das Trennelement beziehungsweise durch die hohlraumbildende Schicht auftretende Höhendifferenz durch eine zusätzlich zwischen erste und zweite Schicht eingebrachte Ausgleichsschicht auszugleichen, die seitlich neben dem Trennelement beziehungsweise neben der hohlraumbildenden Schicht angeordnet ist.Advantageous becomes a cohesive connection between the first layer and contact surface during the sintering process avoided. For this is between the first layer and the contact surface before the sintering process a separator, for example made of sintered alumina, inserted. Alternatively, a void-forming surface is formed on the contact surface Layer applied, which burns during the sintering process or volatilizes, leaving a cavity after sintering remains between the first layer and contact surface. It is advantageous that through the separator or by the cavity-forming layer occurring height difference an additional introduced between the first and second layer Compensate leveling, the side next to the separator or is arranged next to the cavity-forming layer.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Aussparung der ersten Schicht hergestellt, indem der zu entfernende Bereich der ersten Schicht ausgeschnitten wird. Dies geschieht, indem die erste Schicht entlang des Randes der einzubringenden Aussparung abgetragen wird und der so umfahrene Bereich der ersten Schicht entnommen wird. Hierfür ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Stoffschluss zwischen erster Schicht und Kontaktfläche beim Sintern wie beschrieben vermieden wird. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Schneidvorgang mit einem Schleif- oder einem Ritzverfahren oder mit einem Laserverfahren durchzuführen.at an advantageous embodiment of the method is the recess the first layer made by removing the area to be removed the first layer is cut out. This is done by the first layer along the edge of the recess to be introduced is removed and the thus circumvented area of the first layer is removed. For this it is particularly advantageous if a Material bond between first layer and contact surface is avoided during sintering as described. It has proven to be appropriate proved the cutting process with a grinding or a scratching process or with a laser procedure.
Besonders vorteilhaft wird in einem weiteren Verfahrensschritt der Rand der herzustellenden Aussparung bereits vor dem Sintern bereichsweise durchtrennt, vorzugsweise mit einem Stanzverfahren. Die mechanische Festigkeit des Grünlings ist in diesem Fall dadurch gewährleistet, dass der Rand der herzustellenden Aussparung nicht vollständig durchtrennt wird, so dass der über der Kontaktfläche liegende Bereich der ersten Schicht über mindestens einen Steg mit dem umgebenden Bereich der ersten Schicht verbunden ist. Vorteilhafterweise beträgt die durch die bereichsweise Durchtrennung des Randes der herzustellenden Aussparung freigelegte Fläche der ersten Schicht höchstens 40% der Fläche der gesamten Aussparung. Nach dem Sintern wird nur noch entlang des Teils des Randes der einzubringenden Aussparung geschnitten, der vor dem Sintern nicht durchtrennt wurde.In a further method step, the edge of the recess to be produced is particularly advantageously severed in areas even before sintering, preferably with a stamping method. The mechanical strength of the green body is ensured in this case by not completely severing the edge of the recess to be produced, so that the region of the first layer lying above the contact surface is connected to the surrounding region of the first layer via at least one web Layer is connected. Advantageously, the area of the first layer exposed by the partial cutting of the edge of the recess to be produced is at most 40% of the area of the entire recess. After sintering, only cut along the part of the edge of the recess to be introduced, which was not cut before sintering.
Alternativ ist es auch vorteilhaft möglich, den Rand der herzustellenden Aussparung bereits vor dem Sintern soweit zu schwächen, dass der über der Kontaktfläche liegende Bereich der ersten Schicht nach dem Sintern auf einfache Art und Weise, zum Beispiel durch Herausbrechen beziehungsweise durch Eindrücken in einen sich hinter diesem Bereich befindlichen Hohlraum, entfernt werden kann.alternative It is also advantageously possible to the edge of the produced Recess to weaken as far as before sintering, that overlying the area of contact the first layer after sintering in a simple manner, for example, by breaking out or by impressions in a cavity located behind this area removed can be.
Offenliegende Kontaktstellen der beschriebenen Art können sowohl auf der oberen als auch auf der unteren Großfläche des Sensorelements vorgesehen werden. Bei Sensorelementen, die auf beiden Großflächen offenliegende Kontakte aufweisen, hat es sich als für die mechanische Stabilität des Sensorelements günstig erwiesen, die zugehörigen Aussparungen so anzuordnen, dass sie sich bezüglich der senkrechten Aufsicht auf eine der Großflächen des Sensorelements paarweise nicht überschneiden.exposed Contact points of the type described can both on the upper as well as on the lower large area be provided of the sensor element. For sensor elements that are on have exposed contacts in both large areas, It has proven to be for mechanical stability the sensor element proved beneficial, the associated Arrange recesses so that they respect the vertical view of one of the large areas of the Sensor element do not overlap in pairs.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention are illustrated in the drawing and in the following description explained in more detail.
Die
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Zur
Herstellung des Sensorelements
Nach
dem Sintern wird die erste Schicht
In
einer dritten Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels
ist kein Mittel zur Vermeidung einer stoffschlüssigen Verbindung
zwischen erster Schicht
In
In
Ein
fünftes Ausführungsbeispiel des Verfahrens dient
der Herstellung eines Sensorelements
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 102004063168 A1 [0002] DE 102004063168 A1 [0002]
- - DE 10210974 A1 [0002] DE 10210974 A1 [0002]
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