KR20150058252A

KR20150058252A - 입자 검출용 센서

Info

Publication number: KR20150058252A
Application number: KR1020157007528A
Authority: KR
Inventors: 크리스챤 되링; 마르크 브뤽
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2015-05-28
Also published as: CN104685340A; EP2901134A1; US20150253233A1; DE102012217428A1; CN104685340B; US9933352B2; WO2014048660A1

Abstract

본 발명은 입자, 특히 매연 입자를 검출하기 위한 센서(10)에 관한 것이다. 상기 센서(10)는 2개 이상의 측정 전극(16)과 하나의 가열 부재(14)를 포함한다. 측정 전극들(16)은 전기 절연 재료로 이루어진 칩(18) 상에, 또는 전기 절연 중간층을 통해 상기 칩 상에 배치된다. 또한, 센서(10)는 세라믹 기판(12)을 포함하고, 이 세라믹 기판 상에 가열 부재(14)가 배치된다. 칩(18)은 세라믹 기판(12)과 연결된다. 칩(18)은 높은 열 전도도를 갖는 재료로 구성된다.

Description

입자 검출용 센서{SENSOR FOR DETECTING PARTICLES}

본 발명은 입자, 특히 매연 입자를 검출하기 위한 센서에 관한 것이다.

종래 기술에는 예컨대 매연 입자 또는 분진 입자와 같은 입자를 검출하기 위한 수많은 방법 및 장치가 공지되어 있다.

본 발명은, 하기에서, 다른 실시예들 및 적용들의 제한 없이, 특히 입자, 특히 내연기관의 배기가스 흐름 내 매연 입자를 검출하기 위한 센서들과 관련하여 기술된다.

실제로, 세라믹 상에 배치되는 2개의 전극을 이용하여, 배기가스 내, 예컨대 매연 또는 분진 입자와 같은 입자의 농도를 측정하는 것은 공지되어 있다. 이는 예컨대 두 전극을 분리하는 세라믹 재료의 전기 저항의 측정을 통해 수행될 수 있다. 더 정확하게 말하면, 전극들에 전압을 인가할 때 전극들 사이에서 흐르는 전류가 측정된다. 매연 입자는 정전기력으로 인해 전극들 사이에서 침착되고 점차 전극들 사이에서 전기 전도성 브리지들을 형성한다. 상기 브리지들이 점점 더 많아질수록, 그만큼 측정되는 전류는 더욱더 상승한다. 그에 따라 전극들의 단락이 증가한다.

상기 유형의 센서들은 예컨대 디젤 방식의 연소 기관과 같은 내연기관의 배기가스 시스템에 사용된다. 통상적으로 상기 센서들은 배기 밸브 또는 디젤 미립자 필터의 하류에 배치된다. 커지는 환경 의식으로 인해, 그리고 법적 규제들로 인해, 향후에는 자동차의 주행 작동 동안 매연 배출량이 모니터링되어야 하고 예컨대 미립자 필터와 같은 배기가스 후처리 장치들의 기능이 보장되어야 한다. 이런 유형의 기능 모니터링은 일반적으로 온-보드 진단(On-Board Diagnosis)이라고 한다. 그 밖에도, 디젤 미립자 필터들의 퇴적률 진단도 필요하다. 매연의 검출을 위해 매연 축적에 기초한 인터디지탈 전극 구조(interdigital electrode structure)의 저항 변화량을 사용하는 저항성 매연 센서가 상기 퇴적률 진단에 대한 가능성을 제공한다. 저항성 매연 센서는 자신의 작동 방식에 근거하여 수집 원리에 따라서 배치된다.

DE 10 2006 002 111 A1은, 예컨대 세라믹 다층 기술로, 다시 말하면 상하로 적층 배치되는 복수의 층으로 구성되는 매연 입자 센서를 기술하고 있다. 다층 기술은, 매연 감지, 가열 및 온도 감지의 기능들이 다양한 평면들에 상하로 실현되는 조밀하고 견고한 구조를 가능하게 한다. 이 경우, 백금 소재의 인터디지탈 전극들은 스크린 인쇄 기술로 세라믹 기판의 상면 상에 적층되고, 상기 전극들 사이에는 전기 전위차를 인가할 때 매연 브리지들(soot bridge)이 형성되므로, 상기 매연 브리지들은 단락을 통해 센서 신호를 제공한다. 센서의 민감도는 실질적으로 인터디지탈 전극들 사이의 간격을 통해 제한되므로, 상기 간격은 가능한 작게 유지하고자 한다.

입자를 검출하기 위한 종래 기술에 공지된 방법들 및 장치들의 수많은 장점에도 불구하고, 상기 방법들 및 장치들은 여전히 개선의 여지를 갖는다. 즉, 세라믹으로 이루어진 센서의 앞서 기술한 구성은 비교적 낮은 열 전도도를 갖는다. 따라서, 가열 부재는, 요구되는 동적 거동으로 센서의 자가 클리닝(self-cleaning)을 위해 충분한 온도를 보장하기 위해, 더 높은 가열 출력으로 설계되어야 한다. 그 결과, 전류 소비량이 증가한다. 또한, 상기 센서들로 달성 가능한 전기 신호 전류(㎂ 크기의)는 40V보다 큰 전위차를 요구하며, 그로 인해 신호 처리는 고유의 제어 유닛을 필요로 한다. 그 결과, 센서의 적용은 고비용으로 형성된다. 예컨대 규소와 같은 재료들로 센서들을 제조하는 것은 인터디지탈 전극 측정 영역의 포토리소그래피식 미세 구조화를 허용하고 그에 따라 비용 장점을 달성하기 위해 센서 제어 유닛을 생략할 수 있는 가능성을 제공하기는 하지만, 세라믹에 비해 훨씬 더 높은 열 전도도로 인해, 재생을 위해 필요한 가열 용량이 제어 가능하게 유지될 정도로 양호하게 인터디지탈 전극 측정 영역을 열 절연하기 위해, 공정 기술과 관련하여 상당한 비용이 소요된다. 그 밖에도, 규소는, 센서의 장점들이 전혀 효과를 발휘하지 못하거나, 또는 예컨대 취성과 같은 다른 특성들이 바람직하지 못한 센서의 영역들에서 재료로서 사용하기에는 너무 고가이다.

그러므로 본 발명의 과제는 공지된 센서들의 단점들을 적어도 폭넓게 방지할 수 있는, 입자, 특히 매연 입자를 검출하기 위한 센서를 제공하는 것이다.

입자, 특히 매연 입자를 검출하기 위한 본 발명에 따른 센서는 2개 이상의 측정 전극과 하나의 가열 부재를 포함하고, 측정 전극들은 전기 절연 재료로 이루어진 칩 상에 배치되고, 센서는 또한 세라믹 기판을 포함하고, 이 세라믹 기판 상에는 가열 부재가 배치되며, 칩은 세라믹 기판과 연결된다.

세라믹 기판은 리세스부를 포함할 수 있으며, 칩은 리세스부 내에 배치된다. 세라믹 기판은, 이 세라믹 기판이 리세스부 내에서 칩을 고정하도록 형성될 수 있다. 측정 전극들은 세라믹 기판을 통해 전기 접촉될 수 있으며, 특히 세라믹 기판 상의 2개 이상의 스트립 도체를 통해 전기 접촉될 수 있다. 측정 전극들은 상호 간에 맞물리는 방식으로 형성될 수 있다. 측정 전극들은 원형으로, 그리고/또는 별 모양으로 칩 상에 배치될 수 있다. 세라믹 기판은, 측정 전극들이 배치되는 칩의 표면을 부분적으로 덮을 수 있다. 세라믹 기판은, 칩의 표면의 원형, 타원형, 장방형 또는 다각형 영역이 노출되도록 칩을 덮을 수 있으며, 전극들은 원형 영역의 내부에 배치된다. 세라믹 기판은 층 구조를 포함할 수 있다. 층 구조는 가열 부재가 배치되는 하나 이상의 제 1 층과, 하나 이상의 제 2 층을 포함할 수 있으며, 제 2 층은, 측정 전극들이 배치되는 칩의 표면을 부분적으로 덮도록 배치된다. 제 2 층은 측정 전극들의 전기 접촉을 위한 스트립 도체들을 포함할 수 있다. 세라믹 기판은, 측정 전극들이 배치되는 칩의 표면 쪽으로 라운딩되는 방식으로 형성될 수 있다. 칩은 가열 부재에 접촉할 수 있다. 칩은 500㎛ 내지 800㎛, 바람직하게는 550㎛ 내지 750㎛, 더 바람직하게는 600㎛ 내지 700㎛의 두께를 가질 수 있다. 칩은 2㎜ 내지 4㎜, 바람직하게는 2.5㎜ 내지 3.5㎜, 더 바람직하게는 2.75㎜ 내지 3.25㎜의 폭을 가질 수 있다. 칩은 적어도 부분적으로 무기 반도체 재료로 제조될 수 있다. 칩은 예컨대 실질적으로 규소로 제조될 수 있다.

본 발명의 의미에서 입자란, 예컨대 매연 또는 분진 입자처럼, 특히 전기 전도성 입자를 의미한다.

측정 전극이란, 본 발명의 범위에서, 전류-전압 측정을 위해 적합한 전극을 의미한다.

전류-전압 측정이란, 본 발명의 범위에서, 측정 전극들에 정해진 전압이 인가되어 측정 전극들 사이에서 전류 흐름이 측정되거나, 또는 측정 전극들에 전류가 인가되어 측정 전극들 사이에서 전압이 측정되는, 측정을 의미한다. 전류-전압 측정은 특히 저항 측정일 수 있으며, 측정 전극들 및 기판에 의해 형성되는 구조의 저항이 측정될 수 있다. 예컨대 전압 제어식 또는 전압 조절식 측정, 및/또는 전류 제어식 및/또는 전류 조절식 측정이 수행될 수 있다. 전류 및/또는 전압의 인가는 연속 신호의 형태로, 및/또는 맥동 신호의 형태로 수행될 수 있다. 따라서 예컨대 직류 전압 및/또는 직류 전류가 인가될 수 있고 전류 응답 또는 전압 응답이 검출될 수 있다. 대안으로서, 맥동 전압 및/또는 맥동 전류가 인가될 수 있고 전류 응답 내지 전압 응답이 검출될 수 있다.

그러므로 본 발명의 범위에서, 측정 변수란, 전류-전압 측정을 통해 검출되고 따라서 전류 또는 전압일 수 있는 변수를 의미한다. 이로부터 유도되는 전기 저항도 측정 변수로서 사용될 수 있다.

인터디지탈 전극들이란, 본 발명의 의미에서, 상호 간에 맞물리도록, 특히 빗 모양으로 상호 간에 맞물리도록 배치되는 전극들을 의미한다.

전기 절연 재료란, 본 발명의 범위에서, 예컨대 세라믹처럼 전류 흐름을 방지하기에 적합한 모든 재료를 의미한다. 특히 규소 및/또는 알루미늄 산화물 및/또는 지르코늄 산화물이 사용될 수 있다.

가열 부재란, 본 발명의 의미에서, 측정 전극들 사이에 축적되는 입자들이 제거되는 방식으로 센서를 가열하기에 적합한 부재를 의미한다. 이는, 예컨대 주울 열로 변환되는 전기 에너지를 통해 수행될 수 있다. 예컨대 가열 부재는 저항성 가열 부재로서, 다시 말하면 전기 저항 트랙으로서 형성된다. 예컨대 가열 부재 상에는, 가열 부재의 스트립 도체들을 통해 흐르는 전류 흐름을 야기하는 전압이 인가된다. 스트립 도체들의 전기 저항으로 인해 열이 발생한다. 이 경우, 열은 특히 측정 전극들 사이의 기판의 영역들이면서 입자들이 침착된 상기 영역들로 방출된다. 이 경우, 약 700℃의 온도가 달성된다.

칩이란, 본 발명의 범위에서, 직육면체 또는 판 형태로 하우징 없는 기판을 의미한다. 상기 "베어 칩(bare chip)"은 완성된 웨이퍼를 장방형 부분들로 톱 절단하거나 쪼개는 것을 통해 획득될 수 있으며, 장방형 부분들 상에는 예컨대 측정 전극들과 같은 각각 하나의 완전한 기능성 부품이 배치된다.

본 발명의 범위에서, 세라믹 기판은 다층 구조를 포함한다. 다시 말하면, 세라믹 기판은 복수의 층 또는 필름으로 구성될 수 있다. 이 경우, 층이란, 소정의 높이로 단일의 재료가 평평하게 연장되는 평평한 연장부를 의미하며, 이런 평평한 연장부는 다른 부품들 위에, 사이에, 아래에, 또는 상에 배치될 수 있다.

이 경우, 칩의 두께란, 상기 유형의 층 구조의 배치 방향에 대해 평행한 치수, 다시 말하면 상하로 적층 배치되는 층들의 각각 최대 표면들에 대해 수직인 치수를 의미한다.

칩의 폭이란, 본 발명의 범위에서, 상기 유형의 층 구조에 대해 수직이며, 그리고 센서의 연장 방향에 대해 수직인 치수를 의미한다.

"실질적으로" 하나의 재료로 이루어진 제조란, 본 발명의 범위에서, 70 부피 퍼센트 이상 상기 재료로 각각의 부품을 제조하는 것을 의미한다. 예컨대 "부품은 실질적으로 규소로 제조된다"는 표현은, 부품이 70 부피 퍼센트 이상 규소로 제조된다는 것을 의미한다.

본 발명의 범위에서, 소정의 열적 및 기계적 내구성과 낮은 열 전도도를 제공하는 입증된 세라믹 다층 구조의 장점들은 규소 기술, 특히 미세 구조화 가능성의 장점들과 조합된다. 이 경우, 측정 기능에 최적인 규소 부품이 세라믹 기판 내에 통합된다. 특히 민감도의 개선을 위한 미세 구조화는, 측정 전극들만을 포함하고 그 자체로서 움직이지 않게 세라믹 구조 내의 상응하는 리세스부 내로 삽입되는 규소 칩으로 국한된다. 이는, 규소가 고가의 재료로서, 기능적인 장점들을 제공하는 위치에서만 사용된다는 장점을 제공하며, 그럼으로써 웨이퍼당 규소 칩의 수율이 증가된다. 규소 칩 상에는 공지된 방법들로 백금이 박막으로 스퍼터링되고 포토리소그래피 방식으로 구조화될 수 있으며, 그럼으로써 예컨대 갭들(gap) 및 전극 폭들과 같은 최대 1㎛의 구조 크기들이 실현될 수 있다. 이런 조치를 통해, 12V의 전위차에서 1mA 크기의 센서 신호 전류가 달성될 수 있고, 측정 전극 구조의 디자인에 따라서 추가로, 예컨대 종래의 센서들의 경우 300s에 비해 30s처럼, 세라믹 부재의 경우에서보다 훨씬 더 짧은 트리거 시간들이 달성될 수 있다. 그 밖에도, 칩 재료로서의 규소는 온도 레벨에 따라서 15배 내지 30배 더 높은 열 전도도와, 전체적으로 예컨대 지르코늄 이산화물과 같은 세라믹 재료보다 더 높은 열 확산율을 가지며, 그럼으로써 측정 전극들의 영역에서 재생 주기를 위한 가열 동안 가열 시간이 더 빨라짐과 동시에 더 균일한 온도 분배가 나타난다. 재생을 위해 최대로 필요한 가열 출력의 제한을 위해, 막대형 센서의 나머지 영역들은, 하우징 내로 가열 출력의 방출을 최소화하기 위해 낮은 열 전도도를 갖도록 하는 것이 중요하다. 이는, 규소 칩을 위한 캐리어 재료로서 세라믹을 사용하는 것을 통해 보장된다.

본 발명의 추가의 선택적 상세내용들 및 특징들은 도면들에 개략적으로 도시되어 있는 바람직한 실시예들의 하기 기술내용에 제시된다.

도 1은 입자를 검출하기 위한 본 발명에 따른 센서의 길이방향을 따라서 도시한 횡단면도이다.
도 2는 칩을 도시한 사시도이다.
도 3은 칩을 도시한 횡단면도이다.
도 4는 입자를 검출하기 위한 본 발명에 따른 센서를 도시한 평면도이다.

도 1에는, 예컨대 내연기관의 배기가스 흐름과 같은 가스 흐름에서 입자, 특히 매연 입자를 검출하기 위한 센서(10)의 횡단면도가 도시되어 있으며, 상기 센서는 자동차의 배기가스 시스템 내에 장착하기 위해 사용된다. 예컨대 센서(10)는 매연 센서로서 형성되어 바람직하게는 디젤 내연기관을 장착한 자동차의 탄소 미립자 필터의 하류에 배치된다.

센서(10)는 기판(12)을 포함한다. 기판(12)은, 예컨대 지르코늄 이산화물과 같은 세라믹으로 제조되거나 구성된다. 따라서, 기판(12)은 세라믹 기판이다. 또한, 센서(10)는 하나의 가열 부재(14)와 2개의 측정 전극(16)을 포함한다. 측정 전극들(16)은 전기 절연 재료로 이루어진 하나의 칩(18) 상에 배치된다. 측정 전극들(16)은, 칩(18)의 표면 상에 증착되는 얇은 절연 중간층 상에도 배치될 수 있다. 특히 칩(18)은 적어도 부분적으로 무기 반도체 재료로 제조된다. 예컨대 칩(18)은 실질적으로 규소로 제조된다. 도시된 실시예의 경우, 칩(18)은 예컨대 완전하게 규소로 제조된다.

세라믹 기판(12)은 특히 층 구조(20)를 포함한다. 층 구조(20)는 제 1 층(22)과, 제 2 층(24)과, 제 3 층(26)에 의해 형성된다. 제 1 층(22) 및 제 3 층(26)은 도 1의 종단면도에서 가열 부재(14)를 샌드위치의 유형으로 에워싼다. 그러나 자명한 사실로서, 가열 부재(14)는, 실제로 이 가열 부재(14)가 전면적으로 제 1 층(22) 및 제 3 층(26)에 의해 에워싸이도록, 제 1 층(22)과 제 3 층(26) 사이에 통합된다. 가열 부재(14)의 반대 방향으로 향해 있는 제 3 층(26)의 면 상에는 온도 센서(28)가 배치될 수 있다.

또한, 제 1 층(22)은 리세스부(30)를 포함하고, 이 리세스부 내에 칩(18)이 배치된다. 가열 부재(14)와 칩(18)은 반드시 층 구조(20)의 동일한 세라믹 층(22) 내에 배치되지 않아도 된다. 도 2 및 도 3에 나타나는 것처럼, 칩(18)은 실질적으로 직육면체 형태로 형성된다. 예를 들면, 칩(18)은 500㎛ 내지 800㎛, 바람직하게는 550㎛ 내지 750㎛, 더 바람직하게는 600㎛ 내지 700㎛의 두께, 예컨대 675㎛와 같은 두께를 갖는다. 칩(18)의 두께는 층들(22, 24, 26)의 배치 방향에 대해 평행한 치수이며, 도 1에서 상부에서 하부 방향으로, 또는 그 반대 방향으로 연장된다. 칩(18)은, 2㎜ 내지 4㎜, 바람직하게는 2.5㎜ 내지 3.5㎜, 더 바람직하게는 2.75㎜ 내지 3.25㎜의 폭, 예컨대 3.0㎜와 같은 폭을 갖는다. 칩(18)의 폭은 층들(22, 24, 26)에 대해 평행하고 센서(10)의 세로 연장 방향에 대해 수직인 치수이다. 도 1에서, 폭은 도면 평면에 대해 수직으로 연장되며, 도 4에서 폭은 상부에서 하부 방향으로, 또는 그 반대 방향으로 연장된다.

측정 전극들(16)이 배치되는 칩(18)의 표면(32) 상에는 예컨대 2.5㎛의 두께를 갖는 얇은 산화물 층(33)이 배치될 수 있다. 산화물 층(33)은 측정 전극들(16)의 확실한 전기 절연에 사용되며, 그리고 칩(18)에 대한 기판 재료로서 규소가 사용되는 경우, 이른바 열 산화물로서 약 1000℃의 고온에서 시간 제어 방식으로 최대 5㎛까지의 두께로 성장하는 규소 이산화물로 구성된다. 측정 전극들(16)은 예컨대 원형으로 및/또는 별 모양으로 칩(18) 상에 배치될 수 있다. 측정 전극들(16)은 예컨대 150㎜의 두께를 가질 수 있다. 예컨대 측정 전극들(16)은 박막 공정에 의해 스퍼터링되고 표면(32) 상에 포토리소그래피 방식으로 구조화된다. 예컨대 측정 전극들(16)은 백금 박막으로서 존재한다.

도 2에는, 예컨대 측정 전극들(16)의 별 모양 구조가 도시되어 있다. 대안으로서, 측정 전극들(16)의 막대형 구조도 가능하며, 표면(32) 및 센서(10)의 정체점 유동을 위해서는 별 모양 구조가 바람직한데, 그 이유는 그 경우 측정 전극들이 상대적으로 더 빠른 응답 시간 및 상대적으로 더 높은 민감도에 대한 가능성을 갖기 때문이다. 그러나 자명한 사실로서, 측정 전극들(16)의 선형 배치 내지 빗 모양의 상호 간 맞물림도 가능하다. 이런 구조는 예컨대 센서(10)의 종방향 유동을 위해 적합하다.

도 1을 참조하면, 제 2 층(24)은 칩(18)의 표면(32)을 부분적으로 덮는 것이 확인된다. 예컨대 제 2 층(24)은, 예컨대 도 4에 도시된 것처럼, 표면(32)의 원형 영역(34)이 노출되도록, 표면(32)을 부분적으로 덮을 수 있다. 영역(34)은 대안으로서 타원형, 장방형, 또는 다각형으로 형성될 수 있다. 노출된 영역(34)의 내부에는 측정 전극들(16)이 배치된다. 또한, 제 2 층(24)은 표면(32) 쪽으로 라운딩되는 방식으로, 예컨대 라운딩된 단차부(36)의 형태로 형성될 수 있다. 또한, 제 2 층(24)은 자신의 하면(38) 상에, 다시 말하면 제 1 층(22)으로 향해 있는 면 상에 측정 전극들(16)의 전기 접촉을 위한 2개의 스트립 도체(40)를 포함한다. 도 1 및 도 2에 나타나는 것처럼, 스트립 도체들(40)은, 자신들이 측정 전극들(16)과 전기 접촉될 수 있도록, 칩(18)의 표면(32)을 부분적으로 덮는다.

세라믹 기판(12)과 특히 제 2 층(24)은 리세스부(30) 내에서 칩(18)을 고정한다. 칩(18)은 측정 전극들(16) 또는 표면(32)에 대향하면서 칩(18)의 하면을 형성하는 표면(42)으로 가열 부재(14)에 접촉하며, 그럼으로써 가열 부재(14)로부터 유입되는 가열 출력은 곧바로 칩(18) 내로, 그리고 측정 전극들(16)에 도달할 수 있게 된다.

전체 센서(10)는 예컨대 1㎜의 두께와, 4㎜의 폭과, 60㎜의 길이를 갖고, 센서의 길이 또는 세로 연장 방향은 도 1의 도면에서 좌측에서 우측 방향으로, 그리고 그 반대 방향으로 향하는 치수이다. 측정 전극들(16), 가열 부재(14), 및 온도 센서(28)는 함께, 10㎛ 내지 20㎛의 두께, 예컨대 15㎛와 같은 두께를 갖는다. 칩(18)은, 예컨대 층들(22, 24, 26), 가열 부재(14), 온도 센서(28) 등과 같은 센서(10)의 나머지 부품들과 별도로 제조될 수 있다. 측정 전극들(16)은 예컨대 칩(18) 상에서 별도로, 다시 말하면 칩(18)이 리세스부(30) 내로 삽입되기 전에 제조될 수 있다. 그러나 칩(18)을 삽입한 후에 측정 전극들(16)을 제조할 수도 있다. 예컨대 측정 전극들(16)은 150㎚의 층 두께를 갖는 상기 백금 박막의 형태로 적층된다. 이처럼 마련된 칩(18)은 그 다음 기판(12)의 리세스부(30) 내로 삽입될 수 있다. 제 2 층(24)은 예컨대 칩(18)을 고정하기 위해 커버 필름으로서 사용된다. 다른 한편으로, 제 2 층(24)의 하면 상에는 측정 전극들(16)의 전기 접촉을 위한 스트립 도체들(40)이 부착된다. 스트립 도체들(40)뿐만 아니라, 칩(18)의 표면 상에서 측정 전극들(16)의 접촉면들은, 예컨대 칩(18)을 위한 리세스부(30)의 헐거운 끼워 맞춤과 같은 모든 공차를 고려해서 상호 간 중첩이 모든 조건에서 보장되도록 치수 설계된다.

제 1 층(22)은 바람직하게는 칩(18)의 윤곽에 매칭되면서 규소 칩(18)과의 충분한 중첩 영역을 보장하는 리세스부(30)를 포함한다. 그 결과, 상기 규소 칩은 조립 및 최종 소결 후에 확실하게 고정될 수 있다. 특히 제 1 층(22)의 두께가 매칭되면, 소결 공정 동안 세라믹 기판(12)의 수축으로 인해 칩(18)과 측정 전극들(16)의 의도하는 예비 응력과 그에 따른 양호한 접촉이 이루어지는 것이 달성된다. 칩(18)은, 앞서 언급한 것처럼, 자신의 하면으로 직접 가열 부재(14) 상에 위치하며, 그럼으로써 가열 출력을 전달할 때 뚜렷한 손실은 발생하지 않게 된다. 라운딩된 단차부(36)의 형성은, 여기서 유동이 반경 방향에서 안쪽에서 바깥쪽을 향해 방해받지 않으면서 측정 전극들(16)을 따라서 진행되기 때문에, 바람직한 반면, 종방향 유동의 경우에는 상류에 위치하는 단차부가 상황에 따라 센서 신호에 작용하는 간섭을 형성한다.

또한, 센서(10)는 도시되지 않은 하우징을 포함할 수 있으며, 이 하우징은 도 1에 도시된 구조를 에워싸지만 센서(10)의 구조의 설명의 간소화를 이유로 도 1에는 도시되어 있지 않다. 예컨대 하우징은, 측정 전극들(16)의 상부에 위치하는 영역에 개구부를 구비하여 배기가스 시스템 내에서 흐르는 가스 유름의 안정화를 위해 사용되는 캐치 슬리브(catch sleeve)로서 형성될 수 있으며, 그럼으로써 매연 입자들 또는 가스 흐름 내에 포함된 기타 입자들은 바람직하게는 측정 전극들(16)의 영역에 침착된다.

도 1에 도시된 센서(10)는 하기와 같이 작동할 수 있다. 칩(18)의 표면(32) 상에 매연 입자들 내지 기타 전기 전도성 입자들이 침착되면, 두 측정 전극(16) 사이의 전기 저항은 감소된다. 전기 측정 전압의 작용하에 침착되는 입자들, 특히 매연 입자들은 빗 모양으로 상호 간에 맞물리는 측정 전극들을 단락시키며, 측정 전극들(16) 사이에서는, 인가되는 전압이 일정한 경우, 감소하는 저항 또는 증가하는 전류가 측정될 수 있다. 이는, 전류-전압 측정을 통해 확인될 수 있다. 예컨대 두 측정 전극(16) 사이의 임피던스의 측정을 통해, 이른바 RC 회로에 대해 전형적인 거동이 나타난다. 이는, 해당하는 배기가스 내의 매연 또는 입자 농도가 RC 회로의 저항 성분의 시간별 변화량에 따라서 결정될 수 있음을 의미한다.

센서(10)의 재생을 위해, 축적된 입자들은 일정한 시간 후에 세라믹 기판(12) 내에 통합된 가열 부재(14)에 의해 연소될 수 있다. 센서(10)가 적절하게 기능할 경우, 상기와 같은 가열 후에 측정 전극들(16) 사이의 저항은 분명하게 상승해야 하고 바람직하게는 무한대가 되어야 한다.

10 센서
12 기판
14 가열 부재
16 측정 전극
18 칩
20 층 구조
22 제 1 층
24 제 2 층
26 제 3 층
28 온도 센서
30 리세스부
32 표면
36 라운딩된 단차부
38 하면
40 스트립 도체

Claims

입자, 특히 매연 입자를 검출하기 위한 센서(10)로서, 상기 센서(10)는 2개 이상의 측정 전극(16)과 하나의 가열 부재(14)를 포함하고, 상기 측정 전극들(16)은 전기 절연 재료로 이루어진 칩(18) 상에 배치되고, 상기 센서(10)는 또한 세라믹 기판(12)을 포함하고, 상기 기판 상에는 상기 가열 부재(14)가 배치되며, 상기 칩(18)은 상기 세라믹 기판(12)과 연결되는, 센서(10).
제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 기판(12)은 리세스부(30)를 포함하며, 상기 칩(18)은 상기 리세스부(30) 내에 배치되는, 센서(10).
제 2 항에 있어서, 상기 세라믹 기판(12)은, 상기 세라믹 기판(12)이 상기 리세스부(30) 내에 상기 칩(18)을 고정하도록 형성되는, 센서(10).
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 전극들(16)은 상기 세라믹 기판(12)을 통해, 특히 상기 세라믹 기판(12) 상의 2개 이상의 스트립 도체(40)를 통해 전기 접촉될 수 있는, 센서(10).
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 전극들(16)은 상호 간에 맞물리는 방식으로 형성되는, 센서(10).
제 5 항에 있어서, 상기 측정 전극들(16)은 원형으로 및/또는 별 모양으로 상기 칩(18) 상에 배치되는, 센서(10).
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판(12)은, 상기 측정 전극들(16)이 배치되는 상기 칩(18)의 표면(32)을 부분적으로 덮는, 센서(10).
제 7 항에 있어서, 상기 세라믹 기판(12)은, 상기 칩(18)의 표면(32)의 원형, 타원형, 장방형 또는 다각형 영역(34)이 노출되도록, 상기 칩(18)을 덮으며, 상기 측정 전극들(16)은 상기 원형 영역(34)의 내부에 배치되는, 센서(10).
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판(12)은 층 구조(20)를 포함하는, 센서(10).
제 9 항에 있어서, 상기 층 구조는, 상기 가열 부재(14)가 배치되는 하나 이상의 제 1 층(22)과, 하나 이상의 제 2 층(24)을 포함하며, 상기 제 2 층(24)은, 상기 측정 전극들(16)이 배치되는 칩(18)의 표면(32)을 부분적으로 덮도록 배치되는, 센서(10).
제 10 항에 있어서, 상기 제 2 층(24)은 상기 측정 전극들(16)의 전기 접촉을 위한 스트립 도체들(40)을 포함하는, 센서(10).
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판(12)은, 상기 측정 전극들(16)이 배치되는 상기 칩(18)의 표면(32) 쪽으로 라운딩되는 방식으로 형성되는, 센서(10).
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칩(18)은 상기 가열 부재(14)에 접촉하는, 센서(10).
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칩(18)은 적어도 부분적으로 무기 반도체 재료로 제조되는, 센서(10).