[发明专利]用于制造传感器载体的方法、传感器载体和传感器

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造传感器载体的方法。此外，本发明还涉及传感器载体和传感器。

背景技术

遭受高的压力和温度的传感器例如是燃烧室压力传感器，其被构造用于检测在内燃发动机的燃烧过程期间压力变化曲线。这种燃烧室压力传感器在此与燃烧室直接连接。根据车辆类型和内燃发动机类型在此在燃烧室中可以达到90至250巴（bar）的压力和摄氏600°之上的温度。因此必须将燃烧室压力传感器构建为使得该燃烧室压力传感器即使在所述温度和压力下也能无问题地工作。

但是传统的传感器限于250-300℃的运行温度，由可供使用的玻璃和金属原料的耐热性所决定，其中所述玻璃和金属原料被用于传感器载体并且用于机械固定并且电接触传感器元件，并且不适于经受住所述温度和压力。

构成传感器衬底的已知传感器载体此外在其热膨胀方面经常高于Si或SiC的热膨胀，所述Si或SiC是传感器元件的典型组成部分。基于传感器载体和传感器元件的不同的热膨胀系数，尤其是在传感器处的快速温度变换时出现在传感器元件和传感器载体之间的大的机械应力，其中利用所述传感器载体，传感器元件机械地并且电地连接，由此在最坏情况下，在传感器载体和传感器元件之间的连接松开并且传感器在功能上不再能够工作。

EP 1 180 230 A1描述了一种由锆石-堇青石陶瓷制成的陶瓷体和用于其制造的方法。该发明的陶瓷体具有与硅的热膨胀系数匹配的热膨胀系数。用于制造该陶瓷体的方法包括非常多的方法步骤并且因此在一定程度上从而是非常劳动密集的和成本密集的。

发明内容

本发明公开了具有权利要求1的特征的用于制造传感器载体的方法。此外本发明还公开了具有权利要求8的特征的传感器载体、以及具有权利要求13的特征的传感器。

相应地，规定：

用于制造传感器载体的方法，具有下面的方法步骤：

a）提供粉末混合物，该粉末混合物按预定的混合比例具有ZrO₂、SiO₂和堇青石；

b）将粉末混合物研磨和/或均匀化，使得粉末混合物具有10μm的最大粒度；

c）由该粉末混合物成型生坯（Grünling）；

d）将导电结构施加到生坯上；

e）将生坯反应烧结成由硅酸锆-堇青石-陶瓷制成的传感器载体，其中所述导电结构被烧结成气密的金属组织。

此外设置由硅酸锆-堇青石-陶瓷制成的传感器载体，其具有导电结构，该导电结构伸展在传感器载体上和/或伸展穿过传感器载体。

此外，设置具有本发明传感器载体和具有传感器元件的传感器，所述传感器元件被固定在传感器载体上并且电耦合到导电结构上。

本发明的优点

本发明提供用于制造由非常温度和压力稳定的硅酸锆-堇青石-陶瓷制成的传感器载体的方法，所述硅酸锆-堇青石-陶瓷即使在高温度下也能够实现与平行伸展的印制导线在小距离情况下良好的电绝缘并且同时是非常简单并且成本低的。

这样制造的传感器载体具有非常小的孔隙度，并且由ZrO₂和SiO₂的原始原材料构成，其中在反应烧结期间形成硅酸锆，并且作为第三组成部分在组织中包围所添加的完成合成的、精陶瓷的堇青石颗粒。

传感器载体的基质因此包含机械上非常稳定的ZrSiO₄并且从而能够实现比其它原料更高的强度和硬度。此外，通过这种方式提供具有低热膨胀系数的传感器载体。堇青石添加剂用于使得硅酸锆-堇青石-陶瓷的热膨胀系数与Si或SiC的值平衡，由此实现传感器载体的热膨胀系数与传感器元件的热膨胀系数的匹配，该传感器元件通常部分地具有Si和/或SiC。

由此，能够绝大部分地避免由于传感器元件和传感器载体的不同热膨胀系数而产生的机械应力。

按照本发明的方法因此提供了用于新型传感器载体的原料系统，该传感器载体由于其比较低的烧结温度也适用于与导电结构、例如被印制上的内部印制导线或例如由铂或钯制成的电阻共烧，用于制造气密的单片传感器载体。

基于陶瓷的化学成分，该传感器载体以及传感器也在高的温度范围中在同时良好的电绝缘情况下具有直至至少850℃的耐热性和良好的化学耐蚀性。

这样制造的传感器载体或传感器具有下面的优点：

-高的耐热性（直至至少850℃）；

-高的耐温度变换性；

-在高温度下在直至250巴的脉冲式压力负荷情况下的气密性；