【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様によれば、セラミック製の本体を有するセンサ素子について記載される。その場合、NTCセラミックが関係することが望ましい。例えばセラミックはY、Ca、Cr、Al、O元素を含むペロフスカイト型構造、またはNi、Co、Mn、O元素を含むスピネル構造を有する。センサ素子は特に温度測定用として設計される。
【0006】
センサ素子は少なくとも1つの電極を有する。電極は本体に、特に本体の側面に配置される。2つの電極が本体に配置されることが望ましい。例えば、1つの別の電極は本体の、特に反対側にある別の側面に配置される。センサ素子は例えば立方体様に形成される。電極は例えば本体の上側と下側に配置される。以下において、一方の電極を詳細に説明するが、その説明は別の電極に対しても同様に当てはまる。
【0007】
望ましくは、電極全体は層状に形成される。電極は複数の層を有する。
【0008】
電極はニッケルを含む少なくとも1つの層を有する。層はニッケルによって構成することもできる。
【0009】
ニッケル含有層は、特にセラミックへの特に良好な機械的及び電気的接続(結合)を可能にする。例えばセラミックへの低抵抗接触を達成することができる。さらにニッケル含有層は、異なる材料から成る接触片によるセンサ素子の確かな接触を可能にする。それによって用途における高い適応性が実現できる。例えばこのような電極は、金含有の、銀含有の、アルミニウム含有の、または銅含有の接触片の接続を可能にする。望ましくは、接触片の材料及び電極の材料は、例えば被覆層の材料に互いに適応させられる。例えば、金含有の接触片において金含有の被覆層が、及びアルミニウム含有の接触片においてアルミニウム含有の被覆層が使用される。
【0010】
例えば、ニッケル含有層はスパッタリングされる。例えばニッケル含有層は本体のセラミックに直接つけられ、従ってセラミックに直接接触する。
【0011】
一実施形態において、ニッケル含有層は付加的にわずかな割合のバナジウム(a vanadium fraction)を含む。わずかな割合のバナジウムは、特にスパッタリングによる製造技術上の理由から有利である。例えば、バナジウムはニッケル含有層に7%の重量割合で存在する。ニッケルは例えば93%の重量割合で存在する。
【0012】
ニッケル含有層の厚さは、例えば0.3μm〜10μmの範囲内である。
【0013】
例えば全ての層がスパッタリングによって形成される。例えば、全ての層がスパッタリングで形成される。電極は焼き付けられた(burnt-in)ペーストを含まないことが望ましい。
【0014】
スパッタリングで形成される電極の場合、特に例えば700℃〜900℃の温度での金属被覆ペーストに対する焼き付け(burning-in)を省略できることにより、製造工程におけるセンサ素子に対する熱的負荷が小さいという利点が存在する。さらにスパッタリング工程は、例えばペースト塗布とペースト乾燥とその後の焼き付けのような、焼き付け電極のための加工コストを省くことができるので、特に低コストでの製造を可能にする。また、スパッタリング方式は電極用の広範な材料選択を可能にする。このように、接触要素の材料と固定に関する広範な自在性も達成される。
【0015】
例えば、電極とは薄膜電極である。例えば電極全体で0.3μm〜30μmの範囲の厚さを有する。一実施形態において、電極は直接重なりあって配置される複数の層を有する。
【0016】
例えば、電極は1つの上部層と1つの下部層とを有する。下部層は、望ましくは本体のセラミックに直接接触する。上部層は例えば下部層の上に直接形成される。望ましくは、両層はスパッタリングされる。電極は2つ以上の層を有することもできる。
【0017】
例えば、下部層はクロムを含む(comprise)か、またはクロムによって構成(composed of)される。クロム含有層は特にセラミックに対して接着促進の役割を果たすので有利である。
【0018】
例えば、上部層はニッケルを含むか、またはニッケルによって構成される。付加的に上部層はわずかな割合(fraction of)のバナジウムを含むことができる。
【0019】
一実施形態において、電極は付加的に被覆層を有する。被覆層は電極の最上層であり、したがって電極の上向き方向の最後を構成する。
【0020】
被覆層の下にある電極の部分も電極ベースと呼ぶことができる。その場合、それは特に1つまたは複数の層を含むことがある。
【0021】
例えば被覆層は酸化抑制金属を含む。特に被覆層は銀、金、銅及びアルミニウムから成る群から選択される少なくとも1つの材料を含むことができる。被覆層は、錫を含むこともできる。望ましくは、被覆層はスパッタリングで形成される。
【0022】
被覆層によって電極の腐食、特に被覆層の下にある電極の層の腐食は防止できる。さらに被覆層は電極の機械的な負荷能力も改良することができる。
【0023】
それの代りにまたはそれに付け加えて、被覆層は接触要素との接触に対して有利である。一実施形態において接触要素は被覆層に直接固定される。
【0024】
例えば、特に低温における圧力のかかった状態での焼結を用いる接触要素の結合のケースにおいて、銀含有の、または銀で構成される被覆層が有利である。接触要素はこのケースにおいて、望ましくは、被覆層に直接取り付けられる。接触要素の半田付け接続において、例えば金含有の、または金で構成される被覆層が有利である。特にそれによって移行抵抗性のある結合が達成できる。望ましくは、半田材料は無銀及び無鉛である。ボンディングにおいて、例えば金含有のまたは金で構成される被覆層に金線を固定することができる。
【0025】
一実施形態において、接触要素は部分的に被覆層によって被覆される電極の一部に固定される。例えば被覆層は電極ベースの一部へのみ取り付けられるので、電極ベースの一部には被覆層がない。この場合、電極の電気的接触は電極ベースに対して直接行われる。被覆層は例えば電極ベースの露出部分に対する酸化防止の役割を果たす。
【0026】
例えば被覆層は0.05μm〜20μmの範囲の厚さを有する。電極ベース、すなわち電極の残部は、例えば0.3μm〜10μmの範囲の厚さを有する。
【0027】
一実施形態において、センサ素子は、電極に固定される少なくとも1つの接触要素を有する。望ましくは、それぞれセンサ素子の2つの電極の一方に固定される2つの接触要素が存在する。望ましくは、接触要素は電極に直接固定される。
【0028】
例えば、接触要素は導線の形状である。導線は、断面を丸く形成することができ、あるいは接続位置において平坦な形状にすることができる。さらに、導線は矩形あるいは平坦な断面を有する線材も使用できる。その場合、導線は例えばセンサ素子の電気的接続のために接続要素として使用される短い導線ブリッジも含めることができる。特に、例えば電極に細線ボンディングで固定する細い導線も含めることができる。
【0029】
接続要素は例えば支持体に配置すること、支持体の一部にすること、または支持体としての形状を採ることができる。例えば接続要素は、回路基板上の導通路を含めることができ、またはそのような形式の支持体の金属被覆も含めることができる。
【0030】
接触片を、支持体上に配置することができ、支持体の一部にすることができ、または支持体としての形状を採ることもできる。一実施形態において、接触片は同時にセンサ素子の支持体を構成し、支持体の一体化された構造部材とすることもできる。この場合、センサ素子の電極は、望ましくは支持体に直接、すなわち、独立した別の接触要素なしに固定される。例えば接触片は、この場合、太線ボンディングによって電極に固定される。
【0031】
一実施形態において、接触片は独立した接触要素の形状である。特に接触片は支持体と一体の構成要素ではない。接触片は例えば溶接またはボンディングによって支持体に固定することができる。
【0032】
センサ素子の温度耐性は、これらの接続技術によって改良できることがわかった。特に接触要素と電極間の接触位置、すなわち接続位置は、良好な長期安定性を示す。半田のない、特に銀のない構造において、移行抵抗も改良される。
【0033】
本発明の別の一態様に基づいて、上記のようなセンサ素子を備えたセンサ装置が提示される。センサ装置は本体を支持するための支持体を有する。本体は、望ましくは支持体に固定される。支持体は、支持体の向きが変わったとしても、支持体の形状が変わることなく、あるいは、本体の位置の変更が発生することなく、本体を固定位置に支持する固有の安定性を有することが望ましい。
【0034】
支持体は本体を支持する機能の他に本体の電気的接続のための役割を果たす。支持体は導電性を有する形式であってもよく、導電性の部品を有していてもよい。特に、本体は支持体に導電性を有するような方式に接続することができる。
【0035】
センサ素子の電極は支持体に、例えば溶接またはボンディングによって、または焼結によって接続され、特に電気的に接続される。接続は直接的または間接的のいずれでもよい。
【0036】
一実施形態において、センサ素子の電極は支持体に電気的に直接接続される。この場合、上述した接触片は同時に支持体としての機能を果たすことができ、または支持体の一部を構成することができる。例えば、電極は支持体にボンディング、特に太線ボンディングによって、または焼結によって接続される。
【0037】
一実施形態において、電極は間接的に支持体に電気的に接続される。特に接触片は独立した接触要素として且つ支持体に一体化されていない構成要素として形成される。電極はこの場合は、接触要素を介して支持体に接続される。接触要素は溶接またはボンディングによって電極に接続される。例えばそれは接触要素において導線、例えば導線ブリッジ等導線が含まれる。
【0038】
一実施形態において、センサ装置はプローブの形式をとる。プローブは例えば流動媒体のパラメータ、特に温度を測定するために使用される。例えばプローブは管の壁の開口を通して差し込む。支持体は例えば電極に接続される太い、形状が安定した導線を有する。導線は例えば電極に太線ボンディングによって直接固定される。代替的に導線は導線ブリッジを介しても電極に接続することができる。
【0039】
一実施形態において、支持体は回路基板の形状を成している。特に回路基板はセンサ素子の電極に電気的に接続される導通路を有する。電極は導通路に接触要素、例えば導線ブリッジによって、溶接またはボンディングによって接続できる。センサ素子は導通路上の別の電極に装着し、導通路に固定できる。例えば別の電極は導通路に、例えば低温における圧力のかかった状態で焼結させることができる。
【0040】
センサ装置は、センサ素子を少なくとも部分的に取り囲むカバーを有することができる。支持体へのセンサ素子の機械的な固定はカバーを用いても行うことができる。
【0041】
本発明の別の態様によれば、セラミック製の本体を有するセンサ素子であって、少なくとも一つの電極が本体に配置され、電極は、少なくとも一つのスパッタリングされる層を有するセンサ素子が記載される。センサ素子は、上記した構造的、機能的特徴を全て備えていてもよい。
【0042】
本発明の更に別の一態様によれば、センサ素子の製造方法が記載される。セラミック製の本体が用意され、電極を形成するための少なくとも1つの層が本体上にスパッタリングされる。別の工程において、接触片がセンサ素子に固定される。例えば接触片は溶接またはボンディングによって固定される。
【0043】
本開示内容では、本発明の複数の態様が説明されている。センサ素子、センサ装置または方法に関して開示される全ての特徴は、対応するそれぞれ他の態様に関する開示でもあり、各特徴が各態様の個々の文脈で明示されていないとしても、開示されているものという扱いとする。
【0044】
ここで述べた主題は、以下に、模式的実施例を基に詳細に説明する。実施例は縮尺通りには記載されていない。