颗粒传感器和用于制造颗粒传感器的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于探测导电颗粒的颗粒传感器(10)。这种颗粒传感器(10)包括具有至少一个电极(12)的第一电极结构(14)和具有至少一个电极(16)的第二电极结构(18)，其中，第一电极结构(14)和第二电极结构(18)布置在电绝缘的基体(22)上，在第一电极结构(14)的电极(12)与第二电极结构(18)的电极(16)之间可产生电势差，基体(22)具有用于加热第一电极结构(14)和第二电极结构(18)的加热结构(28)，该加热结构至少部分地被基体(22)包围。由此可保护加热结构(28)并降低用于燃烧淀积在电极结构(14，18)上的颗粒所需的电压。本发明专利技术还涉及一种用于制造颗粒传感器(10)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有可加热的基体的颗粒传感器。本专利技术还涉及一种用于制造具有可加热的基体的颗粒传感器的方法。
技术介绍
在许多国家中，现行法律对于以汽油或柴油运行的机动车规定了用于测量废气中的炭黑颗粒浓度的传感器。已知的用于测量炭黑颗粒浓度的传感器的探测原理以在电极结构上淀积导电的炭黑颗粒为基础。这种导电颗粒的淀积可以反映在相应电极之间随时间的电阻减小或者电流增加上。在此能够以无负载的或者空载的传感器开始测量周期，该传感器在废气中承受导电颗粒。电阻降低到一定阈值以下的时间段可以作为废气中炭黑颗粒浓度的尺度。为了在富集地淀积导电颗粒以后可以再使用传感器，可以加热传感器，以使淀积的炭黑燃烧，然后可以开始另一测量周期。例如通过在欧姆加热元件中使用大的电压和电流，可以将传感器加热到必需的燃烧温度。提供高电压特别要求高的电耗费。在此应当注意的是，厚的传感器需要特别高的电压，但是薄的传感器只具有有限的机械稳定性。
技术实现思路
本专利技术的主题涉及一种用于探测导电颗粒的颗粒传感器，包括具有至少一个电极的第一电极结构和具有至少一个电极的第二电极结构，其中，第一电极结构和第二电极结构设置在电绝缘的基体上，其中，在第一电极结构的电极与第二电极结构的电极之间可以产生电势差，并且，所述基体具有用于加热第一和第二电极结构的加热结构，该加热结构至少部分地被基体包围。因此，这种颗粒传感器尤其是电阻式颗粒传感器并且可以以这种特性为基础：要探测的颗粒尤其是导电的，这些颗粒可以尤其基本由碳组成构造为炭黑颗粒。在此充分利用电导率验证淀积的炭黑颗粒。为此，所述颗粒传感器包括第一电极结构和第二电极结构，其中，第一电极结构和第二电极结构分别具有至少一个电极。在此，所述电极结构或者说电极结构的电极设置在电绝缘的基体上。在此所述电绝缘基体尤其可以是由电绝缘材料成形的基体，或者它原则上可以是导电的，但是具有电绝缘的盖层。在此在本专利技术范围内对于电绝缘尤其可以理解为，电阻率处于≥1kΩ的范围内，而对于导电尤其可以理解为，电阻率处于＜1kΩ的范围内。此外在本专利技术范围内对于绝热尤其可以理解为，导热能力或者说导热率处于≤15W/m/K的范围内，而对于导热尤其可以理解为，导热能力处于＞15W/m/K的范围内。如果设置在基体上的电极结构现在承受包括要探测的颗粒的气流，则颗粒淀积在电极结构上。由此，当在第一电极结构与第二电极结构之间建立电势时，例如通过设置并连接适合的电压源，可以实施电流测量、电压测量、电容测量和/或电阻测量。通过尤其改变流动的电流、主导的电压或主导的电阻，可以评估淀积的颗粒并由此评估气流中的颗粒浓度。因此，这种测量方法可以基于，淀积的导电颗粒能够实现不同电极结构的电极之间的电流或者降低电极之间的电阻。由此，通过将电流的加大或者电阻的减小量化，例如可以评估在电极结构上淀积的颗粒。这尤其可以通过观察电流或者电阻在时间上的变化来实现。在一定的测量持续时间后淀积的颗粒又被从传感器或电极结构去除，以使传感器再生并且启动另一测量周期。为此这种颗粒传感器具有加热结构。该加热结构尤其用于这样加热第一和第二电极结构，使得它们可以被置于燃烧温度，该温度足以使淀积的尤其炭黑颗粒燃烧或者氧化并由此从电极结构去除。在此，适合的燃烧温度可以位于500℃或以上的范围。为此所述加热结构尤其由导电和导热的材料构成并且用作欧姆加热器。在此，所述加热结构可以至少部分地被基体包围。换言之，所述加热结构布置在基体中并且被该基体或者基体材料至少部分地包围。通过将加热结构集成到尤其由电绝缘且尤其隔热的材料构成的基体中，可以使所述加热结构电绝缘并且另一方面在化学上是钝性的。因此所述加热结构相对于外部腐蚀作用或者其它影响是稳定的。在此所述加热结构在机械上是特别稳定的或者被稳定化的，并且相对于有效测量区域的机械附接热绝缘，由此可以使产生的热通过热传递例如向壳体中的流出减小或者最小化。此外这种颗粒传感器可以特别简单且成本有利地制造，因为只需很少且尤其成本有利的工艺步骤。然而尤其是，所述加热结构不仅相对于锚接或者机械附接隔热，而且还可以使产生的热良好地局部化。换言之，产生的热可以基本聚集在加热结构周围，或者说加热功率可以基本集中用于有效传感器表面或者说电极结构上的燃烧，因为实现了与环境并且尤其与到壳体上的附接的热脱耦。由此能够实现特别有效地加热电极结构，以便去除淀积的导电颗粒。由此能够以小的电压或电流去除淀积的颗粒。在用于颗粒传感器的再生的电流和/或电压方面的需求可以保持特别小，这在制造颗粒传感器时可以带来大的成本优势。在此，尽管加热结构布置在也隔热的、可以大致具有1W/mK范围内导热能力的基体中，也可以没有问题地加热电极结构，因为热分布的梯度大多发生在与高度相比较大的长度或宽度上，即在基体材料的面状延伸范围上，但是沿着高度方向，即使由于加热层与电极结构之间的小的、尤其可能位于1μm范围内的距离，也可以有用于产生合适的燃烧温度的足够热量从加热结构到达电极结构。因此，通过这种用于颗粒传感器的也被称为薄膜的可加热基体，即使在电绝缘层或者说衬底相对较大、例如约5mm×5mm的情况下，也可以毫无问题地产生淀积在电极结构上的颗粒的燃烧。在此不仅可以构成非常薄的颗粒传感器或者非常薄的基体，它们具有足够的机械稳定性并且只需小的电流或电压用于电极的再生。此外还能够实现电极结构以及加热结构例如在机动车的车载电路上的个性化的、在热方面以及在电方面的附接。在此，通过热聚集在电极结构的区域上，可以例如以机动车中常用的12V电压实施燃烧。因此，这种颗粒传感器包括处于基体中的机械稳定的、相对于锚接或附接隔热的并且电阻式的加热结构。该电阻式加热器的集成和基体或薄膜的制造可以在同样的工艺步骤中实现。这使得能够基于相对简单且成本有利的工艺步骤来生产用于炭黑颗粒传感器的有效稳定基体。对此所需的工艺原则上尤其由微机械领域大量公知。在一种方案的范围内，基体可以由二氧化硅构成和/或加热结构可以由硅构成。这些材料能够特别方便地通过本身公知的且在微机械中广泛使用的方法加工，由此能够实现特别简单的、广泛使用且成本有利的制造方法。此外，例如二氧化硅具有比硅差约100倍的导热能力，并且还具有良好的电绝缘性，因此二氧化硅特别适合作为热和电的隔绝体。附加地在该方案中可以实现特别简单的制造方法，在该方法中基体可以至少部分地基于特别是热氧化工艺来制造。在此优点尤其在于，导电和导热的基础层可以至少部分地化学转变成电绝缘且隔热的材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于探测导电颗粒的颗粒传感器，包括具有至少一个电极(12)的第一电极结构(14)和具有至少一个电极(16)的第二电极结构(18)，其中，第一电极结构(14)和第二电极结构(18)布置在电绝缘的基体(22)上，其中，在第一电极结构(14)的电极(12)与第二电极结构(18)的电极(16)之间能够产生电势差，并且，所述基体(22)具有用于加热第一电极结构(14)和第二电极结构(18)的加热结构(28)，该加热结构至少部分地被基体(22)包围。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于探测导电颗粒的颗粒传感器，包括具有至少一个电极(12)的第一电极结构(14)
和具有至少一个电极(16)的第二电极结构(18)，其中，第一电极结构(14)和第二电极结构
(18)布置在电绝缘的基体(22)上，其中，在第一电极结构(14)的电极(12)与第二电极结构
(18)的电极(16)之间能够产生电势差，并且，所述基体(22)具有用于加热第一电极结构
(14)和第二电极结构(18)的加热结构(28)，该加热结构至少部分地被基体(22)包围。
2.如权利要求1所述的颗粒传感器，其中，所述基体(22)由二氧化硅构成和/或所述加
热结构(28)由硅构成。
3.如权利要求1或2所述的颗粒传感器，其中，所述加热结构(28)完全被基体(22)包围。
4.如权利要求1至3中任一项所述的颗粒传感器，其中，所述加热结构(28)具有布置在
基体(22)中的网式导线结构。
5.如权利要求1至4中任一项所述的颗粒传感器，其中，所述加热结构(28)、尤其所述网
式导线结构具有导线轨，所述导线轨至少部分地具有处于≤500nm范围内的宽度。
6.如权利要求1至5中任一项所述的颗粒传感器，其中，设有用于使基体(22)温度均匀
化的均化区域(56)，该均化区域被加热结构(28)包围，尤其是，该均化区域(56)由导电的
和/或导热的材料构成。
7.如权利要求6所述的颗粒传感器，其中，所述均化区域(56)被由...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·特劳特曼，F·霍伊克，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE