用于传感元件和传感器装置的制造方法制造方法及图纸

一种用于制造作为用于传感器装置(15)的传感元件(12)的线圈的方法，包括以下步骤：对生片(1、2、3)的可选回火，冲出用于穿通接触部的孔(1a)，通过激光形成通道(2b)和穿通接触部(2a)，在通道(2b)和孔(2a)中进行金属浆料(6)的模版印刷，对填充有金属浆料(6)的通道(2d)之间的残余金属化部进行可选的激光清理，将陶瓷实体原料对准、叠置、干燥和烧结，用于形成包括传感元件(12)的瓷块(8)，和最后将传感元件(12)与瓷块(8)分离。还提供一种通过该方法制造的线圈(11)和传感元件(12)，用于制造用于涡轮增压器(22)的传感器装置(15)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于传感元件和传感器装置的制造方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年1月20日提交的瑞士申请No.0079/16的优先权，其全部内容通过引用合并于本文。
本专利技术涉及低温共烧陶瓷(LTCC)领域，且根据相应独立权利要求，涉及用于制造至少包括无源电气部件的传感元件的方法、通过该方法制造的作为传感元件的线圈、包括这种线圈的传感器模块、传感器装置、和涡轮增压器，所述传感器装置用于确定物体的旋转速度且包括传感器模块，且涡轮增压器包括这种传感器装置。
技术介绍
LTCC的技术在电子器件行业是已知的，用于基于烧结陶瓷基板制造具有多层的电子电路。可通过该技术制造导体路径、电容器、线圈等。LTCC电路的优势是可以将这些无源电气部件整合到陶瓷壳体中。这在所述电路处于困难运行条件(例如脏且热的环境)时是有利的，因为陶瓷壳体具有良好的热机械性能和保护性能。因为850℃到900℃的低烧结温度(firingtemperature)，可以将具有低功率损耗的金属用于电路路径，通常是金或银，其熔点为960℃到1100℃。通过使用所述金属实现的低功率损耗在通过LTCC技术制造的模块上具有非常高的频率性能。LTCC模块是单层或多层基板，其包括玻璃陶瓷材料制造且被称为“生片(greensheet)”或“生带(greentape)”的一层或多层电介质带。如线圈这样的无源部件可以嵌入在该基板中或它们可以施加在最上层。在涡轮增压器应用的例子中，线圈用于感测压缩机叶片的旋转速度。涡轮增压器使用从汽车发动机的排气而来的余能(wasteenergy)，以驱动新鲜空气的进入和压缩，其随后被迫进入汽车发动机中。这造成发动机燃烧更多燃料且由此产生更大动力，同时消耗更少的能量，由此改善燃烧过程的总体效率。涡轮增压器通常包括涡轮机叶轮和压缩机轮，它们通过被支撑在轴承系统上的共用轴连接。涡轮机叶轮被排气驱动，其又驱动压缩机轮，压缩机轮吸入并压缩环境空气，然后将其送入发动机的气缸。通过涡轮增压，可将较小发动机的性能水平增加到没有涡轮增压的较大发动机的性能水平，还具有低燃料消耗和排放的额外优点。因此，涡轮增压器逐渐用于客用、商用、越野和运动车辆中的柴油发动机和汽油发动机。确定涡轮增压器的压缩机轮的旋转速度对于优化其效率和用于确保涡轮增压器和发动机位于其相应的安全操作范围内来说是很重要的。目前的涡轮增压器需要以越来越高的排气温度和压缩机入口温度可靠地且连续地运行。现代的汽油和柴油涡轮增压器必须在高得多的发动机罩下温度环境中运行，压缩机轮处的温度为约200℃或更高。现代的涡轮增压器压缩机轮通常用强韧、轻质、导电的材料制造，例如铝、钛或镁，其可承受高应力。这种压缩机轮的旋转速度可优选通过有源涡流原理来测量，其中，通过震荡系统产生磁场，且感测线圈用于在压缩机叶片经过传感器末端前方的磁场时检测压缩机叶片。现今的用于测量涡轮增压器速度的应用在技术上复杂，因为叶轮/压缩机轮(目标轮)通常非常薄(十分之几毫米)，尤其是用于乘用车的，且因此为传感器线圈进行的检测产生很低的信号。而且感测距离/空气隙——即传感元件(通常是例如盘形线圈这样的标准平坦线圈)和目标(叶片)之间的距离——会变化，因为线圈是平坦，但是涡轮增压器壳体的内壁是圆/鞍状的且叶轮/压缩机轮的包络轮廓是弯曲的。因此，这些线圈具有相对大的形状，以便能使得可被处理以用于计算所述旋转速度的信号得到足够的增益。然而，为了能将它们装配到相对小的传感器末端中，这些应用要求小线圈，以避免或至少最小化负面效果(例如热点和空气动力干扰)。因此，线圈直径限定传感器末端的尺寸。线圈相对于叶片的尺寸和位置是用于获得准确测量结果的决定性参数。总的来说，除此之外，影响对涡轮增压器的旋转速度测量结果质量的因素为：-叶片的厚度叶片的厚度对信号波形和幅度有影响。叶片越薄，则越难以正确地感测到它们。-叶片的材料具有低导电性的材料(如钛)影响信号波形和幅度，造成低灵敏度。-传感器末端和叶片之间的空气隙宽度为了获得更准确的结果，传感器末端中线圈和经过的叶片之间的空气隙(距离)必须尽可能小。因此线圈的尺寸和形状在这方面起到非常重要的作用。由于这三个主要因素，线圈几何结构和尺寸的优化必须纳入考虑，以便准确地测量速度。通常，卷绕工艺是已知的并用于制造线圈。然而，该工艺仅允许制造具有简单几何结构的线圈，例如盘形线圈。由于其不稳定性，这种线圈会在包覆模制工艺期间变形，造成多变且异常的信号处理。一方面，为了实现线圈的可接受的小尺寸以用于需要小线圈的应用，卷绕线圈的方案被证明是可行的，但是结果仅是在信号质量、信号波形、空气隙和传感元件的尺寸之间做出妥协。结果，信号波形和质量不令人满意。对于涡轮增压器应用的所述例子，上述方案是可实行的，但是是以信号质量和波形为代价。另一方面，可以增加线圈尺寸以用于信号优化，但是是以速度传感器的其他参数需求为代价，由此造成传感器末端的较差成形因素和不适宜的空气隙。卷绕线圈工艺的替换方法以标准的、静电陶瓷多层技术制造线圈。然而，这种线圈具有非常差的传感性能，因为通常的层沉积步骤与烧结步骤组合会限制沉积线圈绕组的尺寸。通过该工艺实现的最大金属化部厚度为约10到20μm。更厚的层会导致挤压(潜在地造成绕组之间的短路)，且还会在烧结工艺期间造成陶瓷的翘曲或破裂。还存在线路/空间尺寸方面的局限。典型的模版印刷实现200/200μm的尺寸。被印刷导线的小横截面和不同金属化层和导线之间的大距离(侧向和垂直方向)实现线圈的低电感和高电阻。因此，这种线圈的质量因素相当低，造成较差的传感器性能。进一步，当前制造方法包括将通道压印(embossing)在陶瓷生带中，并通过模版印刷与进一步填充工艺组合。该方法的缺点是有限的压印通道深度(通常低于30μm)和这种结构的有限空间(通常大于70μm)，这会造成金属化结构的高电阻。国际专利申请WO2015027348公开了一种传感器装置，其包括具有传感器节段、安装节段、和连接件节段的传感器壳体。传感器节段和连接件节段布置在安装节段的对侧。传感元件布置传感器节段的传感器末端，“传感器末端”是指传感器节段的最远离安装节段的端部。进而，传感器电子器件布置在传感节段中，传感器电子器件包括绝缘衬底上的硅电路(silicon-on-insulatorcircuit)。集成的绝缘衬底上的硅电路嵌入在柔性或半柔性的聚合物基板之间。传感器电子器件可以用于向传感元件提供输入信号和/或评估和/或放大通过传感元件提供的输出信号/测量信号。WO2015027348还概述了所述旋转速度的测量基础。另外，这种测量的原理是本领域技术人员已知的。因此，这些原理未在该文件中记载。
技术实现思路
本专利技术的目的是改善制造技术，且通过该技术改善所制造的传感元件，达到能解决上述缺陷的程度。在本专利技术的第一方面，该目的通过用于制造至少包括无源电气部件的传感元件的方法解决。方法包括以下步骤：a)冲出孔，用于在至少一个生片中形成穿通接触部，其中穿通接触部是无源电气部件的一部分，b)在至少一个生片中通过激光形成用于穿通接触部的孔和通道，用于接收金属化部，其中金属化部的无源电气部件一部分，c)在通道和孔进行金属浆料的模版印刷和干燥，用于在通道中形成金属化部和用于在孔中形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造至少包括无源电气部件(11)的传感元件(12)的方法，包括的步骤是：a)冲出孔(1a)，用于在至少一个生片(1)中形成穿通接触部，其中穿通接触部是无源电气部件(11)的一部分(11)，b)通过对至少一个生片(2)进行激光加工来形成通道(2b)和穿通接触部(2a)，用于接收金属浆料(6)，其中经金属化的通道和通孔(2d、2c)是无源电气部件(11)的一部分，c)对在通道(2b)和孔(1a，2a)中包括金属浆料(6)的生片(1、2)进行模版印刷和干燥，用于形成经金属化的通道(2d)和经金属化的通孔(1b，2c)，d)将所有生片(1、2、3)对准、叠置、层叠并烧结在一起，用于形成烧结瓷块(8)，和e)将烧结瓷块(8)的各线圈分离，以便获得完成的传感元件12。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.20 CH 0079/161.一种用于制造至少包括无源电气部件(11)的传感元件(12)的方法，包括的步骤是：a)冲出孔(1a)，用于在至少一个生片(1)中形成穿通接触部，其中穿通接触部是无源电气部件(11)的一部分(11)，b)通过对至少一个生片(2)进行激光加工来形成通道(2b)和穿通接触部(2a)，用于接收金属浆料(6)，其中经金属化的通道和通孔(2d、2c)是无源电气部件(11)的一部分，c)对在通道(2b)和孔(1a，2a)中包括金属浆料(6)的生片(1、2)进行模版印刷和干燥，用于形成经金属化的通道(2d)和经金属化的通孔(1b，2c)，d)将所有生片(1、2、3)对准、叠置、层叠并烧结在一起，用于形成烧结瓷块(8)，和e)将烧结瓷块(8)的各线圈分离，以便获得完成的传感元件12。2.如权利要求1所述的方法，其中在步骤a)之前执行通过从所有这些生片(1、2、3)去除至少部分溶剂而对所有使用的生片(1、2、3)进行回火的初级步骤a0)。3.如权利要求1或2所述的方法，其中在步骤c)和d)之间执行通过去除经金属化通道(2d)之间的残余金属浆料(2e)而对表面进行激光清理步骤d0)。4.如权利要求1或2和权利要求3所述的方法，其中通过UV激光，尤其是通过二极管泵浦固体激光，执行通过在经金属化的通道(2d)之间的表面进行激光清理而进行的形成通道(2b)的步骤b)和/或去除残余金属浆料(2e)的步骤ii)。5.如权利要求1或2所述的方法，其中在至少三个子步骤中逐步执行形成通道(2b)的步骤b)，直到完全形成通道(2b)，尤其是在三个子步骤中，其中在每一个子步骤中，通过激光去除通道(2b)的生片材料的至少一部分。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过模版(5)执行模版印刷的步骤c)，所述模版包括用于调节要被印刷到通道(2b)和孔(2a)中的金属浆料(6)量的聚合物结构层，第一开口(10、9)匹配通道(2b)和/或孔(2a)的区间，和作为对聚合物结构层的支撑的载体层，第二开口对应于聚合物结构层的第一开口(10、9)。其中通过贯穿聚合物结构层和载体层的开口(9、10)将金属浆料(6)填充到通道(2b)和/或孔(2a)中而执行印刷。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在压力下执行烧结步骤d)，尤其是其中，施加的压力为约0.1MPa到0.8MPa。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在制造包括多个生片(1、2、3)的传感器模块(12)的情况下，在模版印刷步骤之后执行将生片(1、2、3)对准和叠置的步骤，以便形成陶瓷实体原料。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中一个最外生片(3)既不具有经金属化的通道也不具有经金属化的通孔。10.一种作为传感元件(12)的线圈(11)，其通过根据前述权利要求中任一项所述的方法制造，其中线圈(11)在具有经金属化的通道和经金属化的通孔(2c，2d)的至少一个生片(2)上...

【专利技术属性】
技术研发人员：A图尔，O赫希，M伊尔，S齐谢，
申请(专利权)人：杰凯特技术集团股份公司，弗朗霍弗应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH