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生產(chǎn)加熱式氧傳感器的裝置和方法

文檔序號(hào):5880847閱讀:249來源:國(guó)知局
專利名稱:生產(chǎn)加熱式氧傳感器的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般地涉及用于空氣-燃料(air to fuel)測(cè)量的傳感器,并且特別地涉及用于生產(chǎn)加熱式氧傳感器的改進(jìn)裝置及方法。
背景技術(shù)
在現(xiàn)代汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中的氧傳感器被用來確定發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的燃料-空氣混合比。結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)來使用,這種“反饋”回路被用來不斷地調(diào)整燃料-空氣混合達(dá)化學(xué)計(jì)量平衡,使廢氣排放最小化。在使用空氣/燃料比氧傳感器的汽車燃料控制系統(tǒng)中,混合氣體中的實(shí)際空氣/ 燃料比通過檢測(cè)廢氣中的氧氣和未燃?xì)怏w(CO、H2、HC)的濃度來測(cè)量,并且空氣/燃料比 (以下簡(jiǎn)寫為A/F)的信息指示被反饋到燃料流量控制電路(或程序),該燃料流量控制電路(或程序)進(jìn)而控制燃料流量使得混合氣體維持目標(biāo)A/F?;旌蠚怏w中的汽油燃料被完全燃燒的A/F稱為化學(xué)計(jì)量A/F。在各種環(huán)境條件下的以及負(fù)荷變化很大的行進(jìn)中的汽車,因此A/F必須根據(jù)行進(jìn)條件和負(fù)荷在很寬的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)乜刂啤@?,A/F必須被控制以對(duì)于輕負(fù)荷控制到貧乏 (lean) A/F,對(duì)于重負(fù)荷及低溫控制到富余(rich) A/F以及對(duì)于激活了三路催化劑(3-way catalyzer)的區(qū)域則為化學(xué)計(jì)量A/F。在題目為“加熱式二氧化鈦氧傳感器”的美國(guó)專利 No. 4,535,316中描述了一種這類電阻型傳感器。二氧化鈦是具有數(shù)量取決于溫度T以及在包圍著半導(dǎo)體的氣體環(huán)境中的氧氣分壓(P02)的晶格缺陷的半導(dǎo)體材料。晶格在貧乏的排氣條件下保持近乎完整,而在富余的條件下則有大量的氧空位和二氧化鈦離子空隙。在半導(dǎo)體之內(nèi)的這些晶格缺陷是將電子釋放進(jìn)入導(dǎo)帶從而減小電阻的施主。半導(dǎo)體的電阻&能夠通過下列方程來測(cè)量Rt Oc [P02 (廢)]nexp (E/KT)其中E是活化能,以及K是波爾茲曼(Boltzmarm)常數(shù),以及η在感興趣的溫度范圍內(nèi)近似等于1/4。如同通過該比例所看出的,對(duì)氧氣的參考分壓沒有依賴性。當(dāng)在350 800°C的溫度范圍內(nèi)于富余的與貧乏的操作之間切換時(shí),3 5個(gè)數(shù)量級(jí)幅度的電阻變化是典型的。在操作中,當(dāng)將二氧化鈦元件&放置到具有在TiA元件與地線之間插入的Rc和補(bǔ)償電阻器的分壓器電路之內(nèi)時(shí),橫跨Rc測(cè)得的輸出電壓Vo由下列方程給出Vo = [Rc/(RT+Rc)]Vin其中Vin是輸入電壓。補(bǔ)償電阻Rc被理想地選擇為在二氧化鈦元件的富余的與貧乏的電阻值之間的對(duì)數(shù)刻度的中間(Rc=唞(富余)Rt(貧乏)]72)。這允許輸出信號(hào)由貧乏廢氣時(shí)的近乎零變到富余廢氣時(shí)的近乎(輸入電壓的)滿值,從而模擬&02傳感器的開關(guān)特性。雖然在選擇Rc的值方面有一些靈活性,但是如果所選擇的電阻保持在TW2元件的富余限度之上至少一個(gè)數(shù)量級(jí)幅度并且在其貧乏限度之下則能夠維持好的傳感器開關(guān)。但是,由于Ti02元件的電阻隨溫度變化,要找出使傳感器功能保持完全處于廢氣的典型的 200°C 850°C的操作溫度范圍上的一個(gè)固定電阻值是不可能的。二氧化鈦傳感元件的溫度依賴性能夠通過利用能跟蹤二氧化鈦膜的變化電阻的可變電阻器或者通過將二氧化鈦元件維持于固定的溫度(這將允許使用固定值的電阻器) 來補(bǔ)償。當(dāng)使用可變電阻器時(shí),可變電阻器是與二氧化鈦傳感元件的溫度電阻變化相匹配的并且位于廢氣中的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。為了使用固定值的電阻器,有必要將二氧化鈦傳感元件加熱到期望由廢氣產(chǎn)生的最高溫度。由于固定電阻器不需要位于廢氣流中,因而可以使用市場(chǎng)上可購(gòu)得的低成本的厚膜電阻器。此類傳感器已經(jīng)被使用于較大的發(fā)動(dòng)機(jī)(例如,汽車)內(nèi)。據(jù)信,由于生產(chǎn)難度以及我們不能簡(jiǎn)單地“按比例”縮小汽車傳感器來使用于較小的發(fā)動(dòng)機(jī)的事實(shí),因而用于較小的發(fā)動(dòng)機(jī)的相似傳感器還沒有得以開發(fā)。如果此類汽車傳感器被簡(jiǎn)單地按比例縮小到在較小的發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的較小尺寸,則會(huì)有傳感器破裂和過早失效。而且,在小排量汽油發(fā)動(dòng)機(jī)(例如摩托車所使用的那些發(fā)動(dòng)機(jī))中使用的氧傳感器需要與在較大的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的那些發(fā)動(dòng)機(jī)不同的性能特點(diǎn)。在此類性能特點(diǎn)當(dāng)中有更快的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(“RPM”)上升和下降時(shí)間、快速的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度變化,以及在單軸中更高的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)水平。另外,此類傳感器應(yīng)當(dāng)被理想地布置使其更接近小發(fā)動(dòng)機(jī)。因此,所需要的是能夠滿足小發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸和性能指標(biāo)然而還能夠經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)的氧傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
響應(yīng)于這些及其他問題,在一種實(shí)施例中,有以滿足小汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和布局標(biāo)準(zhǔn)的這樣一種方式來小型化而設(shè)計(jì)的傳感器。這種小型化比簡(jiǎn)單地按比例縮小用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的較大傳感器要求更高。如果簡(jiǎn)單地按比例縮小此類汽車傳感器,則會(huì)有傳感器破裂和過早失效。例如,在生產(chǎn)傳感器的一種方法中,包括將導(dǎo)電層施加于非導(dǎo)電基板材料的加熱器一側(cè)上以形成加熱回路;將第一復(fù)蓋層(overcoat)施加于加熱回路;將第二復(fù)蓋層施加于加熱回路;固化(cure)導(dǎo)電層;將傳感器圖形印制于基板材料的傳感器一側(cè)上以形成至少兩個(gè)傳感器電極和連接圖形;將二氧化鈦(titania)層印制于定位于基板材料的傳感端上的連接圖形上;形成用于加熱回路的連接;印制用于加熱回路連接的釬焊焊墊(brazing pad);形成用于傳感器電極的連接以及形成第三電極;印制用于傳感器連接的釬焊焊墊; 將密封(seal)施加于傳感器電極;將多孔密封施加于傳感器電極;將多孔密封施加于加熱器回路;形成傳感器電極之間的電阻層以建立兩個(gè)固定電阻器;將第一覆釉層(over glaze layer)施加于電阻層;調(diào)整所述兩個(gè)固定電阻器的電阻值;將第二覆釉層施加于電阻層; 對(duì)基板材料進(jìn)行激光劃片(Iaserscribing);將基板材料切單(singulate)成預(yù)定數(shù)量的行;將催化劑施加于基板材料的傳感器端;以及將基板材料的行切單成個(gè)體傳感器元件。另外,對(duì)于每個(gè)個(gè)體傳感元件,以上方法還能夠包括將熔劑(flux)施加于釬焊焊墊;布置鄰近于釬焊焊墊的預(yù)制片;使熔劑干燥以將熔劑粘附于預(yù)制片;定位預(yù)組裝的接線束(wire harness)使其緊接于(next to)預(yù)制片;將接線束釬焊于釬焊焊墊以使接線束耦接至傳感元件。這些及其他特征,以及優(yōu)點(diǎn),從結(jié)合附圖進(jìn)行的下列詳細(xì)描述中將得以更清楚地理解。重要的是要注意這些附圖并非意指代表本發(fā)明的唯一方面。


圖1是結(jié)合了本發(fā)明的各種特征的氧傳感器的等角示圖。圖2是示出往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的示例性實(shí)施例所裝配的氧傳感器的示意圖。圖3示出了能夠在圖1的傳感器中使用的傳感元件的加熱器一側(cè)。圖4示出了能夠在圖1的傳感器中使用的傳感元件的傳感器一側(cè)。圖fe是圖3和4的傳感元件的電路圖。圖恥是示出貧乏的及富余的排氣條件的傳感元件在857°C的溫度下的輸出電壓的圖表。圖5c是示出貧乏的及富余的排氣條件的傳感元件在536°C的溫度下的輸出電壓的圖表。圖6是顯示加熱器一側(cè)的傳感元件的等角圖。圖7是傳感元件在組裝期間的等角圖。圖8a是顯示鄰近于引線的端子的等角圖。圖8b是端子和引線的頂視圖。圖8c示出了被焊接到端子以形成端子-接線組件的引線。圖8d是耦接至三個(gè)端子-接線組件的傳感元件的頂視圖。圖Se是顯示這三個(gè)端子組件如何在傳感元件的連接端附接于傳感器的等角詳圖。圖9示出了在組裝期間的傳感器。圖10示出了在組裝期間的傳感器。圖Ila是示出傳感元件的加熱器一側(cè)的組裝傳感器剖切的頂剖視圖。圖lib是示出傳感器元件的加熱器一側(cè)的組裝傳感器剖切的等角剖視圖。圖12a是示出傳感元件的傳感器一側(cè)的組裝傳感器剖切的頂剖視圖。圖12b是示出傳感元件的傳感器一側(cè)的組裝傳感器剖切的等角剖視圖。圖13a和13b示出了包含傳感元件的材料層。圖Ha、14b和14c示出了制作傳感元件和傳感器的過程。
具體實(shí)施例方式眾所周知的元件在沒有詳細(xì)描述的情況下給出以免使本發(fā)明因非必要的細(xì)節(jié)而變模糊。就大部分而言,對(duì)獲得本發(fā)明的全面理解所不必要的細(xì)節(jié)已經(jīng)被省略,因?yàn)榇祟惣?xì)節(jié)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。與在此所描述的控制電路或機(jī)制相關(guān)的細(xì)節(jié)被省略了,因?yàn)榇祟惪刂齐娐窞楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員所熟知?,F(xiàn)在參考圖1,在圖1中有結(jié)合了本發(fā)明的各種特征的氧傳感器100的等角圖。如所示出的,氧傳感器100包括護(hù)罩102以保護(hù)傳感元件(在圖1中沒有示出)。護(hù)罩102具有多個(gè)開口 104以允許氣體通過護(hù)罩。護(hù)罩102被耦接至金屬容器或外殼106。容器106具有螺紋108以耦接至排氣管(沒有示出)的開口。傳感器100被設(shè)計(jì)以與排氣管耦接使得傳感端110突入排氣管的內(nèi)部而連接端112自排氣管的外部向外伸展。金屬墊圈114建立傳感器100與排氣管之間的密封。多根接線116自連接端112伸出。如同將在下文解釋的,多根接線116與電壓源、電子地線(electronic ground)及電子控制元件(沒有示出) 電聯(lián)通。傳感器已經(jīng)改變尺寸為更小以使用于較小的發(fā)動(dòng)機(jī)。例如,在某些實(shí)施例中傳感器100的總長(zhǎng)度能夠小至49. 2mm。直徑可以在12. 70mm的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施例中,護(hù)罩 102突出的長(zhǎng)度可以在10. 56mm的范圍內(nèi)?,F(xiàn)在參考圖2,在圖2中提供了往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)202的示例性實(shí)施例。排氣管204耦接至發(fā)動(dòng)機(jī)202的歧管206。排氣管204被設(shè)計(jì)來將廢氣從發(fā)動(dòng)機(jī)202傳送到周圍的環(huán)境。 一部分傳感器100突入排氣管204內(nèi)并且被設(shè)計(jì)以檢測(cè)廢氣中的氧含量。如同下文將更詳細(xì)地解釋的,電壓源210給傳感器100供電。傳感器100進(jìn)而將輸入信號(hào)供應(yīng)給電子控制單元212。電子控制單元212通過控制使發(fā)動(dòng)機(jī)202操作所供應(yīng)的空氣-燃?xì)獗葋韺?duì)輸入信號(hào)作出反應(yīng)。正確的空氣-燃料比能夠有助于維持并且使廢氣排放最小化。在某些實(shí)施例中, 傳感器100并不依賴于廢氣溫度并且從而,可以位于管道204中遠(yuǎn)離排氣歧管的有最小湍流(例如較低的雷諾數(shù))的任意點(diǎn)。圖3示出了能夠使用于傳感器100(圖1)中的傳感元件300的加熱器一側(cè)。傳感元件300由扁平的基板302,優(yōu)選為氧化鋁(alumina)形成。基板302具有第一或連接端 304以及第二或傳感端306。如所示出的,基板的寬度在連接端306是較寬的。在某些實(shí)施例中,基板302的寬度沿著其長(zhǎng)度保持不變直到位置307。從位置307到位置309,基板的寬度逐漸減小到較小的寬度。因而,基板302的寬度在傳感端306處減小。而且,在生產(chǎn)過程期間,諸如角落311的角落被開槽或被倒角?;?02逐漸變小的外形以及倒角的角落在傳感器的生產(chǎn)及操作期間減小熱應(yīng)力。由此,顯著地延長(zhǎng)了傳感元件300的壽命。導(dǎo)電材料(例如鉬)的帶條308被印制于表面310上作為厚膜。帶條308形成連續(xù)的回路312從連接端304伸展到傳感端306并且返回到連接端304。帶條308具有基本上不變的寬度直到它向著基板的傳感端306達(dá)到位置313。在位置313,帶條308的寬度被減小以形成電阻加熱元件圖形314。在加熱元件圖形314中的導(dǎo)電材料具有電阻的高的正溫度系數(shù),例如對(duì)于鉬為值3. 8X 10_3/°C。焊墊318被電連接至回路312并且被設(shè)計(jì)以電連接至電壓源(沒有示出)。焊墊 316被設(shè)計(jì)以電連接至電子地線(沒有示出)。因此,導(dǎo)電回路312形成了電流從電壓源流到電子地線的路徑。電阻對(duì)電流流過回路312產(chǎn)生熱能。電阻對(duì)電流在回路312內(nèi)的流動(dòng)隨溫度增加并且因此,隨著廢氣溫度增加,在圖形區(qū)314內(nèi)產(chǎn)生的能量相應(yīng)地減小從而維持傳感膜的溫度。另外,在傳感端306上的帶條厚度的減小降低了由于廢氣溫度增加而在第二端306產(chǎn)生的熱能,從而使基板溫度302保持于基本上固定的水平。虛設(shè)的焊墊317沒有被電連接,但是被提供以在組裝和操作期間給傳感元件300 增加厚度及結(jié)構(gòu)支持。圖形314被設(shè)計(jì)使得基本上大部分的熱能產(chǎn)生于基板302的傳感端306。在某些實(shí)施例中,圖形314被選擇使得通過回路312的14伏特的聯(lián)通產(chǎn)生作為在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間的預(yù)期溫度范圍的650°C 900°C的溫度帶。圖4示出了能夠使用于圖1的傳感器100中的傳感元件300的第二或傳感器一側(cè) 402。包含導(dǎo)電金屬厚膜的三個(gè)導(dǎo)電條帶404、406和408的電極被施加于基板302的傳感器表面402。金屬膜優(yōu)選地具有耐高溫性(例如鉬)。第一導(dǎo)電金屬條帶404橫貫基板302從基板的連接端304到印制于基板的傳感端 306附近的圖形410的大部分長(zhǎng)度。條帶404將圖形410電連接至第一固定電阻器412。 第一固定電阻器412位于基板302的連接端304附近并且還電連接至焊墊414。焊墊414 被設(shè)計(jì)以與電壓源(沒有示出)電聯(lián)通。第一固定電阻器412降低了由電壓源供應(yīng)給圖形 410端的電壓。第二導(dǎo)電金屬條帶406橫貫基板從基板302的連接端304到與第一條帶404基本上平行但是沒有接觸第一條帶的圖形410的大部分長(zhǎng)度。第二條帶406的一端電連接至適合于電連接至發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元(沒有示出)的焊墊416。第二電阻器420位于基板的連接端304附近使得第二電阻器的一側(cè)電連接至第二條帶406。第二電阻器420的另一側(cè)也電連接至第三導(dǎo)電金屬條帶480。第三導(dǎo)電金屬條帶408從第二電阻器420的一側(cè)橫貫到緊接基板302的連接端 304定位的焊墊418。焊墊418被設(shè)計(jì)以電連接至電子地線。條帶404、406和408彼此決不接觸。細(xì)顆粒二氧化鈦膜(沒有示出)被施加于圖形410之上以形成在第一與第二條帶之間的可變電阻路徑。二氧化鈦膜是多孔的并且在暴露于廢氣時(shí)具有隨廢氣中的氧氣比例變化而改變的電阻。二氧化鈦膜因此形成了在第一與第二條帶之間的可變電阻路徑。電流流過二氧化鈦膜的電阻與廢氣中的氧含量有關(guān)并且取決于溫度。但是溫度依賴性基本上由在基板的相反側(cè)面上的圖形的電阻加熱所取消。如同將在下文參考圖5解釋的,當(dāng)廢氣是富余的,則二氧化鈦電阻是低的并且電流是相對(duì)高的,導(dǎo)致了在所述第二條帶406與第三條帶408之間測(cè)得的橫跨第二電阻器420 的相對(duì)高的電壓降。在貧乏空氣-燃料條件下,二氧化鈦電阻是相對(duì)高的,從而降低了在第二條帶406與第三條帶408之間的電壓降。橫跨第二電阻器420的電壓降被傳導(dǎo)通過第二條帶406和焊墊416作為用于操作控制到發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入空氣-燃料比的電子控制單元的輸入信號(hào)。在某些操作條件之下或在操作時(shí)間的外延時(shí)期之后,可預(yù)見存在于廢氣的碳能夠被沉積于鋁基板的未加熱區(qū)上。如果出現(xiàn)足夠的碳堆積,則電短路可能在條帶404、406和 408之間發(fā)生,這從而會(huì)給電子控制單元(在圖4中沒有示出)提供不正確的輸入信號(hào)。為了防止短路,可以施加非多孔的電介質(zhì)涂層(例如硅酸鋁玻璃釉)以覆蓋二氧化鈦膜與電阻器412和420之間的電極引線。同樣將相似的玻璃釉施加于基板302的加熱器一側(cè)上的加熱器回路312上(參見圖3)。玻璃釉有助于在經(jīng)受汽車廢氣時(shí)保護(hù)加熱元件并延長(zhǎng)其壽命。這些釉料涂層可以作為漿體使用厚膜印制技術(shù)來施加,其中該漿體在高溫焙燒(firing)后形成非多孔的電介質(zhì)層。另外,然后能夠?qū)⒍嗫椎膹?fù)蓋層施加于基板302的兩側(cè)以另加保護(hù)由圖形314 (圖3)所形成的加熱元件以及在圖形410之上的二氧化鈦膜。該多孔層防止由廢氣中的顆粒所致的厚膜磨損并且還防止廢氣中的污染物直接沉積于二氧化鈦膜表面上。復(fù)蓋層具有足夠的孔隙率以為了適當(dāng)?shù)膫鞲行阅茉试S廢氣到達(dá)圖形410的區(qū)域。一個(gè)這樣的多孔復(fù)蓋層可以通過使鋁顆粒在具有硼硅酸鹽玻璃的基質(zhì)內(nèi)結(jié)合于一起來制成并且鋁顆??梢允褂煤衲び≈萍夹g(shù)來施加。另外,對(duì)于某些應(yīng)用而言提高二氧化鈦膜的響應(yīng)時(shí)間可能是有利的。這能夠通過將催化劑(例如鉬)施加于傳感膜中的二氧化鈦顆粒的表面上來完成。雖然固定電阻器412和420作為完整地附著于基板302來示出,但是可以預(yù)見到這些電阻器能夠是遠(yuǎn)離基板的并且所引起的用于電子控制的操作信號(hào)保持可操作。。傳感元件300的電路圖500在圖中示出。參考元件也已經(jīng)在圖3和4中討論了。因此,以下討論應(yīng)當(dāng)參看圖3、4和如如同之前所討論的,存在著電壓源210。電壓源 210典型為12伏的電池電源。但是,考慮到存在交流發(fā)動(dòng)機(jī)充電系統(tǒng),電壓可以在11 16 伏之間變化或者是為車輛制造所需的任何電壓。電流通過引線或接線502傳導(dǎo)到焊墊318 和414。焊墊318與促使熱能產(chǎn)生于傳感元件300的加熱器一側(cè)的圖形314中的加熱器回路312 (同樣參見圖3)連接。典型地,圖形區(qū)314中的溫度當(dāng)傳感器300位于具有200 850°C的溫度的排氣管(沒有示出)內(nèi)的廢氣流中時(shí)被維持于650 900°C。電連接至焊墊414的電阻器412是使得所供應(yīng)的電流具有小于10毫安的值的這樣的值。該電流是使得二氧化鈦膜506中的熱能產(chǎn)生為最小的。另外,電阻器412和420 被選擇使得在二氧化鈦膜506中作為信號(hào)產(chǎn)生的總電壓典型地在0 900毫伏之間變化。 流過二氧化鈦厚膜506的電流在廢氣中的氧含量接近貧乏值(即逼近空氣的氧含量)時(shí)接近零(0. 3ma),同時(shí)通過焊墊416到引線508傳導(dǎo)至電子控制單元(沒有示出)的結(jié)果信號(hào)電壓同樣接近零。引線510電連接至焊墊316和418以至電子地線512。流過二氧化鈦膜506的電流在廢氣中的氧含量接近零(富余,即,10-12到10_18 個(gè)大氣壓)時(shí)接近4-6ma。在富余的排氣條件下以及具有額定的14V功率輸入,供應(yīng)給電子控制單元的電壓信號(hào)典型為900毫伏。圖恥是示出貧乏的和富余的排氣條件在857°C的溫度下的輸出電壓的圖表。圖5c是示出貧乏的和富余的排氣條件在536°C的溫度下的輸出電壓的圖表。組裝傳感器現(xiàn)在將討論組裝傳感器100的方式。圖6是示出傳感元件的加熱器一側(cè)以及三個(gè)焊墊316、317和318傳感元件300的等角圖。相反的焊墊418、416和414是在傳感元件 300的另一側(cè)上并且沒有在該視圖中示出?,F(xiàn)在可以將熔劑施加于傳感元件300的連接端 304以及于焊墊之上。熔劑可以是硼酸、石油餾分、氟硼酸鉀和氟化鉀的組合物。在布置了熔劑之后,釬焊預(yù)制件(brazing preform) 702被定位于傳感元件的連接端304周圍,如圖 7所示。預(yù)制件702材料是銀銅鎘鋅合金。使基板變干使得熔劑干燥于釬焊預(yù)制件(blaze preform)。圖&i、8b和8c示出了為將傳感元件(在圖8中沒有示出)的兩個(gè)相對(duì)焊墊(例如焊墊316和418)電連接到接線或引線(例如引線502)而設(shè)計(jì)的端子800的細(xì)節(jié)。圖8a 是示出與引線502鄰近的端子800的等角圖。圖8b是端子800和引線502的頂視圖。圖8c示出了焊接于端子800以形成端子接線組件804的引線502。如所示的,端子800包括由銅鈹條帶形成的夾子。條帶被自身上彎曲以形成包含三節(jié)段的夾子。連接節(jié)段806被設(shè)計(jì)以容納傳感元件(沒有示出)的兩個(gè)相對(duì)焊墊。拉長(zhǎng)節(jié)段808被設(shè)計(jì)以經(jīng)由焊接工藝將引線或接線連接到端子800。在連接節(jié)段806與拉長(zhǎng)節(jié)段808之間,存在著中間節(jié)段810。定位于中間節(jié)段810的外部面上的是保持夾812。中間節(jié)段810的輕微偏置允許保持夾812在組裝期間將端子800保持于陶瓷隔離器(沒有示出)之內(nèi)的位置上。圖8d是與三個(gè)端子-接線組件耦接的傳感元件300的頂視圖。但是,由于觀看角度,因而只有兩個(gè)端子-接線組件804和814是可見的。圖8e是示出端子組件804、814 和816如何在連接端304附接于傳感器300的等角詳圖。因而,端子-接線組件804使焊墊316和焊墊418 (沒有示出)耦接至接線510。端子-引線組件814使焊墊317和焊墊 416 (沒有示出)耦接至引線508以及端子-接線組件816使焊墊318和焊墊414 (沒有示出)耦接至引線502。端子-接線組件被釬焊于傳感元件的焊墊。焊接是金屬接合工藝由此填隙 (filler)金屬或合金被加熱到450°C以上的熔化溫度并且通過毛細(xì)作用分布于兩個(gè)或多個(gè)緊貼的部件之間。在焊接預(yù)制件內(nèi)的填隙金屬當(dāng)受到適合的大氣或熔劑保護(hù)時(shí)被促使稍微于其熔化溫度之上。然后,填隙金屬與基礎(chǔ)金屬的薄層互相作用(通稱浸濕)并且然后被迅速冷卻以形成密封接合。根據(jù)定義,釬焊合金的熔化溫度低于材料接合的熔化溫度。傳感器組件然后可以被清洗以使傳感器組件準(zhǔn)備與其余傳感器元件組裝。端子-接線組件804、814和816然后被定位于如圖9所示的陶瓷隔離器外殼902 之內(nèi)。一旦接線組件被定位于陶瓷隔離器外殼902之內(nèi),保持夾(例如保持夾812)就將接線組件保持于原位。引線502、508和510通過陶瓷隔離器外殼902的后部以及通過聚四氟乙烯(Teflon)端板904。如圖10所示,長(zhǎng)頸陶瓷絕緣體1002為大部分傳感器元件300提供了支撐和外殼。 長(zhǎng)頸外殼1002由氧化鋁陶瓷組合物形成。在長(zhǎng)頸外殼1002的傳感端內(nèi)的開口 1004允許傳感元件300的傳感端306突出到長(zhǎng)頸外殼之外,如圖10所示。陶瓷隔離器902為一部分端子-接線組件804、814和816 (在圖10中沒有示出)提供了支撐和外殼。現(xiàn)在將參考圖11a、lib、12a和12b。圖Ila是顯示傳感元件300的加熱器一側(cè)的組裝傳感器100剖切的頂剖視圖。圖lib是顯示傳感元件300的加熱器一側(cè)的傳感器100 剖切的等角剖視圖。同樣地,圖1 是顯示傳感元件300的傳感器一側(cè)的組裝傳感器100 剖切的頂剖視圖。圖12b是顯示傳感元件300的傳感器一側(cè)的組裝傳感器100剖切的等角剖視圖。組裝的傳感器100具有通過螺紋108附接于管道(沒有示出)的鍍鎳鋼外殼106。 在安裝時(shí),金屬墊圈114建立了傳感器100與排氣管204之間的密封(圖幻。將外殼106 的連接端卷曲于聚四氟乙烯端板904周圍以密封端板以防濕氣。護(hù)罩102被附接于外殼 106以保護(hù)傳感元件300免受破壞。傳感元件300被定位于長(zhǎng)頸陶瓷絕緣體1002之內(nèi)。傳感元件300的連接端由定位于陶瓷隔離器外殼902之內(nèi)的釬焊的銅鈹端子組件804、814和 816保持到位。腔1008被灌入陶瓷接合劑(ceramic cement)以進(jìn)一步將端子組件保持于陶瓷隔離器外殼902之內(nèi)。聚四氟乙烯端板904在多根引線116從傳感器100接合劑中引出時(shí)保護(hù)了它們。加熱護(hù)罩102具有足夠數(shù)量的開口 104使得所采樣的在傳感器100周圍的廢氣流基本上是即時(shí)的。因?yàn)閳D形410區(qū)的溫度被維持于650 900°C之間,所以在傳感器操作中的唯一變量是與廢氣中的氧含量有關(guān)的流過圖形區(qū)410上的二氧化鈦膜的電流的阻抗。因而,傳感器100可直接用來給電子控制單元212(圖2、提供輸入信號(hào)以獲得有助于滿足各種潔凈空氣要求的所期望的空氣-燃料比。制作傳感元件如之前所描述的,生產(chǎn)能夠滿足較小發(fā)動(dòng)機(jī)所需的物理尺寸限制的傳感元件需要新工藝(new and processes)。在圖Ha、14b和14c中示出了一種用于制作傳感元件300 的這類工藝。還將參考示出包含傳感元件300的材料層的圖13a和13b。工藝1400開始于步驟1402,步驟1402表示工藝的開始以及由基板1316所表示的非導(dǎo)電基板材料(例如氧化鋁(alumna))的獲取。在步驟1404中,為工藝準(zhǔn)備基板1316。 基板1316在預(yù)定的溫度下焙燒預(yù)定的時(shí)間以使玻璃自氧化鋁(alumna)退火以降低基板內(nèi)的應(yīng)力并提高產(chǎn)出率。焙燒還將雜質(zhì)和碎屑從基板材料中燒掉。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為769 941°C。在該示例性實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是 35分鐘以及預(yù)定的溫度是855°C。在步驟1406中,將導(dǎo)電層1317施加于基板1302的加熱器一側(cè)。為了完成該步驟,鉬導(dǎo)體層1317使用絲網(wǎng)印制技術(shù)根據(jù)預(yù)定的圖形來施加。預(yù)定的圖形可以是如同在上文參考圖3描述的回路312和圖形314的描述那樣。在施加了鉬之后,在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)以及預(yù)定的溫度下干燥鉬。在某些實(shí)施例中,預(yù)定時(shí)間為7 9分鐘以及預(yù)定的溫度為80 IOO0C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度是100°C?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度下(peaking at apredetermined temperature)焙燒預(yù)定的時(shí)間以設(shè)置鉬導(dǎo)體層1317。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為769 941°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定時(shí)間是35分鐘以及預(yù)定的峰值溫度是855°C。在步驟1408中,第一復(fù)蓋層(overcoat layer) 1318被形成。在該示例性的實(shí)施例中,復(fù)蓋層1318可以是非多孔的電介質(zhì)涂層(例如硅酸鋁玻璃釉)。層1318使用厚膜技術(shù)來印制。然后允許層1318在預(yù)定的溫度下干燥預(yù)定的時(shí)間。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為7 9分鐘以及預(yù)定的溫度為80 100°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度是100°C 士20?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度下焙燒預(yù)定的時(shí)間以固化層1318。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為769 941°C。 在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的溫度是35分鐘以及預(yù)定的峰值溫度是855°C。在步驟1410中,第二復(fù)蓋層1319被形成。在該示例性的實(shí)例中,復(fù)蓋層1319可以是非多孔的電介質(zhì)涂層(例如硅酸鋁玻璃釉)。層1319使用厚膜技術(shù)來印制。然后允許層1319在預(yù)定的溫度下干燥預(yù)定的時(shí)間。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為7 9分鐘以及預(yù)定的溫度為80 100°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度范圍是100°C 士20?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度下焙燒預(yù)定的時(shí)間以固化層1318。 在某些實(shí)施例中,預(yù)定時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為769 941°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是35分鐘以及預(yù)定的峰值溫度是855°C。在步驟1412中,基板材料然后峰值在預(yù)定的溫度下焙燒預(yù)定的時(shí)間以固化導(dǎo)電層(鉬導(dǎo)體層1317)。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為61 75分鐘以及預(yù)定的溫度為 1284 1568°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是68小時(shí)以及預(yù)定的溫度是。在步驟1414中,基板材料1316翻轉(zhuǎn)到基板的傳感器一側(cè)用于以將另外的層施加于傳感器表面一側(cè)上。在步驟1416中,將傳感器圖形層13 施加于基板材料1302的傳感器一側(cè)。為了完成該步驟,鉬墨層13M根據(jù)預(yù)定的圖形使用絲網(wǎng)印制技術(shù)來施加。預(yù)定的圖形可以是如同形成在上文參考圖4所描述的圖形410以及條帶404和406的描述那樣。在施加了鉬墨之后,在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)以及預(yù)定的溫度下干燥鉬墨。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為2. 5 4. 5分鐘以及預(yù)定的溫度為80 120°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是3. 5分鐘以及預(yù)定的溫度是100°C 士20?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度下焙燒預(yù)定的時(shí)間以設(shè)置傳感器圖形層13M。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為51 63小時(shí)以及預(yù)定的溫度為1125 1375°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是57小時(shí)以及峰值溫度是1250°C。在步驟1418中,二氧化鈦傳感器層1325被施加于基板1316的傳感端。如上文所描述的,二氧化鈦層1325充當(dāng)?shù)絺鞲衅鞯膶?dǎo)體以形成與含氧量成正比的電阻。二氧化鈦傳感器材料由二氧化鈦粉末和四氯化鈦(Tetanium Tetracloride)形成。在施加了二氧化鈦傳感器層1325之后,在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)以及預(yù)定的溫度下干燥它。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的溫度為7 9分鐘以及預(yù)定的溫度為80 120°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度是100°C 士20?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度下干燥預(yù)定的時(shí)間以設(shè)置二氧化鈦傳感器層1325。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為47到57小時(shí)以及預(yù)定的溫度為990 1210°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是52小時(shí)以及峰值溫度是 1100°C。在步驟1420中,電極密封層13 被形成。在該示例性的實(shí)例中,密封層13 可以是非多孔的電介質(zhì)涂層(例如漿體形式的氧化鋁粉末)。層13 使用厚膜技術(shù)來印制。 然后允許層13 在預(yù)定的溫度下干燥預(yù)定的時(shí)間。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為7 9 分鐘以及預(yù)定的溫度為80 100°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度為100°C 士20?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度下焙燒預(yù)定的時(shí)間以固化密封層 13四。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為769 941°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是35分鐘以及預(yù)定的峰值溫度是855°C。在步驟1422中,第一多孔密封層1330被形成。在該示例性的實(shí)例中,第一多孔密封層1330可以由氧化鋁顆粒及硼硅酸鹽玻璃的基質(zhì)(matrix)制成。層1330使用厚膜技術(shù)來印制。然后允許層1330在預(yù)定的溫度下干燥預(yù)定的時(shí)間。在某些實(shí)施例中,預(yù)定時(shí)間為 7 9分鐘以及預(yù)定溫度為80 100°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度為100°C 士20。基板材料然后峰值在預(yù)定的溫度下焙燒預(yù)定的時(shí)間以固化第一多孔密封層1330。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為擬8 1012°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是35分鐘以及預(yù)定的峰值溫度是920°C。在步驟14M中,第二多孔密封層1331被形成。在該示例性的實(shí)例中,第二多孔密封層1331可以由氧化鋁顆粒和硼硅酸鹽玻璃的基質(zhì)制成。第二多孔密封層1331使用厚膜技術(shù)來印制。然后允許層1331在預(yù)定的溫度下干燥預(yù)定的時(shí)間。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為7 9分鐘以及預(yù)定的溫度為80 100°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度范圍是100°C 士20?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度焙燒預(yù)定的時(shí)間以固化第二多孔密封層1331。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為擬8 1012°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是35分鐘以及預(yù)定的峰值溫度是 920"C。在步驟14 中,基板材料1316轉(zhuǎn)回到基板的加熱器一側(cè)以將另加的層施加于加
熱器表面一側(cè)上。在步驟14 中,形成加熱導(dǎo)體連接以提供鉬導(dǎo)體層1317與焊接焊墊1321之間的支撐及電連接。為了完成該步驟,根據(jù)預(yù)定的圖形使用絲網(wǎng)印制技術(shù)將銀鉬導(dǎo)電墨層1320 施加于基板以及一部分導(dǎo)體層1317之上。預(yù)定的圖形可以是如圖13所示的三個(gè)條帶。在施加了銀鉬導(dǎo)電墨層1320之后,在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)以及預(yù)定的溫度下干燥它。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為6 7分鐘以及預(yù)定的溫度為80 120°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度是100°C 士20。基板材料然后峰值在預(yù)定的溫度下焙燒預(yù)定的時(shí)間以設(shè)置銀鉬層1320。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為769 941°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為35分鐘以及預(yù)定的峰值溫度為 855 "C。在步驟1430中,釬焊焊墊1321被形成于銀層1320之上。為了完成該步驟,銀鉬導(dǎo)電墨作為層1321來施加。根據(jù)預(yù)定的圖形使用絲網(wǎng)印制技術(shù)將銀鉬導(dǎo)電墨施加于一部分導(dǎo)體層1320之上。預(yù)定的圖形1321可以是如圖13所示的三個(gè)條帶。在施加了銀鉬導(dǎo)電墨之后,在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)以及預(yù)定的溫度下干燥它。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為7 9分鐘以及預(yù)定的溫度為80 120°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度是100°c 士20。基板材料然后峰值在預(yù)定的溫度下焙燒預(yù)定的時(shí)間以設(shè)置釬焊焊墊1321。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為769 941°C。 在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是35分鐘以及預(yù)定的峰值溫度是855°C。在步驟1432中,基板材料1316轉(zhuǎn)回到基板的傳感器一側(cè)以將另加的層施加于傳感器表面一側(cè)上。在步驟1434中,形成傳感器連接以提供鉬導(dǎo)體層13M與釬焊焊墊13 之間的支撐及電連接。為了完成該步驟,根據(jù)預(yù)定的圖形使用絲網(wǎng)印制技術(shù)將第一層銀鉬導(dǎo)電墨 13 施加于基板和一部分引線層13M之上。預(yù)定的圖形可以是如圖1 所示的三個(gè)條帶。 在施加了銀鉬導(dǎo)電墨之后,在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)以及預(yù)定的溫度下干燥它。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為7 9分鐘以及預(yù)定的溫度為80 120°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為8分鐘以及預(yù)定的溫度100°C 士20?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度下干燥預(yù)定的時(shí)間以設(shè)置銀層1320。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為769 941°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是35分鐘以及預(yù)定的峰值溫度是855°C。根據(jù)預(yù)定的圖形使用絲網(wǎng)印制技術(shù)將另外層的銀鉬導(dǎo)電墨1327施加于層13 之上以給釬焊焊墊13 提供所期望的厚度及支撐。預(yù)定圖形可以是如圖1 所示的三個(gè)條帶。在施加了銀鉬導(dǎo)電墨之后,在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)以及預(yù)定的溫度下干燥它。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為7 9分鐘以及預(yù)定的溫度為80 120°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度是100°C 士20?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度下干燥預(yù)定的時(shí)間以設(shè)置銀層1320。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫
16度為769 941°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是35分鐘以及預(yù)定的峰值溫度是 855 "C。在步驟1436中,釬焊焊墊13 被形成于一部分銀鉬層1327之上。為了完成該步驟,銀鉬導(dǎo)電墨作為層13 來施加。根據(jù)預(yù)定的圖形使用絲網(wǎng)印制技術(shù)將銀鉬導(dǎo)電墨施加于層1327的一部分之上。預(yù)定的圖形1321可以是如圖13所示的三個(gè)條帶。在施加了銀鉬導(dǎo)電墨之后,在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)以及預(yù)定的溫度下干燥它。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為7 9分鐘以及預(yù)定的溫度為80 120°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度是100°C 士20?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度下干燥預(yù)定的時(shí)間以設(shè)置釬焊焊墊1321。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為769 941°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是35分鐘以及預(yù)定的峰值溫度是855°C。在步驟1438中,基板材料1316轉(zhuǎn)回到基板的加熱器一側(cè)以將另加的層施加于加熱器表面一側(cè)上。在步驟1440中,第一多孔密封層1322被形成于基板的加熱器一側(cè)。在該示例性的實(shí)施例中,第一多孔密封層1322可以由氧化鋁顆粒及硼硅酸鹽玻璃的基質(zhì)制成。層1322 使用厚膜技術(shù)來印制。然后允許層1322在預(yù)定的溫度下干燥預(yù)定的時(shí)間。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為7 9分鐘以及預(yù)定的溫度為80 100°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度是100°C 士20?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度下干燥預(yù)定的時(shí)間以固化第一多孔密封層1322。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為擬8 1012°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是35分鐘以及預(yù)定的峰值溫度是920°C。在步驟1442中,第二多孔密封層1323被形成于基板材料1316的加熱器一側(cè)。在該示例性的實(shí)例中,第二多孔密封層1323可以由氧化鋁顆粒和硼硅酸鹽玻璃的基質(zhì)制成。 第二多孔密封層1323使用厚膜技術(shù)來印制。然后允許層1323在預(yù)定的溫度下干燥預(yù)定的時(shí)間。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為7 9分鐘以及預(yù)定的溫度為80 100°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度是100°C 士20?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度下焙燒預(yù)定的時(shí)間以固化第二多孔密封層1323。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為擬8 1012°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是35分鐘以及預(yù)定的峰值溫度是920°C。在步驟1444中,基板材料1316轉(zhuǎn)回到基板的傳感器一側(cè)以將另加的層施加于傳感器表面一側(cè)上。在步驟1446中,電阻層被印制以形成在上文參考圖4所描述的兩個(gè)電阻器。為了完成該步驟,金屬膜電阻層作為層1332來施加以將兩個(gè)電阻器形成于電極引線與傳感器連接器層13 和1327之間的電極引線上。金屬膜根據(jù)如圖13所示的預(yù)定圖形來施加。 在施加了金屬膜之后,在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)以及預(yù)定的溫度下干燥它。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為7 9分鐘以及預(yù)定的溫度為80 120°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度是100°C 士20?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度下固化預(yù)定的時(shí)間以設(shè)置釬焊焊墊1321。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為 779 951°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是35分鐘以及峰值的溫度是865°C。在步驟1448中,第一覆釉層1333被形成。在該示例性的實(shí)例中,復(fù)蓋層1333可以是非多孔的電介質(zhì)涂層(例如鋁硅酸鹽玻璃釉)。層1333使用厚膜技術(shù)來印制。然后允許層1333在預(yù)定的溫度下干燥預(yù)定的時(shí)間。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為7 9分鐘以及預(yù)定的溫度為80 100°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是8分鐘以及預(yù)定的溫度是100°C 士20?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度下焙燒預(yù)定的時(shí)間以固化第一覆釉層 1333。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為500 600°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是35分鐘以及峰值溫度為550°C。在步驟1450中,電阻層1332中的兩個(gè)電阻器的電阻值被調(diào)整。電阻器的值首先用激光設(shè)備來測(cè)量以確定電阻值。如果電阻器的值在預(yù)定的電阻值以上,那么就使用激光微調(diào)(laser trimming)工藝將電阻器往下微調(diào)至預(yù)定值。一旦電阻器值處于可接受的范圍之內(nèi),則在步驟1452中形成第二覆釉層1334。在該示例性的實(shí)例中,復(fù)蓋層1334可以是非多孔的電介質(zhì)涂層(例如鋁硅酸鹽玻璃釉)。層 1334使用厚膜技術(shù)來印制。然后允許層1334在預(yù)定的溫度下干燥預(yù)定的時(shí)間。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為7 9分鐘以及預(yù)定的溫度為80 100°C。在該示例性的實(shí)施例中, 預(yù)定的時(shí)間為8分鐘以及預(yù)定的溫度為100°C 士20?;宀牧先缓蠓逯翟陬A(yù)定的溫度下焙燒預(yù)定的時(shí)間以固化第二覆釉層1334。在某些實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間為31 39分鐘以及預(yù)定的溫度為500 600°C。在該示例性的實(shí)施例中,預(yù)定的時(shí)間是35分鐘以及峰值溫度 550 "C。在該點(diǎn),基板材料可以形成于個(gè)體傳感元件之內(nèi)。在步驟14M中,基板材料被激光劃片或切割。在步驟1456中,然后將基板材料切單成行以便于處理。在一種實(shí)施例中, 材料被切單成20行。現(xiàn)在可以將催化劑施加于行的傳感器端(步驟1458)。催化劑可以是二氧化鈦四氯化物或氨(Titania Tetracloride or Ammonia)。催化劑與廢氣流中的碳?xì)浠衔锓磻?yīng)并且從而,提高二氧化鈦膜傳感器的響應(yīng)時(shí)間以改變氧濃度。在某些實(shí)施例中,催化劑可以作為滴注溶液來施加。在施加了催化劑之后,催化劑能夠在室溫下干燥。在催化劑已經(jīng)干燥之后,在步驟1460中,然后可以將基板材料的行切單成個(gè)體傳感元件或電路,例如以上所描述的傳感元件300。以上已經(jīng)出于說明及描述的目的提供了關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施例的描述。這并非意指窮盡了本發(fā)明的所有形式或者將本發(fā)明限定于所公開的精確形式。許多結(jié)合、修改和改變根據(jù)以上的教導(dǎo)是可能的。已經(jīng)互換了元素的沒有描述的實(shí)施例仍然處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。意欲本發(fā)明的范圍并不限定于該詳細(xì)描述,而是限定于附于此的權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1. 一種生產(chǎn)氧傳感元件的方法,所述方法包括以下步驟a.將導(dǎo)電層施加于非導(dǎo)電基板材料的加熱器一側(cè)以形成加熱回路,b.將第一復(fù)蓋層施加于所述加熱回路,c.將第二復(fù)蓋層施加于所述加熱回路,d.固化所述導(dǎo)電層,e.將傳感器圖形印制于所述基板材料的傳感器一側(cè)以形成至少兩個(gè)傳感器電極和連接圖形,f.將二氧化鈦層印制于位于所述基板材料的傳感端上的所述連接圖形上,g.形成用于所述加熱回路的連接,h.印制用于加熱回路連接的釬焊焊墊,i.形成用于所述傳感器電極的連接以及形成第三電極, j.印制所述傳感器連接的釬焊焊墊,k.將密封施加于所述傳感器電極,1.將多孔密封施加于所述傳感器電極, m.將多孔密封施加于所述加熱器回路,η.形成所述傳感器電極之間的電阻層以建立兩個(gè)固定電阻器,ο.將第一覆釉層施加于所述電阻層,P.調(diào)整所述兩個(gè)固定電阻器的電阻值,q.將第二覆釉層施加于所述電阻層,r.對(duì)所述基板材料進(jìn)行激光劃片,s.將所述基板材料切單成預(yù)定數(shù)量的行,t.將催化劑施加于所述基板材料的所述傳感器端,以及u.將基板材料的所述行切單成個(gè)體的傳感器元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中對(duì)于每個(gè)個(gè)體的傳感元件,所述方法還包括 將熔劑施加于所述釬焊焊墊,鄰近于所述釬焊焊墊布置預(yù)制片,干燥所述熔劑以將所述熔劑粘附于所述預(yù)制片,緊接所述預(yù)制片放置預(yù)組裝的接線束,將所述接線束釬焊于所述釬焊焊墊以將所述接線束耦接至所述傳感元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中將導(dǎo)電層施加于非導(dǎo)電基板材料的加熱器一側(cè)以形成加熱回路的所述步驟(a)包括根據(jù)預(yù)定的圖形使用絲網(wǎng)印制技術(shù)來印制鉬導(dǎo)電層, 使所述鉬導(dǎo)電層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間, 使所述基板材料在峰值位于第一預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第一預(yù)定焙燒時(shí)間以設(shè)置所述鉬導(dǎo)電層。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中將第一復(fù)蓋層施加于所述加熱回路的所述步驟(b)包括使用厚膜技術(shù)來印制所述第一復(fù)蓋層,使所述第一復(fù)蓋層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間,使所述基板材料在峰值位于第一預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第一預(yù)定焙燒時(shí)間以設(shè)置所述第一復(fù)蓋層。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中將第二復(fù)蓋層施加于所述回路的所述步驟(c)包括使用厚膜技術(shù)來印制所述第二復(fù)蓋層,使所述第二復(fù)蓋層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間, 使所述基板材料在峰值位于第一預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第一預(yù)定焙燒時(shí)間以設(shè)置所述第二復(fù)蓋層。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中固化所述導(dǎo)電層的所述步驟 (d)包括使所述基板在峰值位于第二預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第二預(yù)定焙燒時(shí)間以固化所述鉬導(dǎo)電層。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中將傳感器圖形印制于所述基板材料的傳感器一側(cè)之上以形成至少兩個(gè)傳感器電極和連接圖形的所述步驟(e)包括根據(jù)預(yù)定的圖形用鉬墨將傳感器圖形印制于所述基板上, 使所述第一復(fù)蓋層在第二預(yù)定干燥溫度下干燥第二預(yù)定干燥時(shí)間, 使所述基板材料在峰值位于第三預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第三預(yù)定焙燒時(shí)間以設(shè)置所述傳感器圖形層。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中將二氧化鈦層印制于定位于所述基板材料的傳感端上的所述連接圖形上的所述步驟(f)包括使所述第一復(fù)蓋層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間, 使所述基板材料在峰值位于第四預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第四預(yù)定焙燒時(shí)間以設(shè)置所述二氧化鈦層。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中形成用于所述加熱回路的連接的所述步驟(g)包括根據(jù)預(yù)定的圖形將銀連接層印制于所述基板材料及所述導(dǎo)電層的一部分之上, 使所述第一復(fù)蓋層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間, 使所述基板材料在峰值位于第一預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第一預(yù)定焙燒時(shí)間以固化所述銀連接層。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中印制用于所述加熱回路連接的釬焊焊墊的所述步驟(h)包括根據(jù)預(yù)定的圖形使用銀鉬導(dǎo)電墨將所述釬焊焊墊印制于所述銀連接層之上, 使所述第一復(fù)蓋層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間, 使所述基板材料在峰值位于第一預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第一預(yù)定焙燒時(shí)間以固化所述銀連接層。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中形成用于所述傳感電極的傳感器連接以及形成第三電極的所述步驟(i)包括根據(jù)預(yù)定的圖形將第一銀連接層印制于所述基板材料及所述導(dǎo)電層的一部分之上,使所述第一復(fù)蓋層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間,使所述基板材料在峰值位于第一預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第一預(yù)定焙燒時(shí)間以固化所述銀連接層,根據(jù)預(yù)定的圖形將第二銀連接層印制于所述第一銀連接層之上, 使所述第一復(fù)蓋層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間,以及使所述基板材料在峰值位于第一預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第一預(yù)定焙燒時(shí)間以固化所述銀連接層。
12.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中印制用于所述傳感器連接的釬焊焊墊的所述步驟(j)包括根據(jù)預(yù)定的圖形使用銀鉬導(dǎo)電墨將所述釬焊焊墊印制于所述銀連接層之上, 使所述第一復(fù)蓋層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間, 使所述基板材料在峰值位于第一預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第一預(yù)定焙燒時(shí)間以固化所述銀連接層。
13.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中將密封施加于所述傳感器電極的所述步驟(k)包括根據(jù)預(yù)定的圖形將密封層印制于所述電極引線層之上, 使所述第一復(fù)蓋層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間, 使所述基板材料在峰值位于第一預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第一預(yù)定焙燒時(shí)間以固化所述銀連接層。
14.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中將多孔密封施加于所述傳感器電極的所述步驟⑴包括根據(jù)預(yù)定的圖形將氧化鋁顆粒和硼硅酸鹽玻璃的第一多孔密封層印制于所述電極引線層之上,使所述第一多孔密封層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間, 使所述基板材料峰值在第一預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第一預(yù)定焙燒時(shí)間以固化所述第一多孔密封層,根據(jù)預(yù)定的圖形將氧化鋁顆粒和硼硅酸鹽玻璃的第二多孔密封層印制于所述第一多孔密封層之上,使所述第二多孔密封層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間, 使所述基板材料在峰值位于第一預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第一預(yù)定焙燒時(shí)間以固化所述第二多孔密封層。
15.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中將多孔密封施加于所述加熱器回路的所述步驟(m)包括根據(jù)預(yù)定的圖形將氧化鋁顆粒和硼硅酸鹽玻璃的第一多孔密封層印制于所述加熱回路層之上,使所述第一多孔密封層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間, 使所述基板材料在峰值位于第一預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第一預(yù)定焙燒時(shí)間以固化所述第一多孔密封層,根據(jù)預(yù)定的圖形將氧化鋁顆粒和硼硅酸鹽玻璃的第二多孔密封層印制于所述第一多孔密封層之上,使所述第二多孔密封層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間,使所述基板材料在峰值位于第一預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第一預(yù)定焙燒時(shí)間以固化所述第二多孔密封層。
16.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中形成所述傳感器電極之間的電阻層以建立兩個(gè)固定電阻器的所述步驟(η)包括根據(jù)預(yù)定的圖形將金屬電阻層印制于所述電極層之間上以形成兩個(gè)電阻器, 使所述電阻層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間, 使所述基板材料在峰值位于第五預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第五預(yù)定焙燒時(shí)間以固化所述電阻層。
17.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中形成第一覆釉層的所述步驟(ο)包括根據(jù)預(yù)定的圖形將第一覆釉層印制于所述加熱回路層之上, 使所述第一覆釉層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間, 使所述基板材料在峰值位于第六預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第六預(yù)定焙燒時(shí)間以固化所述第一覆釉層。
18.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中調(diào)整所述電阻器的所述電阻值的所述步驟(P)包括通過用激光設(shè)備測(cè)量電阻器的電阻值來檢查電阻器的值,和若需要?jiǎng)t使用激光微調(diào)工藝將電阻器微調(diào)至預(yù)定值。
19.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中形成第二覆釉層的所述步驟(q)包括根據(jù)預(yù)定的圖形將第二覆釉層印制于所述第一覆釉層之上, 使所述第二覆釉層在第一預(yù)定干燥溫度下干燥第一預(yù)定干燥時(shí)間,以及使所述基板材料在峰值位于第六預(yù)定焙燒溫度的條件下焙燒第六預(yù)定焙燒時(shí)間以固化所述第二覆釉層。
20.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,還包括使所述基板材料從所述加熱器一側(cè)翻轉(zhuǎn)到所述傳感器一側(cè)以繼續(xù)施加另加的材料層。
21.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,還包括使所述基板材料從所述傳感器一側(cè)翻轉(zhuǎn)到所述加熱器一側(cè)以繼續(xù)施加另加的材料層。
22.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中所述第一預(yù)定干燥時(shí)間為 6 9分鐘以及所述第一預(yù)定干燥溫度為80 120°C。
23.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中所述第二預(yù)定干燥時(shí)間為 2. 5 4. 5分鐘以及所述第二預(yù)定干燥溫度為80 120°C。
24.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中所述第一預(yù)定焙燒時(shí)間為 30 40分鐘以及所述第一預(yù)定焙燒溫度為8;35 875°C。
25.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中所述第二預(yù)定焙燒時(shí)間為 61 75分鐘以及所述第二預(yù)定焙燒溫度為1284 1568°C。
26.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中所述第三預(yù)定焙燒時(shí)間為 51 63小時(shí)以及所述第三預(yù)定焙燒溫度為1125 1375°C。
27.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中所述第四預(yù)定焙燒時(shí)間為47 57小時(shí)以及所述第四預(yù)定焙燒溫度為990 1210°C。
28.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中所述第五預(yù)定焙燒時(shí)間為 31 39分鐘以及所述第五預(yù)定焙燒溫度為779 951°C。
29.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,其中所述第六預(yù)定焙燒時(shí)間為 31 39分鐘以及所述第六預(yù)定焙燒溫度為500 600°C。
30.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的方法,還包括清除鄰近所述釬焊焊墊的所述熔劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)加熱式氧傳感器的裝置和方法,該方法包括將材料層施加于非導(dǎo)電基板材料的加熱器一側(cè)上以形成加熱回路,將材料層施加于非導(dǎo)電基板材料的傳感一側(cè)上以形成氧傳感器;將非導(dǎo)電基板材料切單成個(gè)體傳感元件,其中每個(gè)傳感元件具有多個(gè)釬焊焊墊;將熔劑施加于釬焊焊墊;布置預(yù)制片使之鄰近于釬焊焊墊;使熔劑變干以將熔劑粘附于預(yù)制片;定位預(yù)組裝的接線束使之緊接于預(yù)制片,以及將接線束釬焊于釬焊焊墊以使接線束耦接至傳感元件。
文檔編號(hào)G01N27/12GK102297880SQ20101053945
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者A·卡米勒里, H·阿巴斯, I·帕森斯, M·馬克??硕? S·莫哈麥德 申請(qǐng)人:先達(dá)汽車產(chǎn)品股份有限公司
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