杏彩体育:主动涡流涡轮增压器其低温共烧陶瓷技术在汽车中的应用

　　测量涡轮增压器压缩机叶轮的转速对于优化其效率和确保涡轮增压器和发动机保持在其安全工作范围内非常重要。

　　它进一步的潜在好处包括多级涡轮增压器之间的同步、状态监测、预测和基于涡轮增压器速度测量的控制策略增强

　　关于发动机的缩小，涡轮增压器有缩小的趋势，具有较低阀芯惯性的涡轮增压器可以获得更好的响应时间，但必须注意使流速与发动机流速相匹配。

　　再加上不同的刀片材料，如铝、镀铝镍甚至钛，这些目标变得更难探测，为了获得准确的结果，必须考虑几个因素，如信号形状、场强或线圈和叶片之间的距离和角度。

　　缠绕过程会导致简单的几何形状（例如扁平线圈）和不稳定的物体，绕线线圈其支撑部分可在传感器制造过程（例如注射成型过程）中变形。

　　LTCC技术为集成感应元件（如涡流测量线圈）提供了一个最佳平台，具有非常灵活和小型的设计，适用于极端恶劣的环境。

　　嵌入式结构通常通过丝网印刷进行批量生产，印刷分辨率通常限制在80毫米，提高细线能力的最新进展是在新的筛网、乳液或采用的浆料上进行排列。

　　最小结构尺寸目前达到35毫米，通过激光处理LTCC上的印刷金属化的结构方法允许30毫米的线和空间和雕刻的微通道。

　　所有提到的细线印刷技术都被限制在最大金属化厚度ca.15mm。因此，这种制造的线圈的质量因数相当低，导致性能差。

　　进一步的当前制造方法包括将通道压花到陶瓷生坯带中，结合通过丝网印刷的附加填充工艺和印刷浆料的组合光刻工艺。

　　限制因素是这种结构的压花通道深度（通常低于30mm）和70mm的受限空间（Bartsch等人，2012），质量因素由以下关系式定义：

　　为了实现低损耗和低噪声的传感器信号，LTCC嵌入式线圈的电感L应尽可能高（小空间），同时具有低电阻R（高纵横比）。

　　已经报道了在LTCC基板上使用激光处理的细线线圈来提高印刷厚膜电感器质量的方法（Bńk等人，2008），这些结构在高达500°C的热处理后显示出高稳定性（Dziedzic和Nowak，2015）。

　　在本文中，我们提出了一种LTCC元件的新制造技术，该技术可以实现高纵横比线圈金属化和小批量生产的低空间。

　　柔性铸造生坯带用于多层陶瓷工艺，将陶瓷粉末掺入有机溶剂中。通过添加合适的添加剂，例如润湿剂和液化器，可以在铸造工艺之后生产浆料，在铸造工艺中，浆料被铸造在稳定移动的聚合物箔上。

　　图中显示了发明并获得专利的LTCC技术的工艺流程。为了增加线圈绕组的银厚度，首先通过紫外线激光工艺对带进行激光处理，以在LTCC带内部形成通道。

　　通孔和对准标记是在相同的激光工艺中实现的。沟槽和过孔随后通过丝网印刷工艺同时用银金属化膏填充。

　　使用过的模版包括通道和开口，以便将金属化膏引入空通道和空孔中，金属化膏也将部分填充通道部分。

　　通道部分被两个相邻模板之间的模板材料覆盖开口，因为通道深度高达120mm，并且由此产生的糊状物数量是一体的。

　　在步骤3中，通过与激光烧蚀步骤相比功率更低的附加高精度激光步骤来去除残留的金属化膏，这是通过轻微烧蚀绕组空间中的LTCC材料来完成的。

　　通过该工艺，实现了25-30mm的卷绕空间。随后，在最大50巴的压力下，将50mm薄的LTCC覆盖层与两个线圈层和具有集成过孔的两个支撑LTCC层堆叠并层压。

　　然后用第三激光工艺对层叠线圈进行预结构化，以允许将线圈从处理过的LTCC面板中移除。最后，通过LTCC烧结机在850°C的最高温度下烧结LTCC面板。

　　通过在LTCC设置中使用相对较高量的嵌入银，所施加的压力防止了LTCC面板在烧结时的翘曲和缺陷。

　　这些不希望的翘曲效应是由于在标准烧制过程中金属化浆料与生片的电介质基材的收缩率和绝对收缩率的差异而发生的。

　　通过在绿色状态下预结构化，可以在烧结后简单地手动分离圆形元件。图3a显示了直径为4 mm的线圈，以及烧结LTCC元件的横截面抛光的详细视图。

　　LTCC制造在最大可扩展性和减少工艺时间方面进行了优化。通过将线圈之间的横向空间减少到最大500 mm，380个线英寸LTCC层压板上，并平行处理。

　　一个线圈层的沟道烧蚀的处理时间被调整为8分钟，包括例如380个线圈元件的附加标记的对准和激光处理。

　　涡轮增压器位于靠近发动机的排气管中，必须连续承受高达230°C的高温。它们的转速是通过主动涡电流原理测量的，其中由感应线圈组成的LC振荡器产生磁场，以在压缩机叶片通过传感器尖端前方的磁场时检测压缩机叶片。

　　直径为4 mm的小线圈尺寸允许将传感器放置在靠近压缩机叶轮的位置，由于较小涡轮增压器上的压缩机曲率，该功能克服了安装难题。

　　当叶片从感应线圈前面经过时，其电感L、电阻率R和振荡器频率f0（=v0/2p）发生变化（2）：

　　该频率由专用ASIC解调、处理并转发给发动机ECU。完整的传感器设置封装在一个固体中，使用螺栓安装在压缩机盖上。

　　目标是能够制造具有复杂几何形状的小型线圈并提高信号输出，线圈的几何形状和特性对传感器特性有重大影响。

　　作为传感器LC振荡器的一部分，它不仅必须满足可靠性、电感性、电阻率、品质因数和温度稳定性等多项要求，而且还必须正确感知叶片，并提供电子电路可以解调的稳健而明确的信号。

　　涡流信号调制可以被理解为线圈电感调制，因为其磁场与导电目标的相互作用,这种相互作用的简化模型可以由（3）给出。

　　线圈产生的每个与时间相关的垂直于目标的场分量都会感应出电流，进而产生磁场，该磁场与线圈本身产生的场相互作用，并改变其有效电感：

　　对于煎饼（PK）线圈，主场分量（B\）感测通过其前面的窄叶片边缘表面，而叶片壁由两个横向分量（B//）感测。

　　所传递的信号显示出“双脉冲”行为。相比之下，双D（DD）线圈的主要部件（B//）[图6（B）]感应到较大的侧面，从而产生易于解调的窄而尖锐的信号。图7中的模拟结果证实了这一描述。

　　进行温度循环测试，以测量嵌入式线圈的电阻作为温度的函数以及平均电阻随时间的变化。测试的三个LTCC线圈用金属引脚焊接。

　　温度从40°C循环到220°C超过1300小时，并通过四线法测量元件的电阻。每个温度循环分别耗时3小时180分钟。

　　电阻率对温度有依赖性，温度系数a约为0.004[1/°C]，正如预期的那样，而图中显示了测量的平均电阻，该电阻在80640次测量中略有增加（=8周，=4480次温度循环）。

　　这发生在略高于1300小时之后。在循环测试探针期间，R1（红线）降至其原始值。探针R9（绿线h后显示出大的增加，这是由于接触引脚的接头接触稍微失去。

　　提出了一种用于LTCC涡流传感器的高纵横比和高分辨率金属化的新制造理念。“这项技术显著降低了LTCC线圈的欧姆电阻，因为在这种情况下，银金属化的厚度约等于90微米，而在丝网印刷线倍”。

　　制造的LTCC线圈作为有源涡流涡轮增压器转速传感器的小型化主要集成部件，显示出非常适合的电气、热和机械特性。通过超过1300小时的温度循环测试证明了它们的可靠性。

　　所以，开发的工艺能够批量生产小型LTCC部件，目前的工艺显示出正确的再现性，具有380个线圈的每四英寸LTCC面板的产率高达75%。