[发明专利]气体传感器的传感器元件及其制造方法

说明书

技术领域

发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的，用于确定测量气体的一种物理性能的，尤其是测量气体中气体成分的浓度的气体传感器的传感器元件。

背景技术

一种已知的用于确定内燃发动机的废气中氧浓度的气体传感器的传感器元件(DE19941051A1)具有一个由多个氧离子传导的固体电解质层组成的平面陶瓷体，其中固体电解质层是由钇稳定的锆氧化物组成的陶瓷薄膜，其被印上了功能层并接着被层压。层压的结构然后进行烧结。

功能层包括有多个电化学测量单元以及一个电阻加热器，后者嵌入在两个电绝缘层之间。所述一个电化学测量单元，一个所谓泵单元，具有一个外泵电极和一个内泵电极，它们布置在一个外固体电解质层的相互背离的大面上。外泵电极受废气的作用，而内泵电极则布置在一个气体腔室里，该腔室通过一个扩散阻挡层与废气相连。第二电化学测量单元，一种所谓能斯脱单元，具有一个布置在气体腔室里的能斯脱电极和一个布置在一个参照气体腔室里的参照电极。作为参照气体优选使用环境空气。所有的电极通过印制导线与布置在陶瓷体表面上的连接触点连接。所有印制导线通过印刷的例如由铝氧化物组成的电绝缘层相对于固体电解质层绝缘，以避免泄漏电流经过固体电解质层。

发明内容

具有权利要求1的特征的按照本发明的传感器元件有如下优点：通过所述将至少一个电化学测量单元的固体电解质材料绝缘地嵌入在陶瓷载体薄膜里可以使多个电化学测量单元相互很靠近地布置在传感器元件的陶瓷体里，而在测量单元之间没有泄漏电流。因此可以使传感器元件大大地微型化。

固体电解质材料的绝缘的嵌入在此可以按不同的方式达到。

在本发明的一种优选实施形式中，载体薄膜本身由电绝缘的基质组成，优先由铝氧化物组成，而固体电解质材料作为至少一个窗口插入载体薄膜里。由电绝缘的基质组成的载体薄膜除了有高的机械强度之外，还具有差不多完全的电绝缘性，因此可靠地既避免了泄漏电流的问题，又避免了一种在一定条件下存在于传感器元件里的电阻加热器耦合入测量单元里。也可以用于延伸在载体薄膜上的印制导线至电极不设置电绝缘层。

在本发明的一种同样也是有利的实施形式中，载体薄膜如通常那样由固体电解质材料，优选由稳定的锆氧化物组成，而且固体电解质材料作为至少一个设有一个由电绝缘的基质组成的窗口边框的窗口插入载体薄膜里。通过由电绝缘的基质组成的窗口边框同样也消除了泄漏电流的问题。这种传感器元件还有附加的优点：在陶瓷体烧结时(这陶瓷体通过载体薄膜与其它陶瓷薄膜层压在一起而生成，烧结收缩良好地适应于由固体电解质材料和固体电解质窗口组成的载体薄膜。

通过在其它权利要求3至5和7和8中所述的措施可以实现对权利要求1中所述的传感器元件的有利的扩展设计和改进。

由权利要求9和10可以得到制造传感器元件的有利方法，这传感器元件具有一个由电绝缘基质组成的载体薄膜和一个由固体电解质材料组成的载体薄膜。用这种方法可以使固体电解质材料成本低廉地集成在载体薄膜里，并使许多电化学测量单元以微型结构形式组合成一种测量单元阵列。所述的方法适合于大批量生产，并且提供电化学的测量单元用来使用在任意的气体传感器中，例如氮氧化物传感器，氧传感器或者λ探测器，温度探头，测定氢或者含氢化合物，如氨或者碳氢化合物的浓度的传感器等等。这方法也可以有利地使用在燃料电池技术中。

附图说明

按照附图所示的实施例，在以下的说明中对发明作了详细叙述。所示为：

图1一个用于气体传感器的传感器元件的按图2中的I-I线的纵向剖视图；

图2沿着图1中II-II线的剖视图；

图3沿着图1中III-III线的剖视图；

图4A-4C按照第一方法制造按图1至3所示在传感器元件里的载体薄膜的单个方法步骤的简示；

图4A-4F按照第二方法制造按图1至3所示在传感器元件里的修改的载体薄膜的单个方法步骤的简要说明；

图5具有用于图1至3所述的传感器元件的电化学测量单元的修改的载体薄膜的纵向剖视图；

图6在去除测量单元的外电极时，图5所示载体薄膜的俯视图；

图7按照另一个实施例的载体薄膜的分解图，载体薄膜具有一个布置在其中的电化学测量单元。

具体实施方式