专利名称：具有层间连接孔的传感器元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及已知的传感器元件，所述已知的传感器元件基于特定的固体的电解性能，也就是基于这些固体的传导特定的离子的能力。这样的传感器元件尤其用在机动车中， 尤其用作氧传感器。但是本发明也能够运用到其它类型的包括所描述的类型的固体电解质的传感器元件上，比如运用到用于探测废气的其它的气态的组成部分的传感器上并且运用到微粒传感器上。本发明涉及一种传感器元件和一种用于制造传感器元件、尤其是按本发明的传感器元件的方法。
背景技术：
已知的在制造具有至少一个固体电解质层的传感器元件方面的问题在于，电气的层间连接结构必须通过固体电解质层来制造，所述电气的层间连接结构不应该与所述固体电解质层处于导电的接触之中。所述层间连接结构因此通常通过绝缘层在电气方面相对于固体电解质层绝缘。在文献DE 100 14 995 Cl中所描述的层间连接结构具有导电的和绝缘的层，所述导电的和绝缘的层在层间连接孔中布置在陶瓷的探测器的固体电解质层中。在此，所述层间连接孔拥有笔直的圆柱的外形，其轴线垂直于所述固体电解质层的表面布置。所述层间连接孔的壁体沿着直角的棱边碰到所述固体电解质层的表面。已知的层间连接结构的缺点是，在制造过程中难以保证，层间连接孔中的绝缘层的厚度处于最低厚度与最高允许的厚度之间。尤其难以保证，在所述层间连接孔的棱边的区域中不低于最低厚度。由此绝缘层的绝缘作用会受到不好的影响。此外尤其难以保证， 在所述层间连接孔的壁体的区域中尤其在所述层间连接孔的棱边下方的区域中不超过所述绝缘层的最高允许的厚度。这样的超过情况在制造过程中引起的后果是，过量的溶剂从用于制造绝缘层的物质进入到用于制造固体电解质层的物质中，由此这种用于制造固体电解质的物质受到损害并且在制成的固体电解质层中会出现裂纹。
发明内容
然而，按本发明的具有权利要求1所述特征的传感器元件则具有这样的优点，也就是其尤其可以通过以下方式来比较容易地制成，即可以容易地保证，绝缘层在层间连接孔的区域中具有所限定的层厚度。层间连接孔的壁体具有倒棱，由此对于施加用于制造绝缘层的物质这个过程来说所述层间连接孔的壁体的可接近性得到改进。此外，通过所述按本发明设置的倒棱避免了层间连接孔的壁体和固体电解质层的外表面沿着棱边以棱角尖彼此相碰。由此在制造过程中一方面可以避免在棱边的区域中出现太薄的或者甚至中断的绝缘层这种情况，另一方面同样可以在层间连接结构的内部避免太厚的绝缘层的产生。绝缘层的处于5 μ m与20 μ m之间的范围内的厚度、比如10 μ m的厚度可以视为最低厚度。绝缘层的处于15 μ m与35 μ m之间的范围内的厚度、比如20 μ m的厚度可以视为最高允许的厚度。尤其结合层间连接孔的形状特别有利的是，设置具有至少基本上在整个层间连接孔中处于最低厚度与最高允许的厚度之间的层厚度的绝缘层。倒棱通常是指布置在第一与第二表面之间的表面，并且其斜度大于所述第一表面的斜度并且小于所述第二表面的斜度。在本申请的范围内，固体电解质层的层间连接孔的壁体的倒棱尤其是指层间连接孔的壁体的一部分，该部分布置在固体电解质层的大表面与层间连接孔的壁体的另一部分之间，其中所述壁体的在所述壁体的另一部分中沿径向方向的斜面至少在很大程度上是恒定的，并且尤其至少在很大程度上垂直于所述固体电解质层的大表面的斜面，其中在所述层间连接孔的壁体的部分中所述壁体的沿径向方向的斜度处于所述壁体的沿径向方向在所述层间连接孔的壁体的另一部分中的斜度与所述固体电解质层的大表面的斜度之间。固体电解质层的层间连接孔的壁体的这样的部分，尤其当其比这样的通常并且由于制造原因必然在制造层间连接孔时在固体电解质层中产生的区域更伸展时，可以理解为倒棱。这样的区域比如一直伸展到所述层间连接孔的小于1 μ m、尤其小于3 μ m、尤其小于 9μπι的深度中。层间连接孔的壁体的沿径向方向的斜度在本申请的范围内是指层间连接孔的壁体的沿局部垂直于层间连接孔的环绕的棱边的方向定向的斜度。在存在层间连接孔的柱形的轴对称结构时，这就是从层间连接孔的轴线指向层间连接孔的壁体的方向。固体电解质层的大表面在本申请的范围内是指固体电解质层的上侧面及其下侧面。如果所述倒棱朝层间连接孔中一直伸展到不小于25 μ m、尤其不小于75 μ m的深度和/或如果所述倒棱朝层间连接孔中一直伸展到不小于第一固体电解质层的厚度的5%、 尤其不小于第一固体电解质层的厚度的15%的深度，那么所述倒棱的所提到的有利的效应就特别明显，比如对于施加用于制造绝缘层的物质这个过程来说层间连接孔的壁体的可接近性特别明显地得到改进。如果所述倒棱具有至少一个笔直的区域，该区域沿径向方向是笔直的，其中所述倒棱的笔直的区域尤其在整个倒棱的范围上延伸，那就获得这样的优点，即这样的倒棱可以特别容易地用传统的工具来制成。此外，如果所述倒棱的笔直的区域与所述第一固体电解质层的上侧面和/或所述第一电解质层的下侧面之间形成不小于15°并且不大于75°、 尤其不小于30°并且不大于60°的角，那就特别有效地在所述层间连接孔的棱边的区域中避免了棱角尖。同样特别有效地在所述层间连接孔的棱边的区域中避免棱角尖，如果所述倒棱具有至少一个弯曲的沿径向方向倒圆的区域，尤其如果相应的弯曲半径为ΙΟμπι到200μπκ 尤其为25 μ m到115 μ m，尤其如果所述倒棱的弯曲的区域在整个倒棱的范围上延伸和/或尤其如果所述层间连接孔在所述弯曲的倒棱的区域中具有凹形的的形状。当所述倒棱具有两个彼此不同的区域，也就是具有一个第一部分倒棱和一个第二部分倒棱时，在所述倒棱的有利的作用方面可以进一步对其进行优化。此外规定，在固体电解质膜的俯视图中所述第一部分倒棱布置在所述第二部分倒棱的内部。作为替代方案或者补充方案，所述第二部分倒棱布置在所述固体电解质层的大表面与所述第一部分倒棱之间，其中在所述第二部分倒棱中所述壁体的沿径向方向的斜度处于所述壁体的沿径向方向在所述第一部分倒棱中的斜度与所述固体电解质层的大表面的斜度之间。所述第二部分倒棱而后同样代表着所述层间连接孔的壁体的倒棱的倒棱。在这种情况下获得广泛的优点，这些优点涉及所述传感器元件的简单的可制造性以及所述层间连接孔的区域中的绝缘层的可靠性并且由此最后涉及所述传感器元件的使用寿命。如果所述第二部分倒棱朝层间连接孔中一直伸展到不小于10 μ m、尤其不小于 30 μ m的深度和/或朝层间连接孔中一直伸展到不小于所述第一固体电解质层的厚度的 2. 5%、尤其不小于所述第一固体电解质层的厚度的7. 5%的深度，那么对于施加用于制造绝缘层的物质这个过程来说层间连接孔的壁体的可接近性特别明显地得到改进。如果所述第二部分倒棱朝层间连接孔中一直伸展到不大于100 μ m、尤其不大于 50 μ m的深度和/或朝层间连接孔中一直伸展到不大于所述第一固体电解质层的厚度的 20%、尤其不大于所述第一固体电解质层的厚度的10%的深度，那就可以特别容易地制造所述第二部分倒棱。在一种实施方式中在所述传感器元件的制造过程中尤其保证所述壁体完全被绝缘性的材料所润湿，该实施方式规定，所述第一部分倒棱和第二部分倒棱分别沿径向方向至少部分地是笔直的并且沿径向方向以部分倒棱角彼此相碰，尤其以不小于10°并且不大于55°、尤其以不小于25°并且不大于45°的部分倒棱角彼此相碰。在另一种实施方式中在制造所述传感器元件的过程中尤其保证所述壁体完全被绝缘性的材料所润湿，该实施方式规定，所述第二部分倒棱与固体电解质层的上侧面或者固体电解质层的下侧面围成不小于3°并且不大于25°、尤其不小于6°并且不大于16° 的角。申请人:的试验已经表明，所述传感器元件的使用寿命尤其是当所述第二部分倒棱沿径向方向至少部分地是笔直的并且所述第一部分倒棱沿径向方向至少部分地尤其以 IOym到200 μ m的弯曲半径、尤其以25 μ m到115 μ m的弯曲半径倒圆时特别地高，其中尤其所述第二部分倒棱和第一部分倒棱沿径向方向以小于5°、尤其小于1°的部分倒棱角尤其平坦地彼此相碰，尤其当所述第二部分倒棱与固体电解质层的上侧面或者固体电解质层的下侧面围成不小于3°并且不大于25°、尤其不小于6°并且不大于16°的角时。有利的是，一种用于制造按本发明的传感器元件的方法尤其以所提到的顺序包括在独立的方法权利要求中所提到的步骤。特别有利的是，在此为了将层间连接孔加入到所述固体电解质膜中使用至少一个工具，比如机械的钻头或者冲压工具，或者不过也可以使用激光束，所述工具的形状与有待制造的孔的形状相对应，或者所述工具具有一个部分区域，该部分区域至少具有有待制造的孔的一部分的形状。因此所述工具比如可以在远端的区域中具有柱形的形状，该远端的区域沿近端的方向连接到一个区域上，该区域相应于所述层间连接孔的倒棱来成形。也可以设想使用相应的工具，该工具的形状与所述层间连接孔的倒棱的形状相对应或者该工具具有一个部分区域，该部分区域相应于所述倒棱的形状或者所述倒棱的一个部分的形状。如果所述工具是激光束，那么所述激光束的形状应该按照DIN EN ISO 11145来理解。在使用激光束的情况下获得的优点是，也可以产生底部缺口。因而比如可以只用单面的(激光)钻孔来加入层间连接孔，所述层间连接孔在其上侧面上并且在其下侧面上各具有一个倒棱。特别优选通过双面的抽吸来将绝缘膏和/或绝缘悬浮体加入到所述层间连接孔中，其中相应地在固体电解质膜的大表面上施加绝缘膏和/或绝缘悬浮体并且随后借助于所述固体电解质膜的上侧面与下侧面之间的压差来通过所述层间连接孔抽吸或者说挤压绝缘膏和/或绝缘悬浮体。可以有利地在各个抽吸过程之间将绝缘膏和/或绝缘悬浮体各干燥一次。在此规定，所述固体电解质膜在抽吸之后从第一面翻转并且在抽吸之前从第二面翻转。为实现耐老化的层间连接结构，有利的是，所述传导元件和绝缘元件紧密地彼此相连接，这尤其通过共烧结(Kosintern)来得到保证。对于后一种情况来说，有必要使用在权利要求19中所提到的措施中的至少一个措施或者多个措施的组合或全部措施并且尤其使用1350°到1450°的烧结温度。
其中
图1是传感器元件的示意图； 图加到2e是本发明的不同的实施方式； 图3是传感器元件的制造过程的示意图； 图4、如和恥是传感器元件的层间连接结构的制造过程。
具体实施例方式图1作为本发明的一种实施例示出了传感器元件20的连接侧的端部区段，该传感器元件20布置在气体探测器(未示出)的壳体中并且比如用于测定内燃机(未示出)的废气中的氧气浓度或者废气的温度。所述传感器元件20由陶瓷的层21、22J8、29a、29b构成，在这些陶瓷的层中，两个层构造为第一和第二固体电解质膜21、22并且包含用氧化钇稳定的氧化锆(YW)，两个层构造为内部的电气绝缘的层并且包含氧化铝，并且一个层构造为外部的电气绝缘的层观并且同样包含氧化铝。所述第一和第二固体电解质膜21、22位于所述内部的电气绝缘的层四3、2%的下方和上方。在所述第一固体电解质膜21的上方布置了所述外部的电气绝缘的层观。不言而喻地，所述传感器元件20可以具有其它的用于实现传感器元件20的本身已知的功能的层。功能元件31位于所述内部的电气绝缘的层^a、29b之间，该功能元件31在该实施例中由电气的电阻加热件和通往所述电气的电阻加热件的馈电线131所组成。所述电气的电阻加热件与外部的布线(未示出)一起引起传感器元件20的加热，比如将其加热到超过 650°的温度。通往所述电气的电阻加热件的馈电线131 —直延伸到所述传感器元件20的连接侧的端部区段，而所述电气的电阻加热件则布置在所述传感器元件20的对置的、在图 1中未绘出的测量侧的端部区段中。不言而喻地，所述功能元件31也可以具有其它的结合陶瓷的传感器元件本身已知的功能。所述传感器元件20在所述连接侧的端部区段的区域中具有电气的层间连接结构200，该层间连接结构200能够通过所述传感器元件20的外表面100实现处于该传感器元件20内部的功能元件31的电气接触。所述层间连接结构200因此从所述功能元件31出发穿过所述内部的电气绝缘的层^b、穿过所述第一固体电解质膜21并且穿过所述外部的电气绝缘的层观一直延伸到所述传感器元件20的外表面100。为了实现层间连接结构200， 所述第一固体电解质层21具有层间连接孔25。在所述层间连接结构200的内部布置了构造为层状的绝缘元件42，该绝缘元件42从所述外部的电气绝缘的层观出发经过所述层间连接孔25的壁体251 —直延伸到所述内部的电气绝缘的层^b，从而通过所述构造为层状的绝缘元件42和所述外部的和内部的绝缘的层观、2%所述第一固体电解质层21在所述层间连接结构200的区域中完全被比如包含氧化铝的电气绝缘的材料所包围并且在所述层间连接结构200的内部产生一个区域，该区域即使在出现比如超过400°的温度的高温时也相对于所述第一固体电解质层21得到了电气绝缘。在这个电气绝缘的区域中，在所述构造为层状的绝缘元件42上布置了同样构造为层状的传导元件41，该传导元件41从所述功能元件31出发穿过所述层间连接结构200 —直延伸到布置在所述传感器元件20的外表面100上的接触面43，从而在总体上在所述传感器元件20的外表面100的范围上产生处于所述传感器元件20内部的功能元件31的电气接触，所述传感器元件20的外表面100相对于所述第一固体电解质层21得到了电气绝缘。所述层间连接孔25的壁体251在其上棱边上并且在其下棱边上各具有一个倒棱 51，所述倒棱51各在所述层间连接孔25的内部在所述第一固体电解质层21的大表面之一与所述层间连接孔25的壁体251的垂直于所述第一固体电解质层21的大表面的部分之间是倾斜的连接。在该实施例中，电气绝缘的材料位于假想从所述第一固体电解质层21中通过倒棱51切出的、环绕的区域中。这种材料如可以在图1中清楚地看出的一样可以理解为属于所述电气绝缘的层观、2%或者理解为属于所述绝缘元件42。在该实施例中，所述层间连接孔25在其最狭窄的部位上具有处于0. 3mm到2mm的范围内的直径。所述层状的绝缘元件42和层状的传导元件41在所述层间连接结构200的内部具有处于5到100 μ m的范围内的层厚度。特别优选的是，可以将所述绝缘元件42的层厚度设计得非常均勻，从而使得其始终或者至少几乎到处处于最低厚度与最高允许的厚度之间、比如处于7“111与^ym之间。在图1中注明的倒棱51可以理解为所述层间连接孔25的壁体251的一部分，这部分布置在所述第一固体电解质层21的大表面与所述层间连接孔25的壁体的另一部分之间，其中所述壁体的在所述层间连接孔25的壁体251的另一部分中沿径向方向的斜面至少在很大程度上是恒定的，并且尤其至少在很大程度上垂直于所述第一固体电解质层21的大表面的斜面，其中在所述层间连接孔25的壁体251的部分中，所述壁体251的沿径向方向的斜度处于所述壁体251的沿径向方向在所述层间连接孔25的壁体251的另一部分中的斜度与所述第一固体电解层21的大表面的斜度之间。在该实施例中，所述绝缘元件42包含55个重量百分点的α -Al2O3的份额和45个重量百分点的高度绝缘的玻璃相比如钡长石(Celsian)玻璃或者Ba-Si-La玻璃的份额。也可以考虑其它份额和其它组成部分。所述实施例的实施方式在图加到2e中示出并且涉及所述第一固体电解质层21 中的层间连接孔25的壁体251的倒棱51的形状的改进方案。在此在图加到2e中为更简明起见分别仅仅示出了所述第一固体电解质层21、所述层间连接孔25和一个或者多个倒棱51，但是其中这些实施方式也可以按照在图1中示范性地示出的传感器元件来理解。不言而喻地，本发明的所有实施方式不局限于平坦地构造的陶瓷的传感器元件，而是能够直接变换到层结构的其它的、比如柱形的几何形状。在图加中示出的倒棱51具有笔直的区域511，该区域511沿径向方向是笔直的并且在整个环绕的倒棱51的范围上延伸。所述倒棱51对于所述第一固体电解质层21的 400 μ m的厚度来说一直延伸到所述第一固体电解质层21的100 μ m的深度中。所述倒棱 51关于所述第一固体电解质层21的大表面具有45°的斜度，也就是说所述倒棱51的笔直的区域511与所述第一固体电解质层21的大表面围成45°的角61。在图2b中示出的倒棱51具有弯曲的区域512，该区域512沿径向方向经过倒圆。 所述弯曲的区域沿径向方向具有80 μ m的弯曲半径。所述倒棱51对于所述第一固体电解质层21的400 μ m的厚度来说一直延伸到所述第一固体电解质层21的80 μ m的深度中。在图2c和2d中示出的倒棱51分别包括一个第一部分倒棱515和一个第二部分倒棱516。在所述固体电解质膜21的俯视图中(图2d)，所述第一部分倒棱515布置在所述第二部分倒棱516的内部。所述两个部分倒棱515和516沿径向方向以37. 5°的部分倒棱角60彼此相碰。所述第二部分倒棱516相对于固体电解质层的大表面倾斜了 22.5°。所述第二部分倒棱516布置在所述固体电解质层21的大表面与所述第一部分倒棱515之间并且所述壁体251的沿径向方向的斜度在所述第二部分倒棱516中处于所述壁体251的沿径向方向在第一部分倒棱515中的斜度与所述固体电解质层21的大表面的斜度之间。在图加中示出的倒棱51分别包括一个第一部分倒棱515和一个第二部分倒棱 516。在所述固体电解质膜21的俯视图中，所述第一部分倒棱515布置在所述第二部分倒棱516的内部(象图2d—样)。所述两个部分倒棱515和516在没有棱边的情况下平坦地过渡到彼此当中。所述第二部分倒棱516沿径向方向是笔直的并且相对于所述固体电解质层的大表面倾斜了 9. 3°。所述第二部分倒棱516朝所述层间连接孔25中一直延伸到38 μ m 的深度中，大约延伸了所述第一固体电解质层21的厚度10%。所述第一部分倒棱515沿径向方向弯曲，其中所述弯曲部分具有55 μ m的半径。也可以设想所示出的倒棱51的特征的其它组合。按本发明的传感器元件10、尤其这样的传感器元件20的层间连接结构200的制造在图3中示范性地示意性地示出，并且其制造方法可以是，在未经烧焙的比如由用Y、Ca和 /或用Sc稳定的^O2制成的固体电解质膜21’中通过冲压、精压和/或单面的或者双面的钻孔尤其借助于激光射束来置入层间连接孔25。接下来通过印刷、丝网印刷、单面或双面抽吸/挤压、喷射和/或滴落来将绝缘膏42’和/或绝缘悬浮体一次或多次加入到所述层间连接孔25中，其中最终并且在多次加入时也额外地在此期间进行干燥。接下来通过将传导膏41’抽吸穿过所述层间连接孔25和/或通过将传导膏41’压印到所述固体电解质膜 21’的表面上这些方式来一次或多次将所述传导膏41’加入到所述层间连接孔25中。在一种实施方式中，为制造按本发明的传感器元件10，尤其为了将层间连接孔25 加入到所述固体电解质膜21’中，使用专用的工具25’，该专用的工具25’构造为机械的钻头或者构造为冲压工具，参见图4。所述冲压工具的形状或者在钻头旋转时构成的切割面在下面的远端的部分区域中为柱形，该形状或者切割面在所述工具25’的向上紧接着的近端的部分区域中则与有待制造的倒棱51的形状相对应。也可以用这个专用的工具25’仅仅制造所述层间连接孔25的几部分，比如仅仅制造具有所述倒棱51的区域并且以其它的类型和方式来制造剩余的孔。在这种情况下会省去所述工具25’的下面的远端的柱形的部分。在另一种实施方式中，作为补充方案或者替代方案，为制造按本发明的传感器元件10尤其为了将绝缘膏42’和/或绝缘悬浮体加入到所述层间连接孔25中，首先在所述层间连接孔25的区域中将绝缘膏42’施加到固体电解质膜21’的上侧面211上，参见图fe。 在此规定，通过在所述固体电解质膜21’的下侧面212上加载负压的方式来将这种绝缘膏 42’吸入到所述层间连接孔中，从而出现所述层间连接结构的壁体251的涂覆。此外规定，在翻转所述固体电解质膜21’之后一次或者多次重复所述绝缘膏42’ 的施加和吸入过程，其中现在在所述层间连接孔25的区域中将所述绝缘膏42’施加在所述固体电解质膜21’的在图恥中向上指向的下侧面212上并且借助于负压将其朝所述固体电解质膜21’的现在在图恥中向下指向的上侧面211的方向来抽吸。在另一种优选的实施方式中，作为补充方案或者替代方案规定，如此选择所述负压、所述绝缘膏42’的稠度以及所述抽吸过程的次数以及所述层间连接孔25的形状，从而沿着所述层间连接孔25的整个壁体251产生由绝缘膏42’和/或绝缘悬浮体构成的层，该层的厚度为5 μ m至Ij 35 μ m、尤其为IOym至Ij 25 μ m。在另一种优选的实施方式中，作为补充方案或者替代方案规定，为制造传感器元件10、尤其这样的传感器元件20的层间连接结构200设置了尤其在温度为1350°C到 1450°C进行的烧结过程。为了保证紧接着所述传导元件41和绝缘元件作为共烧结的复合物而存在，在此使用以下措施之一或者使用以下措施的组合或者使用所有以下措施
一所述绝缘膏42’和/或绝缘悬浮体具有绝缘材料、尤其是氧化铝的微粒，并且此外具有有机的组成部分、尤其是软化剂、溶剂和粘合剂，并且所述传导膏41’具有贵金属、尤其是钼的微粒，并且具有固体电解质、是尤其YSZ的微粒并且此外具有有机的组成部分、尤其是软化剂、溶剂和粘合剂。一所述绝缘材料的微粒的大小(d9CI)、所述贵金属的微粒的大小(d9(l)以及所述固体电解质的微粒的大小(d9(1)全部处于0. 8 μ m到2. 5 μ m的范围内。一所述绝缘材料的微粒的大小(d9CI)、所述贵金属的微粒的大小(d9(l)和所述固体电解质的微粒的大小(d9(l)彼此相差不到所述三个数值中的最大数值的50%。一所述绝缘膏42’中和/或所述绝缘悬浮体中的固体含量(重量百分点)与所述传导膏41’中的固体含量(重量百分点)相差不到20个重量百分点。一所述绝缘膏42’中和/或所述绝缘悬浮体中的有机的组成部分的含量(重量百分点)与所述传导膏41’中的有机的组成部分的含量(重量百分点)相差不到20个重量百分点。一所述绝缘膏42’和/或绝缘悬浮体和所述传导膏41’包含相同的有机的组成部分。
权利要求
1.传感器元件，尤其是用于探测气体的物理特性，尤其是用于探测内燃机的气体成分的浓度或者废气的温度，其中所述传感器元件(20)具有第一固体电解质层(21)，其中所述第一固体电解质层(21)具有层间连接孔(25)，其中此外所述传感器元件(20)具有传导元件(41)，所述传导元件(41)通过所述层间连接孔(25)来建立从所述第一固体电解质层 (21)的上侧面(211)到所述第一固体电解质层(21)的下侧面(212)的导电连接，并且其中所述第一固体电解质层(21)在所述层间连接孔(25)中通过绝缘元件(42)与所述传导元件 (41)电气绝缘，其特征在于，所述层间连接孔(25)的壁体(251)具有倒棱(25)。
2.按权利要求1所述的传感器元件，其特征在于，所述倒棱(51)朝层间连接孔(25) 中一直伸展到不小于25 μ m、尤其不小于75 μ m的深度和/或所述倒棱(51)朝层间连接孔 (25)中一直伸展到不小于所述第一固体电解质层(21)的厚度的5%、尤其不小于所述第一固体电解质层(21)的厚度的15%的深度。
3.按权利要求1到2中任一项所述的传感器元件，其特征在于，所述倒棱(51)具有至少一个笔直的区域(511)，该区域(511)沿径向方向是笔直的，其中所述倒棱(51)的笔直的区域(511)尤其在整个倒棱(51)的范围上延伸。
4.按权利要求3所述的传感器元件，其特征在于，所述倒棱(51)的笔直的区域(511)与所述第一固体电解质层(21)的上侧面(211)和/或所述第一电解质层(21)的下侧面(212) 之间围成不小于15°并且不大于75°、尤其不小于30°并且不大于60°的角(61)。
5.按权利要求1到4中任一项所述的传感器元件，其特征在于，所述倒棱(51)具有至少一个弯曲的区域(512)，该区域(512)沿径向方向尤其以ΙΟμπι到200μπκ尤其是25μπι 到115μπι的弯曲半径倒圆，其中所述倒棱(51)的弯曲的区域(512)尤其在整个倒棱(51) 的范围内延伸。
6.按权利要求1到5中任一项所述的传感器元件，其特征在于，所述倒棱(51)具有第一部分倒棱(515)和第二部分倒棱(516)，其中所述第二部分倒棱(516)布置在所述固体电解质层(21)的大表面与所述第一部分倒棱(515)之间，其中在所述第二部分倒棱(516)中所述壁体(251)的沿径向方向的斜度处于所述壁体(251)的沿径向方向在所述第一部分倒棱(515)中的斜度与所述固体电解质层(21)的大表面的斜度之间。
7.按权利要求5或6中任一项所述的传感器元件，其特征在于，所述第二部分倒棱 (516)朝层间连接孔(25)中一直伸展到不小于10 μ m尤其不小于30 μ m的深度和/或朝层间连接孔(25)中一直伸展到不小于所述第一固体电解质层(21)的厚度的2. 5%、尤其不小于所述第一固体电解质层(21)的厚度的7. 5%的深度，和/或所述第二部分倒棱(516)朝层间连接孔(25)中一直伸展到不大于100 μ m、尤其不大于50 μ m的深度和/或朝层间连接孔 (25)中一直伸展到不大于所述第一固体电解质层(21)的厚度的20%、尤其不大于所述第一固体电解质层(21)的厚度的10%的深度。
8.按权利要求5到7中任一项所述的传感器元件，其特征在于，所述第一部分倒棱(515)和第二部分倒棱(516)分别沿径向方向至少部分地是笔直的并且沿径向方向以部分倒棱角(60)彼此相碰，尤其以不小于10°并且不大于55°的部分倒棱角(60)尤其以不小于25°并且不大于45°的部分倒棱角(60)彼此相碰。
9.按权利要求5到8中任一项所述的传感器元件，其特征在于，所述第二部分倒棱(516)与固体电解质层(21)的上侧面(211)和/或第一固体电解质层(21)的下侧面(212)围成不小于3°并且不大于25°、尤其不小于6°并且不大于16°的角(61)。
10.按权利要求5到9中任一项所述的传感器元件，其特征在于，所述第二部分倒棱 (516)沿径向方向至少部分地是笔直的并且所述第一部分倒棱(515)沿径向方向至少部分地尤其以10 μ m至IJ 200 μ m的弯曲半径、尤其以25 μ m至Ij 115 μ m的弯曲半径倒圆，其中尤其所述第二部分倒棱(516)和第一部分倒棱(515)沿径向方向以小于5°、尤其小于1°的部分倒棱角(60)尤其平坦地彼此相碰。
11.按权利要求1到10中任一项所述的传感器元件，其特征在于，所述层间连接孔 (25)的壁体(251)在该层间连接孔(25)的下棱边和上棱边上分别具有倒棱(51)。
12.按权利要求1到11中任一项所述的传感器元件，其特征在于，所述绝缘元件(42) 层状地布置在所述层间连接孔(25)的壁体(251)上并且沿着所述层间连接孔(25)的壁体 (251)的至少90%、尤其沿着所述层间连接孔(25)的壁体(251)的至少97%具有处于最低层厚度与最高允许的厚度之间的层厚度，其中所述最低厚度处于5 μ m与14 μ m之间的范围内并且比如为10 μ m,并且所述最高允许的厚度处于16 μ m与30 μ m之间的范围内并且比如为 20 μ m0
13.按权利要求1到12中任一项所述的传感器元件，其特征在于，所述绝缘元件(42) 具有以下材料中的至少一种或者两种一尤其具有大于阳个重量百分点的份额的Al2O3、尤其是α -Al2O3，-比如钡长石玻璃或者Ba-Si-La玻璃的尤其具有小于50个重量百分点的玻璃相、尤其是高度绝缘的玻璃相。
14.用于制造按前述权利要求中任一项所述的传感器元件(20)的方法，其特征在于， 该方法尤其以所提到的顺序设置了以下步骤-比如由用Y、Ca和/或用Sc稳定的^O2来制造未经烧焙的固体电解质膜(21’)，一通过冲压、精压和/或单面的或者双面的钻孔尤其借助于机械的钻头或者借助于激光射束来加入层间连接孔(25 )，一通过印刷、丝网印刷、单面或双面抽吸/挤压、喷射和/或滴落来将绝缘膏(42’)和/ 或绝缘悬浮体一次或多次加入到所述层间连接孔(25)中，其中最终并且在多次加入时额外地也尤其在此期间进行干燥，一通过将传导膏(41’)抽吸穿过所述层间连接孔(25)这种方式和/或通过将传导膏(41’)压印到所述固体电解质膜(21’)的表面上这种方式来一次或多次将所述传导膏 (41’)加入到所述层间连接孔(25)中，一对所述传感器元件(20)进行烧结，其中出现传导膏(41’)和绝缘膏(42’ )和/或绝缘悬浮体的共烧结，和/或其中出现固体电解质膜(21’)和绝缘膏(42’)和/或绝缘悬浮体的共烧结。
15.按权利要求14所述的方法，其特征在于，利用一个或者多个工具(25’)、尤其利用一个或多个机械的钻头和/或冲压工具加入所述层间连接孔(25)，其中所述工具(25’)的至少一个部分区域具有一种形状，该形状基本上相当于有待加入的层间连接孔(25)的形状或者基本上相当于有待加入的层间连接孔(25)的至少一个部分区域的形状。
16.按权利要求14或15所述的方法，其中通过双面的抽吸来将绝缘膏(42’)和/或绝缘悬浮体加入到所述层间连接孔(25)中，并且尤其以所提到的顺序设置了以下步骤一在所述层间连接孔(25)的区域中将绝缘膏(42’)和/或绝缘悬浮体施加到所述固体电解质膜(21，)的上侧面(211)上，一在所述层间连接孔(25)的区域中通过在所述固体电解质膜(21’)的下侧面(212)上产生负压的方式来将所述绝缘膏(42’ )和/或绝缘悬浮体抽吸穿过所述层间连接孔(25)， 一在所述层间连接孔(25)的区域中将绝缘膏(42’)和/或绝缘悬浮体施加在所述固体电解质膜(21，)的下侧面(212)上，一在所述层间连接孔(25)的区域中通过在所述固体电解质膜(21’)的上侧面(211)上产生负压的方式来将所述绝缘膏(42’ )和/或绝缘悬浮体抽吸穿过所述层间连接孔(25)。
17.按权利要求16所述的方法，其特征在于，如此选择所述负压、所述绝缘膏(42’)和 /或绝缘悬浮体的稠度以及所述抽吸过程的次数和方向以及所述层间连接孔(25)的形状， 从而沿着所述层间连接孔(25)的整个壁体(251)产生由绝缘膏(42’)和/或绝缘悬浮体构成的层，该层的厚度为5μπι到35 μ m、尤其为10 μ m至Ij 25 μ m。
18.按权利要求14到17中任一项所述的方法，其特征在于，所述绝缘膏(42’)和/或绝缘悬浮体具有绝缘材料、尤其是氧化铝的微粒，并且此外具有有机的组成部分、尤其是软化剂、溶剂和粘合剂，并且所述传导膏(41’)具有贵金属、尤其是钼的微粒，并且具有固体电解质、尤其是YSZ的微粒并且此外具有有机的组成部分、尤其是软化剂、溶剂和粘合剂，其中满足了以下条件中的至少一个一所述绝缘材料的微粒的大小(Cl9ci)、所述贵金属的微粒的大小(d9(l)和所述固体电解质的微粒的大小(d9(1)全部处于0. 8 μ m到2. 5 μ m的范围内，一所述绝缘材料的微粒的大小(d9CI)、所述贵金属的微粒的大小(d9(l)和所述固体电解质的微粒的大小(d9(l)彼此相差不到所述三个数值中的最大数值的50%，一所述绝缘膏(42’)中和/或所述绝缘悬浮体中的固体含量(重量百分点)与所述传导膏(41’)中的固体含量(重量百分点)相差不到20个重量百分点，一所述绝缘膏(42’)中和/或所述绝缘悬浮体中的有机的组成部分的含量(重量百分点)和所述传导膏(41’)中的有机的组成部分的含量(重量百分点)相差不到20个重量百分占，一所述绝缘膏(42’ )和/或绝缘悬浮体与所述传导膏(41’)包含相同的有机的组成部分。
19.按权利要求18所述的方法，其中满足了所有提到的条件。
全文摘要
本发明涉及一种尤其用于探测气体的物理特性、尤其用于探测内燃机的气体成分的浓度或者废气的温度的传感器元件，其中所述传感器元件(20)具有第一固体电解质层(21)，其中所述第一固体电解质层(21)具有层间连接孔(25)，其中此外所述传感器元件(20)具有传导元件(41)，该传导元件(41)通过所述层间连接孔(25)来建立从所述第一固体电解质层(21)的上侧面(211)到所述第一固体电解质层(21)的下侧面(212)的导电连接，并且其中所述第一固体电解质层(21)在所述层间连接孔(25)中通过绝缘元件(42)与所述传导元件(41)电气绝缘，其特征在于，所述层间连接孔(25)的壁体(251)具有倒棱(51)，并且本发明涉及一种用于制造传感器元件的方法。
文档编号G01N27/407GK102474990SQ201080034351
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月14日 优先权日2009年8月3日
发明者塔伊贝尔 A., 罗特曼 A., 伦格 C., M. 考托 佩特里 D., 施奈德 J., 绍尔哈默 M., 多特维希 O., 吕施纳 T. 申请人:罗伯特·博世有限公司