DE102007047078A1

DE102007047078A1 - Sensorelement zur Detektion von Partikeln in einem Gas und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102007047078A1
Application number: DE200710047078
Authority: DE
Inventors: Thorsten Ochs; Detlef Heimann; Sabine Roesch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2007-10-01
Publication date: 2009-04-02
Also published as: JP2009085959A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement zur Detektion von Partikeln in einem Gas, umfassend eine Schutzschicht (1a; 1b), ein Messelektrodensystem (2) mit mindestens einer ersten (3) und einer zweiten (4) kammartig ineinander greifenden Messelektrode und eine Isolationsschicht (5), wobei die Schutzschicht (1a; 1b) auf den Messelektroden (3, 4) angeordnet ist und die Messelektroden (3, 4) auf der Isolationsschicht (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement mindestens eine erste (1a) und eine zweite (1b) Schutzschicht aufweist, wobei die erste Schutzschicht (1a) kongruent zu der oberen Fläche (6a) der ersten Messelektroden (3) und die zweite Schutzschicht (1b) kongruent zu der oberen Fläche (6b) der zweiten Messelektroden (4) ausgebildet und/oder angeordnet ist, wobei die obere Fläche (6a, 6b) einer Messelektrode (3, 4) diejenige Fläche ist, welche der auf der Isolationsschicht (5) angeordneten Fläche (8a, 8b) der Messelektrode (3, 4) gegenüberliegt, sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensorelements und die Verwendung eines solchen Sensorelements.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement zur Detektion von Partikeln in einem Gas, Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensorelementes sowie die Verwendung eines solchen Sensorelementes.
Stand der Technik
In naher Zukunft muss der Partikelausstoß, insbesondere von Fahrzeugen während des Fahrbetriebes, nach dem Durchlaufen eines Motors bzw. Dieselpartikelfilters (DPF) per gesetzlicher Vorschrift überwacht werden. Darüber hinaus ist eine Beladungsprognose von Dieselpartikelfiltern zur Regenerationskontrolle notwendig, um eine hohe Systemsicherheit bei wenigen effizienten, kraftstoffsparenden Regenerationszyklen zu gewährleisten und kostengünstige Filtermaterialien, beispielsweise Cordierit, einsetzen zu können.
Eine Möglichkeit hierzu bieten resistive Partikelsensoren für leitfähige Partikel. Derzeit sind resistive Partikelsensoren bekannt, bei denen ein zwei oder mehr metallische, kammartig ineinander greifende Messelektroden (Interdigitalelektroden) umfassendes Messelektrodensystem auf einer Isolationsschicht ausgebildet ist. Unter Anlegen einer elektrischen Spannung an die Messelektroden lagern sich Partikel an, welche die Messelektroden kurzschließen. Mit steigender Partikelkonzentration auf der Sensorfläche wird nach Erreichen eines Schwellwertes ein abnehmender Widerstand (bzw. ein zunehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung) zwischen den Messelektroden bestimmt. Der sich ändernde Widerstand bzw. Strom korreliert dabei mit der Zunahme der Partikel auf der Sensorfläche. Zur Regeneration des Sensors wird der Sensor mit Hilfe einer integrierten Heizvorrichtung freigebrannt, das heißt von Partikeln befreit.
Um die Messelektroden vor Korrosion durch das Gas und vor mechanischer Beschädigung zu schützen, wird eine Schutzschicht auf dem Messelektrodensystem bzw. auf der Sensorfläche vollflächig aufgebracht. Eine derartige vollflächig aufgebrachte Schutzschicht verändert die Funktionalität der Messelektroden jedoch nachteilig.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Sensorelement nach Anspruch 1 hat den Vorteil, dass durch die erfindungsgemäß ausgebildeten und/oder angeordneten Schutzschichten die Messelektroden vor Korrosion durch das Gas und vor mechanischer Beschädigung geschützt werden, wobei die Funktionalität der Messelektroden nicht oder nur geringfügig beeinträchtigt und das Funktionsprinzip nicht verändert wird. Dies liegt darin begründet, dass die erfindungsgemäßen Schutzschichten kongruent zu der oberen Fläche der Messelektroden ausgebildet und angeordnet sind, wodurch einerseits die obere Fläche der Messelektroden vor Korrosion und mechanischer Beschädigung geschützt wird, andererseits die Funktionalität der Messelektroden bei Partikelanlagerung jedoch gewährleistet bleibt, da die Seitenflächen (Flanken) der Messelektroden sowie der Zwischenraum zwischen den Messelektroden nicht von der Schutzschicht bedeckt ist.
Ein zusätzlicher Nutzen kann dadurch erzielt werden, dass durch das Aufbringen der Schutzschichten eine erhöhte Profilstruktur im Bereich des Messelektrodensystems erzeugt wird, durch welche eine Strömungsführung erzwungen werden kann, die bewirkt, dass Partikel leichter an dem Messelektrodensystem angelagert werden.
Die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensors, insbesondere mittels Laserstrukturierung bzw. physikalischer Gasphasenabscheidung („physical vapor deposition", PVD) oder chemischer Gasphasenabscheidung („chemical vapor deposition", CVD), haben sich als vorteilhaft erwiesen, da hierdurch nicht nur die Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensorelementes gewährleistet wird, sondern es darüber hinaus möglich ist, Messelektrodensysteme mit deutlich geringeren Abständen zwischen den Messelektroden, beispielsweise von ≥ 20 μm bis ≤ 40 μm, verglichen mit herkömmlichen interdigitalen Messelektrodensystemen mit Abständen von über 70 μm zwischen den Messelektroden, herzustellen. Ein möglichst geringer Abstand zwischen den Messelektroden erhöht dabei vorteilhafterweise die Empfindlichkeit und Messgenauigkeit des Sensorelementes.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen zu entnehmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird durch die im Folgenden gezeigten und diskutierten Figuren genauer erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
1a ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensorelementes; und
1b ist ein schematischer Schnitt durch das in 1a gezeigte Sensorelement entlang der Linie A-A'.
Beschreibung der Abbildung
1a ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensorelementes zur Detektion von Partikeln in einem Gas. 1a zeigt, dass das Sensorelement eine Schutzschicht 1a, 1b, ein Messelektrodensystem 2 mit mindestens einer ersten 3 und einer zweiten 4 kammartig ineinander greifenden Messelektrode und eine Isolationsschicht 5 umfasst, wobei die Schutzschicht 1a, 1b auf den Messelektroden 3, 4 angeordnet ist und die Messelektroden 3, 4 auf der Isolationsschicht 5 angeordnet sind. Das in 1a gezeigte, erfindungsgemäße Sensorelement hebt sich dadurch von bekannten Sensorelementen ab, dass das Sensorelement mindestens eine erste 1a und eine zweite 1b Schutzschicht aufweist, wobei die erste Schutzschicht 1a kongruent zu der oberen Fläche 6a der ersten Messelektroden 3 und die zweite Schutzschicht 1b kongruent zu der oberen Fläche 6b der zweiten Messelektroden 4 ausgebildet und/oder angeordnet ist.
Dabei wird im Sinn der vorliegenden Erfindung unter der „oberen Fläche" 6a, 6b einer Messelektrode 3, 4 diejenige Fläche der Messelektrode 3, 4 verstanden, welche der auf der Isolationsschicht 5 angeordneten Fläche 8a, 8b der Messelektrode 3, 4 gegenüberliegt. Begriffe wie „obere", „auf" und „unter" sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Beschreibung der Anordnung von Bauteilen zueinander dienen und das erfindungsgemäße Sensorelement bzw. Verfahren nicht hinsichtlich der räumlichen Ausrichtung des Sensorelements bzw. der Bauteile einschränken.
Durch die jeweils auf der oberen Fläche 6a, 6b einer Messelektrode 3, 4 angeordneten Schutzschichten 1a, 1b wird das Messelektrodensystem 2 vorteilhafterweise durch Einwirkungen von der dem Gas zugewandten Seite des Sensorelements. Dadurch, dass durch eine erfindungsgemäße Schutzschicht 1a, 1b die Seitenflächen (Flanken) 9a, 9b der Messelektroden 3, 4 sowie der Zwischenraum 10 zwischen den Messelektroden 3, 4 nicht von einer Schutzschicht 1a, 1b bedeckt ist, kann vorteilhafterweise die Funktionalität der Messelektroden 3, 4 sichergestellt werden.
In der in 1a gezeigten Ausführungsform weist das Sensorelement eine Isolationsschicht 5 und eine Trägerschicht 7 auf. Die Trägerschicht 7 ist dabei unter der Isolationsschicht 5 angeordnet. Diese Trägerschicht 7 kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl aus einem isolierenden als auch aus einem leitenden Material ausgebildet sein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch ebenso möglich, dass die Isolationsschicht 5 derart ausgebildet und/oder ausgestaltet ist, dass die Isolationsschicht 5 sowohl als Isolationsschicht 5 als auch als Trägerschicht 7 fungiert.
1b ist ein schematischer Schnitt durch das in 1a gezeigte Sensorelement entlang der Linie A-A'.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Sensorelement zur Detektion von Partikeln in einem Gas, umfassend eine Schutzschicht, ein Messelektrodensystem mit mindestens einer ersten und einer zweiten kammartig ineinander greifenden Messelektrode, und eine Isolationsschicht, wobei die Schutzschicht auf den Messelektroden angeordnet ist und die Messelektroden auf der Isolationsschicht angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Sensorelement mindestens eine erste und eine zweite Schutzschicht aufweist, wobei die erste Schutzschicht kongruent zu der oberen Fläche der ersten Messelektroden und die zweite Schutzschicht kongruent zu der oberen Fläche der zweiten Messelektroden ausgebildet und/oder angeordnet ist.
Im Rahmen einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Sensorelement eine Trägerschicht auf, welche unter der Isolationsschicht angeordnet ist.
Ein erfindungsgemäßes Sensorelement kann durch verschiedene erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensorelementes, indem durch ein Laserstrukturierungsverfahren von einem Grundkörper, der eine flächige Schutzschicht, eine flächige metallhaltige oder metallische Schicht, und eine flächige Isolationsschicht umfasst, wobei die Schutzschicht auf der metallhaltigen oder metallischen Schicht angeordnet ist und die metallhaltige oder metallische Schicht auf der Isolationsschicht angeordnet ist, derart Material abgetragen wird, dass durch den Materialabtrag aus der flächigen Schutzschicht und der flächigen, metallhaltigen oder metallischen Schicht ein Messelektrodensystem mit mindestens einer ersten und einer zweiten kammartig ineinander greifenden Messelektrode und mit mindestens einer ersten und einer zweiten Schutzschicht ausgebildet wird, wobei die erste Schutzschicht kongruent zu der oberen Fläche der ersten Messelektroden und die zweite Schutzschicht kongruent zu der oberen Fläche der zweiten Messelektroden ausgebildet und/oder angeordnet ist.
Der Grundkörper dafür kann beispielsweise hergestellt werden, indem auf eine Isolationsschicht eine metallhaltige oder metallische Schicht vollflächig aufgedruckt wird; auf die metallhaltige oder metallische Schicht eine Schutzschicht vollflächig aufgedruckt wird; und die aufeinander aufgedruckten Schichten gesintert werden. Die Isolationsschicht kann zuvor, das heißt vor dem Aufdrucken der metallhaltigen oder metallischen Schicht und der Schutzschicht, auf eine Trägerschicht vollflächig aufgedruckt werden. Mit anderen Worten, insofern der Grundkörper bzw. das Sensorelement eine Trägerschicht umfassen soll, kann der Grundkörper hergestellt werden, indem auf eine Trägerschicht eine Isolationsschicht vollflächig aufgedruckt wird; auf die Isolationsschicht eine metallhaltige oder metallische Schicht vollflächig aufgedruckt wird; auf die metallhaltige oder metallische Schicht eine Schutzschicht vollflächig aufgedruckt wird, wobei die aufeinander aufgedruckten Schichten gesintert werden.
Vorteilhafterweise können durch das Laserstrukturierungsverfahren die Schutzschicht und die darunter liegende metallische oder metallhaltige Schicht in einem Arbeitsgang gemeinsam bearbeitet werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensorelementes, indem durch ein Siebdruckverfahren mit mehreren Siebdruckschritten: auf eine Isolationsschicht ein Messelektrodensystem mit mindestens einer ersten und einer zweiten kammartig ineinander greifenden Messelektrode aufgedruckt wird; und auf die erste Messelektrode eine erste Schutzschicht und auf die zweite Messelektrode eine zweite Schutzschicht derart, insbesondere exakt positioniert, aufgedruckt wird, dass die erste Schutzschicht kongruent zu der oberen Fläche der ersten Messelektroden und die zweite Schutzschicht kongruent zu der oberen Fläche der zweiten Messelektroden ausgebildet und/oder angeordnet ist.
Die Isolationsschicht kann zuvor, das heißt vor dem Aufdrucken des Messelektrodensystems und der Schutzschicht, auf eine Trägerschicht vollflächig aufgedruckt werden. Mit anderen Worten, insofern das Sensorelement eine Trägerschicht umfassen soll, kann das Sensorelement erfindungsgemäß hergestellt werden, indem durch ein Siebdruckverfahren mit mehreren Siebdruckschritten: auf eine Trägerschicht eine Isolationsschicht insbesondere vollflächig aufgedruckt wird; auf die Isolationsschicht ein Messelektrodensystem mit mindestens einer ersten und einer zweiten kammartig ineinander greifenden Messelektrode aus einem metallhaltigen oder metallischen Material aufgedruckt wird; und auf die erste Messelektrode eine erste Schutzschicht und auf die zweite Messelektrode eine zweite Schutzschicht derart, insbesondere exakt positioniert, aufgedruckt wird, dass die erste Schutzschicht kongruent zu der oberen Fläche der ersten Messelektroden und die zweite Schutzschicht kongruent zu der oberen Fläche der zweiten Messelektroden ausgebildet und/oder angeordnet ist.
Für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren sind beispielsweise Festköperlaser oder Excimerlaser, beispielsweise Neodym-YAG-Laser oder Diodenlaser oder Faserlaser, geeignet. Zweckmäßigerweise liegt der Fokusdurchmesser des Lasers in einem Bereich von ≥ 1 μm bis ≤ 70 μm.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensorelementes, indem auf eine, insbesondere gesinterte, Isolationsschicht eine fein strukturierte Maske aufgebracht wird, deren offene Bereiche der Struktur des herzustellenden Messelektrodensystems mit mindestens einer ersten und einer zweiten kammartig ineinander greifenden Messelektrode entsprechen; und die offenen Bereiche durch eine erste physikalische Gasphasenabscheidung („physical vapor deposition", PVD) oder erste chemische Gasphasenabscheidung („chemical vapor deposition", CVD) mit einem metallhaltigen oder metallischen Material beschichtet werden; und die mit dem metallhaltigen oder metallischen Material beschichteten Bereiche unter Beibehalten der Position der Maske durch eine zweite physikalische Gasphasenabscheidung („physical vapor deposition", PVD) oder zweite chemische Gasphasenabscheidung („chemical vapor deposition", CVD) mit einem keramischen Material beschichtet werden.
Zweckmäßigerweise werden die offenen Bereiche derart mit einem metallhaltigen oder metallischen Material beschichtet, dass auf der Grundfläche der offenen Bereiche eine homogene Schicht entsteht. Vorteilhafterweise wird dabei das Volumen der offenen Bereiche nicht vollständig von dem metallhaltigen oder metallischen Material ausgefüllt wird. Auf diese Weise kann das keramische Material, und damit die resultierende Schutzschicht, bei der zweiten physikalischen Gasphasenabscheidung („physical vapor deposition", PVD) bzw. der zweiten chemischen Gasphasenabscheidung („chemical vapor deposition", CVD) unter Beibehalten der Position der Maske in einfacher Weise aufgebracht werden.
Auch im Rahmen dieses erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens kann die Isolationsschicht zuvor, das heißt gegebenenfalls vor dem Sintern sowie vor dem Aufbringen der Maske und der ersten und zweiten physikalischen oder chemischen Gasphasenabscheidung, auf eine Trägerschicht vollflächig aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Schutzschicht aus einem porösen oder dichten, keramischen Material ausgebildet sein. Die Schutzschicht kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Schichtdicke (d_S) in einem Bereich von ≥ 0,5 μm bis ≤ 50 μm, beispielsweise von ≥ 5 μm bis ≤ 25 μm, insbesondere von ≥ 10 μm bis ≤ 20 μm, aufweisen. Vorzugsweise umfasst die Schutzschicht oder das keramische Material im Rahmen der vorliegenden Erfindung Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und/oder Siliziumoxid, vorzugsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumoxid, insbesondere yttriumdotiertes Zirkoniumoxid. Insbesondere kann die Schutzschicht aus Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und/oder Siliziumoxid, vorzugsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumoxid, insbesondere yttriumdotiertes Zirkoniumoxid, ausgebildet sein. Das keramische Material kann insbesondere aus Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und/oder Siliziumoxid, vorzugsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumoxid, insbesondere yttriumdotiertes Zirkoniumoxid, bestehen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Abstand (d_MM) zwischen der ersten und zweiten Messelektrode ≤ 100 μm, beispielsweise ≤ 80 μm oder ≤ 70 μm, insbesondere ≤ 40 μm, sein. Beispielsweise kann der Abstand (d_MM) zwischen der ersten und zweiten Messelektrode in einem Bereich von ≥ 15 μm bis ≤ 50 μm, insbesondere von ≥ 20 μm bis ≤ 40 μm, liegen. Die Messelektroden und/oder die metallische oder metallhaltige Schicht können im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Dicke (d_M) in einem Bereich von ≥ 1 μm bis ≤ 30 μm, beispielsweise von ≥ 5 μm bis ≤ 20 μm, insbesondere von ≥ 8 μm bis ≤ 18 μm aufweisen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die Messelektroden und/oder die metallhaltige oder metallische Schicht oder das metallische oder metallhaltige Material ein Metall oder eine Metalllegierung, beispielsweise Platin, Kupfer, Silber, Gold, Eisen, Cobalt, Nickel, Palladium, Ruthenium, Iridium und/oder Rhodium, insbesondere Platin, oder ein Edelmetall/Keramik-Cermet, beispielsweise ein Platin/Keramik-Cermet, insbesondere ein Platin/Aluminiumoxid-Cermet, umfassen. Insbesondere können die Messelektroden oder die metallhaltige oder metallische Schicht aus einem Metall oder einer Metalllegierung, beispielsweise Platin, Kupfer, Silber, Gold, Eisen, Cobalt, Nickel, Palladium, Ruthenium, Iridium und/oder Rhodium, insbesondere Platin, oder einem Edelmetall/Keramik-Cermet, beispielsweise einem Platin/Keramik-Cermet, insbesondere einem Platin/Aluminiumoxid-Cermet, ausgebildet sein. Das metallische oder metallhaltige Material kann insbesondere aus einem Metall oder einer Metalllegierung, beispielsweise Platin, Kupfer, Silber, Gold, Eisen, Cobalt, Nickel, Palladium, Ruthenium, Iridium und/oder Rhodium, insbesondere Platin, oder einem Edelmetall/Keramik-Cermet, beispielsweise einem Platin/Keramik-Cermet, insbesondere einem Platin/Aluminiumoxid-Cermet, bestehen. Vorzugsweise sind die Messelektroden oder die metallhaltige oder metallische Schicht aus einem Edelmetall/Keramik-Cermet, beispielsweise einem Platin/Keramik-Cermet, insbesondere einem Platin/Aluminiumoxid-Cermet, ausgebildet bzw. besteht das metallische oder metallhaltige Material aus einem Edelmetall/Keramik-Cermet, beispielsweise einem Platin/Keramik-Cermet, insbesondere einem Platin/Aluminiumoxid-Cermet.
Vorzugsweise umfasst die Isolationsschicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung Aluminiumoxid. Beispielsweise kann die Isolationsschicht aus Aluminiumoxid ausgebildet sein.
Vorzugsweise umfasst die Trägerschicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung Zirkoniumoxid, insbesondere yttriumdotiertes Zirkoniumoxid, und/oder Aluminiumoxid. Beispielsweise kann die Trägerschicht aus Zirkoniumoxid, insbesondere yttriumdotiertes Zirkoniumoxid, und/oder Aluminiumoxid ausgebildet sein.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Sensorelementes in einem Werkstattmessgerät zur Abgasuntersuchung oder in einem Messgerät zur Kontrolle der Luftqualität oder in einem Ruß-Partikel-Sensoren, insbesondere Ruß-Partikel-Sensoren für „on board diagnosis" (OBD), und/oder zur Überwachung der Betriebsweise eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Dieselmotors, oder einer Verbrennungsanlage, beispielsweise einer Ölheizung oder eines Ofens, und/oder zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters und/oder zur Überwachung des Beladungszustandes eines Partikelfilters, beispielsweise eines Diesel-Partikel-Filters (DPF), oder zur Überwachung von chemischen Herstellungsprozessen, Abluftanlagen und/oder Abluftnachbehandlungsanlagen.

Claims

Sensorelement zur Detektion von Partikeln in einem Gas, umfassend eine Schutzschicht (1a; 1b), ein Messelektrodensystem (2) mit mindestens einer ersten (3) und einer zweiten (4) kammartig ineinander greifenden Messelektrode, und eine Isolationsschicht (5), wobei die Schutzschicht (1a; 1b) auf den Messelektroden (3, 4) angeordnet ist und die Messelektroden (3, 4) auf der Isolationsschicht (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Sensorelement mindestens eine erste (1a) und eine zweite (1b) Schutzschicht aufweist, wobei die erste Schutzschicht (1a) kongruent zu der oberen Fläche (6a) der ersten Messelektroden (3) und die zweite Schutzschicht (1b) kongruent zu der oberen Fläche (6b) der zweiten Messelektroden (4) ausgebildet und/oder angeordnet ist, wobei die obere Fläche (6a, 6b) einer Messelektrode (3, 4) diejenige Fläche ist, welche der auf der Isolationsschicht (5) angeordneten Fläche (8a, 8b) der Messelektrode (3, 4) gegenüberliegt.
Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement eine Trägerschicht (7) aufweist, welche unter der Isolationsschicht (5) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Sensorelementes nach einem der vorherigen Ansprüche, indem durch ein Laserstrukturierungsverfahren von einem Grundkörper, der – eine flächige Schutzschicht, – eine flächige metallhaltige oder metallische Schicht, und – eine flächige Isolationsschicht umfasst, wobei die Schutzschicht auf der metallhaltigen oder metallischen Schicht angeordnet ist und die metallhaltige oder metallische Schicht auf der Isolationsschicht angeordnet ist, derart Material abgetragen wird, dass durch den Materialabtrag aus der flächigen Schutzschicht und der flächigen, metallhaltigen oder metallischen Schicht ein Messelektrodensystem (2) mit mindestens einer ersten (3) und einer zweiten (4) kammartig ineinander greifenden Messelektrode und mit mindestens einer ersten (1a) und einer zweiten (1b) Schutzschicht ausgebildet wird, wobei die erste Schutzschicht (1a) kongruent zu der oberen Fläche (6a) der ersten Messelektroden (3) und die zweite Schutzschicht (1b) kongruent zu der oberen Fläche (6b) der zweiten Messelektroden (4) ausgebildet und/oder angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper hergestellt wird, indem – auf eine Isolationsschicht eine metallhaltige oder metallische Schicht vollflächig aufgedruckt wird; – auf die metallhaltige oder metallische Schicht eine Schutzschicht vollflächig aufgedruckt wird; und – die aufeinander aufgedruckten Schichten gesintert werden.
Verfahren zur Herstellung eines Sensorelementes nach einem der vorherigen Ansprüche, indem durch ein Siebdruckverfahren mit mehreren Siebdruckschritten: – auf eine Isolationsschicht (5) ein Messelektrodensystem (2) mit mindestens einer ersten (3) und einer zweiten (4) kammartig ineinander greifenden Messelektrode aufgedruckt wird; und – auf die erste Messelektrode (3) eine erste Schutzschicht (1a) und auf die zweite Messelektrode (4) eine zweite Schutzschicht (1b) derart, insbesondere exakt positioniert, aufgedruckt wird, dass die erste Schutzschicht (1a) kongruent zu der oberen Fläche (6a) der ersten Messelektroden (3) und die zweite Schutzschicht (1b) kongruent zu der oberen Fläche (6b) der zweiten Messelektroden (4) ausgebildet und/oder angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Sensorelementes nach einem der vorherigen Ansprüche, indem – auf eine, insbesondere gesinterte, Isolationsschicht (5) eine fein strukturierte Maske aufgebracht wird, deren offene Bereiche der Struktur des herzustellenden Messelektrodensystems (2) mit mindestens einer ersten (3) und einer zweiten (4) kammartig ineinander greifenden Messelektrode entsprechen; und – die offenen Bereiche durch eine erste physikalische Gasphasenabscheidung („physical vapor deposition", PVD) oder erste chemische Gasphasenabscheidung („chemical vapor deposition", CVD) mit einem metallhaltigen oder metallischen Material beschichtet werden; und – die mit dem metallhaltigen oder metallischen Material beschichteten Bereiche unter Beibehalten der Position der Maske durch eine zweite physikalische Gasphasenabscheidung („physical vapor deposition", PVD) oder zweite chemische Gasphasenabscheidung („chemical vapor deposition", CVD) mit einem keramischen Material beschichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (5) zuvor auf eine Trägerschicht (7) vollflächig aufgedruckt wird.
Sensorelement oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (1a, 1b) aus einem porösen oder dichten, keramischen Material ausgebildet ist.
Sensorelement oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (1a, 1b) die Schutzschicht eine Schichtdicke (d_S) in einem Bereich von ≥ 0,5 μm bis ≤ 50 μm, beispielsweise von ≥ 5 μm bis ≤ 25 μm, insbesondere von ≥ 10 μm bis ≤ 20 μm, aufweist.
Sensorelement oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (1a, 1b) oder das keramische Material Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und/oder Siliziumoxid, vorzugsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumoxid, insbesondere yttriumdotiertes Zirkoniumoxid, umfasst.
Sensorelement oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d_MM) zwischen der ersten (3) und zweiten (4) Messelektrode ≤ 100 μm, beispielsweise ≤ 80 μm, insbesondere ≤ 40 μm, ist.
Sensorelement oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektroden (3, 4) oder die metallhaltige oder metallische Schicht oder das metallische oder metallhaltige Material ein Metall oder eine Metalllegierung, beispielsweise Platin, Kupfer, Silber, Gold, Eisen, Cobalt, Nickel, Palladium, Ruthenium, Iridium und/oder Rhodium, insbesondere Platin, oder ein Edelmetall/Keramik-Cermet, beispielsweise ein Platin/Keramik-Cermet, insbesondere ein Platin/Aluminiumoxid-Cermet, umfassen.
Sensorelement oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (5) Aluminiumoxid, umfasst.
Sensorelement oder Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (7) Zirkoniumoxid, insbesondere yttriumdotiertes Zirkoniumoxid, und/oder Aluminiumoxid, umfasst.