KR101626970B1 - 평판형 산소센서소자 - Google Patents

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Abstract

평판형 산소센서소자가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 평판형 산소센서소자는 피검출가스에 노출되는 센싱전극이 상부면에 배치되는 제1전해질층; 상기 제1전해질층의 하부측에 배치되고 상부면에 기준전극이 배치되는 제2전해질층; 및 발열저항체가 절연층에 의해 둘러싸이도록 구비되고, 상기 센싱전극 및 기준전극 사이에 배치되는 히터부;를 포함하고, 상기 히터부는 상기 발열저항체로부터 상기 제1전해질층의 상부면으로부터 상기 제2전해질층의 하부면까지의 총 높이에 대하여 4/10~6/10 사이의 위치에 배치된다.

Description

평판형 산소센서소자{Planar oxygen sensor element}
본 발명은 평판형 산소센서소자에 관한 것이다.
산소센서는 더블 산소 센서 시스템에 사용되는 센서로 산소 분압을 측정하여 ECU(Engine Control Unit)에 그 값을 피드백시켜 주는 부품이다. 이를 통해 배기가스중 NOx, HC, CO를 제거시켜주는 삼원 촉매가 최적의 조건으로 운전되도록 한다.
현재 대부분의 차량에 적용중인 바이너리 타입 산소센서소자의 구조는 배기가스 중의 산소농도를 검출하기 위해 사용되는 기준산소를 산소센서 중앙부에 대기부로 이어진 도입공을 통해 센싱부까지 대기를 끌어올려 레퍼런스로 사용하게 되어 있다.
그리고, 대기 도입공이 없는 구조의 경우에는 배기가스 중의 산소농도를 검출하기 위해 사용되는 기준산소를 산소센서소자의 기준전극을 통해 배기 중에서 바로 차징하여 레퍼런스로 사용하게끔 되어 있다.
이때, 바이너리 타입 중 플래너 타입 산소센서는 대표적인 산소이온 전도체인 지르코니아를 배기산소량 검출을 위한 매개체로 사용한다.
이러한 플래너 타입 산소센서는 배기가스에 노출되도록 센싱전극이 검출면에 배치되고 센싱전극의 하부측에 위치하도록 기준전극이 고체전해질층 내에 배치되며, 상기 기준전극의 하부측에 고체전해질층을 가열하기 위한 히터부가 배치된다.
이로 인해, 고체전해질층은 히터부로부터 상부측으로 순차적으로 가열되어 전체적인 응답속도가 느린 문제점이 있었다.
또한, 재질적으로 차이가 나는 히터부가 전체적인 구조에서 하부측에 치우쳐져 배치되기 때문에 소결이나 발열에 의한 팽창시 재질적인 차이에 의한 수축률과 팽창률의 차이로 인해 크랙이 발생하거나 휘어지는 문제점이 있었다.
KR 10-0579246 B1
본 발명은 센싱전극과 기준전극 사이에 히터부를 배치하여 구조적으로 안정적이고 응답속도의 이득을 얻을 수 있는 평판형 산소센서소자를 제공하는데 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 피검출가스에 노출되는 센싱전극이 상부면에 배치되는 제1전해질층; 상기 제1전해질층의 하부측에 배치되고 상부면에 기준전극이 배치되는 제2전해질층; 및 발열저항체가 절연층에 의해 둘러싸이도록 구비되고, 상기 센싱전극 및 기준전극 사이에 배치되는 히터부;를 포함하고, 상기 히터부는 상기 발열저항체로부터 상기 제1전해질층의 상부면으로부터 상기 제2전해질층의 하부면까지의 총 높이에 대하여 4/10~6/10 사이의 위치에 배치된 평판형 산소센서소자를 제공한다.
또한, 상기 기준전극은 상기 히터부의 하부면에 접하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 히터부 및 제2전해질층 사이에는 소정의 높이를 갖는 제3전해질층이 배치될 수 있다.
또한, 상기 히터부는 상기 센싱전극으로부터 전달되는 산소이온이 통과할 수 있도록 개구부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 히터부의 발열저항체는 상기 제1전해질층의 상부면으로부터 제2전해질층의 하부면 사이를 연결하는 전체높이의 중앙부에 위치하도록 배치되어 상기 히터부를 중심으로 상,하부가 대칭적으로 배열될 수 있다.
또한, 상기 제1전해질층 및 제2전해질층은 서로 동일한 높이를 갖도록 구비되어 상기 히터부의 발열저항체가 상기 제1전해질층의 상부면으로부터 제2전해질층의 하부면 사이를 연결하는 전체높이의 중앙부에 위치하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1전해질층 및 제2전해질층은 서로 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제2전해질층 및 제3전해질층을 합한 높이는 상기 제1전해질층의 높이와 서로 동일한 높이를 갖도록 구비되어 상기 히터부의 발열저항체가 상기 제1전해질층의 상부면으로부터 제2전해질층의 하부면 사이를 연결하는 전체높이의 중앙부에 위치하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1전해질층, 제2전해질층 및 제3전해질층은 서로 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1전해질층 및 제2전해질층 사이에는 상기 히터부의 높이와 동일한 높이를 갖는 버퍼층이 상기 히터부를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 산소센서소자는 센싱전극과 기준전극 사이에 히터부를 배치하여 구조적으로 안정적이고 응답속도의 이득을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 산소센서소자를 나타낸 전체사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 평판형 산소센서소자를 나타낸 분리사시도이다.
도 3은 도 1에서 제1실시예에 따른 A-A방향 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 평판형 산소센서소자에서 비아홀의 관계를 나타낸 부분절개도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 평판형 산소센서소자를 나타낸 분리사시도이다.
도 6은 도 1에서 제2실시예에 따른 A-A방향 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 평판형 산소센서소자에서 비아홀의 관계를 나타낸 부분절개도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 산소센서소자(100,200)는 제1전해질층(110), 제2전해질층(120) 및 히터부(130)를 포함한다.
상기 제1전해질층(110)은 일정높이를 갖는 bar 또는 필름의 형태로 구비되며 일정면적을 갖는 평판형으로 구비된다.
여기서, 상기 제1전해질층(110)은 산소이온 전도성을 갖는 재질로 이루어지면 그 재질은 특별히 한정되지는 않는다. 일례로, 상기 제1전해질층(110)은 YSZ(Yttrium Stabilized Zirconia)로 이루어질 수 있다.
이러한 제1전해질층(110)은 센싱전극(140)으로부터 전달되는 산소이온이 통과하여 기준전극(150,250) 측으로 이동되는 통로 역할을 수행한다. 즉, 상기 제1전해질층(110)은 적층형으로 구성되는 산소센서소자의 전체적인 구조에서 최상부측에 배치되며 상부면은 피검출가스에 노출되는 검출면을 이루게 된다.
이때, 상기 제1전해질층(110)의 상부면에는 피검출가스에 노출되어 상기 피검출가스로부터 산소성분을 검출하기 위한 센싱전극(140)이 배치된다.
이러한 센싱전극(140)은 가스 투과성을 갖는 다공질의 백금(Pt)으로 구비되며, 피검출가스로부터 획득된 산소이온을 제1전해질층(110)으로 흘려주는 역할을 수행한다.
한편, 상기 제1전해질층(110)의 상부면에는 피검출가스에 포함된 유해성분으로부터 상기 센싱전극(140)을 피독현상으로부터 보호하기 위한 별도의 전극보호층(미도시)이 구비될 수 있다.
상기 제2전해질층(120)은 상기 제1전해질층(110)의 하부측에 배치되며, 상부면에는 상기 제1전해질층(110)을 통해 이동된 산소이온이 환원되어 모이는 기준전극(150,250)이 배치된다.
여기서, 상기 제2전해질층(120)은 상기 기준전극(150,250)의 주위로 산소이온이 이동할 수 있도록 제1전해질층(110)과 마찬가지로 산소이온 전도성을 갖는 재질로 이루어진다. 이러한 제2전해질층(120)은 소결 및 발열에 의한 열팽창 계수 등을 고려할 때 구조적인 안정성을 위하여 상기 제1전해질층(110)과 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, YSZ로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 제2전해질층(120)의 상부측에 배치되는 상기 기준전극(150,250)은 상기 제1전해질층(110)을 통과한 산소이온이 모이는 역할을 수행하며, 상기 센싱전극(140)과 마찬가지로 가스 투과성을 갖는 다공질의 백금(Pt)으로 구비된다.
이에 따라, 상기 센싱전극(140)에 음극, 기준전극(150,250)에 양극의 전압을 인가하면, 피검출가스 중의 산소가 상기 센싱전극(140)으로부터 전자를 받아 산소 이온이 된 후 제1전해질층(110)을 통과하여 기준전극(150,250) 측으로 이동된 후 상기 기준전극(150,250)에서 전자를 방출해 산소로 환원된 후 기준전극(150,250)에 체류된다.
한편, 상기 기준전극(150,250)에 모이는 산소이온의 형태를 컨트롤하기 위하여 상기 기준전극(150,250)은 다양한 형태로 배치될 수도 있다.
즉, 상기 제2전해질층(120)의 상부면에 배치되는 상기 기준전극(150)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 히터부(130)의 하부면-더욱 자세하게는 제2절연층(134b)의 하부면에 직접 접하도록 배치될 수 있다. 이와 같은 경우 상기 기준전극(150,250)의 하부면 및 제2전해질층(120) 사이에는 제3절연층(152)이 배치되어 상기 기준전극(150)은 제2절연층(134b) 및 제3절연층에 의해 둘러싸인다.
이때, 상기 기준전극(150)의 상부면은 상기 제2절연층(134b)에 의해 모두 덮이지만 기준전극(150)의 하부면은 일부가 노출되도록 제3절연층(152)에 의해 둘러싸인다. 그리고, 상기 기준전극(150)은 일단부측에 상기 히터부(130)의 개구부(132a)와 대응되는 형태의 개구부(150a)가 구비된다. 이에 따라, 상기 센싱전극(140)으로부터 제1전해질층(110)을 통해 이동된 산소이온은 히터부(130)의 개구부(132a)를 통과한 후 기준전극(150)의 개구부(150a)를 통해 하부측으로 이동하여 기준전극(150)의 하부면 측에만 반원형 또는 반타원형의 형태로 모이게 된다.
반면, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 기준전극(250)은 상기 히터부(130)로부터 하부로 일정간격 이격된 상태로 배치될 수도 있다. 이를 위해, 상기 제2전해질층(120) 및 히터부(130)의 사이에는 소정의 높이를 갖는 별도의 제3전해질층(180)이 배치되며 상기 제3전해질층(180) 및 제2전해질층(120) 사이에 기준전극(250)이 배치되도록 한다.
여기서, 상기 제3전해질층(180) 역시 상기 기준전극(250)의 주위로 산소이온이 이동할 수 있도록 제1전해질층(110)과 마찬가지로 산소이온 전도성을 갖는 재질로 이루어진다. 이러한 제3전해질층(180)은 소결 및 발열에 의한 열팽창 계수 등을 고려할 때 구조적인 안정성을 위하여 상기 제1전해질층(110)과 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, YSZ로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 기준전극(250)은 상부면에 제4절연층(154)이 배치되고 하부면에 제3절연층(152)이 각각 배치되어 기준전극(250)의 리드부를 덮도록 배치되고 히터부(130)의 개구부(132a)에 대응되는 영역은 절연층에 의해 덮이지 않고 노출되도록 한다.
이에 따라, 상기 센싱전극(140)으로부터 제1전해질층(110)을 통해 이동된 산소이온은 히터부(130)의 개구부(132a) 및 제3전해질층(180)을 통과한 후 기준전극(150,250)을 중심으로 원형 또는 타원형의 형태로 모이게 된다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 산소센서소자(100,200)는 히터부(130)와 기준전극(150,250)과의 배치간격을 다르게 배치하여 기준전극(150,250)에 모이는 산소이온의 형태를 컨트롤함으로써 산소센서소자의 성능을 조절할 수도 있다.
상기 히터부(130)는 이온 전도성을 갖는 전해질층을 가열하여 승온시키기 위한 것이다. 이러한 히터부(130)는 발열과정에서 발생되는 노이즈를 제거할 수 있도록 발열저항체(132)가 한 쌍의 절연층(134a,134b)에 의해 전체적으로 둘러싸이도록 구비된다. 즉, 상기 한 쌍의 절연층(134a,134b)은 발열저항체(132)의 상부측에 배치되는 제1절연층(134a)과 발열저항체(132)의 하부측에 배치되는 제2절연층(134b)으로 구비되어 상기 발열저항체(132)를 전체적으로 감싸도록 배치된다.
여기서, 상기 절연층(134a,134b)은 산화알루미나(Al2O3)가 사용될 수 있으며, 상기 발열저항체(132)는 귀금속, 텅스텐, 몰리브덴 등을 사용할 수 있다. 귀금속으로는 Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, Rh 등을 사용할 수 있고 이들 중 1종만을 사용할 수도 있고 2종 이상을 병용할 수도 있다. 더불어 상기 발열저항체는 내열성, 내산화성등을 고려해 귀금속을 주성분으로 구성하는 것이 바람직하며, Pt를 주성분으로 구성하는 것이 보다 바람직하다. .
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 산소센서소자(100,200)에서 상기 히터부(130)는 통상적인 산소센서소자와는 달리 센싱전극(140)과 기준전극(150,250) 사이에 위치하도록 배치된다.
즉, 상기 히터부(130)는 센싱전극(140)이 상부면에 배치되는 제1전해질층(110)과 상부면에 기준전극(150,250)이 배치되는 제2전해질층(120) 사이에 위치하도록 배치되며, 더욱 자세하게는 상기 제1전해질층(110)의 상부면으로부터 상기 제2전해질층(120)의 하부면 까지의 총 높이(h)에 대하여 4/10~6/10 사이에 위치하도록 배치된다.
이에 따라, 상기 히터부(130)를 중심으로 산소 이온이 이동하는 제1전해질층(110) 및 제2전해질층(120)이 상,하부에 배치됨으로써 상기 제1전해질층(110) 및 제2전해질층(120)이 모두 히터부(130)에 의해 직접적으로 가열될 수 있도록 한다. 이로 인해, 히터부(130)의 발열시 히터부(130)로부터 상부측으로 순차적으로 전해질층이 가열되던 종래와는 달리 히터부(130)를 중심으로 상,하부에 배치되는 전해질층이 동시에 직접적으로 가열됨으로써 전해질층의 승온시간이 단축되어 전체적인 응답속도를 높일 수 있게 된다.
여기서, 상기 제1전해질층(110) 및 제2전해질층(120) 사이에 배치되는 히터부(130)는 히터부(130)의 상부측에 배치되는 상기 센싱전극(140)으로부터 히터부(130)의 하부측에 배치되는 기준전극(150) 측으로 산소이온이 용이하게 통과할 수 있도록 일정면적을 갖는 개구부(150a)를 갖도록 구비된다.
한편, 상기 히터부(130)는 상기 제1전해질층(110) 및 제2전해질층(120) 사이에 배치되는 과정에서 히터부(130) 자체가 갖는 높이의 편차를 줄이기 위하여 히터부(130)의 높이만큼의 높이를 갖는 별도의 버퍼층(170)이 제1전해질층(110) 및 제2전해질층(120) 사이에 배치될 수도 있다.
상기 기준전극(250)의 상부측에 제3전해질층(180)이 구비되는 다른 실시예의 경우 상기 버퍼층(170)은 제1전해질층(110) 및 제3전해질층(180) 사이에 배치된다.
이러한 버퍼층(170)은 산소이온 전도성을 갖는 재질로 이루어지며, 내부에 상기 히터부(130)와 대응되는 형상의 통과공(172)이 마련된다. 이에 따라, 상기 히터부(130)를 상기 통과공(172)에 삽입하게 되면 상기 히터부(130)는 버퍼층(170)에 의해 테두리가 둘러싸이게 된다. 여기서, 상기 버퍼층(170)은 소결 및 발열에 의한 열팽창 계수 등을 고려할 때 구조적인 안정성을 위하여 다른 전해질층과 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, YSZ로 이루어질 수 있다.
도면에는 상기 히터부(130)의 측부에 버퍼층(170)이 구비되는 것으로 도시하였지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 제2전해질층(120) 또는 제3전해질층(180)이 상기 제1전해질층(110)의 하부에 직접 접하도록 적층될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 산소센서소자(100,200)는 센싱전극(140)과 기준전극(150,250) 사이에 히터부(130)가 배치되고, 상기 히터부(130)를 중심으로 상,하부 측이 대칭적으로 배열될 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 기준전극(150)이 상기 히터부(130)의 하부측에 직접 배치되는 경우, 히터부(130)의 발열저항체(132)는 상기 제1전해질층(110)의 상부면으로부터 제2전해질층(120)의 하부면까지의 전체높이(h)의 중앙부에 해당하는 위치에 배치됨으로써 상기 히터부(130)를 중심으로 상,하부가 대칭적으로 배열되도록 한다.
이를 위해, 상기 히터부(130)의 상부측에 배치되는 제1전해질층(110)은 히터부(130)의 하부측에 배치되는 제2전해질층(120)과 서로 동일한 높이(h1,h2)를 갖도록 구비됨으로써 상기 히터부(130)의 발열저항체(132)는 상기 제1전해질층(110)의 상부면으로부터 제2전해질층(120)의 하부면 까지의 전체높이(h)의 중앙부에 위치하게 된다.
이와 같은 경우, 상기 제1전해질층(110) 및 제2전해질층(120)은 서로 동일한 재질로 이루어진다.
이에 따라, 재료적인 차이가 극명하게 갈리는 히터부(130)가 전체적인 구조에서 중앙부에 위치하고 서로 동일한 재질을 갖는 제1전해질층(110) 및 제2전해질층(120)이 히터부(130)의 상,하부 측에 각각 배치된다.
이로 인해, 산소센서소자를 제작하기 위한 소결과정에서의 수축률, 히터부(130)의 가열에 의한 전해질층의 팽창률이 서로 동일하게 이루어짐으로써 수축률 및 팽창률의 차이에 의해 길이 중간이 휘어지는 것을 방지하여 전체적인 내구성을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 기준전극(250)이 제3전해질층(180)을 매개로 히터부(130)로부터 일정간격 이격배치되는 경우에는 상기 히터부(130)의 하부측에 배치되는 제2전해질층(120)의 높이 및 제3전해질층(180)의 높이를 합한 높이(h2')가 히터부(130)의 상부측에 배치되는 제1전해질층(110)의 높이(h1)와 동일한 높이를 갖도록 구비된다.
이로 인해, 상기 제3전해질층(180)이 배치되는 경우 역시 상기 히터부(130)의 발열저항체(132)는 상기 제1전해질층(110)의 상부면으로부터 제2전해질층(120)의 하부면 사이의 전체높이(h)의 중앙부에 위치되도록 배열된다.
여기서, 상기 제2전해질층(120) 및 제3전해질층(180)의 높이는 제1전해질층(110) 높이의 1/2높이를 갖도록 구비될 수도 있지만 이에 한정하는 것은 아니며, 제2전해질층(120) 및 제3전해질층(180) 각각의 높이는 서로 다른 높이를 가질 수도 있음을 밝혀둔다.
이와 같은 경우, 상기 제1전해질층(110), 제2전해질층(120) 및 제3전해질층(180)은 산소이온 전도성을 갖는 동일한 재질로 이루어진다.
이에 따라, 재료적인 차이가 극명하게 갈리는 히터부(130)가 전체적인 구조에서 중앙부에 위치하고 서로 동일한 재질을 갖는 제1전해질층(110)은 히터부(130)의 상부에 배치되고 제2전해질층(120) 및 제3전해질층(180)이 히터부(130)의 하부 측에 각각 배치된다.
이로 인해, 산소센서소자를 제작하기 위한 소결과정에서의 수축률, 히터부(130)의 가열에 의한 전해질층의 팽창률이 서로 동일하게 이루어짐으로써 수축률 및 팽창률의 차이에 의해 길이 중간이 휘어지는 것을 방지하고 전체적인 내구성을 높일 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 산소센서소자(100,200)에서와 같이 센싱전극(140)과 기준전극(150,250) 사이에 히터부(130)가 배치되는 경우 기준전극(150,250) 및 발열저항체(132)를 각각의 터미널과 원활하게 연결하기 위하여 비아홀을 서로 상,하 방향으로 교차되도록 설치한다.
이때, 상기 제1전해질층(110)의 상부면에는 상부터미널(161) 및 센싱전극(140)이 각각 배치되며, 상기 제2전해질층(120)의 하부면에는 두 개의 하부터미널(162,163)이 각각 배치된다. 여기서, 상기 두 개의 하부터미널(162,163)은 상기 발열저항체(132)의 제2접속부(131b)와 제2비아홀(165)을 통해 연결되는 제1하부터미널(162)과 상기 기준전극(150,250)과 제3비아홀(166)을 통해 연결되는 제2하부터미널(163)로 구비된다.
더불어, 제1하부터미널(162) 및 제2하부터미널(163)은 상기 제2전해질층의 하부면에 나란하게 배치되며, 상기 제2하부터미널(163)은 상기 상부터미널(161)의 수직하방에 배치되며, 상기 제1하부터미널(162)은 상기 센싱전극(140)에 구비되는 접속부의 수직하방에 배치된다.
그리고, 상기 히터부(130)의 발열저항체(132)에는 상기 상부터미널(161) 및 하부터미널(162)과 비아홀을 통해 각각 전기적으로 연결되는 제1접속부(131a) 및 제2접속부(131b)가 구비된다.
이때, 상기 발열저항체(132)의 제1접속부(131a)와 상부터미널(161)을 연결하기 위한 제1비아홀(164)은 상기 제1접속부(131a)로부터 상기 제1전해질층(110)을 관통하도록 수직 상방으로 관통형성되며, 상기 센싱전극(140) 단자의 직하부에 배치되는 상기 발열저항체(132)의 제2접속부(131b)와 하부터미널(162)을 연결하기 위한 제2비아홀(165)은 상기 제2전해질층(120)을 관통하도록 수직 하방으로 관통형성된다.
즉, 상기 히터부(130)를 중심으로 상,하부측에 배치되는 제1전해질층(110) 및 제2전해질층(120)을 각각 관통하도록 상기 제1비아홀(164) 및 제2비아홀(165)이 상기 발열저항체(132)의 제1접속부(131a) 및 제2접속부(131b)로부터 수직상방과 수직하방으로 각각 교차되도록 형성된다.
이때, 상기 제1비아홀(164)은 히터부(130)의 상부측에 배치되는 제1절연층(134a) 및 제1전해질층(110)을 모두 관통하도록 형성되며, 상기 제2비아홀(165)은 히터부(130)의 하부측에 배치되는 제2절연층(134b) 및 제2전해질층(120)을 모두 관통하도록 형성된다.
그리고, 상기 기준전극(150,250)의 단자와 제2하부터미널(163)을 연결하기 위한 제3비아홀(166)은 상기 기준전극(150,250)의 단자로부터 수직하방으로 제2전해질층(120)을 관통하도록 형성된다.
여기서, 제2접속부(131b) 및 기준전극(150,250)의 단자로부터 수직하방으로 형성되는 제2비아홀(165) 및 제3비아홀(166)은 서로 엇갈리도록 배치됨으로써 서로 통전이 이루어지지 않도록 한다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 기준전극(150)이 상기 히터부(130)의 제2절연층(134b)의 하부측에 직접 배치되는 경우 상기 제2비아홀(165) 및 제3비아홀(166)은 기준전극(150)의 하부측에 배치되는 제3절연층(152)도 함께 관통하도록 형성된다.
또한, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 히터부(130)와 제2전해질층(120)의 사이에 제3전해질층(180)이 구비되고, 제3절연층(152) 및 제4절연층(154)에 의해 둘러싸인 기준전극(250)이 상기 제3전해질층(180) 및 제2전해질층(120)의 사이에 배치되는 경우 상기 제2비아홀(165)은 제3전해질층(180) 및 제2전해질층(120)을 동시에 관통하도록 형성되며 제3비아홀(166)은 제3절연층(152) 및 제2전해질층(120)을 동시에 관통하도록 형성된다.
이와 같이 히터부(130)를 중심으로 제1비아홀(164)은 수직상방으로, 제2비아홀(165) 및 제3비아홀(166)은 각각 수직하방으로 형성됨으로써 기준전극(150,250)과 제2하부터미널(163)을 연결하기 위한 제3비아홀(166)이 히터부(130)의 절연층(134a,134b)을 통과하지 않도록 전극을 연결할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100,200 : 평판형 산소센서소자
110 : 제1전해질층 120 : 제2전해질층
130 : 히터부 131a : 제1접속부
131b : 제2접속부 132 : 발열저항체
132a : 개구부 134a : 제1절연층
134b : 제2절연층 136 : 개구부
140 : 센싱전극 150,250 : 기준전극
152 : 제3절연층 154 : 제4절연층
161 : 상부터미널 162 : 제1하부터미널
163 : 제2하부터미널 164 : 제1비아홀
165 : 제2비아홀 166 : 제3비아홀
170 : 버퍼층 172 : 통과공
180 : 제3전해질층

Claims (10)

  1. 상부면에 피검출가스에 노출되는 센싱전극이 배치된 제1전해질층;
    절연층에 의해 둘러싸인 발열저항체를 포함하며, 상기 제1전해질층의 하부에 배치된 히터부; 및
    상부면에 기준전극이 배치되고, 상기 히터부의 하부에 배치된 제2전해질층;을 포함하고,
    상기 히터부는 상기 제1전해질층의 상부면으로부터 상기 제2전해질층의 하부면까지의 총 높이에 대하여 4/10~6/10 사이의 위치에 배치되는 평판형 산소센서소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기준전극은 상기 히터부의 하부면에 접하도록 배치되는 평판형 산소센서소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 히터부 및 제2전해질층 사이에는 소정의 높이를 갖는 제3전해질층이 배치되는 평판형 산소센서소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 히터부는 상기 센싱전극으로부터 전달되는 산소이온이 통과할 수 있도록 개구부를 포함하는 평판형 산소센서소자.
  5. 제 2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 히터부의 발열저항체는 상기 제1전해질층의 상부면으로부터 제2전해질층의 하부면 사이를 연결하는 전체높이의 중앙부에 위치하도록 배치되어 상기 히터부를 중심으로 상,하부가 대칭적으로 배열되는 평판형 산소센서소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1전해질층 및 제2전해질층은 서로 동일한 높이를 갖도록 구비되어 상기 히터부의 발열저항체가 상기 제1전해질층의 상부면으로부터 제2전해질층의 하부면 사이를 연결하는 전체높이의 중앙부에 위치하도록 배치되는 평판형 산소센서소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1전해질층 및 제2전해질층은 서로 동일한 재질로 이루어지는 평판형 산소센서소자.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 제2전해질층 및 제3전해질층을 합한 높이는 상기 제1전해질층의 높이와 서로 동일한 높이를 갖도록 구비되어 상기 히터부의 발열저항체가 상기 제1전해질층의 상부면으로부터 제2전해질층의 하부면 사이를 연결하는 전체높이의 중앙부에 위치하도록 배치되는 평판형 산소센서소자.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1전해질층, 제2전해질층 및 제3전해질층은 서로 동일한 재질로 이루어지는 평판형 산소센서소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1전해질층 및 제2전해질층 사이에는 상기 히터부의 높이와 동일한 높이를 갖는 버퍼층이 상기 히터부를 둘러싸도록 배치되는 평판형 산소센서소자.
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