WO1998045695A1 - Verfahren zur herstellung eines sensorelementes - Google Patents

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WO1998045695A1
WO1998045695A1 PCT/DE1998/000525 DE9800525W WO9845695A1 WO 1998045695 A1 WO1998045695 A1 WO 1998045695A1 DE 9800525 W DE9800525 W DE 9800525W WO 9845695 A1 WO9845695 A1 WO 9845695A1
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WO
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sensor element
edges
broken
composite
foils
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PCT/DE1998/000525
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Theodor Graser
Olaf Jach
Hans-Jörg RENZ
Harald Neumann
Anton Hans
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Robert Bosch Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
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    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4077—Means for protecting the electrolyte or the electrodes

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a sensor element, in particular for determining the oxygen content in exhaust gases from internal combustion engines with the features mentioned in the preamble of claim 1.
  • the sensor elements are designed, for example, as so-called planar sensor elements, which consist of a combination of individual layers arranged one above the other in the form of a film.
  • the individual foils of this composite are arranged one above the other in a defined manner, so that different functional layers are created.
  • the individual foils of the composite are placed on top of one another as so-called green foils, for example using a screen printing technique in paste form.
  • the sensor elements usually have solid electrolyte foils, electrode foils, heat conductor foils, insulation foils and protective foils.
  • Known sensor elements can also have substrate films with printed electrolyte layers, aluminum oxide substrate films with calf semiconductor sensors (TiO 2, SrTiO 3). Instead of superimposing the green foils can also be obtained by individual printing steps. The stacking of these different foils creates a laminate composite, from which the sensor element is obtained by sintering.
  • the individual layers of the sensor element are exposed to a different temperature. Because of these sudden temperature changes, which occur with different intensities, the sensor elements experience a temperature shock which leads to the occurrence of mechanical stresses in the surface area, in particular at the edges of the sensor element.
  • a temperature shock resistance of the sensor elements it is known, for example, from US Pat. No. 5,144,249 to break the edges of the sensor element, that is to say to provide them with a chamfer.
  • the chamfer is attached by means of a grinding process after sintering and after separating the sensor elements.
  • the disadvantage here is that the already finished sensor elements are subjected to mechanical processing, which is relatively complex and can lead to undesired damage to the sensor elements.
  • the method according to the invention with the features mentioned in claim 1 has the advantage that breaking the edges of the sensor element in one can be done without the risk of impairment of the sensor element. Because the edges of the sensor element are broken before sintering, it is possible to break the edges in any geometry by means of simple, non-cutting processes. In particular, the edges can be broken in a shape deviating from a flat surface, for example in a convex or concave shape, so that mechanical stresses occurring as a result of a temperature shock at the broken edges cannot lead to the formation of cracks.
  • the edges are broken by reshaping, preferably by embossing the film composite present in the green state.
  • the edges of the composite of the green foils can be reshaped in a simple manner by means of a simple embossing tool due to their soft consistency before sintering.
  • embossing tool By forming an appropriate embossing tool, the edges can be broken in any shape. It is particularly advantageous if embossing foils are inserted into the embossing tools that are already in use, which only allow the edge region of the sensor element to be reshaped and leave the other regions, in particular the surface regions of the sensor element, unchanged.
  • the embossing foil can very advantageously be coated with an adhesive coating, especially Teflon.
  • edges are broken by means of a laser treatment.
  • a contactless breaking of the edges of the sensor element in the green state can take place very advantageously, so that any mechanical loads on the composite of the green foils can be excluded.
  • the contour of the broken edges of the sensor element can be set very advantageously by masking an eximer laser that is preferably used.
  • the edges can preferably be broken before the green foils present in the composite are separated, so that the edges can be broken very effectively.
  • the interfaces of the wafer having the individual sensor elements can be defined in this way.
  • the laser treatment simultaneously breaks the edges and separates the composite of the green foils.
  • edge breaking and separation can be carried out in one operation.
  • Figure 1 is a sectional view through a sensor element
  • FIG. 2 shows a sectional illustration through the use of a plurality of sensor elements
  • FIG. 3 geometry structures of lasers
  • Figure 4 shows the use of a laser according to the invention
  • FIG. 1 shows a sectional illustration through a sensor element 10, which can be used, for example, to determine an oxygen content in exhaust gases from internal combustion engines in motor vehicles or from combustion systems. Since the structure and function of such a sensor element 10 is generally known, only the structure which is important for the explanation of the invention will be described below.
  • the sensor element essentially has an elongated, platelet-shaped structure which consists of individual layers of different functional layers.
  • the sensor element 10 has an electrochemical measuring cell 12 and a heating element 14.
  • the measuring cell 12 consists of a first solid electrolyte film 16 and a second solid electrolyte film 18 which has an integrated reference gas channel 20.
  • a measuring electrode 22 is assigned to a surface of the electrolyte film 16 on the measuring gas side and a reference electrode 24 is assigned to a surface assigned to the reference gas channel 20.
  • a porous cover layer 26 is arranged above the measuring electrode 22.
  • the heating element 14 has heating conductors 32 embedded in insulation layers 28 and 30. A further cover layer 34 adjoins the insulation layer 30.
  • the solid electrolyte foils 16 and 18 and the cover layer 34 consist, for example, of a stabilized zirconium oxide ZrO 2.
  • the electrodes 22 and 24 and the heating conductor 32 consist, for example, of a platinum cermet.
  • the insulation layers 28 and 30 consist, for example, of a mixture of aluminum oxide I2O3 and glass-forming components.
  • the entire composite of the individual layers has an approximately cuboid structure, at least the edges 36 running in the longitudinal direction of the sensor element having a chamfer 38.
  • the sensor element 10 is produced by successively laminating the individual layers on the cover layer 34, which simultaneously forms a carrier.
  • the layers can be defined by screen printing a paste material that has the respective composition of the layer. After completing this lamination, a so-called green film of the individual layers is formed, which has a relatively soft consistency.
  • the composite is then subjected to sintering, the sensor element 10 being formed under the action of temperatures and possibly pressure.
  • the chamfers 38 of the edges 36 are now structured before the sintering. Individual possibilities for achieving the bevels 38 are discussed below.
  • FIG. 2 shows a detail of a so-called use of a large number of sensor elements 10 present in the green state.
  • the individual layers of the sensor elements 10 are laminated simultaneously for a large number of sensor elements 10 and then the composite of the green foils for a sensor element 10 is separated.
  • a section of three sensor elements 10 are shown in FIG.
  • the same parts as in FIG. 1 are provided with the same reference numerals and are not explained again, and a detailed illustration has been omitted here for reasons of clarity.
  • cut edges 40 are defined, on which a individualization of the sensor elements 10 takes place. Before the separation of the sensor elements 10, a defined surface depression 42 can be introduced at the cut edges 40.
  • This surface recess 42 can take place, for example, by means of an eximer laser 44, which has a certain masking.
  • an eximer laser 44 which has a certain masking.
  • the eximer laser 44 can have a triangular mask, so that the surface depressions 42 become triangular in accordance with this depression.
  • the masking can also have concave boundary surfaces.
  • other exemplary embodiments are conceivable which have mixed forms of planes running at different angles and / or concave and / or convex boundary surfaces.
  • the eximer laser 44 is moved along the surface of the composite of the green foils.
  • either the Eximer laser 44 can be movable and / or the green foils are moved past the Eximer laser 44.
  • the surface recess 42 is structured in terms of its depth and its advance.
  • the broken edges 36 with their bevels 38 result from the structuring of the surface depressions 42.
  • the sensor elements 10 are then separated along the cut edges 40 then be subjected to the sintering process.
  • the sensor element 10 shown in cross section in FIG. 1 is subsequently created.
  • the structuring of the bevels 38 in the green state of the foils of the sensor element 10 and the contactless structuring with the Eximer laser 44 means that the sensor element 10 is not subjected to any mechanical stress, so that damage in the essential can be excluded.
  • the sensor elements can be separated by a further treatment with an Eximer laser, which has a corresponding masking.
  • an Eximer laser which has a corresponding masking.
  • FIG. 1 A further possibility of structuring the chamfers 38 is indicated in FIG.
  • a sensor element 10 is applied with an embossing device 45 after the composite of the green foils has been separated.
  • the embossing device 45 has a contour 46 which allows the edges 36 to be shaped such that they subsequently have the chamfers 38.
  • the chamfer 38 can also have a different contour, for example flat and / or convex and / or concave sections, by means of the embossing.
  • the contour 46 of the embossing device 45 can either be produced by producing a corresponding embossing device 45 or by inserting an embossing foil 48 into the embossing device 45.
  • the embossing film 48 is preferably provided with a non-stick coating, for example Teflon, titanium nitride. Since the green foils also have a relatively soft consistency even during this shaping, the bevels 38 can be embossed in a simple manner without the pre-assembled sensor element 10 being adversely affected.
  • a non-stick coating for example Teflon, titanium nitride. Since the green foils also have a relatively soft consistency even during this shaping, the bevels 38 can be embossed in a simple manner without the pre-assembled sensor element 10 being adversely affected.
  • FIG. 6 A further exemplary embodiment is shown in FIG. 6, in which the sensor elements 10 can be embossed in a composite.
  • the embossing device 45 has an embossing contour 50 which has projections 52 corresponding to the depressions 42.
  • the embossed contour 50 can again be provided with a non-stick coating.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 6 allows a plurality of sensor elements 10 to be embossed in a multiple manner in a simple manner by means of an embossing step, with a subsequent separation along the cutting edges 40 taking place.
  • the embossing device 45 can very advantageously have an upper stamp 54 and a lower stamp 56, so that the upper and lower sides of the sensor elements 10 are embossed at the same time with one method step. Due to the relatively soft consistency of the sensor elements 10 which have not yet been sintered, the surface depressions 42 can be embossed with little effort, so that damage to the structure of the sensor elements 10 can be excluded. It goes without saying that both the structuring of the chamfers 38 by means of the eximer laser 44 or the embossing device 45 takes place on both sides of the sensor element 10. For this purpose, either a double-acting device can be provided, or the composite of the green foils of the sensor elements 10 is turned.
  • the bevels 38 which are desirable for increasing the temperature shock resistance of the sensor elements 10, can be designed in different contours.
  • the required tool effort is relatively low, and this is essentially not subject to wear, so that a long service life can be expected.
  • the additional use of consumables, for example when grinding the sintered sensor element 10 in the prior art, is completely eliminated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Abgasen von Verbrennungsmaschinen, wobei ein Verbund mit wenigstens einer in Folienform vorliegenden keramischen Paste (Grünfolie) zu dem Sensorelement gesintert wird und scharfkantige Kanten des Sensorelements zur Erhöhung einer Thermoschockfestigkeit des Sensorelements gebrochen werden. Es ist vorgesehen, dass die Kanten (36) des Sensorelements (10) vor dem Sintern gebrochen werden.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Sensorelementes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelementes, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Verbrennungsmaschinen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Stand der Technik
Die Sensorelemente sind beispielsweise als sogenannte planare Sensorelemente ausgebildet, die aus einem Verbund einzelner in Folienform übereinander angeordneter Schichten bestehen. Die einzelnen Folien dieses Verbundes werden in definierter Weise übereinander angeordnet, so daß verschiedene Funktionsschichten entstehen. Die einzelnen Folien des Verbundes werden beispielsweise mittels einer Siebdrucktechnik in Pastenform als sogenannte Grünfolien übereinanderge- legt . Die Sensorelemente weisen üblicherweise Fest- elektrolytfolien, Elektrodenfolien, Heizleiterfolien, Isolierungsfolien und Schutzfolien auf. Bekannte Sen- sorelemente können auch Substratfolien mit gedruckten Elektrolytschichten, Aluminiumoxid-Substratfolien mit Kalblεitersensoren (Tiθ2, SrTiθ3) aufweisen. Anstelle eines Übereinanderlegen der Grünfolien können diese auch durch einzelne Druckschritte erhalten werden. Durch das Übereinanderanordnen dieser unterschiedlichen Folien entsteht ein Laminatverbünd, aus dem durch Sintern das Sensorelement erhalten wird.
Während eines Prüfens der gesinterten Sensorelemente oder während ihres bestimmungsgemäßen Einsatzes werden die einzelnen Schichten des Sensorelements einer unterschiedlichen Temperatur ausgesetzt. Aufgrund dieser plötzlichen und mit unterschiedlicher Intensität auftretenden Temperaturänderungen erfahren die Sensorelemente einen Temperaturschock, der im Oberflächenbereich, insbesondere an den Kanten des Sen- sorelements, zum Auftreten von mechanischen Spannungen führt. Um die Temperaturschockfestigkeit der Sensorelemente zu erhöhen, ist beispielsweise aus der US-PS 5,144,249 bekannt, die Kanten des Sensorelements zu brechen, das heißt, diese mit einer Fase zu versehen. Das Anbringen der Fase erfolgt durch einen Schleifvorgang nach der Sinterung und nach der Vereinzelung der Sensorelemente . Hierbei ist nachteilig, daß die bereits fertigen Sensorelemente einer mechanischen Bearbeitung unterzogen werden, die rela- tiv aufwendig ist und zu ungewollten Beschädigungen der Sensorelemente führen kann.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß ein Brechen der Kanten des Sensorelements in ein- facher Weise ohne die Gefahr von Beeinträchtigungen des Sensorelements erfolgen kann. Dadurch, daß die Kanten des Sensorelements vor dem Sintern gebrochen werden, ist es mittels einfacher, nicht spanabheben- der Verfahren möglich, die Kanten in beliebiger Geometrie zu brechen. Insbesondere kann ein Brechen der Kanten in einer von einer ebenen Fläche abweichenden Form, beispielsweise in einer konvexen oder konkaven Form, erfolgen, so daß auftretende mechanische Span- nungen infolge eines Temperaturschocks an den gebrochenen Kanten nicht zum Entstehen von Rissen führen können .
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge- sehen, daß die Kanten durch Umformen, vorzugsweise durch Prägen des im Grünzustand vorliegenden Folienverbundes, gebrochen werden. Hierdurch können mittels eines einfachen Prägewerkzeugs die Kanten des Verbundes der Grünfolien infolge deren vor dem Sintern vorliegenden weichen Konsistenz in einfacher Weise umgeformt werden. Durch die Ausbildung eines entsprechenden Prägewerkzeugs kann eine Brechung der Kanten in beliebiger Form erfolgen. Insbesondere ist vorteilhaft, wenn bei bereits eingesetzten Prägewerk- zeugen Prägefolien eingelegt werden, die lediglich eine Umformung des Kantenbereiches des Sensorelementε gestatten und die anderen Bereiche, insbesondere die Flächenbereiche des Sensorelements , unverändert belassen. Um ein Anhaften des Verbundes der Grünfolien des Sensorelements im Prägewerkzeug zu verhindern, kann die Prägefolie sehr vorteilhaft mit einer Anti- haftbeschichtung, insbesondere Teflon, versehen werden.
Darüber hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, wenn das Brechen der Kanten mittels einer Laserbehandlung erfolgt. Hierdurch kann sehr vorteilhaft ein berührungsloses Brechen der Kanten des Sensorelements im Grünzustand erfolgen, so daß jegliche mechanische Belastungen des Verbundes der Grünfolien ausgeschlossen werden kann. Sehr vorteilhaft kann über eine Maskierung eines bevorzugterweise eingesetzten Eximerlasers die Kontur der gebrochenen Kanten des Sensorelements eingestellt werden.
Mittels der Laserbehandlung kann das Brechen der Kanten vorzugsweise bereits vor Vereinzeln der im Verbund vorliegenden Grünfolien erfolgen, so daß das Brechen der Kanten sehr effektiv erfolgen kann. Gleichzeitig können hierdurch die Schnittstellen des die einzelnen Sensorelemente aufweisenden Wafers definiert werden.
Insbesondere ist auch bevorzugt, wenn mittels der Laserbehandlung gleichzeitig ein Brechen der Kanten und ein Vereinzeln des Verbundes der Grünfolien erfolgt. Durch Einstellung der Laserleistung und Geometrie des Laserstrahls kann somit in einem Arbeitsgang das Kantenbrechen und das Vereinzeln erfolgen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei- spielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er- läutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittdarstellung durch ein Sensorelement ;
Figur 2 eine Schnittdarstellung durch einen Nutzen mehrerer Sensorelemente;
Figur 3 Geometriestrukturen von Lasern;
Figur 4 die erfindungsgemäße Anwendung eines Lasers und
Figuren die erfindungsgemäße Anwendung einer 5 und 6 Prägetechnik.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein Sensorelement 10, das beispielsweise der Bestimmung eines Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen oder von Feuerungsanlagen dienen kann. Da der Aufbau und die Funktion eines derartigen Sensorelements 10 allgemein bekannt ist, soll nachfolgend nur der für die Erläuterung der Erfindung wichtige Aufbau beschrieben werden. Das Sensorelement weist im wesentlichen einen langgestreckten, plättchenför igen Aufbau auf, der aus einzelnen Lagen verschiedener Funktionsschichten besteht. Wie die in Figur 1 gezeigte Schnittdarstellung verdeutlicht, besitzt das Sensorelement 10 eine elektrochemische Meßzelle 12 und ein Heizelement 14. Die Meßzelle 12 besteht aus einer ersten Festelektrolytfolie 16 sowie einer zweiten Festelektrolytfolie 18, die einen integrierten Referenzgaskanal 20 aufweist. Einer meßgasseitigen Oberfläche der Elektrolytfolie 16 ist eine Meßelektrode 22 und einer dem Referenzgaskanal 20 zugeordneten Oberfläche ist eine Referenzelektrode 24 zugeordnet. Über der Meßelektrode 22 ist eine poröse Deckschicht 26 angeordnet.
Das Heizelement 14 weist in Isolationsschichten 28 und 30 eingebetttete Heizleiter 32 auf. An die Isolationsschicht 30 schließt sich eine weitere Deckschicht 34 an.
Die Festelektrolytfolien 16 und 18 sowie die Deck- schicht 34 bestehen beispielsweise aus einem stabilisiertem Zirkoniumoxid Zrθ2. Die Elektroden 22 und 24 sowie die Heizleiter 32 bestehen beispielsweise aus einem Platin-Cermet . Die Isolationsschich- ten 28 und 30 bestehen beispielsweise aus einem Gemisch von Alumiumoxid I2O3 und glasbildenden Komponenten.
Der gesamte Verbund der einzelnen Schichten besitzt im Querschnitt gesehen einen etwa quaderförmigen Aufbau, wobei zumindest die in Längsrichtung des Sensorelements verlaufenden Kanten 36 eine Fase 38 aufweisen . Die Herstellung des Sensorelements 10 erfolgt durch nacheinanderfolgendes Laminieren der einzelnen Schichten auf der Deckschicht 34, die gleichzeitig einen Träger bildet. Das Definieren der Schichten kann durch Siebdruck eines Pastenmaterials, das die jeweilige Zusammensetzung der Schicht aufweist, erfolgen. Nach Abschluß dieser Laminierung entsteht ein Verbund von sogenannten Grünfolien der einzelnen Schichten, die eine relativ weiche Konsistenz be- sitzen. Bekanntermaßen wird der Verbund dann einer Sinterung unterzogen, wobei unter Einwirkung von Temperaturen und gegebenenfalls von Druck das Sensorelement 10 entsteht.
Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, vor der Sinterung die Fasen 38 der Kanten 36 zu strukturieren. Nachfolgend wird auf einzelne Möglichkeiten der Erzielung der Fasen 38 eingegangen.
Figur 2 zeigt ausschnittsweise einen sogenannten Nutzen einer Vielzahl im Grünzustand vorliegender Sensorelemente 10. Hierbei werden die einzelnen Schichten der Sensorelemente 10 gleichzeitig für eine Vielzahl von Sensorelementen 10 laminiert und an- schließend der Verbund der Grünfolien für ein Sensorelement 10 vereinzelt. In Figur 2 sind ausschnitts- weise drei Sensorelemente 10 gezeigt. Gleiche Teile wie in Figur 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert, wobei auf eine detaillierte Darstellung aus Gründen der Übersichtlichkeit hier verzichtet wurde. Nach der Laminierung werden Schnittkanten 40 definiert, an denen eine Ver- einzelung der Sensorelemente 10 erfolgt. Vor der Vereinzelung der Sensorelemente 10 kann an den Schnittkanten 40 eine definierte Oberflächenvertiefung 42 eingebracht werden. Diese Oberflächenvertiefung 42 kann beispielsweise mittels eines Eximer-Lasers 44 erfolgen, der eine bestimmte Maskierung aufweist. In Figur 3 sind beispielsweise zwei mögliche Maskierungen gezeigt. Gemäß der linken Darstellung kann der Eximer-Laser 44 eine dreieckförmige Maskierung besit- zen, so daß die Oberflächenvertiefungen 42 entsprechend dieser Vertiefung dreieckförmig werden. Nach dem in Figur 3 rechts dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Maskierung auch konkav verlaufende Begrenzungsflächen aufweisen. Darüber hinaus sind an- dere Ausführungsbeispiele denkbar, die Mischformen von unter verschiedenen Winkeln verlaufenden Ebenen und/oder konkaven und/oder konvexen Begrenzungsflächen aufweisen.
Wie Figur 4 verdeutlicht, wird der Eximer-Laser 44 auf der Oberfläche des Verbundes der Grünfolien entlangbewegt. Hierzu kann entweder der Eximer-Laser 44 beweglich sein, und/oder die Grünfolien werden am Eximer-Laser 44 vorbeibewegt. Entsprechend einer Ein- Stellung der Leistung des Eximer-Lasers 44 wird die Oberflächenvertiefung 42 in ihrer Tiefe und ihrem Vorschub strukturiert .
Durch die Strukturierung der Oberflächenvertiefungen 42 ergeben sich die gebrochenen Kanten 36 mit ihren Fasen 38. Entlang der Schnittkanten 40 erfolgt anschließend ein Vereinzeln der Sensorelemente 10, die dann dem Sintervorgang unterworfen werden. Im Anschluß entsteht das in Figur 1 im Querschnitt gezeigte Sensorelement 10. Durch die Strukturierung der Fasen 38 im Grünzustand der Folien des Sensorelements 10 und durch die berührungslose Strukturierung mit dem Eximer-Laser 44 wird das Sensorelement 10 keiner mechanischen Beanspruchung unterworfen, so daß Beschädigungen im wesentlichen ausgeschlossen werden können .
Das Vereinzeln der Sensorelemente kann durch eine weitere Behandlung mit einem Eximer-Laser erfolgen, der eine entsprechende Maskierung aufweist. Durch Auswahl einer Maskierung und einer Leistung des Eximer-Lasers 44 ist es jedoch auch möglich, die Oberflächenvertiefung und die Vereinzelung in einem Arbeitsgang durchzuführen.
In Figur 5 ist eine weitere Möglichkeit der Struk- turierung der Fasen 38 angedeutet. Hierbei wird ein Sensorelement 10 nach Vereinzelung des Verbundes der Grünfolien mit einer Prägevorrichtung 45 beaufschlagt. Die Prägevorrichtung 45 besitzt eine Kontur 46, die ein Umformen der Kanten 36 derart gestattet, daß diese anschließend die Fasen 38 aufweisen. Entsprechend der Formgebung der Kontur 46 kann die Fase 38 mittels des Prägens ebenfalls eine unterschiedliche Kontur, beispielsweise ebene und/oder konvexe und/oder konkave Abschnitte aufwei- sen. Die Kontur 46 der Prägevorrichtung 45 kann entweder durch die Herstellung einer entsprechenden Prägevorrichtung 45 oder durch Einlegen einer Präge- folie 48 in die Prägevorrichtung 45 erfolgen. Die Prägefolie 48 wird vorzugsweise mit einer Antihaft- beschichtung, beispielsweise Teflon, Titannitrid, versehen. Da auch bei diesem Umformen die Grünfolien noch eine relativ weiche Konsistenz haben, ist das Prägen der Fasen 38 in einfacher Weise möglich, ohne daß Beeinträchtigungen des vorkonfektionierten Sen- sorelements 10 eintreten.
In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem ein Prägen der Sensorelemente 10 im Verbund erfolgen kann. Hierzu besitzt die Prägevorrichtung 45 eine Prägekontur 50 die den Vertiefungen 42 entsprechende Vorsprünge 52 aufweist. Die Prägekontur 50 kann ebenfalls wieder mit einer Antihaftbeschichtung versehen sein. Durch das in Figur 6 gezeigte Ausführungsbeispiel läßt sich in einfacher Weise mittels eines Prägeschrittes eine Vielzahl von Sensorelementen 10 im Mehrfachnutzen prägen, wobei eine nachfolgende Vereinzelung entlang der Schnittkanten 40 erfolgt.
Die Prägevorrichtung 45 kann sehr vorteilhaft einen oberen Stempel 54 und einen unteren Stempel 56 auf- weisen, so daß mit einem Verfahrensschritt gleichzeitig die Ober- und Unterseite der Sensorelemente 10 geprägt wird. Durch die relativ weiche Konsistenz der noch nicht gesinterten Sensorelemente 10 lassen sich die Oberflächenvertiefungen 42 mit einem geringen Kraftaufwand prägen, so daß Beschädigungen der Struktur der Sensorelemente 10 ausgeschlossen werden können . Es ist selbstverständlich, daß sowohl bei der Strukturierung der Fasen 38 mittels des Eximerlasers 44 oder der Prägevorrichtung 45 die Bearbeitung von beiden Seiten des Sensorelements 10 erfolgt. Hierzu kann entweder eine doppelseitig wirkende Vorrichtung vorgesehen sein, oder es erfolgt ein Wenden des Verbundes der Grünfolien der Sensorelemente 10.
Insgesamt wird deutlich, daß mittels einfach zu rea- lisierender Maßnahmen die für die Erhöhung der Tempe - raturenschockfestigkeit der Sensorelemente 10 wünschenswerte Ausbildung der Fasen 38 in unterschiedlicher Kontur erfolgen kann. Der erforderliche Werkzeugaufwand ist im Verhältnis gering, und dieser unterliegt im wesentlichen keinem Verschleiß, so daß hohe Standzeiten zu erwarten sind. Das zusätzliche Verwenden von Verbrauchsmaterialien, wie beispielsweise beim Schleifen des gesinterten Sensorele- ments 10 beim Stand der Technik, entfällt vollkommen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Abgasen von Verbrennungsmaschinen, wobei ein Verbund mit wenigstens einer in Folienform vorliegenden keramischen Paste (Grünfolie) zu dem Sensorelement gesintert wird und scharfkantige Kanten des Sensorelements zur Erhöhung einer Thermoschockfestigkeit des Sensorelements gebrochen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (36) des Sensorelements (10) vor dem Sintern gebrochen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (36) durch Umformen gebrochen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (36) durch Prägen gebrochen werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Prägevorrichtung
(45) zum Vorpressen eines Laminatverbundes von unge- εinterten Folien des Sensorelements (10) eine Profilierung (46) eingebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung (46) durch eine in die Präge- Vorrichtung (45) eingebrachte Profilfolie (48) erzielt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilfolie (48) mit einer Antihaftbeschich- tung versehen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (36) durch eine Laserbehandlung ge- brochen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Laserbehandlung ein Eximer-Laser (44) mit vorgebbarer Maskierung verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserbehandlung an vereinzelten, im Verbund der Grünfolien vorliegenden Sensorelementen (10) durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserbehandlung zum Brechen der Kanten (36) vor einem Vereinzeln von im Verbund der Grünfolien vorliegenden Sensorelemen- ten (10) aus einem Wafer erfolgt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserbehandlung gleichzeitig zum Vereinzeln einzelner, im Verbund der Grünfolien vorliegenden Sensorelemente (10) aus einem Wafer und zum Brechen der Kanten (36) eingesetzt wird .
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasen (38) der Kanten (36) eine konvexe und/oder konkave und/oder ebene Oberfläche besitzen.
PCT/DE1998/000525 1997-04-04 1998-02-21 Verfahren zur herstellung eines sensorelementes WO1998045695A1 (de)

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