WO2003071260A1 - Sensorelement, insbesondere planares gassensorelement - Google Patents

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WO2003071260A1
WO2003071260A1 PCT/DE2002/004412 DE0204412W WO03071260A1 WO 2003071260 A1 WO2003071260 A1 WO 2003071260A1 DE 0204412 W DE0204412 W DE 0204412W WO 03071260 A1 WO03071260 A1 WO 03071260A1
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WO
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insert
sensor element
heater
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layer
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PCT/DE2002/004412
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Schumann
Ulrich Eisele
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Robert Bosch Gmbh
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/28—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H05B3/283—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material the insulating material being an inorganic material, e.g. ceramic
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • 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
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    • G01N27/4067—Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/022—Heaters specially adapted for heating gaseous material

Definitions

  • the invention relates to a sensor element, in particular a planar gas sensor element such as a lambda probe or a nitrogen oxide sensor based on a solid electrolyte, with a sensor structure which can be heated by means of a heater structure, according to the preamble of the main claim.
  • a sensor element in particular a planar gas sensor element such as a lambda probe or a nitrogen oxide sensor based on a solid electrolyte, with a sensor structure which can be heated by means of a heater structure, according to the preamble of the main claim.
  • planar gas sensor elements (“ambda-probes”)
  • a heating device integrated in a multilayer ceramic layer structure
  • the heating primarily serving to stabilize the signal of the sensor element described in the application DE 199 06 908 AI to execute a heater structure between two ceramic layers as a platinum resistance conductor track, which is in the hot area of the gas sensor element, ie in the area in which the measuring and reference electrode is also located, and which to the is exposed to analyzing gas, is meandering.
  • the object of the present invention was to provide a sensor element with a heater structure which has the smallest possible capacitive electrical coupling to the assigned sensor structure or to the ion conductor or solid electrolyte used there. Furthermore, it was an object of the invention to supply the heat generated by the heater structure as far as possible to the sensor structure, and at the same time to avoid mechanical stresses within the sensor element.
  • the sensor element according to the invention has the advantage over the prior art that the heater structure has only a slight capacitive coupling with respect to the sensor structure, so that the actual sensor function is at least virtually unaffected by the heater structure, apart from the desired heating.
  • the construction of the sensor element according to the invention ensures that mechanical stresses within the sensor element are suppressed as much as possible and that the sensor structure arranged in the vicinity of the heater structure is effectively and quickly heated by the heater structure.
  • the hot area of the heater structure is inserted between two electrically insulating inserts or “inlays”, which preferably consist of aluminum oxide.
  • the hot area of the heater structure is integrated into the sensor element, the electrically insulating one Inlays together with the heater structure form an insulation body which is completely or partially enclosed with further layers of the sensor element, which usually consist essentially of zirconium dioxide.
  • the intermediate layer which preferably consists of aluminum oxide
  • the adjacent layer which preferably consists of zirconium dioxide
  • the electrically insulating insert and preferably also the one further provided second insert each have a thickness of 100 .mu.m to 1000 .mu.m, in particular from 200 .mu.m to 500 .mu.m, ie they are significantly thicker than in the prior art.
  • first spacer layer laterally surrounds the first recess occupied by the electrically insulating first insert in the form of a closed frame
  • second spacer layer also preferably laterally surrounding the second recess occupied by the second insert also in the form of a closed frame.
  • intermediate layers between the insert and the adjacent layer which preferably consists of zirconium dioxide
  • these intermediate layers have a low sintering activity and in particular do not sinter densely, so that they remain porous after sintering and can act as stress-balancing layers.
  • one or both intermediate layers can also be designed as layers that absorb mechanical stress, which provides particularly good adhesion and particularly good cohesion between the insert and the intermediate layer on the one hand and between the intermediate layer and the side of the intermediate layer facing away from the insert, which in the Usually consists of zirconium dioxide, on the other hand presupposes.
  • the material for the intermediate layer is a magnesium-aluminum spinel such as MgAl 2 O or barium hexaaluminate in the case of the stress-compensating layer or in the case of the stress-absorbing layer Layer a mixture of zirconium dioxide and aluminum oxide was found to be particularly suitable.
  • the desired low capacitive coupling is further reinforced by the fact that by means of the intermediate layers, at least the thickness of the electrically insulating first insert, but preferably the thickness of the optionally used second insert, can be comparatively large without it being due to the lower thermal expansion of aluminum oxide compared to zirconium dioxide deformations or cracks in the sensor element during its manufacture by sintering or its operation, in particular when there are temperature changes.
  • the rear area of the sensor element in the area of the inserts used i.e. the side of the sensor element opposite the heater supply line, is now enclosed by the spacer layers designed as frames is so that zirconium dioxide, for example, which is poorly heat-conducting and which avoids an undesired outflow of heat, is now also present in this rear region, corresponding to the material of the spacer layers.
  • this rear area can now have a lateral extent, defined by the width of the frame, of substantially more than 300 ⁇ m, in particular 500 ⁇ m to 2000 ⁇ m, which likewise serves to reduce the heat flow.
  • the second insert used or a porosity generated, in particular, with the aid of a pore former during a sintering process used in the manufacture of the sensor element has porous cavity structure.
  • the second insert can also be provided with cuboid, cylindrical or lenticular cutouts or recesses for this purpose.
  • the electrically insulating first insert used on the side of the heater structure facing the sensor structure also has a porosity or porous cavity structure, in particular produced with the aid of a pore former, and / or that the first insert also has, for example, cuboid, cylindrical or lenticular recesses ,
  • the first insert also has, for example, cuboid, cylindrical or lenticular recesses .
  • a porosity of the inserts or the provision of milled recesses or recesses therein is generally advantageous in order to reduce mechanical stresses.
  • the first and / or the second insert have at least one recess in regions, preferably a plurality of cuts or slits crossing them which are arranged in such a way that in plan view above or below an area occupied by the heater structure.
  • these cuts or slots are provided in the inlays exactly at the points where the heater structure is not currently located below or above.
  • inserts made of aluminum oxide the dense, d. H. are non-porous, the first and / or second insert has the advantage that they provide very good electrical insulation of the heater structure from the surrounding zirconium dioxide layers, and that this also prevents platinum from diffusing into the insert from the heater structure.
  • inserts made of aluminum oxide have a comparatively good thermal conductivity, which improves the effective heating of the sensor structure.
  • the inserted first insert and / or the inserted second insert has a beveled edge in plan view at least in the area of the transition from the hot area of the heater structure to the cold area of the heater feed line, in which case the edge of the first insert and the edge of the second insert are both beveled, these bevels are preferably directed in opposite directions.
  • the bevels thus define an overlap area in plan view in which the heater structure merges into the heater feed lines. The chamfering of the edges of the inserts prevents the formation and spreading of cracks in the inserts due to mechanical stresses.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a sensor element, whereby all an embedded heater area is shown, above which a sensor structure is located
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through FIG. 1 in the heater area in plan view
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a sensor element that is alternative to FIG. 1
  • FIG. 4 shows another exemplary embodiment that is alternative to FIG a sensor element
  • Figure 5 shows an insert made of aluminum oxide with lenticular recesses
  • Figure 6 shows an insert made of aluminum oxide with a rectangular recess.
  • a sensor element 30 having a sensor structure 19 and a heater portion 30 ⁇ for example, a planar gas sensor element, an NO x sensor or a conventional La bda probe, as known from DE 199 06 908 Al and in particular from the position shown there figure 1, apart from the structure of the heater region 30 ⁇ which is explained in detail below, is known.
  • a planar gas sensor element for example, an NO x sensor or a conventional La bda probe, as known from DE 199 06 908 Al and in particular from the position shown there figure 1, apart from the structure of the heater region 30 ⁇ which is explained in detail below, is known.
  • an explanation of the known structure of the sensor structure 19 can be dispensed with here.
  • further use is made of known techniques, ie ceramic green foils are used, onto which additional layers are printed if necessary, these are stacked, laminated and finally sintered to form the sensor element 30.
  • FIG. 1 shows a sintered ceramic sensor element 30 in the form of a planar gas sensor element with a solid electrolyte with a bottom layer or a substrate 5 made of zirconium dioxide, on which there is initially a second intermediate layer 10, which during production is on the ceramic that forms the substrate 5 Green film has been printed. Furthermore, a second spacer layer 4 made of zirconium dioxide is provided, which forms a lower frame, as a result of which a trough-shaped second Recess 16 is defined, into which a second insert 2 is inserted after the second intermediate layer 10 has been printed and the second spacer layer 4 has been applied to the substrate 5.
  • the second insert 2 is electrically insulating after the sintering that concludes the manufacture of the sensor element 30 and has a thickness of 200 ⁇ m to 500 ⁇ m. During production, it is first inserted as a ceramic green sheet based on an aluminum oxide ceramic and then converted into an aluminum oxide ceramic by means of sintering, which takes place in conjunction with the other components of the sensor element 30.
  • a heater structure 1 in the form of a platinum resistance conductor track is then applied, preferably printed, to the second spacer layer 4 and the second insert 2.
  • the area above the second insert 2 defines a hot area 3 of the sensor element 30.
  • conventional heater supply lines 6, which run on the second spacer layer 4 are also provided, which also consist, for example, of a printed platinum conductor track.
  • the heater feed lines 6 run primarily in a cold area 8 of the sensor element 30 and are separated from the second spacer layer 4 or the second insert 2 by an insulation layer 7, preferably likewise printed, located below the heater feed line 6.
  • a transition material 14 is provided in the region of the insulation layer 7, which consists, for example, of a mixture of aluminum oxide and zirconium dioxide and preferably forms a partial layer of the insulation layer 7, so that the insulation layer 7 and the second insert 2 or the spacer layer 4 connect to one another reliably and firmly.
  • the insulation layer 7 with the transition material 14 is also located in regions on the side of the heater structure 1 facing away from the heater feed line 6, in order to provide electrical insulation of the heater structure 1 from the second spacer layer 4 or to achieve the first spacer layer 4 befind located above.
  • the heater structure 1 has a meandering structure, as usual.
  • first spacer layer 4 On the second spacer layer 4 there is a preferably spaced-apart first spacer layer 4, which for example also consists of zirconium dioxide and is again in the form of a closed frame.
  • This first spacer layer 4 ⁇ defines a first recess 15, into which a first insert 9 made of aluminum oxide ceramic is inserted.
  • a first intermediate layer 11 is then also provided over the entire surface of the first insert 9, which has been printed on the first insert 9 initially inserted as ceramic green film in the course of the production process.
  • the composition of the first intermediate layer 11 preferably corresponds to the composition of the second intermediate layer 10.
  • the composition of the first insert 9 is preferably the same as the composition of the second insert 2, ie, after sintering, this also preferably consists of an aluminum oxide ceramic.
  • first spacer layer 4 ′, the second spacer layer 4 and the first insert 9 laterally enclosed therefrom, the second insert 2 and the first intermediate layer 11 and the second intermediate layer 10 define the heater region 30 ′′, the first intermediate layer 11 and the second intermediate layer 10
  • the thickness of each is selected such that, together with the inserts 2, 9 and the heater structure 1, they completely and evenly close off the recesses 15, 16 in the spacer layers 4, 4 ".
  • the structure explained above means that the heater structure 1, which is enclosed on both sides by the directly adjacent inserts 2, 9, is electrically insulated from the sensor structure 19 via the first insert 9, so that capacitive coupling is largely suppressed.
  • the thickness of the first insert 2 and / or the second insert 9 is between 200 ⁇ m and 500 ⁇ m.
  • the thickness of the first intermediate layer 11 and / or the second intermediate layer 10 is preferably 5 ⁇ m to 50 ⁇ m, in particular 10 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the first and / or the second intermediate layer 10, 11 are used primarily for the mechanical stresses occurring during the production of the sensor element 30 between the first insert 9 and the further layer 17 or between the second insert 2 and the substrate 5 record or balance.
  • the first and / or the second intermediate layer 10, 11 during sintering compared to the respectively neighboring insert or the substrate 5 or the further layer 17 has a low sintering activity and in particular does not sinter tightly, ie remains porous, or that the first and / or second intermediate layer 10, 11 during this sintering with the adjacent insert 9 and the adjacent further one Layer 17 or the adjacent second insert 2 and the adjacent substrate 5 sintered together.
  • both the first and the second intermediate layer 10, 11 preferably consist either of a magnesium-aluminum spinel such as MgAl 2 ⁇ , of barium hexaaluminate or of a mixture of zirconium dioxide and aluminum oxide.
  • the lateral extent of the second recess 16 filled by the second insert 2 or of the first recess 15 filled by the first insert 9 is preferably so large that they cover the area occupied by the hot area 3 of the heater structure 1 in plan view.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through Figure 1 in the heater area 30 ⁇ . Only the heater structure 1, the heater feed line 6 with the insulation layer 7 underneath and the transition material 14 as well as the second insert 2 and the first insert 9 located above or below the heater structure 1 in the hot area 3 are shown. One can clearly see the change-like structure of the heater structure 1 in the hot area 3 and the comparatively wide heating feed line 6 in comparison to the width of the actual heater structure 1, which is designed in the form of a platinum resistance conductor track. In a continuation of FIG. 1, FIG.
  • first insert 9 and the second insert 2 in plan view each have a beveled edge 12 in an overlap region 26, which also defines a transition of the hot region 3 into the cold region 8, 13, wherein the bevels of these two edges 12, 13 are directed in opposite directions to each other.
  • shape of the first recess 15 in the first spacer layer 4 X corresponds to the shape of the first insert 9 or the shape of the second recess 16 in the second spacer layer 4 corresponds to the shape of the second insert 2 according to FIG. 2.
  • FIG. 2 shows that the second insert 2 and / or the first insert 9 can optionally have recesses 7 ⁇ in the form of slots or cuts. These recesses 7 are arranged such that they are not located above or below a surface occupied by the heater structure 1 in a plan view. Moreover, a rear region 25 can be clearly seen in FIG. 2, which is formed by the first spacer layer 4 N and the second spacer layer 4 located below it. This rear region 25 has a width of significantly more than 300 ⁇ m, for example 500 ⁇ m to 2000 ⁇ m.
  • FIG. 3 explains an exemplary embodiment of a sensor element 30 that is alternative to FIG. 1 or the variant according to FIG. 2, the second insert 2 now being designed as a second insert with a porous cavity structure 2 ', in order to be able to better absorb or dissipate mechanical stresses in this way .
  • the porous cavity structure is achieved in that an additional pore former is added to the ceramic green sheet, which is designed as an inlay or inlay or inlay and which forms the second insert with cavity structure 2 after sintering, which in the course of the sintering process causes the second insert 2 "a po- maintains a rough cavity structure.
  • Suitable pore formers such as soot particles or glassy carbon particles are known from the prior art.
  • FIG. 4 explains a further exemplary embodiment for a sensor element 30, the first insert 9 now also being in the form of a first insert with a porous cavity structure 9 ⁇ .
  • the second insert with porous cavity structure 2 ' is formed in FIG. 4 in accordance with FIG. 3.
  • the cavity structure that is created must accept that the heat transfer from the heater structure 1 into the area of the sensor structure 19 is less effective.
  • FIGS. 5 and 6 explain further exemplary embodiments for the first insert 9, it also being possible for the second insert 2 to be designed in the same way.
  • FIG. 5 shows how the first insert 9, instead of a porous cavity structure according to FIG. 4, is now provided with lenticular recesses 20, which are preferably introduced on the side of the insert 9 facing the heater structure 1.
  • the insert 9 preferably also consists of aluminum oxide ceramic.
  • the lenticular recesses 20 are produced, for example, by a corresponding milling of the ceramic green film initially used to produce the first insert 9.
  • a cuboid recess or milling 21 is provided.

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Abstract

Es wird ein Sensorelement (30), insbesondere ein planares Gassensorelement, mit einer Sensorstruktur (19) vorgeschlagen, die mittels einer Heizerstruktur (1) beheizbar ist. Da bei ist zwischen der Heizerstruktur (1) und der Sensorstruktur (19) eine erste Distanzschicht (4') vorgesehen, die in Draufsicht auf das Sensorelement (30) in dem Bereich der Heizerstruktur (1) eine erste Ausnehmung (15) aufweist, in die eine die Heizerstruktur (1) von der Sensorstruktur (19) elektrisch isolierende erste Einlage (9, 9') eingelegt ist.

Description

Sensorelement, insbesondere planares Gassensorelement
Die Erfindung betrifft ein Sensorelement, insbesondere ein planares Gassensorelement wie eine Lambda-Sonde oder einen Stickoxidsensor auf Basis eines Festelektrolyten, mit einer SensorStruktur, die mittels einer Heizerstruktur beheizbar ist, nach der Gattung des Hauptanspruches.
Stand der Technik
Bei der Herstellung von planaren Gassensorelementen („ amb- da-Sonden") ist bekannt, diese mit Hilfe einer in einen mehrlagigen keramischen Schichtaufbau eingebundenen Heizeinrichtung mit einer HeizerStruktur zu beheizen, wobei die Beheizung vor allem der Stabilisierung des Signals des Sensorelements dient. So ist in der Anmeldung DE 199 06 908 AI beschrieben, eine Heizerstruktur zwischen zwei keramischen Schichten als Platin-Widerstandsleiterbahn auszuführen, die im heißen Bereich des Gassensorelementes, d. h. in dem Bereich, in dem sich auch die Mess- und Referenzelektrode befindet, und der den zu dem analysierenden Gas ausgesetzt ist, mäanderförmig ausgebildet ist.
Bei keramischen Gassensorelementen aus Basis eines Festelektrolyten, die im Wesentlichen aus Zirkoniumdioxid bestehen, ist es weiterhin erforderlich, die HeizerStruktur von dem im Bereich der eigentlichen SensorStruktur vorgesehenen lonenleiter bzw. Festelektrolyten elektrisch zu isolieren. Dazu wird entweder eine gedruckte Heizerstruktur, wie aus DE 199 06 908 AI bekannt, zwischen zwei ebenfalls gedruckten Schichten mit einer Dicke von ca. 20 Um bis 50 μx aus Aluminiumoxid eingebettet, oder die Heizeinrichtung wird mit einer bereits zwischen zwei keramischen Folien eingebetteten HeizerStruktur auf eine Seite eines aus Zirkoniumdioxid bestehenden Sensorelemente insbesondere ganzflächig aufgesintert oder aufgeklebt .
Nachteilig bei beiden Verfahren sind jedoch die bei Betrieb und/oder Herstellung im Sensorelement auftretenden mechanischen Spannungen, die vor allem durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien verursacht werden, sowie der vergleichsweise große Wärmeabfluss zu der der Sensorstruktur abgewandten Seite des Sensorelementes .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung eines Sensorelementes mit einer Heizerstruktur, die eine möglichst geringe kapazitive elektrische Koppelung zu der zugeordneten Sensorstruktur bzw. zu dem dort eingesetzten I- onenleiter bzw. Festelektrolyten aufweist. Weiter war es Aufgabe der Erfindung, die von der HeizerStruktur erzeugte Wärme möglichst weitgehend der Sensorstruktur zuzuführen, und dabei gleichzeitig mechanische Spannungen innerhalb des Sensorelementes zu vermeiden.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Sensorelement hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Heizerstruktur elektrisch gegenüber der Sensorstruktur nur eine geringe kapazitive Koppelung aufweist, so dass die eigentliche Sensorfunktion von der Heizerstruktur, abgesehen von der gewünschten Beheizung, elektrisch zumindest nahezu nicht beeinträchtigt wird. Daneben wird durch den Aufbau des erfindungsgemäßen Sensorelementes erreicht, dass mechanische Spannungen innerhalb des Sensorelementes möglichst weitgehend unterdrückt werden, und dass die in der Umgebung der Heizerstruktur angeordnete Sensorstruktur durch die HeizerStruktur effektiv und schnell beheizt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.
So ist besonders vorteilhaft, wenn der heiße Bereich der HeizerStruktur zwischen zwei elektrisch isolierenden Einlagen oder „Inlays", die bevorzugt aus Aluminiumoxid bestehen, eingebracht ist. Auf diese Weise wird der heiße Bereich der Heizerstruktur in das Sensorelement integriert, wobei die e- lektrisch isolierenden Einlagen gemeinsam mit der Heizerstruktur einen Isolationskörper bilden, der vollständig oder teilweise mit weiteren Schichten des Sensorelementes, die üblicherweise im Wesentlichen aus Zirkoniumdioxid bestehen, umschlossen ist.
In diesem Zusammenhang ist daneben vorteilhaft, wenn zwischen den aus den elektrisch isolierenden Einlagen und der darin eingebetteten Heizerstruktur gebildeten Isolationskörper und den benachbarten Zirkoniumdioxidschichten vorzugsweise ebenfalls elektrisch isolierende, bei einem Sintern der Schwindung von beiden Schichten, d. h. der bevorzugt aus Aluminiumoxid bestehenden, elektrisch isolierenden Einlage und der bevorzugt aus Zirkoniumdioxid bestehenden benachbarten Schicht, entgegen wirkende Zwischenschichten vorgesehen sind.
Vorteilhaft ist hinsichtlich der angestrebten Reduktion einer kapazitiven Kopplung zudem, wenn die elektrisch isolierende Einlage und bevorzugt auch die weiter vorgesehene zweite Einlage jeweils eine Dicke von 100 um bis 1000 um, insbesondere von 200 Um bis 500 μm aufweisen, d. h. diese sind wesentlich dicker als im Stand der Technik.
Weiter ist vorteilhaft, wenn die erste Distanzschicht die von der elektrisch isolierenden ersten Einlage eingenommene erste Ausnehmung lateral in Form eines geschlossenen Rahmens umgibt, wobei bevorzugt weiter auch die zweite Distanzschicht die von der zweiten Einlage eingenommene zweite Ausnehmung lateral ebenfalls in Form eines geschlossenen Rahmens umgibt . Auf diese Weise entsteht ein aus den Einlagen und der darin eingebetteten HeizerStruktur gebildeter Isolationskörper, der vollständig von dem Substrat, den bereichsweise rahmenför igen Distanzschichten und einer bevorzugt zwischen dem Isolationskörper und der eigentlichen Sensorstruktur befindlichen weiteren Schicht, die jeweils bevorzugt aus Zirkoniumdioxid bestehen, eingeschlossen ist.
Hinsichtlich der optional vorgesehenen Zwischenschichten zwischen der Einlage und der benachbarten, bevorzugt aus Zirkoniumdioxid bestehenden Schicht, ist vorteilhaft, wenn diese Zwischenschichten eine geringe Sinteraktivität aufweisen und insbesondere nicht dicht sintern, so dass sie nach dem Sintern porös bleiben und als spannungsausgleichende Schichten wirken können. Alternativ kann eine oder können beide Zwischenschichten jedoch auch als mechanische Spannungen aufnehmende Schichten ausgebildet sein, was eine besonders gute Haftung und einen besonders guten Zusammenhalt zwischen der Einlage und der Zwischenschicht einerseits und zwischen der Zwischenschicht und der der Einlage abgewandten Seite der Zwischenschicht, die in der Regel aus Zirkoniumdioxid besteht, andererseits voraussetzt. Als Material für die Zwischenschicht hat sich im Fall der spannungsausgleichenden Schicht ein Magnesium-Aluminium-Spinell wie MgAl20 oder Ba- riumhexaaluminat oder im Fall der spannungsaufnehmenden Schicht eine Mischung aus Zirkoniumdioxid und Aluminiumoxid als besonders geeignet herausgestellt.
Die angestrebte niedrige kapazitive Kopplung wird weiter dadurch verstärkt, dass mittels der Zwischenschichten zumindest die Dicke der elektrisch isolierenden ersten Einlage, vorzugsweise jedoch auf die Dicke der fakultativ eingesetzten zweiten Einlage, vergleichsweise groß sein kann, ohne dass es aufgrund der geringeren Wärmeausdehnung von Aluminiumoxid gegenüber Zirkoniumdioxid zu Verformungen oder Rissen in dem Sensorelement bei dessen Herstellung durch Sintern o- der dessen Betrieb, insbesondere bei Temperaturwechseln, kommt.
Durch Vergleichsmessungen konnte gezeigt werden, dass die kapazitive Kopplung durch die vorstehend erläuterten Maßnahmen insgesamt um einen Faktor von mindestens 5 bis 10 reduziert werden kann.
Vorteilhaft ist daneben, dass ein verbesserter Wärmeübertrag von der Heizerstruktur in die SensorStruktur dadurch erreichbar ist, dass nun auch der hintere Bereich des Sensorelementes im Bereich der eingesetzten Einlagen, d. h. die lateral der Heizerzuleitung gegenüber liegende Seite des Sensorelementes, von den als Rahmen ausgeführten Distanzschichten umschlossen wird, so dass sich nunmehr auch in diesem hinteren Bereich entsprechend dem Material der Distanzschichten beispielsweise schlecht wärmeleitendes Zirkoniumdioxid befindet, das dort einen unerwünschten Wärmeabfluss vermeidet. Überdies kann dieser hintere Bereich nunmehr eine durch die Breite des Rahmens definierte laterale Ausdehnung von wesentlich mehr als 300 Um, insbesondere 500 μm bis 2000 μm, aufweisen, was ebenfalls der Verminderung des Wärmeabflusses dient. Zur weiteren Verbesserung der Wärmeübertragung von der Heizerstruktur in Richtung auf die SensorStruktur ist schließlich vorteilhaft, wenn auf der der Sensorstruktur abgewandten Seite der Heizerstruktur die eingesetzte zweite Einlage eine insbesondere mit Hilfe eines Porenbildners im Laufe eines bei der Herstellung des Sensorelementes eingesetzten Sinterprozesses erzeugte Porosität oder eine poröse Hohlraumstruktur aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Einlage zu diesem Zweck auch mit quaderförmigen, zy- linderförmigen oder linsenförmigen Ausfräsungen oder Ausnehmungen versehen sein.
Weiter ist vielfach vorteilhaft, wenn auch die auf der der Sensorstruktur zugewandten Seite der Heizerstruktur eingesetzte elektrisch isolierende erste Einlage eine insbesondere mit Hilfe eines Porenbildners erzeugte Porosität oder poröse Hohlraumstruktur aufweist, und/oder dass auch die erste Einlage beispielsweise quaderförmige, zylinderförmig oder linsenförmige Ausnehmungen aufweist. Durch diese Struktur der ersten Einlage wird zwar zunächst der Wärmeübertrag von der Heizerstruktur in Richtung auf die SensorStruktur etwas behindert, dadurch wird jedoch vorteilhaft die kapazitive Einkoppelung von elektrischen Signalen von der Heizerstruktur in die Sensorstruktur weiter reduziert. Im Übrigen ist eine Porosität der Einlagen oder das Vorsehen von darin eingebrachten Ausfräsungen oder Ausnehmungen generell vorteilhaft, um mechanische Spannungen zu reduzieren.
Unter dem Aspekt der Reduktion von mechanischen Spannungen im Sensorelement bei dessen Herstellung und/oder Betrieb, insbesondere bei Dehnungen, ist darüber hinaus vorteilhaft, wenn die erste und/oder die zweite Einlage bereichsweise mindestens eine Ausnehmung, vorzugsweise eine Mehrzahl von diese durchquerenden Schnitten oder Schlitzen aufweist, die derart angeordnet sind, dass es sich in Draufsicht nicht ü- ber oder unter einer von der HeizerStruktur eingenommenen Fläche befinden. Insofern sind diese Schnitte oder Schlitze in den Einlagen genau an den Stellen vorgesehen, wo sich die Heizerstruktur darunter oder darüber gerade nicht befindet.
Die Verwendung von vergleichsweise dicken Einlagen aus Aluminiumoxid, die dicht, d. h. nicht porös sind, als erste und/oder zweite Einlage hat den Vorteil, dass diese eine sehr gute elektrische Isolation der Heizerstruktur gegenüber den umgebenen Zirkoniumdioxidschichten bewirken, und dass dadurch auch vermieden wird, dass Platin von der Heizerstruktur in die Einlagen eindiffundiert. Überdies sind Einlagen aus Aluminiumoxid vergleichsweise thermisch gut leitend, was die effektive Beheizung der SensorStruktur verbessert.
Schließlich ist vorteilhaft, wenn die eingesetzte erste Einlage und/oder die eingesetzte zweite Einlage zumindest in dem Bereich des Übergangs des heißen Bereiches der Heizerstruktur in den kalten Bereich der Heizerzuleitung jeweils in Draufsicht eine angeschrägte Kante aufweist, wobei in dem Fall, dass die Kante der ersten Einlage und die Kante der zweiten Einlage beide angeschrägt sind, diese Schrägungen bevorzugt gegensinnig gerichtet sind. Die Schrägungen definieren somit in Draufsicht ein Überlappungsbereich, in dem die Heizerstruktur in die Heizerzuleitungen übergeht. Das Anschrägen der Kanten der Einlagen vermeidet die Ausbildung und die Ausbreitung von Rissen in den Einlagen durch mechanische Spannungen.
Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Sensorelementes, wobei vor allem ein eingebetteter Heizerbereich dargestellt ist, über dem sich eine Sensors ruktur befindet, Figur 2 einen Längsschnitt durch Figur 1 im Heizerbereich in Draufsicht, Figur 3 ein zweites, zur Figur 1 alternative Ausführungsbeispiel eines Sensorelementes, Figur 4 ein weiteres, zu Figur 1 alternatives Ausführungsbeispiel eines Sensorelementes, Figur 5 eine Einlage aus Aluminiumoxid mit linsenförmigen Ausnehmungen und Figur 6 eine Einlage aus Aluminiumoxid mit einer quaderförmigen Ausnehmung.
Ausführungsbeispiele
Die Figur 1 zeigt ein Sensorelement 30 mit einer Sensorstruktur 19 und einem Heizerbereich 30λ, beispielsweise ein planares Gassensorelement, einen NOx-Sensor oder eine übliche La bda-Sonde, wie sie aus DE 199 06 908 AI und insbesondere aus der dort gezeigten Figur 1, abgesehen von dem im Folgenden detailliert erläuterten Aufbau des Heizerbereiches 30 λ, bekannt ist. Insofern kann hier auf eine Erläuterung des bekannten Aufbaus der Sensorstruktur 19 verzichtet werden. Hinsichtlich der Erzeugung des Sensorelementes 30 gemäß Figur 1 greift man weiter auf bekannte Techniken zurück, d. h. man benutzt keramische Grünfolien, auf die man bei Bedarf weitere Schichten aufdruckt, diese stapelt, laminiert und abschließend zu dem Sensorelement 30 sintert.
Im Einzelnen zeigt Figur 1 ein gesintertes keramisches Sensorelement 30 in Form eines planaren Gassensorelementes mit einem Festelektrolyten mit einer Bodenschicht oder einem Substrat 5 aus Zirkoniumdioxid, auf dem sich bereichsweise zunächst eine zweite Zwischenschicht 10 befindet, die bei der Herstellung auf die das Substrat 5 bildende keramische Grünfolie aufgedruckt worden ist. Weiter ist eine zweite Distanzschicht 4 aus Zirkoniumdioxid vorgesehen, die einen unteren Rahmen bildet, wodurch eine wannenförmige zweite Ausnehmung 16 definiert wird, in die nach dem Aufdrucken der zweiten Zwischenschicht 10 und dem Aufbringen der zweiten Distanzschicht 4 auf das Substrat 5 eine zweite Einlage 2 eingelegt ist. Die zweite Einlage 2 ist im erläuterten Beispiel nach dem die Herstellung des Sensorelementes 30 abschließenden Sintern elektrisch isolierend und weist eine Dicke von 200 μm bis 500 μm auf. Sie wird bei der Herstellung zunächst als keramische Grünfolie auf Basis einer Aluminiumoxidkeramik eingelegt und dann mittels Sintern, das im Verbund mit den übrigen Bauteilen des Sensorelementes 30 erfolgt, in eine Aluminiumoxidkeramik überführt.
Auf die zweite Distanzschicht 4 und die zweite Einlage 2 ist dann weiter bereichsweise eine Heizerstruktur 1 in Form einer Platin-Widerstandsleiterbahn aufgebracht, vorzugsweise aufgedruckt. Dabei definiert der Bereich oberhalb der zweiten Einlage 2 einen heißen Bereich 3 des Sensorelementes 30. Weiterhin sind übliche, auf der zweiten Distanzschicht 4 verlaufende Heizerzuleitungen 6 vorgesehen, die beispielsweise ebenfalls aus einer aufgedruckten Platin-Leiterbahn bestehen. Die Heizerzuleitungen 6 verlaufen vor allem in einem kalten Bereich 8 des Sensorelementes 30 und sind von der zweiten Distanzschicht 4 bzw. der zweiten Einlage 2 durch eine unterhalb der Heizerzuleitung 6 befindlich, vorzugsweise ebenfalls aufgedruckte Isolationsschicht 7 getrennt. Um eine zuverlässige Verbindung der zweiten Distanzschicht 4 und der zweiten Einlage 2 mit der Isolationsschicht 7 zu erreichen, ist im Bereich der Isolationsschicht 7 ein Übergangswerkstoff 14 vorgesehen, der beispielsweise aus einer Mischung von Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid besteht und bevorzugt eine Teilschicht der Isolationsschicht 7 bildet, so dass sich die Isolationsschicht 7 und die zweite Einlage 2 bzw. die Distanzschicht 4 zuverlässig und fest miteinander verbinden. Im Übrigen ist in Figur 1 noch dargestellt, dass sich die I- solationsschicht 7 mit dem Übergangswerkstoff 14 bereichsweise auch auf der der Heizerzuleitung 6 abgewandten Seite der Heizerstruktur 1 befindet, um dort eine elektrische Isolation der Heizerstruktur 1 von der zweiten Distanzschicht 4 bzw. der im Weiteren erläuterten, darüber befindlichen ersten Distanzschicht 4Λ zu erreichen. Die HeizerStruktur 1 ist im erläuterten Beispiel wie üblich mäanderförmig aufgebaut.
Auf der zweiten Distanzschicht 4 befindet sich eine bevorzugt gleichartig aufgebaute erste Distanzschicht 4 , die beispielsweise ebenfalls aus Zirkoniumdioxid besteht und erneut in Form eines geschlossenen Rahmens ausgebildet ist. Diese erste Distanzschicht 4λ definiert eine erste Ausnehmung 15, in die eine erste Einlage 9 aus Aluminiumoxidkeramik eingelegt ist. Auf der ersten Einlage 9 ist dann weiter ganzflächig eine erste Zwischenschicht 11 vorgesehen, die im Laufe des Herstellungsverfahrens auf die zunächst als keramische Grünfolie eingelegte erste Einlage 9 aufgedruckt worden ist. Die Zusammensetzung der ersten Zwischenschicht 11 entspricht bevorzugt der Zusammensetzung der zweiten Zwischenschicht 10. Die Zusammensetzung der ersten Einlage 9 ist bevorzugt gleich der Zusammensetzung der zweiten Einlage 2, d. h. auch diese besteht nach dem Sintern bevorzugt aus einer Aluminiumoxidkeramik.
Insgesamt definieren die erste Distanzschicht 4', die zweite Distanzschicht 4 und die davon lateral eingeschlossene erste Einlage 9, die zweite Einlage 2 und die erste Zwischenschicht 11 sowie die zweite Zwischenschicht 10 den Heizerbereich 30", wobei die erste Zwischenschicht 11 und die zweite Zwischenschicht 10 in ihrer Dicke jeweils so gewählt sind, dass sie gemeinsam mit den Einlagen 2, 9 und der Heizerstruktur 1 die Ausnehmungen 15, 16 in den Distanzschichten 4, 4" vollständig und eben abschließen. Auf der Heizerzuleitung 6 befindet sich gemäß Figur 1 weiter eine Isolationsschicht 7 mit einem Übergangswerkstoff 14, so dass auch die Heizerzuleitung 6 von der Isolationsschicht 7 und dem Übergangswerkstoff 14 eingeschlossen und damit gegenüber den Distanzschichten 4, 4λ und bereichsweise auch gegenüber den Einlage 2, 9 elektrisch isoliert ist.
Auf der ersten Distanzschicht 4V ist ganzflächig eine weitere Schicht 17, vorzugsweise eine Zirkoniumdioxidschicht, vorgesehen, auf der dann die eigentliche Sensorstruktur 19 aufgebaut ist, so dass die SensorStruktur 19 mittels der Heizerstruktur 1 beheizbar ist.
Durch den erläuterten Aufbau wird erreicht, dass die beid- seitig von den dazu unmittelbar benachbarten Einlagen 2, 9 eingeschlossene Heizerstruktur 1 über die erste Einlage 9 gegenüber der SensorStruktur 19 elektrisch isoliert ist, so dass eine kapazitive Koppelung weitestgehend unterdrückt wird.
Die Dicke der ersten Einlage 2 und/oder der zweiten Einlage 9 liegt zwischen 200 μm und 500 μm. Die Dicke der ersten Zwischenschicht 11 und/oder der zweiten Zwischenschicht 10 beträgt bevorzugt 5 μm bis 50 μm, insbesondere 10 μm bis 30 μm.
Die erste und/oder die zweite Zwischenschicht 10, 11 dienen vor allem dazu, bei einer im Laufe der Herstellung des Sensorelementes 30 eingesetzten Sinterung auftretende mechanische Spannungen zwischen der ersten Einlage 9 und der weiteren Schicht 17 bzw. zwischen der zweiten Einlage 2 und dem Substrat 5 aufzunehmen oder auszugleichen. Dazu ist entweder vorgesehen, dass die erste und/oder die zweite Zwischenschicht 10, 11 bei einem Sintern gegenüber der jeweils be- nachbarten Einlage bzw. dem Substrat 5 oder der weiteren Schicht 17 eine geringe Sinteraktivität aufweist und insbesondere nicht dicht sintert, d. h. porös bleibt, oder dass die erste und/oder zweite Zwischenschicht 10, 11 bei diesem Sintern mit der benachbarten Einlage 9 und der benachbarten weiteren Schicht 17 bzw. der benachbarten zweiten Einlage 2 und dem benachbarten Substrat 5 zusammensintert.
Hinsichtlich der Zusammensetzung der ersten und/oder der zweiten Zwischenschicht 10, 11 ist vorteilhaft, wenn diese mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Zirkonium oder Barium enthält. Bevorzugt besteht sowohl die erste als auch die zweite Zwischenschicht 10, 11 entweder aus einem Magnesium-Aluminium-Spinell wie MgAl2θ , aus Bariumhexaaluminat oder aus einer Mischung von Zirkoniumdioxid und Aluminiumoxid.
Die laterale Ausdehnung der von der zweiten Einlage 2 gefüllten zweiten Ausnehmung 16 bzw. der von der ersten Einlage 9 gefüllten ersten Ausnehmung 15 ist bevorzugt so groß, dass diese die in Draufsicht von dem heißen Bereich 3 der HeizerStruktur 1 eingenommene Fläche überdecken.
Die Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch Figur 1 im Heizerbereich 30λ. Dabei ist lediglich die Heizerstruktur 1, die Heizerzuleitung 6 mit der darunter befindlichen Isolationsschicht 7 und dem Übergangswerkstoff 14 sowie die über- bzw. unter der HeizerStruktur 1 im heißen Bereich 3 befindliche zweite Einlage 2 und die erste Einlage 9 dargestellt. Man erkennt deutlich die äanderförmige Struktur der Heizer- struktur 1 im heißen Bereich 3 sowie die vergleichsweise breite Heizzuleitung 6 im Vergleich zu der Breite der eigentlichen Heizerstruktur 1, die in Form einer Platin- Widerstandsleiterbahn ausgeführt ist. In Weiterführung von Figur 1 ist in Figur 2 zudem dargestellt, dass die erste Einlage 9 und die zweite Einlage 2 in Draufsicht jeweils in einem Überlappungsbereich 26, der auch einen Übergang des heißen Bereiches 3 in den kalten Bereich 8 definiert, eine angeschrägte Kante 12, 13 aufweisen, wobei die Schrägungen dieser beiden Kanten 12, 13 gegensinnig zueinander gerichtet sind. Dazu ist die Form der ersten Ausnehmung 15 in der ersten Distanzschicht 4X entsprechend der Form der ersten Einlage 9 bzw. die Form der zweiten Ausnehmung 16 in der zweiten Distanzschicht 4 entsprechend der Form der zweiten Einlage 2 gemäß Figur 2 ausgeführt.
Die Figur 2 zeigt, dass die zweite Einlage 2 und/oder die erste Einlage 9 optional Ausnehmungen 7 λ in Form von Schlitzen oder Schnitten aufweisen kann. Diese Ausnehmungen 7 sind derart angeordnet, dass es sich in Draufsicht nicht ü- ber oder unter einer von der Heizerstruktur 1 eingenommenen Fläche befinden. Im Übrigen ist in Figur 2 noch einmal deutlich ein hinterer Bereich 25 erkennbar, der von der ersten Distanzschicht 4N und der darunter befindlichen zweiten Distanzschicht 4 gebildet wird. Dieser hintere Bereich 25 hat eine Breite von deutlich mehr als 300 μ , beispielsweise 500 μm bis 2000 μm.
Die Figur 3 erläutert ein zu Figur 1 oder der Variante gemäß Figur 2 alternatives Ausführungsbeispiel eines Sensorelementes 30, wobei die zweite Einlage 2 nun als zweite Einlage mit poröser Hohlraumstruktur 2' ausgeführt ist, um auf diese Weise mechanische Spannungen besser aufnehmen bzw. ableiten zu können. Die poröse Hohlraumstruktur wird dadurch erreicht, dass der als Einlage bzw. Intarsie oder Inlay ausgeführten keramischen Grünfolie, die nach dem Sintern die zweite Einlage mit Hohlraumstruktur 2 bildet, zunächst ein zusätzlicher Porenbildner zugesetzt ist, der im Laufe des Sinterprozesses bewirkt, dass die zweite Einlage 2" eine po- röse Hohlraumstruktur erhält. Dazu geeignete Porenbildner wie beispielsweise Rußpartikel oder Glaskohlenstoffpartikel sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Die Figur 4 erläutert in Weiterführung von Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Sensorelement 30, wobei nunmehr auch die erste Einlage 9 in Form einer ersten Einlage mit poröser Hohlraumstruktur 9λ ausgeführt ist. Die zweite Einlage mit poröser Hohlraumstruktur 2 ' ist in Figur 4 entsprechend Figur 3 ausgebildet. Auf diese Weise wird einerseits erreicht, dass die kapazitive Kopplung der Heizerstruktur 1 in den Bereich der Sensorstruktur 19 weiter reduziert wird, und dass andererseits auftretende mechanische Spannungen weiter vermindernd bzw. besser aufgenommen oder abgeleitet werden. Allerdings muss durch die erzeugte Hohlraumstruktur in Kauf genommen werden, dass der Wärmeübertrag von der Heizerstruktur 1 in den Bereich der Sensorstruktur 19 weniger effektiv erfolgt.
Die Figuren 5 und 6 erläutern weitere Ausführungsbeispiele für die erste Einlage 9, wobei auch die zweite Einlage 2 in gleicher Weise ausgeführt sein kann. Insbesondere zeigt Figur 5, wie die erste Einlage 9 anstelle einer porösen Hohlraumstruktur gemäß Figur 4 nunmehr mit linsenförmigen Ausnehmungen 20 versehen ist, die bevorzugt auf der der Heizerstruktur 1 zugewandten Seite der Einlage 9 eingebracht sind. Ansonsten besteht die Einlage 9 weiterhin bevorzugt aus Aluminiumoxidkeramik. Die linsenförmigen Ausnehmungen 20 werden beispielsweise durch eine entsprechende Ausfräsung der zur Herstellung der ersten Einlage 9 zunächst eingesetzten keramischen Grünfolie erzeugt. Gemäß Figur 6 ist eine quaderför- mige Ausnehmung bzw. Ausfräsung 21 vorgesehen.

Claims

Patentansprüche
1. Sensorelement, insbesondere planares Gassensorelement, mit einer Sensorstruktur (19) , die mittels einer Heizerstruktur (1) beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Heizerstruktur (1) und der Sensorstruktur (19) eine erste Distanzschicht (4M vorgesehen ist, die in Draufsicht auf das Sensorelement (30) in dem Bereich der Heizerstruktur (1) eine erste Ausnehmung (15) aufweist, in die eine die HeizerStruktur (1) von der Sensorstruktur (19) elektrisch isolierende erste Einlage (9, 9λ) eingelegt ist.
2. Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Sensorstruktur (19) abgewandten Seite der HeizerStruktur (1) ein Substrat (5) vorgesehen ist, wobei zwischen der Heizerstruktur (1) und dem Substrat (5) eine zweite Distanzschicht (4) vorgesehen ist, die in Draufsicht auf das Sensorelement (30) in dem Bereich der Heizerstruktur (1) eine zweite Ausnehmung (16) aufweist, in die eine die HeizerStruktur (1) von dem Substrat (5) trennende, insbesondere elektrisch isolierende zweite Einlage (2, 2") eingelegt ist.
3. Sensorelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Ausnehmung (15, 16) zumindest näherungsweise gleich dimensioniert und in Draufsicht auf das Sensorelement (30) zumindest näherungsweise ü- bereinander angeordnet sind, und dass die HeizerStruktur (1) beidseitig von den dazu unmittelbar benachbarten Einlagen (9, 9M 2, 2M eingeschlossen ist.
4. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Einlage (2, 2\ 9, 9M eine keramische Folie, insbesondere eine Aluminiumoxidfolie oder eine mittels Sintern in eine A- luminiumoxidfolie überführbare Folie, mit einer Dicke von 100 μm bis 1000 μm, insbesondere von 200 μm bis 500 μm, ist.
5. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Distanzschicht (4M die erste Ausnehmung (15) lateral in Form eines geschlossenen Rahmens umgibt und/oder dass die zweite Distanzschicht
(4) die zweite Ausnehmung (16) lateral in Form eines geschlossenen Rahmens umgibt.
6. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Distanzschicht (4M und die zweite Distanzschicht (4) übereinander angeordnet sind, und dass die Heizerstruktur zumindest bereichsweise die erste Einlage (9, 9M von der zweiten Einlage (2, 2M trennt .
7. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) , die erste Distanzschicht (4M, die zweite Distanzschicht (4) und eine weitere Schicht (17) die erste und die zweite Einlage (2, 2\ 9, 9M sowie die Heizerstruktur (1), abgesehen von einer oder mehreren HeizerZuleitungen (6) und einer oder mehreren, die Heizerzuleitung (6) von den Distanzschichten (4, 4M e- lektrisch isolierenden Schichten (7, 14), vollständig umschließen.
8. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Einlage (9, 9M und einer weiteren Schicht (17) zumindest bereichsweise eine insbesondere elektrisch isolierende erste Zwischenschicht (11) und/oder zwischen der zweiten Einlage (2, 2') und dem Substrat (5) zumindest bereichsweise eine insbesondere elektrisch isolierende zweite Zwischenschicht (10) vorgesehen ist.
9. Sensorelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Zwischenschicht (10, 11) eine insbesondere bei einem Sintern oder einem Temperaturwechsel im Betrieb entstehende mechanische Spannungen zwischen der ersten Einlage (9, 9") und der weiteren Schicht (17) und/oder zwischen der zweiten Einlage (2, 2M und dem Substrat (5) aufnehmende oder ausgleichende Schicht ist.
10. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausnehmung (15) mit der ersten Einlage (9, 9M oder der ersten Einlage (9, 9M und der ersten Zwischenschicht (11) vollständig und eben abschließend ausgefüllt ist, und/oder dass die zweite Ausnehmung (16) mit der zweiten Einlage (2, 2M oder der zweiten Einlage (2, 2M und der zweiten Zwischenschicht (10) vollständig und eben abschließend ausgefüllt ist.
11. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einlage (9, 9M und/oder die zweite Einlage (2, 2M zumindest in einem Bereich des Übergangs (26) eines heißen Bereiches (3) der Heizerstruktur (1) in einen kalten Bereich (8) einer Heizerzuleitung (6) in Draufsicht eine angeschrägte Kante (12, 13) aufweist, wobei in dem Fall, dass die Kante (12) der ersten Einlage (9, 9M und die Kante (13) der zweiten Einlage (2, 2 ' ) angeschrägt sind, die Schrägungen insbesondere gegensinnig gerichtet sind.
12. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Zwischenschicht (10, 11) mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe AI, Mg, Zr und Ba enthält, oder aus einem Mg- Al-Spinell wie MgAl204, Bariumhexaaluminat oder einer Mischung aus Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid besteht.
13. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Distanzschicht ( M, das Substrat (5) , die zweite Distanzschicht (4) und die weitere Schicht (17) aus Zirkoniumoxid besteht.
14. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste DistanzSchicht (4M die erste Ausnehmung (15) und die zweite Distanzschicht (4) die zweite Ausnehmung (16) jeweils in Form eines geschlossenen Rahmens umgibt, wobei in einem hinteren Bereich (25) eines mit diesen Schichten (4, 4M gebildeten Heizerbereich.es
(30 M der Rahmen ein Breite von deutlich mehr als 300 μm, insbesondere 500 μm bis 2000 μm, aufweist.
15. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einlage (9, 9M und/oder die zweite Einlage (2, 2') eine insbesondere mit Hilfe eines Porenbildners im Laufe eines Sinterprozeεses erzeugte Porosität oder poröse Hohlraumstruktur aufweist, und/oder dass die erste Einlage (9, 9M und/oder die zweite Einlage (2, 2M insbesondere quaderförmige, zylinderför ige oder linsenförmige Ausfräsungen (20, 21) aufweist.
16. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einlage (9, 9M und/oder die zweite Einlage (2, 2M bereichsweise mindestens eine Ausnehmung, mindestens einen Schnitt (7M oder mindestens einen Schlitz aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie sich in Draufsicht nicht über oder unter einer von der Heizerstruktur (1) eingenommenen Fläche befindet.
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