WO2009047058A1 - Laminated solid electrolyte gas sensor element having a machined contact depression on the contact surface of the electrical conductor - Google Patents
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Abstract
The invention relates to a sensor element for determining at least one physical property of a measurement gas, particularly the concentration of a gas component or the temperature of the measurement gas, comprising a ceramic body (10) made of at least two ceramic layers (11, 12) and at least one contact surface (15) accessible for contact by an electrical conductor on at least one of the opposing external sides of the ceramic body (10). In order to implement a guide for inserting and positioning the electrical conductor in the contacting process thereof with the contact surface, in a manner that is technically simple to produce, a depression (13) is machined into the at least one ceramic layer (11) and the contact surface (15) is disposed at the bottom of the depression (13).
Description
5 Titel 5 titles
LAMINIERTES FESTELEKTROLYT-GASSENSORELEMENT MIT EINER EINGEARBEITETEN KONTAKTIERUNGSVERTIEFUNG AN DER KONTAKTFLÄCHE ZU DEM ELEKTRISCHEN LEITERLAMINATED FESTELECTROLYTIC GAS SENSOR ELEMENT WITH A WORKING CONTACT LUBRICATION AT THE CONTACT SURFACE TO THE ELECTRIC LADDER
Stand der Technik 0 Die Erfindung geht aus von einem Sensorelement für einen Gassensor zum Bestimmen mindestens einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, insbesondere der Konzentration einer Gaskomponente oder der Temperatur des Messgases, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.PRIOR ART The invention is based on a sensor element for a gas sensor for determining at least one physical property of a measurement gas, in particular the concentration of a gas component or the temperature of the measurement gas, according to the preamble of claim 1.
Bei einem bekannten Sensorelement dieser Art (DE 102 10 974 B4) ist die mindestens eine 5 Kontaktfläche in der Schichtebene zwischen den beiden Keramikschichten aus yttriumstabilisiertem Zirkoniumoxid auf der unteren Keramikschicht angeordnet und die obere Keramikschicht im Bereich der mindestens einen Kontaktfläche vollständig entfernt, so dass im Keramikkörper eine endseitig frei auslaufende Aussparung zum Einlegen des elektrischen Leiters vorhanden ist. Die Aussparung wird durch Ausstanzen, Bohren, oder Fräsen in den im Grünzustand sich befindlichen 0 Keramikkörper, also vor dessen Sintern, eingebracht. In einer bevorzugten Ausführung des Sensorelements sind zwei nebeneinander angeordnete, identische Aussparungen mit darin angeordneter Kontaktfläche vorhanden, wobei jede Aussparung sich zum Ende des stabförmigen Sensorelements hin stetig erweitert und zwischen den beiden Aussparungen ein Steg mit zum freien Ende des Sensorelements abnehmender Stegbreite vorhanden ist, der ein gegenseitiges Berühren der5 in die Aussparungen eingesetzten Leiter verhindert.In a known sensor element of this type (DE 102 10 974 B4), the at least one contact surface in the layer plane between the two ceramic layers of yttrium-stabilized zirconium oxide is arranged on the lower ceramic layer and the upper ceramic layer is completely removed in the region of the at least one contact surface, so that in Ceramic body is present at one end freely tapering recess for insertion of the electrical conductor. The recess is introduced by punching, drilling, or milling in the green state located 0 ceramic body, so before the sintering. In a preferred embodiment of the sensor element, two identical recesses arranged side by side are provided with a contact surface arranged therein, each recess continuously expanding towards the end of the rod-shaped sensor element and between the two recesses there is a web with a web width decreasing towards the free end of the sensor element preventing mutual contact of the 5 conductors inserted in the recesses.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Sensorelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, mit der0 fertigungstechnisch einfach zu realisierenden Vertiefung in der oberen Keramikschicht eine Führung zum Einschieben und exakten Positionieren des elektrischen Leiters bei dessen Kontaktierungsprozess mit der Kontaktfläche zu erhalten, wobei der Kontaktierungsprozess z.B. durch Stoffschluss, insbesondere durch Schweißen, herbeigeführt wird, aber auch durch Aufschieben eines Federkontakthalters vorgenommen werden kann. Fertigungstechnisch besonders günstig hat5 sich insbesondere das Einprägen der Vertiefung in die noch nicht gesinterte, im sog. Grünzustand befindliche Keramikschicht erwiesen, da die Keramikschicht im Gründzustand durch Einsetzen eines Fließprozesses unter Druck press- und verformbar ist, ohne dass innere Strukturen zerstört werden
oder ungleichmäßige Verdichtungen entstehen. Das Prägen wird mittels eines polierten, verchromten Prägestempels mit einem Prägedruck von 30 kN bis 50 kN bei einer Temperatur zwischen 60 bis 1000C durchgeführt.The sensor element according to the invention with the features of claim 1 has the advantage, with der0 manufacturing technology easy to achieve recess in the upper ceramic layer to obtain a guide for insertion and exact positioning of the electrical conductor in the contacting process with the contact surface, wherein the contacting process, for example by material connection, in particular by welding, is brought about, but can also be made by pushing a spring contact holder. In terms of manufacturing technology, the impressing of the indentation into the not yet sintered ceramic layer, which is in the so-called green state, has proven to be particularly advantageous since the ceramic layer can be pressed and deformed under pressure in the green state by using a flow process without destroying internal structures or uneven compaction occurs. The embossing is carried out by means of a polished, chromium-plated stamp with an embossing pressure of 30 kN to 50 kN at a temperature between 60 to 100 0 C.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Sensorelements möglich.The measures listed in the further claims advantageous refinements and improvements of the claim 1 sensor element are possible.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind zwei nebeneinander ausgebildete Vertiefungen mit je einer Kontaktfläche vorgesehen, die sich in Längsrichtung des Keramikkörpers erstrecken. Zwischen den beiden Vertiefungen ist ein am freien Stirnende des Keramikkörpers endender Steg vorhanden, der sich vom Stirnende des Keramikkörpers bis zu den vom Stirnende des Keramikkörpers abgekehrten Enden der Vertiefungen zunehmend verbreitert. Durch diesen bei Einprägen der Vertiefungen in der oberen Keramikschicht verbleibenden Steg werden die beiden üblicherweise durch eine Dichtungsbuchse aus Kunststoff oder isolierender Keramik hindurchgeführten elektrischen Leiter beim Einschieben in die Vertiefungen zuverlässig getrennt und ohne Kontaktberührung miteinander positioniert.According to an advantageous embodiment of the invention, two side-by-side depressions each having a contact surface are provided which extend in the longitudinal direction of the ceramic body. Between the two recesses a terminating at the free end face of the ceramic body web is present, which widens progressively from the front end of the ceramic body to the side facing away from the front end of the ceramic body ends of the wells. By this in impressing the recesses in the upper ceramic layer remaining web, the two usually passed through a plastic or insulating ceramic insulating bushing electrical conductor are reliably separated when inserted into the wells and positioned without contact with each other.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat der Steg die Form eines Dreiecks mit zum Ende des Keramikkörpers weisender Spitze. Dadurch werden im automatisierten Fertigungsprozess auch aneinanderliegende Leiter beim Aufschieben der elektrischen Leiter auf das Sensorelement zuverlässig voneinander getrennt und der Einschiebevorgang nicht behindert.According to an advantageous embodiment of the invention, the web has the shape of a triangle with pointing to the end of the ceramic body tip. As a result, adjoining conductors are reliably separated from one another in the automated production process when the electrical conductors are pushed onto the sensor element and the insertion process is not hindered.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail in the following description with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings. Show it:
Fig. 1 und 2 jeweils ausschnittweise eine perspektivische Darstellung eines Sensorelements für einen Gassensor gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 und 4 jeweils ausschnittweise eine Draufsicht von Sensorelement und Anschlussleitung und 4 des Gassensors vor Kontaktierung des Sensorelements (Fig. 3) und nach Kontaktierung des Sensorelements (Fig. 4),1 and 2 each show a detail of a perspective view of a sensor element for a gas sensor according to a first and second embodiment, Fig. 3 and 4 in each case a detail of a top view of sensor element and connecting line and 4 of the gas sensor before contacting the sensor element (Fig Contacting of the sensor element (FIG. 4),
Fig. 5 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.Fig. 5 is a same view as in Fig. 1 according to a third embodiment.
Das in Fig. 1 ausschnittweise mit seinem anschlussseitigen Ende dargestellte Sensorelement für einen Gassensor zum Bestimmen mindestens einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases ist beispielsweise für den Einsatz in einer Lambdasonde im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine
bestimmt. Das Sensorelement weist einen langgestreckten, stab förmigen Keramikkörper 10 aus einem Festelektrolyten, insbesondere aus yttriumstabilisierten Zirkoniumoxid, auf, der hier aus zwei Keramikschichten 11, 12 zusammengesetzt ist, die plan aufeinanderliegen. Der Keramikkörper 10 kann darüber hinaus weitere Keramikschichten aufweisen, die teilweise mit Funktionsschichten, wie Heizwiderstand, Referenzelektrode u. dgl., bedruckt sind. Am Ende des Keramikkörpers 10 sind in die obere Keramikschicht 11 zwei nebeneinanderliegende Vertiefungen 13 mit einer Prägtiefe von ungefähr 50 bis 200μm eingeprägt. Das Einprägen ist dabei derart vorgenommen, dass die Vertiefungen zu der freien Stirnseite der oberen Keramikschicht 11 hin frei auslaufen und zwischen den beiden Vertiefungen 13 ein Steg 14 verbleibt, der an der freien Stirnseite der Keramikschicht 11 sehr schmal ist und zu den von der Stirnseite der Keramikschicht 11 abgekehrten Enden derThe detail shown in Fig. 1 with its terminal end sensor element for a gas sensor for determining at least one physical property of a sample gas, for example, for use in a lambda probe in the exhaust system of an internal combustion engine certainly. The sensor element has an elongated, rod-shaped ceramic body 10 made of a solid electrolyte, in particular of yttrium-stabilized zirconium oxide, which is here composed of two ceramic layers 11, 12 which lie flat on plan. The ceramic body 10 may further comprise further ceramic layers, which partially with functional layers, such as heating resistor, reference electrode u. Like., Are printed. At the end of the ceramic body 10, two adjacent depressions 13 with a stamping depth of approximately 50 to 200 μm are embossed into the upper ceramic layer 11. The impressing is made such that the depressions to the free end face of the upper ceramic layer 11 to leak freely and between the two wells 13 a web 14 remains, which is very narrow at the free end face of the ceramic layer 11 and to the front of the Ceramic layer 11 facing away from the ends
Vertiefungen 13 hin sich zunehmend verbreitert. Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 1 hat der Steg eine spitzwinklige, dreieckartige Form, wobei die Spitze des Dreiecks zum Ende der Keramikschicht 11 weist. Die Kathetenflächen des dreieckähnlichen Stegs 14 können eben oder bogenförmig ausgebildet sein. Am Grunde einer jeden Vertiefung 13 ist eine Kontaktfläche 15 angeordnet. Wie in Fig. 1 für eine der beiden Kontaktflächen 15 strichliniert dargestellt ist, ist jede Kontaktfläche 15 über eine vom Grund der Vertiefung 13 aus die obere Keramikschicht 11 durchdringende Durchkontaktierung 16 mit einer Leiterbahn 17 verbunden. Die Leiterbahn 17 verläuft in der Schichtebene zwischen den beiden Keramikschichten 11, 12 zu einer Elektrode des Sensorelements, die am anderen, dem Messgas ausgesetzten Ende des Sensorelements angeordnet ist. Die Leiterbahn 17 ist dabei vor Zusammensetzen der beiden Keramikschichten 11, 12 auf die untere Keramikschicht 12 aufgedruckt.Wells 13 increasingly widened. In the illustrated embodiment of Fig. 1, the web has an acute-angled, triangular shape, wherein the tip of the triangle to the end of the ceramic layer 11 has. The catheter surfaces of the triangle-like web 14 may be flat or curved. At the bottom of each recess 13, a contact surface 15 is arranged. As shown in Fig. 1 for one of the two contact surfaces 15 by dashed lines, each contact surface 15 is connected via a bottom of the recess 13 from the upper ceramic layer 11 penetrating through-hole 16 with a conductor 17. The conductor track 17 runs in the layer plane between the two ceramic layers 11, 12 to an electrode of the sensor element, which is arranged at the other, the measuring gas exposed end of the sensor element. The conductor 17 is printed on the lower ceramic layer 12 before assembling the two ceramic layers 11, 12.
Mittels der Kontaktflächen 15 ist das Sensorelement an einer Anschlussleitung angeschlossen, die ihrerseits das Sensorelement mit einem elektronischen Steuergerät verbindet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist die Anschlussleitung als Metallmantelleitung 18 ausgeführt. Die Metallmantelleitung 18 weist ein metallisches Mantelrohr 19 mit darin eingepresstem, keramischem Isolationsmaterial auf, in dem mehrere blanke Leiterdrähte 20 geführt sind. Jeweils ein Leiterdraht 20 ist auf eine Kontaktfläche 15 kontaktiert. Dabei sind die aus dem Mantelrohr 19 austretenden, blanken Leiterdrähte 20 durch eine keramische Dichtungsscheibe 21 geführt, die in ein das Sensorelement aufnehmendes, hier nicht dargestelltes Sensorgehäuse gasdicht eingesetzt wird. Die elektrische und mechanische Verbindung der Leiterdrähte 20 mit den Kontaktflächen 15 erfolgt stoffschlüssig, vorzugsweise durch Schweißen oder Löten.By means of the contact surfaces 15, the sensor element is connected to a connecting line, which in turn connects the sensor element with an electronic control unit. In the illustrated embodiment of FIG. 4, the connection line is designed as a metal sheath line 18. The metal sheath line 18 has a metallic jacket tube 19 with a pressed ceramic insulation material in which a plurality of bare conductor wires 20 are guided. In each case a conductor wire 20 is contacted on a contact surface 15. The emerging from the jacket tube 19, bare conductor wires 20 are guided by a ceramic sealing washer 21 which is inserted in a gas-tight manner in a sensor housing receiving, not shown here sensor housing. The electrical and mechanical connection of the conductor wires 20 with the contact surfaces 15 takes place cohesively, preferably by welding or soldering.
Das in Fig. 2 mit seinem anschlussseitigen Endabschnitt perspektivisch skizzierte Sensorelement unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten und vorstehend beschriebenen Sensorelement nur insoweit, als die zu dem messgasseitigen Ende des Sensorelements führenden Leiterbahnen 22 nicht zwischen den beiden Keramikschichten 11, 12 verlaufen, sondern auf der von der unteren
Keramikschicht 12 abgekehrten Oberfläche der oberen Keramikschicht 11 angeordnet sind. Die Kontaktflächen 15 sind einstückig mit den Leiterbahnen 22 ausgebildet und werden beim Prägen der Vertiefungen 13 bei auf der Oberfläche verbleibenden Leiterbahnen 22 in den Grund der Vertiefungen 13 gedrückt. Die Vertiefungen 13 werden hierzu so eingeprägt, dass der Niveauübergang von der Oberfläche der oberen Keramikschicht 11 zum Grunde der Vertiefungen 13 mit Rundungsradien ausgeführt ist, so dass im Übergang von der Leiterbahn 22 zur Kontaktfläche 15 keine scharfen Kanten entstehen. Im übrigen stimmt der Aufbau des Sensorelements gemäß Fig. 2 mit dem zu Fig. 1 überein, so dass gleiche Bauteilelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.The sensor element sketched perspectively in FIG. 2 with its connection-side end section differs from the sensor element shown in FIG. 1 and described above only insofar as the interconnects 22 leading to the measurement gas end of the sensor element do not extend between the two ceramic layers 11, 12, but instead on the bottom of Ceramic layer 12 facing away surface of the upper ceramic layer 11 are arranged. The contact surfaces 15 are integrally formed with the conductor tracks 22 and are pressed when embossing the recesses 13 in the bottom of the remaining conductor tracks 22 in the bottom of the recesses 13. The recesses 13 are for this purpose embossed so that the level transition from the surface of the upper ceramic layer 11 to the bottom of the recesses 13 is performed with rounding radii, so that no sharp edges arise in the transition from the conductor 22 to the contact surface 15. Otherwise, the construction of the sensor element according to FIG. 2 agrees with that of FIG. 1, so that identical component elements are provided with the same reference numerals.
Die in Fig. 1 und 2 ausschnittweise perspektivisch skizzierten Sensorelemente werden in der Weise hergestellt, dass zwei Folien aus einem Festelektrolyten, die die Keramikschicht 11 ,12 bilden, auf ihrer Oberfläche mit den Leiterbahnen und Kontaktflächen aus elektrisch leitendem Material, z.B. aus Platin, bedruckt werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird die die untere Keramikschicht 12 bildende Folie mit den Leiterbahnen 17 und die die obere Keramikschicht 11 bildende Folie mit den Kontaktflächen 15 bedruckt, während im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die die obere Keramikschicht 11 bildende Folie auf ihrer Oberfläche sowohl mit den Leiterbahnen 22 als auch mit den Kontaktflächen 15 bedruckt wird, wobei jeweils eine Leiterbahn 22 und eine Kontaktfläche 15 einstückig ausgeführt werden. Danach werden die beiden Folien unter Zwischenlage eines Binders zur Bildung des Keramikkörpers 10 aufeinandergelegt. Nunmehr werden mittels eines polierten und verchromten Prägestempels, der im Bereich der Kontaktflächen 15 auf die bedruckte Oberfläche des Sensorelements aufgesetzt wird, mit einem Druck zwischen 30 kN bis 50 kN bei einer Temperatur zwischen 600C und 1000C die beiden Vertiefungen 13 in die obere Keramikschicht 11 eingeprägt. Da der Keramikkörper 10 sich noch in seinem sog. Grünzustand befindet, ist die obere Keramikschicht 11 problemlos press- und verformbar, ohne dass die innere Struktur der Keramikschicht 11 zerstört wird. Auch die aufgedruckte Paste für Kontaktfeder 15 und Leiterbahn 22 ist im ungesinterten „Grünzustand" des Keramikkörpers 10 tiefziehfähig, so dass beim Prägen sich problemlos der Übergang von Leiterbahn 22 zur Kontaktfläche 15 ergibt. Nach dem Prägevorgang wird der Keramikkörper 10 einem Sinterprozess ausgesetzt, und die beiden Keramikschichten 11, 12 versintern miteinander. Auf das so hergestellte Sensorelement werden die durch die keramischeThe sketched in Fig. 1 and 2 fragmentary perspective sensor elements are prepared in such a way that two films of a solid electrolyte, which form the ceramic layer 11, 12, printed on its surface with the conductors and contact surfaces of electrically conductive material, such as platinum become. In the embodiment of FIG. 1, the film forming the lower ceramic layer 12 is printed with the conductor tracks 17 and the film forming the upper ceramic layer 11 with the contact surfaces 15, while in the embodiment of Fig. 2, the film forming the upper ceramic layer 11 on its surface both is printed with the conductors 22 as well as with the contact surfaces 15, wherein in each case a conductor 22 and a contact surface 15 are made in one piece. Thereafter, the two films are stacked with the interposition of a binder to form the ceramic body 10. Now, by means of a polished and chrome stamping die, which is placed in the region of the contact surfaces 15 on the printed surface of the sensor element, with a pressure between 30 kN to 50 kN at a temperature between 60 0 C and 100 0 C, the two recesses 13 in the imprinted upper ceramic layer 11. Since the ceramic body 10 is still in its so-called. Green state, the upper ceramic layer 11 is easily pressable and deformable without the inner structure of the ceramic layer 11 is destroyed. The printed paste for contact spring 15 and printed conductor 22 is deep-drawable in the unsintered "green state" of the ceramic body 10, so that there is no problem in the embossing of the transition from conductor 22 to the contact surface 15. After the embossing process, the ceramic body 10 is subjected to a sintering process, and the Both ceramic layers 11, 12 sinter together with each other
Dichtungsscheibe 21 hindurchgefädelten, blanken Leiterdrähte 20 der Metallmantelleitung 18 vom Ende des Keramikkörpers 10 her aufgeschoben. Dabei gleiten die freien Enden der Leiterdrähte 20, die einen Drahtdurchmesser zwischen lOOμm und 150μm aufweisen, an den Stegwänden des Stegs 14 entlang und werden positionsgenau in den Vertiefungen 13 auf den Kontaktflächen 15 positioniert. Nunmehr werden die auf den Kontaktflächen 15 aufliegenden Enden der Leiterdrähte 20 auf den Kontaktflächen 15 verschweißt.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Sensorelement können auch erst die Vertiefungen 13 in die obere Keramikschicht 11 eingeprägt und dann auf den Grund der Vertiefungen 13 die Kontaktflächen 15 mit Durchkontaktierungen 16 aufgedruckt werden.Gasket 21 threaded through, bare conductor wires 20 of the metal sheath line 18 pushed from the end of the ceramic body 10 ago. In this case, the free ends of the conductor wires 20, which have a wire diameter between 100 μm and 150 μm, slide along the web walls of the web 14 and are positioned with exact position in the depressions 13 on the contact surfaces 15. Now, the resting on the contact surfaces 15 ends of the conductor wires 20 are welded to the contact surfaces 15. In the case of the sensor element shown in FIG. 1, the depressions 13 can also be impressed into the upper ceramic layer 11 and then the contact surfaces 15 with plated-through holes 16 can be printed on the bottom of the depressions 13.
Anstelle der direkten Kontaktierung der Kontaktflächen 15 mit den Leiterdrähten der Anschlussleitung und deren stoffschlüssige Verbindung können auch mittels bekannter Kontaktfederhalter Kontaktfahnen auf die Kontaktflächen 15 aufgeclipst werden. Die Kontaktfahnen sind dann beispielsweise durch Crimpen mit den abisolierten Enden eines Anschlusskabels verbunden.Instead of the direct contacting of the contact surfaces 15 with the conductor wires of the connecting cable and their cohesive connection, contact lugs can also be clipped onto the contact surfaces 15 by means of known contact spring holders. The tabs are then connected, for example by crimping with the stripped ends of a connecting cable.
Bei dem in Fig. 5 ausschnittweise skizzierten Ausführungsbeispiel des Sensorelements sind beide Arten der Anordnung von Leiterbahnen auf der Oberfläche des Sensorelements und in der Ebene zwischen den beiden Keramikschichten 11, 12 realisiert, die jeweils mit einer Kontaktfläche 15 verbunden sind, die auf der Oberfläche des Keramikkörpers 10 am Grund einer von zwei in die obere Keramikschicht 11 eingeprägter Vertiefungen 13 angeordnet ist. Die eine Kontaktfläche 15 ist wiederum einstückig mit der auf der Körperoberfläche verlaufenden Leiterbahn 22 ausgebildet und die andere Kontaktfläche 15 über die Durchkontaktierung 16 mit der in der Zwischenebene verlaufendenIn the exemplary embodiment of the sensor element sketched in detail in FIG. 5, both types of arrangement of conductor tracks are realized on the surface of the sensor element and in the plane between the two ceramic layers 11, 12 which are each connected to a contact surface 15 which is located on the surface of the sensor element Ceramic body 10 at the bottom of one of two in the upper ceramic layer 11 embossed recesses 13 is arranged. The one contact surface 15 is in turn formed integrally with the running on the body surface conductor 22 and the other contact surface 15 via the via 16 with the running in the intermediate plane
Leiterbahn 17 verbunden. Die in Fig. 5 verwendeten Bezugszeichen entsprechen den in Fig. 1 und 2.Conductor 17 connected. The reference numerals used in FIG. 5 correspond to those in FIGS. 1 and 2.
Selbstverständlich ist es bei dem in Fig. 5 skizzierten Sensorelement möglich, auf der freien Oberfläche der unteren Keramikschicht 12 gleichartige Vertiefungen 13 mit Kontaktflächen 15 und einer Leiterbahn 22 vorzusehen. In der Zwischenebene würde dann - wie bei demOf course, in the case of the sensor element outlined in FIG. 5, it is possible to provide similar depressions 13 with contact surfaces 15 and a conductor track 22 on the free surface of the lower ceramic layer 12. In the intermediate level would then - as with the
Ausführungsbeispiel der Fig. 1 - eine zweite Leiterbahn 17 parallel verlaufen, die über eine durch die untere Keramikschicht 12 hindurchgehende Durchkontaktierung 16 mit der einen Kontaktfläche 15 verbunden wäre.
Embodiment of Fig. 1 - a second conductor 17 extend parallel, which would be connected via a passing through the lower ceramic layer 12 via 16 with the one contact surface 15.
Claims
1. Sensorelement für einen Gassensor zum Bestimmen mindestens einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, insbesondere der Konzentration einer Gaskomponente oder der Temperatur des Messgases, mit einem aus mindestens zwei Keramikschichten (11, 12), insbesondere Festelektrolytschichten, zusammengesetzten Keramikkörper (10) und mit mindestens einer auf mindestens einer der voneinander abgekehrten Außenseiten des Keramikkörpers (10) zur Kontaktierung durch einen elektrischen Leiter zugänglichen Kontaktfläche (15), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kontaktfläche (15) auf dem Grund einer in die mindestens eine Keramikschicht (11) eingearbeiteten Vertiefung (13) angeordnet ist.A sensor element for a gas sensor for determining at least one physical property of a measurement gas, in particular the concentration of a gas component or the temperature of the measurement gas, comprising a ceramic body (10) composed of at least two ceramic layers (11, 12), in particular solid electrolyte layers, and at least one on at least one of the mutually remote outer sides of the ceramic body (10) for contacting by an electrical conductor accessible contact surface (15), characterized in that the at least one contact surface (15) on the bottom of a in the at least one ceramic layer (11) incorporated recess ( 13) is arranged.
2. Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung (13) im nichtgesinterten „Grünzustand" des Keramikkörpers (10) in die Keramikschicht (11) eingeprägt ist.2. Sensor element according to claim 1, characterized in that the at least one recess (13) in the non-sintered "green state" of the ceramic body (10) is embossed in the ceramic layer (11).
3. Sensorelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Dicke des elektrischen Leiters von lOOμm bis 150μm die rechtwinklig zur Oberfläche gemessenen Prägetiefe der Vertiefung (13) zwischen 50μm und 200μm liegt.3. Sensor element according to claim 2, characterized in that at a thickness of the electrical conductor of lOOμm to 150μm measured perpendicular to the surface embossing depth of the recess (13) is between 50μm and 200μm.
4. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung (13) an dem einen Ende des Keramikkörpers (10) angeordnet ist und zur freien Stirnseite des Keramikkörpers (10) hin frei ausläuft.4. Sensor element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one recess (13) is arranged at one end of the ceramic body (10) and to the free end face of the ceramic body (10) runs out freely.
5. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kontaktfläche (15) mit einer zwischen den aneinanderliegenden Keramikschichten (11, 12) verlaufenden Leiterbahn (17) durch eine vom Grund der Vertiefung (13) aus die Keramikschicht (11) durchdringende Durchkontaktierung (16) elektrisch leitend verbunden ist.5. Sensor element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one contact surface (15) with a between the adjacent ceramic layers (11, 12) extending conductor track (17) through one of the bottom of the recess (13) of the ceramic layer (11) penetrating via (16) is electrically connected.
6. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kontaktfläche (15) einstückig mit einer auf der Oberfläche der mindestens einen Keramikschicht (11) verlaufenden Leiterbahn (22) ausgebildet ist und dass der Niveauübergang von Leiterbahn (22) zur Kontaktfläche (15) mit mindestens einem Rundungsradius ausgeführt ist. 6. Sensor element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one contact surface (15) is formed integrally with a on the surface of at least one ceramic layer (11) extending conductor track (22) and that the level transition of conductor track (22 ) to the contact surface (15) is designed with at least one rounding radius.
7. Sensorelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Leiterbahn (22) und7. Sensor element according to claim 6, characterized in that the conductor track (22) and
Kontaktfläche (15) einstückig auf der im Grünzustand sich befindlichen Keramikschicht (11) aufgedruckt sind und dass Vertiefungen (13) und Kontaktfläche (15) gemeinsam eingeprägt sind.Contact surface (15) are integrally printed on the ceramic layer (11) located in the green state and that depressions (13) and contact surface (15) are embossed together.
8. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei nebeneinander ausgebildete Vertiefungen (13) mit je einer Kontaktfläche (15) vorgesehen sind, die sich in Längsrichtung des Keramikkörpers (10) erstrecken, und dass zwischen den beiden Vertiefungen (13) ein an der Stirnseite des Keramikkörpers (10) endender Steg (14) vorhanden ist, der sich von der Stirnseite des Keramikkörpers (10) bis zu dem von der Stirnseite des Keramikkörpers (10) abgekehrten Enden der Vertiefungen (13) zunehmend verbreitert.8. Sensor element according to one of claims 1 to 7, characterized in that two side by side formed depressions (13) are each provided with a contact surface (15) extending in the longitudinal direction of the ceramic body (10), and that between the two wells ( 13) on the end face of the ceramic body (10) ending web (14) is present, which widens increasingly from the end face of the ceramic body (10) to the end of the ceramic body (10) facing away from the recesses (13).
9. Sensorelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (14) eine dreieckähnliche, spitzwinklige Form mit ebenen oder gebogenen Kathetenwänden und mit einer zur Stirnseite des Keramikkörpers (10) weisenden Spitze aufweist.9. Sensor element according to claim 8, characterized in that the web (14) has a triangular, acute-angled shape with flat or curved Kathetenwänden and with a front end of the ceramic body (10) pointing tip.
10. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter ein blanker Leitungsdraht (20) einer Metallmantelleitung (18) oder eine zu einem Anschlusskabel führende Kontaktfahne ist. 10. Sensor element according to one of claims 1 to 9, characterized in that the electrical conductor is a bare conductor wire (20) of a metal sheathed cable (18) or leading to a connection cable contact lug.
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