KR20170073518A - Sensor element for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas chamber and method for producing the same - Google Patents

Abstract

본 발명은 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한, 특히 측정 가스 중 가스 성분의 비율 또는 측정 가스의 온도를 검출하기 위한 센서 소자(10), 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 상기 센서 소자(10)는 길이 방향(40)으로 연장되며 적어도 하나의 전기 화학 셀(30)을 가진 세라믹 층 구성(12)을 포함한다. 상기 전기 화학 셀(30)은 적어도 2개의 전극(16, 18) 및 상기 전극들(16, 18)을 연결하는 적어도 하나의 고체 전해질(14)을 포함한다. 상기 센서 소자(10)는 또한 적어도 하나의 가열 소자(34)를 포함한다. 상기 가열 소자(34)는 상기 전기 화학 셀(30)을 가열하도록 형성된다. 상기 세라믹 층 구성(12)은 길이 방향(40)으로 볼 때 상기 전기 화학 셀(30)의 영역(46)에 적어도 하나의 제 1 치수(48)를 갖고, 상기 제 1 치수(48)는 상기 전기 화학 셀(30)의 영역(46) 외부의 제 2 치수(50)보다 더 작다. 상기 층 구성(12)은 상기 전기 화학 셀(30)의 영역(46)에서 적어도 하나의 제 3 치수(54)를 가진 적어도 하나의 제 1 열충격 보호층(52)에 의해, 상기 제 1 치수(48)와 상기 제 3 치수(54)의 합이 상기 제 2 치수(50)와 동일하도록, 둘러싸인다.The present invention relates to a sensor element (10) for detecting at least one characteristic of a measuring gas in a measuring gas chamber, in particular for detecting the ratio of a gas component in the measuring gas or the temperature of the measuring gas, and a method of manufacturing the same. The sensor element 10 includes a ceramic layer structure 12 extending in the longitudinal direction 40 and having at least one electrochemical cell 30. The electrochemical cell 30 includes at least two electrodes 16 and 18 and at least one solid electrolyte 14 connecting the electrodes 16 and 18. The sensor element 10 also includes at least one heating element 34. The heating element 34 is formed to heat the electrochemical cell 30. The ceramic layer structure 12 has at least one first dimension 48 in the region 46 of the electrochemical cell 30 as viewed in the longitudinal direction 40, Is smaller than the second dimension (50) outside the region (46) of the electrochemical cell (30). The layer structure 12 is formed by at least one first thermal shock protection layer 52 having at least one third dimension 54 in the region 46 of the electrochemical cell 30, 48) and the third dimension (54) is equal to the second dimension (50).

Description

측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한 센서 소자 및 그 제조 방법{SENSOR ELEMENT FOR DETECTING AT LEAST ONE PROPERTY OF A MEASURING GAS IN A MEASURING GAS CHAMBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}Technical Field [0001] The present invention relates to a sensor element for detecting at least one characteristic of a measurement gas in a measurement gas chamber, and a sensor element for detecting at least one property of the measurement gas in the measurement gas chamber,

본 발명은 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한 센서 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor element for detecting at least one characteristic of a measurement gas in a measurement gas chamber and a method of manufacturing the same.

선행 기술에는 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한 다수의 센서 소자 및 방법이 개시되어 있다. 상기 특성은 기본적으로 측정 가스의 임의의 물리적 및/또는 화학적 특성이고, 하나 또는 다수의 특성이 검출될 수 있다. 본 발명은 이하에서 특히 측정 가스의 가스 성분의 비율의 정성적 및/또는 정량적 검출과 관련해서, 특히 측정 가스 분량 중 산소 비율의 검출과 관련해서 설명된다. 산소 비율은 예컨대 부분 압력의 형태로 및/또는 백분율의 형태로 검출될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 측정 가스의 다른 특성, 예컨대 온도가 검출될 수 있다.The prior art discloses a number of sensor elements and methods for detecting at least one characteristic of a measurement gas in a measurement gas chamber. The characteristic is basically any physical and / or chemical characteristic of the measurement gas, and one or more characteristics can be detected. The present invention will hereinafter be described in particular with regard to the qualitative and / or quantitative detection of the ratio of the gas components of the measuring gas, particularly with regard to the detection of the oxygen content in the measuring gas volume. The oxygen ratio can be detected, for example, in the form of partial pressure and / or in the form of a percentage. Alternatively or additionally, other properties of the measured gas, such as temperature, can be detected.

이러한 센서 소자들은 예컨대 Konrad Reif(발행): Sensoren im Kraftfahrzeug, 제 1권 2010, 페이지 160-165에 개시된 바와 같이, 소위 람다 프로브로서 형성될 수 있다. 광대역 람다 프로브, 특히 평면 광대역 람다 프로브에 의해 예컨대 배기 가스 중의 산소 농도가 큰 범위에서 결정될 수 있어서, 연소실 내의 공연비가 추정될 수 있다. 공기 비율 λ은 상기 공연비를 나타낸다.Such sensor elements can be formed as so-called lambda probes, for example as disclosed in Konrad Reif (published): Sensoren im Kraftfahrzeug, Vol. 1, 2010, pages 160-165. The oxygen concentration in the exhaust gas can be determined in a large range, for example, by a broadband lambda probe, particularly a flat broadband lambda probe, so that the air-fuel ratio in the combustion chamber can be estimated. The air ratio? Represents the air-fuel ratio.

선행 기술에는 특정 고체의 전해 특성, 즉 상기 고체의 이온 전도 특성을 기반으로 하는 특히 세라믹 센서 소자가 개시되어 있다. 특히, 상기 고체는 예컨대 산화알루미늄(Al₂O₃) 및/또는 이산화실리콘(SiO₂)의 적은 량의 첨가제를 포함할 수 있는 이산화지르코늄(ZrO₂), 특히 이트륨 안정화된 이산화지르코늄(YSZ) 및 스칸듐 도핑된 이산화지르코늄(ScSZ)과 같은 세라믹 고체 전해질일 수 있다.The prior art discloses in particular ceramic sensor elements based on the electrolytic properties of certain solids, i.e. the ionic conductivity of the solids. In particular, the solid, for example aluminum (Al ₂ O ₃₎ and / or silicon dioxide, zirconium dioxide, which can include an additive of a small amount of the _{(SiO 2) (ZrO 2)} , in particular yttrium-stabilized zirconium dioxide (YSZ) and oxidation And may be a ceramic solid electrolyte such as scandium-doped zirconium dioxide (ScSZ).

선행 기술에 개시된 센서 소자의 상기 장점에도 불구하고, 센서 소자는 여전히 개선의 여지가 있다. 신속 스타트 거동을 가진, 즉 짧은 패스트 라이트 오프(Fast-Light-Off) 시간을 가진 센서 소자의 경우, 낮은 옴의 백금 또는 백금/팔라듐이 가열 소자에 사용된다. 이 경우, 기능 영역에 가열 에너지 도입이 가급적 작고 집중적으로 이루어진다. 즉, 소위 핫-스팟(hot-spot)이 형성된다. 추가로, 센서 소자는, 가열되어야 하는 열 질량을 가급적 작게 유지하기 위해, 가급적 얇게, 예컨대 1 ㎜의 두께로 구현된다. 센서 소자 두께의 추가 감소는 장착의 이유로, 특히 패키지 내의 강도와 관련해서 임계적이다. 프로브의 스위치온 시에 수격에 대한 강성을 높이기 위해, 세라믹 다공성 층, 소위 열충격 보호층이 가열 영역에 제공될 수 있다. 이로 인해, 온도 상승시 및 작동 온도에서도 물방울 및 냉기에 대한 탁월한 적합성이 생긴다. 그러나 열충격 보호층의 추가 열 질량에 의한 매우 느린 가열 시간이 단점이다.Despite the above advantages of the sensor element disclosed in the prior art, the sensor element still has room for improvement. For sensor elements with a fast-start behavior, i.e. a short Fast-Light-Off time, low ohmic platinum or platinum / palladium is used in the heating element. In this case, the introduction of the heating energy into the functional region is as small and intensive as possible. That is, a so-called hot-spot is formed. In addition, the sensor element is implemented as thin as possible, for example, 1 mm thick, in order to keep the thermal mass to be heated as small as possible. A further reduction in sensor element thickness is critical for reasons of mounting, particularly with regard to strength in the package. A ceramic porous layer, so-called thermal shock protection layer, may be provided in the heating zone to increase rigidity against water hammer when the probe is switched on. This results in excellent compatibility with water droplets and cold air even at elevated temperatures and at operating temperatures. However, a very slow heating time due to the additional thermal mass of the thermal shock protective layer is a disadvantage.

본 발명의 과제는 공지된 센서 소자의 단점을 적어도 거의 방지하고, 특히 열충격 강성의 품질이 변하지 않으면서 패스트 라이트 오프 시간이 현저히 줄어들 수 있거나 또는 열충격 보호층에 의한 가열의 느려짐이 보상될 수 있는, 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한 센서 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. 동시에, 법적으로 요구되는 특성, 예컨대 신속한 작동 준비성과 더불어, 양호한 열충격 방지, 설치 위치에 대한 낮은 신호 민감성, 및 센서 소자에서의 양호한 조정 가능성이 제공되어야 한다.It is an object of the present invention to at least substantially obviate the disadvantages of the known sensor elements and to provide a sensor element which is capable of significantly reducing the fast write-off time, especially when the quality of the thermal shock resistance is unchanged, A sensor element for detecting at least one characteristic of a measurement gas in a measurement gas chamber, and a method of manufacturing the same. At the same time, there is a need to provide good heat shock prevention, low signal sensitivity to the mounting position, and good controllability in the sensor element, along with legally required characteristics, such as rapid operating readiness.

측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한, 특히 측정 가스 중 가스 성분의 비율 또는 측정 가스의 온도를 검출하기 위한 본 발명에 따른 센서 소자는 길이 방향으로 연장되며 적어도 하나의 전기 화학 셀을 가진 세라믹 층 구성을 포함하고, 상기 전기 화학 셀은 적어도 2개의 전극 및 상기 전극들을 연결하는 적어도 하나의 고체 전해질을 포함한다. 센서 소자는 또한 적어도 하나의 가열 소자를 포함한다. 가열 소자는 전기 화학 셀을 가열하도록 형성된다. 세라믹 층 구성은 길이 방향으로 볼 때 전기 화학 셀의 영역에 적어도 하나의 제 1 치수를 갖고, 상기 제 1 치수는 전기 화학 셀의 영역 외부의 제 2 치수보다 더 작다. 층 구성은 전기 화학 셀의 영역에서 적어도 하나의 제 3 치수를 가진 적어도 하나의 제 1 열충격 보호층에 의해, 제 1 치수와 제 3 치수의 합이 제 2 치수와 동일하도록, 둘러싸인다. 달리 표현하면, 적어도 하나의 제 1 열충격 보호층은 그 두께가, 전기 화학 셀의 영역에서 상기 층 구성이 적어도 하나의 제 1 열충격 보호층과 함께 전기 화학 셀의 영역 외부에서와 동일한 두께를 갖도록 치수 설계되어 제공된다.The sensor element according to the invention for detecting at least one characteristic of the measuring gas in the measuring gas chamber, in particular for detecting the ratio of the gas component in the measuring gas or the temperature of the measuring gas, extends longitudinally and comprises at least one electrochemical Wherein the electrochemical cell comprises at least two electrodes and at least one solid electrolyte connecting the electrodes. The sensor element also includes at least one heating element. The heating element is formed to heat the electrochemical cell. The ceramic layer structure has at least one first dimension in the region of the electrochemical cell as viewed in the longitudinal direction and the first dimension is smaller than the second dimension outside the region of the electrochemical cell. The layer configuration is surrounded by at least one first thermal shock protection layer having at least one third dimension in the region of the electrochemical cell such that the sum of the first dimension and the third dimension is equal to the second dimension. In other words, the at least one first thermal shockproofing layer may have a thickness such that the thickness of the at least one first thermal shockproofing layer, together with the at least one first thermal shockproofing layer in the region of the electrochemical cell, Designed and delivered.

이는 예컨대 제 1 열충격 보호층이 전기 화학 셀의 영역 외부에서 층 구성과 동일한 평면으로 끝남으로써 구현될 수 있다. 달리 표현하면, 제 1 열충격 보호층은 전기 화학 셀의 영역 외부에서 층 구성과 평평한 표면을 형성한다.This can be realized, for example, by the first thermal shock protection layer ending in the same plane as the layer structure outside the region of the electrochemical cell. In other words, the first thermal shock protection layer forms a layer structure and a flat surface outside the region of the electrochemical cell.

센서 소자는 또한 적어도 하나의 제 2 열충격 보호층을 포함할 수 있다. 제 2 열충격 보호층은 제 1 열충격 보호층 상에 배치된다. 제 1 열충격 보호층 및 제 2 열충격 보호층은 함께 제 3 치수를 갖도록 형성된다. 달리 표현하면, 2개 이상의 열충격 보호층의 제공시, 제 1 층은 단일 제공시보다 더 얇게 구현되므로, 최종적으로 제 2 열충격 보호층에 의한 총 두께는 단일 열충격 보호층에서와 동일하다.The sensor element may also include at least one second thermal shock protection layer. The second thermal shock protection layer is disposed on the first thermal shock protection layer. The first thermal shock protection layer and the second thermal shock protection layer are formed to have a third dimension together. In other words, in providing two or more thermal shock protection layers, the first layer is implemented thinner than when provided in a single provision, so that the total thickness by the second thermal shock protection layer is the same as that of the single thermal shock protection layer.

제 1 열충격 보호층은 제 1 다공도를 갖는다. 제 2 열충격 보호층은 제 2 다공도를 갖는다. 제 1 다공도는 제 2 다공도와 다르다. 예컨대, 제 1 열충격 보호층은 주로 개방 다공으로 형성되고, 제 2 열충격 보호층은 주로 폐쇄 다공으로 형성된다.The first thermal shockproof layer has a first porosity. The second thermal shock protection layer has a second porosity. The first porosity is different from the second porosity. For example, the first thermal shockproof protective layer is mainly formed as an open porous layer, and the second thermal shockproof protective layer is formed mainly as a closed porous layer.

제 1 열충격 보호층은 제 1 열전도도를 갖는다. 제 2 열충격 보호층은 제 2 열전도도를 갖는다. 제 1 열전도도는 제 2 열전도도와는 다르다. 예컨대, 제 1 열충격 보호층은 주로 낮은 열전도도로 형성되고, 제 2 열충격 보호층은 주로 더 높은 열전도도로 형성된다.The first thermal shockproof layer has a first thermal conductivity. The second thermal shockproof layer has a second thermal conductivity. The first thermal conductivity is different from the second thermal conductivity. For example, the first thermal shock protection layer is formed mainly with low thermal conductivity, and the second thermal shock protection layer is formed mainly with higher thermal conductivity.

측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한, 특히 측정 가스 중 가스 성분의 비율 또는 측정 가스의 온도를 검출하기 위한 센서 소자의 본 발명에 따른 제조 방법은 길이 방향으로 연장되는 세라믹 층 구성의 형성을 포함한다. 세라믹 층 구성 내에 적어도 하나의 전기 화학 셀이 형성된다. 전기 화학 셀은 적어도 2개의 전극, 및 상기 전극들을 연결하는 적어도 하나의 고체 전해질을 포함한다. 층 구성 내에는 또한 적어도 하나의 가열 소자가 형성된다. 가열 소자는 전기 화학 셀을 가열하도록 형성된다. 세라믹 층 구성은, 상기 층 구성이 길이 방향으로 볼 때 전기 화학 셀의 영역 내에서 적어도 하나의 제 1 치수를 갖도록 형성되고, 상기 제 1 치수는 전기 화학 셀의 영역 외부의 제 2 치수보다 더 작다. 층 구성은, 전기 화학 셀의 영역에서 적어도 하나의 제 3 치수를 가진 적어도 하나의 제 1 열충격 보호층에 의해, 제 1 치수와 제 3 치수의 합이 제 2 치수와 동일하도록, 둘러싸인다.A method for detecting at least one characteristic of a measuring gas in a measuring gas chamber, in particular a sensor element for detecting the ratio of the gas component in the measuring gas or the temperature of the measuring gas, comprises a longitudinally extending ceramic layer Lt; / RTI > At least one electrochemical cell is formed in the ceramic layer structure. The electrochemical cell comprises at least two electrodes and at least one solid electrolyte connecting the electrodes. At least one heating element is also formed in the layer structure. The heating element is formed to heat the electrochemical cell. The ceramic layer structure is formed such that the layer structure has at least one first dimension in the region of the electrochemical cell when viewed in the longitudinal direction, the first dimension being smaller than the second dimension outside the region of the electrochemical cell . The layer configuration is surrounded by at least one first thermal shockproof layer having at least one third dimension in the region of the electrochemical cell so that the sum of the first dimension and the third dimension is equal to the second dimension.

제 1 열충격 보호층은 층 구성의 소결 전에 제공될 수 있다. 따라서, 세라믹 층 구성 및 상기 층 구성 상에 제공된 적어도 제 1 열충격 보호층은 함께 소결된다. 제 1 열충격 보호층은 후막 방법에 의해, 예컨대 스크린 인쇄 및 전사 적층에 의해 제공될 수 있다.The first thermal shockproofing layer may be provided before the sintering of the layer constitution. Thus, at least the first thermal shockproof layer provided on the ceramic layer structure and on the layer structure is sintered together. The first thermal shockproofing layer may be provided by a thick film method, for example, by screen printing and transfer lamination.

층 구성의 제 1 치수는 스탬핑 또는 레이저 절삭에 의해 형성될 수 있다. 제 1 열충격 보호층은, 전기 화학 셀의 영역 외부에서 층 구성과 동일 평면으로 끝나도록 제공될 수 있다. 적어도 하나의 제 2 열충격 보호층은 제 1 열충격 보호층 상에 제공될 수 있다. 제 1 열충격 보호층 및 제 2 열충격 보호층은 함께 제 3 치수를 갖도록 형성될 수 있다. 제 1 열충격 보호층은 제 1 다공도 및 제 1 열전도도를 갖고, 제 2 열충격 보호층은 제 2 다공도 및 제 2 열전도도를 갖는다. 제 1 다공도 및 제 1 열전도도는 제 2 다공도 및 제 2 열전도도와 다르다. 예컨대, 제 1 메인 열충격 보호층은 주로 개방 다공으로 낮은 열전도도로 형성되고, 제 2 열충격 보호층은 주로 폐쇄 다공으로 더 높은 열전도도로 형성된다. 제 2 열충격 보호층은 예컨대 소위 졸-겔 공정에 의해 제공될 수 있다.The first dimension of the layer configuration can be formed by stamping or laser cutting. The first thermal shock protection layer may be provided so as to end in the same plane as the layer structure outside the region of the electrochemical cell. At least one second thermal shockproofing layer may be provided on the first thermal shockproofing layer. The first thermal shockproofing layer and the second thermal shockproofing layer may be formed to have a third dimension together. The first thermal shockproofing layer has a first porosity and a first thermal conductivity, and the second thermal shockproofing layer has a second porosity and a second thermal conductivity. The first porosity and the first porosity are different from the second porosity and the second porosity. For example, the first main thermal shockproof protective layer is mainly formed with open porosity with a low thermal conductivity, and the second thermal shockproof protective layer is mainly formed with closed porosity with higher thermal conductivity. The second thermal shockproofing layer may be provided, for example, by a so-called sol-gel process.

층 구성은 본 발명의 범위에서 적어도 2개의 겹쳐 배치된 층들 및/또는 층 평면들을 포함하는 소자를 의미한다. 층들은 층 구성의 제조에 의해 구별될 수 있고 및/또는 상이한 재료 및/또는 출발 물질로 제조될 수 있다. 특히, 층 구성은 완전히 또는 부분적으로 세라믹 층 구성으로서 형성될 수 있다.The layer configuration means an element comprising at least two superimposed layers and / or layer planes within the scope of the present invention. The layers can be distinguished by the manufacture of layer constructions and / or can be made of different materials and / or starting materials. In particular, the layer configuration may be formed entirely or partially as a ceramic layer configuration.

고체 전해질 층은 본 발명의 범위에서 전해 특성, 즉 이온 전도 특성을 가진 바디 또는 대상물을 의미한다. 특히, 세라믹 고체 전해질일 수 있다. 이는 고체 전해질의 원재료를 포함하므로, 소결 후에야 고체 전해질을 형성하는 소위 그린 바디로서의 형성을 포함한다. 특히, 고체 전해질은 고체 전해질 층으로서 형성될 수 있거나 다수의 고체 전해질 층으로 형성될 수 있다. 층은 본 발명의 범위에서 다른 소자들 위, 아래 또는 사이에 놓여 일정 높이로 평면 연장된 균일한 재료를 의미한다.The solid electrolyte layer means a body or an object having electrolytic characteristics, that is, ion conduction properties, within the scope of the present invention. In particular, it may be a ceramic solid electrolyte. This involves the formation of a so-called green body, which forms the solid electrolyte only after sintering, since it contains the raw material of the solid electrolyte. In particular, the solid electrolyte may be formed as a solid electrolyte layer or may be formed of a plurality of solid electrolyte layers. Layer means a uniform material that extends plane-to-surface at a constant height over, under, or between other elements within the scope of the present invention.

전극은 본 발명의 범위에서 고체 전해질 및 전극을 통해 전류가 유지될 수 있도록 고체 전해질과 접촉할 수 있는 소자를 의미한다. 이에 따라 전극은, 이온들이 고체 전해질 내로 삽입되고 및/또는 고체 전해질로부터 분해될 수 있는 소자를 포함할 수 있다. 전형적으로 전극들은 귀금속 전극을 포함하고, 상기 귀금속 전극은 예컨대 금속-세라믹 전극으로서 고체 전해질 상에 제공될 수 있거나 또는 다른 방식으로 고체 전해질과 연결될 수 있다. 전형적인 전극 재료들은 백금-서멧 전극이다. 다른 귀금속, 예컨대 금 또는 팔라듐도 기본적으로 사용될 수 있다.The electrode means a solid electrolyte in the scope of the present invention and an element capable of contacting with the solid electrolyte so that current can be maintained through the electrode. Accordingly, the electrode may comprise an element in which ions can be inserted into the solid electrolyte and / or decomposed from the solid electrolyte. Typically, the electrodes include a noble metal electrode, which may be provided on the solid electrolyte, for example as a metal-ceramic electrode, or otherwise connected to the solid electrolyte. Typical electrode materials are platinum-cermet electrodes. Other noble metals, such as gold or palladium, can also be used basically.

가열 소자는 본 발명의 범위에서 고체 전해질 및 전극을 적어도 그들의 작용 온도로, 바람직하게는 그들의 작동 온도로 가열하기 위해 사용되는 소자를 의미한다. 작용 온도는 고체 전해질이 이온 전도성을 갖게 되는 온도이며 약 350℃이다. 작동 온도는 작용 온도와는 다르며, 센서 소자가 통상 작동되는 온도이고, 작용 온도보다 더 높다. 작동 온도는 예컨대 700℃ 내지 950℃일 수 있다. 가열 소자는 가열 영역 및 적어도 하나의 리드 트랙을 포함할 수 있다. 가열 영역은 본 발명의 범위에서, 층 구성에서 센서 소자의 표면에 대해 수직인 방향을 따라 전극과 중첩하는 가열 소자의 영역을 의미한다. 통상적으로, 가열 영역은 작동 동안 리드 트랙보다 더 심하게 가열되므로, 이들은 구별될 수 있다. 상이한 가열은 예컨대 가열 영역이 리드 트랙보다 더 높은 전기 저항을 가짐으로써 구현될 수 있다. 가열 영역 및/또는 리드는 예컨대 전기 저항 트랙으로서 형성되고, 전압의 인가에 의해 가열된다. 가열 영역은 예컨대 백금-서멧으로 제조될 수 있다.The heating element means an element used to heat the solid electrolyte and the electrode to at least their working temperature, preferably to their working temperature, within the scope of the present invention. The operating temperature is the temperature at which the solid electrolyte has ionic conductivity and is about 350 ° C. The operating temperature is different from the operating temperature, the temperature at which the sensor element is normally operated, and is higher than the operating temperature. The operating temperature may be, for example, 700 ° C to 950 ° C. The heating element may comprise a heating zone and at least one lead track. The heating region means, within the scope of the present invention, the region of the heating element overlapping the electrode along the direction perpendicular to the surface of the sensor element in the layer configuration. Typically, the heating zones are heated more heavily than the lead tracks during operation, so they can be distinguished. The different heating can be realized, for example, by having the heating region have a higher electrical resistance than the lead track. The heating area and / or leads are formed, for example, as electrical resistance tracks and heated by application of a voltage. The heating zone can be made e.g. of platinum-cermet.

부품 또는 소자의 두께는 본 발명의 범위에서 층 구성의 방향에서, 따라서 층 구성의 개별 층 평면들에 대해 수직인 방향에서의 치수를 의미한다.The thickness of the part or element means in the direction of the layer construction in the scope of the present invention and thus the dimension in the direction perpendicular to the individual layer planes of the layer construction.

전기 화학 셀은 본 발명의 범위에서 펌프 셀 및 네른스트(Nernst) 셀로 이루어진 그룹으로부터 선택된 소자를 의미한다.The electrochemical cell means an element selected from the group consisting of a pump cell and a Nernst cell within the scope of the present invention.

"전기 화학 셀의 영역에" 배치는 층 구성의 층들에 대해 수직인 방향에서 볼 때 전기 화학 셀과 적어도 부분적으로 중첩하는, 부품의 배치를 의미한다.The "arrangement in the region of the electrochemical cell" means the placement of the component at least partially overlapping the electrochemical cell when viewed in a direction perpendicular to the layers of the layer construction.

다공도는 본 발명의 범위에서 공극 체적 대 물질, 물질 혼합물 또는 바디의 전체 체적의 비율을 나타내는 무차원 측정 크기를 의미한다. 물질, 물질 혼합물 또는 바디의 총 다공도는 주변과 서로 연결되는 공극들, 즉 소위 개방 다공도와 서로 연결되지 않는 공극들, 즉 소위 폐쇄 다공도의 합으로 이루어진다. 따라서, 주로 개방 다공으로 형성은 공극들의 체적들이 주로 주변과 연결되는 형성을 의미한다. 주로 폐쇄 다공으로 형성은 공극의 체적이 주로 서로 연결되지 않는 공극을 특징으로 하는 형성을 의미한다.Porosity refers to a dimensionless measurement size that represents the ratio of pore volume versus substance, substance mixture, or total volume of the body within the scope of the present invention. The total porosity of a substance, a substance mixture or a body consists of the sum of the pores connected to the periphery, that is, the so-called closed porosity and the pores not connected to each other, that is, the so-called closed porosity. Thus, forming primarily open porosity means that the volumes of the pores are mainly connected to the periphery. Formation of closed pores usually refers to the formation of voids characterized by voids whose volume is largely unconnected.

본 발명의 기본 사상은 세라믹 층 구성을 가열 소자에 의해 야기된 핫 스팟의 영역에서 그 외부에서보다 더 얇게 또는 더 작게 형성함으로써, 열 질량을 줄이는 것이다. 상기 열 질량은 다시 열충격 보호층으로 채워지므로, 열충격 보호층을 갖는 영역과 열충격 보호층을 갖지 않는 영역에서 센서 소자의 외부 치수가 동일하다.The basic idea of the present invention is to reduce the thermal mass by forming the ceramic layer structure thinner or smaller in the region of the hot spot caused by the heating element than at the outside thereof. Since the thermal mass is again filled with the thermal shock protection layer, the outer dimensions of the sensor element are the same in the region having the thermal shock protection layer and the region having no thermal shock protection layer.

본 발명에 따른 센서 소자 디자인에 의해, 세라믹 배기 가스 센서는 미세 공기를 포함하지 않으면서 단계적인 열충격 보호층을 가진 양산용 인쇄 패널로 경제적으로 제조될 수 있고, 열충격 보호층의 제공 후에 높은 그을음 저항을 가지고 초단 펄스 레이저에 의해, 즉 20 ps를 초과하지 않는 펄스 레이트를 가진 레이저에 의해 조정될 수 있다. 2막 디자인의 실시에 의해, 예컨대 530 ㎛ 대신 350 ㎛와 같은 센서 소자 및 가열기 막의 막 두께의 감소에 의해, 그리고 가열된 핫 스팟에서 스탬핑 또는 레이저 절삭 공정에 의한 막 폭의 감소에 의해, 가열될 센서 소자 세라믹의 열 질량 및 그에 따라 패스트 라이트 오프(Fast-Light-Off) 시간이 감소한다. 상기 YSZ 질량 감소의 체적은, 후막 방법, 예컨대 스크린 인쇄 및 전사 적층에 의해 균일한 센서 소자 두께 및 센서 소자 폭을 회복하기 위해 핫 스팟에 Al₂O₃ 및 YSZ로 제조된 동시 연소 가능한 다공성 열충격 보호층을 구성하기 위해, 사용된다.By virtue of the sensor element design according to the present invention, the ceramic exhaust gas sensor can be economically manufactured as a mass production printed panel with a stepwise thermal shock protection layer without containing fine air, and can provide a high soot resistance , By a laser with a pulse rate that does not exceed 20 ps. By the implementation of the two-pass design, by the reduction of the thickness of the sensor element and heater film, for example 350 [mu] m instead of 530 [mu] m, and by the reduction of the film width by stamping or laser- The thermal mass of the sensor element ceramic and thus the Fast-Light-Off time is reduced. The volume of the YSZ mass reduction can be controlled by a thick film method such as simultaneous burnable porous thermal shock protection made of Al ₂ O ₃ and YSZ at the hot spot to restore uniform sensor element thickness and sensor element width by screen printing and transfer lamination To form a layer.

감소된 열 질량으로 인한 신속한 작동 준비성(Fast-Light-Off)은, 미세 공기 포함에 의한 센서 소자 기판으로부터 단계적인 열충격 보호층의 더 양호한 열 절연에 의해 열충격 방지를 향상시키고, 라미네이트 평면 상의 양산용 인쇄 패널 내에 진공 조건 하에서 경제적인 제조 방법으로 초단 펄스 레이저에 의해, 확산 배리어 및 열충격 보호층에 의한 펌프 전류 변동의 조정 그리고 가스 공급 홀 내에 조정 확산 배리어 및 제 1 열충격 보호층의 제조를 위한 전사 적층을 가능하게 한다. 초단 펄스 레이저 제거 방법에 의해, 1:10까지의 매우 높은 종횡비를 가진 표면 구조가 단계적인 열충격 보호층용 제 1 열충격 보호층으로서 직접 형성될 수 있다. 대기압 플라즈마 입사, 현탁액 플라즈마 입사, 화학 현탁액 입사에 의한 다공성 열충격 보호층 세라믹의 비용 집중적 제공이 생략될 수 있다. 얇은 밀집 다공성 세라믹 조직을 이용한 제 2 열충격 보호층의 제공은 졸-겔-액침 공정에 의해 경제적으로 이루어질 수 있다.Fast-Light-Off due to reduced thermal mass improves thermal shock prevention by better thermal insulation of the stepwise thermal shock protection layer from the sensor element substrate by the inclusion of fine air, A pulsed laser beam is produced by a pulsed laser in an economical manufacturing process in a printing panel under vacuum conditions, the adjustment of the pump current fluctuation by the diffusion barrier and the heat shockproof protective layer, and the transfer lamination for the production of the controlled diffusion barrier and the first thermal shockproof protective layer in the gas supply hole . By the very short pulse laser ablation method, a surface structure having a very high aspect ratio of up to 1:10 can be formed directly as the first thermal shockproof protective layer for the stepwise thermal shockproof protective layer. The cost intensive provision of the porous thermal shock protection layer ceramic by the atmospheric pressure plasma injection, the suspension injection into the suspension, and the chemical suspension inclusion can be omitted. The provision of the second thermal shock protection layer using a thin dense porous ceramic structure can be economically achieved by a sol-gel-immersion process.

제안된 센서 소자 디자인에 의해, 패스트 라이트 오프(Fast-Light-Off) 시간이 센서 소자 세라믹의 더 낮은 열 질량에 의해 < 5s로 줄어들 수 있다. 또한, 패스트 라이트 오프(Fast-Light-Off) 시간은 센서 소자와 제 1 단계적인 열충격 보호층의 열 분리에 의해 그리고 상기 제 1 열충격 보호층 아래 가스로 채워진 공동부에 의해 줄어들 수 있고, 진공 스크린 인쇄에 의해 제조된 열충격 보호층과 센서 소자 기판의 양호한 기계적 연결은 적층 단계 동안 열 압축에 의해 주어진다. 또한, 열 분리와 양호한 기계적 연결의 비율은 제 1 열충격 보호층과 센서 소자 기판 사이에, 특히 전극 위에 공극들의 국부적 형성에 의해 조정될 수 있다. 또한, 센서 소자 측면 상에 제 1 열충격 보호층의 양호한 접착은 전사 적층 공정 동안 열 압축에 의해 형성될 수 있다. 또한, 센서 소자 기판과 가스 공급 홀 충전재 및 조정 확산 배리어로서 사용되는 제 1 열충격 보호층 사이의 양호한 결합은 적층 단계 동안 열 압축에 의해 형성될 수 있다. 또한, 핫 스팟에서 (소결된) 센서 소자 두께는 장착 플랫폼을 유지하면서 센서 소자 리드 및 센서 소자 접촉의 영역에 비해 2 x 150 ㎛ 만큼 더 얇게, 그리고 센서 소자 폭은 2 x 150 ㎛ 만큼 더 좁게 설계될 수 있다. 또한, 높은 강도 및 일정한 품질을 가진 두꺼운 열충격 보호층들 및 보상층들이 진공 스크린 인쇄 공정에 의해 제조될 수 있고, 이 경우 스크린 인쇄로 인한 미세 공기 포함의 발생 확률이 낮아진다. 또한, 경제적이고, 점진적인 열충격 보호층 구성에서 동시 소결 가능한 제 1 열충격 보호층은 진공 분위기 하에서 스크린 인쇄에 의해, 의도치 않은 공기 포함 없이, 예컨대 3 인쇄 단계에 의해 각각 50 ㎛ 층두께로 제조된다. 이 경우, 양호한 기계적 압축 결합으로 인해 단계적인 열충격 보호층에서 내부 열충격 보호층을 더 다공성으로 설계할 수 있도록 개별 층들이 최적화될 수 있다. 이 경우, 제 1 열충격 보호층의 열 질량은 센서 소자 기판으로부터 더 분리되고, 기판에 대한 소결 수축의 조정이 개선되며, 동시 소결 가능한 다공성 층 구성으로 이루어진 열충격 보호층, 예컨대 개방 다공의 YSZ+Al₂O₃로 이루어진 제 1 열충격 보호층에 기판에 대한 양호한 소결 조정 및 더 낮은 열전도가 제공되고, 다공성 A₂O₃로 이루어진 중간 열충격 보호층에 더 나은 열전도 및 양호한 내부 결합이 제공되며, 밀집 다공의 Al₂O₃ 로 이루어진 외측 열충격 보호층에는 적층 공구 내의 엠보싱 구조에 의해 형성된 외부 미세 구조화가 제공되므로, 상기 구조에 의해 부딪히는 물이 모세관 효과에 의해 센서 소자 표면에 걸쳐 분포되므로, 더 큰 물 체적 > 10 ㎕이 열충격에 민감한 센서 소자 세라믹에 직접 부딪히지 않고 국부적으로 센서 소자 내의 더 작은 온도 기울기를 야기하며, 열충격 보호층들 사이에서 추가로 인쇄된 기능 층들에 의해 예컨대 불꽃 그을음 페이스트에 의해 의도적으로 형성된 공극들에 의해 추가의 열 분리가 이루어질 수 있다. 또한, 열충격 보호층에 의해 요구되는 열충격 강도가 달성되지 않으면, 미세 구조를 가지고 접착 결합재로서 작용하는 열충격 보호층 위에 Al₂O₃ 입자를 가진 밀집 다공 A₂O₃-졸-겔로 이루어진 제 2의 얇은 단계적인 열충격 보호층이 액침 공정에 의해 경제적으로 소결된 센서 소자 상에 제공될 수 있다. 또한, 내부 열충격 보호층의 열 분리에 의해 가열 전압 수요가 줄어들 수 있는데, 그 이유는 열충격 보호층의 냉각이 전체 센서 소자 표면으로 직접 전달되지 않기 때문이다. 또한, 센서 소자와 열충격 보호층 사이의 열기계적 응력이 줄어들기 때문에, 미세 균열로 인한 다공도의 변화가 나타나지 않거나 거시적인 균열이 열충격 보호층 또는 센서 소자의 고장을 일으키지 않는다. 또한, 센서 소자 측면 에지의 챔퍼링, 및 연삭 공정에 의한 에지 가공 후에 필요한 고온 어닐링이 생략될 수 있다.With the proposed sensor element design, the Fast-Light-Off time can be reduced to <5 s by the lower thermal mass of the sensor element ceramic. In addition, the Fast-Light-Off time can be reduced by thermal separation of the sensor element and the first-stage thermal shockproof layer and by a gas-filled cavity below the first thermal shockproof layer, A good mechanical connection of the sensor element substrate with the thermal shock protection layer produced by printing is given by thermal compression during the lamination step. In addition, the ratio of heat dissipation to good mechanical connection can be adjusted between the first thermal shock protection layer and the sensor element substrate, particularly by local formation of voids on the electrode. In addition, good adhesion of the first thermal shockproof layer on the sensor element side can be formed by thermal compression during the transfer lamination process. In addition, a good bond between the sensor element substrate and the first thermal shockproof protective layer used as the gas feed hole filler and the controlled diffusion barrier can be formed by thermal compression during the lamination step. In addition, the sensor element thickness (sintered) in the hot spot is designed to be 2 x 150 μm thinner than the area of the sensor element lead and sensor element contact while maintaining the mounting platform, and the sensor element width is narrower by 2 x 150 μm . In addition, thick thermal shock protective layers and compensation layers with high strength and constant quality can be produced by a vacuum screen printing process, in which case the chance of occurrence of micro-air due to screen printing is reduced. In addition, the first thermal shockproof protective layer capable of simultaneous sintering in an economical, gradual thermal shockproof protective layer construction is produced by screen printing in a vacuum atmosphere, without intentional air, for example, with a thickness of 50 탆 by three printing steps. In this case, the individual layers can be optimized so that the internal thermal shock protective layer can be designed to be more porous in the stepwise thermal shock protective layer due to good mechanical compression bonding. In this case, the thermal mass of the first thermal shockproof layer is further separated from the sensor element substrate, the adjustment of the sintering shrinkage to the substrate is improved, and the heat shockproof protective layer made of a coextentive porous layer structure such as open pore YSZ + Al ₂ O ₃ is provided with a good sintering adjustment and lower thermal conductivity for the substrate and the intermediate thermal shock protection layer made of porous A ₂ O ₃ is provided with better thermal conductivity and good internal bonding, Of Al ₂ O ₃ is provided with an outer microstructure formed by the embossing structure in the lamination tool so that the water hit by the structure is distributed over the surface of the sensor element by the capillary effect, > 10 μL does not hit the thermal shock sensitive sensor element ceramic directly but locally within the sensor element Cause a temperature gradient, and can have a protective layer of the thermal shock between the added intentionally adding thermal separation by the air gap formed by the flame soot paste, for example by the functional layers in the print to be made. Furthermore, if the thermal shock strength required by the thermal shockproofing layer is not achieved, a _second layer of dense porous A ₂ O ₃ -sol-gel with Al ₂ O ₃ particles on the thermal shock protective layer, A thin stepped thermal shock protection layer can be provided on the sensor element which is economically sintered by the immersion process. Thermal separation of the internal thermal shock protection layer can also reduce the demand for heating voltage because the cooling of the thermal shock protection layer is not directly transmitted to the surface of the entire sensor element. In addition, since thermomechanical stress between the sensor element and the thermal shock protection layer is reduced, there is no change in porosity due to microcracks, or macroscopic cracks do not cause failure of the thermal shock protection layer or the sensor element. Also, the chamfering of the sensor element lateral edge and the high temperature annealing required after edge processing by the grinding process can be omitted.

본 발명의 다른 선택적 세부 사항들 및 특징들은 도면에 개략적으로 도시된 바람직한 실시예의 하기 설명에 제시된다.Other optional details and features of the invention are set forth in the following description of a preferred embodiment schematically illustrated in the drawings.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 센서 소자의 횡단면도.
도 2는 제 1 실시예의 센서 소자의 평면도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 센서 소자의 분해도.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 센서 소자의 분해도.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 센서 소자의 횡단면도.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 센서 소자의 횡단면도.
도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 센서 소자의 횡단면도.
도 8은 센서 소자의 제조시 제 1 제조 단계의 횡단면도.
도 9는 센서 소자의 제조를 위한 제 2 제조 단계의 횡단면도.
도 10은 센서 소자의 제조를 위한 제조 단계의 평면도.1 is a cross-sectional view of a sensor element according to a first embodiment of the present invention;
2 is a plan view of the sensor element of the first embodiment;
3 is an exploded view of a sensor element according to a second embodiment of the present invention;
4 is an exploded view of a sensor element according to a third embodiment of the present invention;
5 is a cross-sectional view of a sensor element according to a fourth embodiment of the present invention;
6 is a cross-sectional view of a sensor element according to a fifth embodiment of the present invention;
7 is a cross-sectional view of a sensor element according to a sixth embodiment of the present invention;
8 is a cross-sectional view of a first manufacturing step in manufacturing the sensor element;
9 is a cross-sectional view of a second manufacturing step for the manufacture of a sensor element;
10 is a plan view of a manufacturing step for manufacturing a sensor element;

도 1에 도시된 센서 소자(10)는 측정 가스의 물리적 및/또는 화학적 특성을 검출하기 위해 사용될 수 있고, 이 경우 하나 또는 다수의 특성이 검출될 수 있다. 본 발명은 이하에서 특히 측정 가스의 가스 성분의 정성적 및/또는 정량적 검출과 관련해서, 특히 측정 가스 중 산소 비율의 검출과 관련해서 설명된다. 산소 비율은 예컨대 부분 압력의 형태로 및/또는 백분율의 형태로 검출될 수 있다. 그러나 기본적으로 다른 종류의 가스 성분, 예컨대 산화질소, 탄화수소 및/또는 수소도 검출될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 측정 가스의 다른 특성도 검출될 수 있다. 본 발명은 특히 자동차 기술 분야에 사용될 수 있으므로, 측정 가스 챔버는 특히 내연기관의 배기 가스 시스템일 수 있고, 측정 가스는 특히 배기 가스일 수 있다.The sensor element 10 shown in Fig. 1 can be used for detecting the physical and / or chemical characteristics of the measurement gas, in which case one or more characteristics can be detected. The present invention will hereinafter be described in particular with regard to the qualitative and / or quantitative detection of the gas component of the measuring gas, in particular in relation to the detection of the oxygen ratio in the measuring gas. The oxygen ratio can be detected, for example, in the form of partial pressure and / or in the form of a percentage. However, basically different kinds of gas components such as nitrogen oxides, hydrocarbons and / or hydrogen can also be detected. Alternatively or additionally, other characteristics of the measured gas can also be detected. Since the present invention can be used in particular in the automotive technology field, the measuring gas chamber can be in particular an exhaust gas system of an internal combustion engine, and the measuring gas can in particular be an exhaust gas.

센서 소자(10)는 고체 전해질(14) 및 적어도 2개의 전극(16, 18)을 포함하는 세라믹 층 구성(12)을 포함한다. 고체 전해질(14)은 고체 전해질 층의 형태인 다수의 세라믹 층으로 이루어질 수 있거나 또는 다수의 고체 전해질 층을 포함할 수 있다. 예컨대, 고체 전해질(14)은 겹쳐서 또는 상하로 배치된, 펌프 막 또는 펌프 층(14a), 중간 막 또는 중간 층(14b), 그리고 가열 막 또는 가열 층(14c)을 포함하고, 상기 막들 또는 층들은 하기에서 상세히 설명된다. 전극들(16, 18)은 제 1 전극(16) 및 제 2 전극(18)이라 하지만, 이는 중요도의 정도를 나타내는 것은 아니며 다만 구별하기 위한 것이다. 제 1 전극(16) 및 제 2 전극(18)은 고체 전해질(14), 특히 펌프 층(14a)에 의해 서로 연결되고, 특히 전기적으로 연결된다.The sensor element 10 comprises a ceramic layer structure 12 comprising a solid electrolyte 14 and at least two electrodes 16,18. The solid electrolyte 14 may be composed of a plurality of ceramic layers in the form of a solid electrolyte layer or may include a plurality of solid electrolyte layers. For example, the solid electrolyte 14 may include a pump or pump layer 14a, an intermediate or intermediate layer 14b, and a heating or heating layer 14c, which are stacked or placed one above the other, Are described in detail below. The electrodes 16 and 18 are referred to as a first electrode 16 and a second electrode 18, but this does not indicate the degree of importance, but is for the purpose of distinguishing them. The first electrode 16 and the second electrode 18 are connected to each other by a solid electrolyte 14, particularly a pump layer 14a, and in particular are electrically connected.

센서 소자(10)는 또한 가스 공급 경로(20)를 포함한다. 가스 공급 경로(20)는 가스 공급 홀(22)을 포함하고, 상기 가스 공급 홀(22)은 고체 전해질(14)의 표면(23)으로부터 층 구성(12)의 내부로 연장된다. 고체 전해질(14) 내에 전극 공동부(24)가 제공되고, 상기 전극 공동부(24)는 가스 공급 홀(22)을 예컨대 링형으로 또는 직사각형으로 둘러싼다. 전극 공동부(24)는 가스 공급 경로(20)의 부분이고, 가스 공급 홀(22)을 통해 측정 가스 챔버와 연결될 수 있다. 예컨대 가스 공급 홀(22)은 고체 전해질(14)의 표면(23)에 대해 수직인 원통형 블라인드 홀로서 층 구성(12)의 내부 내로 연장된다. 특히, 전극 공동부(24)는 실질적으로 링형으로 또는 직사각형으로 형성되고, 3개의 측면에서 고체 전해질(14)에 의해 한정된다. 가스 공급 홀(22)과 전극 공동부(24) 사이에 채널(26)이 배치되고, 상기 채널은 가스 공급 통로(20)의 구성 부분이다. 상기 채널(26) 내에 확산 배리어(28)가 배치되고, 상기 확산 배리어(28)는 측정 가스 챔버로부터 전극 공동부(24)로의 가스 흐름을 줄이거나 또는 방지하고 확산만을 허용한다.The sensor element 10 also includes a gas supply path 20. The gas supply path 20 includes a gas supply hole 22 and the gas supply hole 22 extends from the surface 23 of the solid electrolyte 14 to the inside of the layer structure 12. An electrode cavity 24 is provided in the solid electrolyte 14 and the electrode cavity 24 surrounds the gas supply hole 22 in a ring shape or a rectangular shape, for example. The electrode cavity portion 24 is part of the gas supply path 20 and can be connected to the measurement gas chamber through the gas supply hole 22. The gas supply holes 22 extend into the interior of the layer arrangement 12 as cylindrical blind holes perpendicular to the surface 23 of the solid electrolyte 14. [ In particular, the electrode cavity 24 is formed in a substantially ring-like or rectangular shape and is defined by the solid electrolyte 14 on three sides. A channel 26 is disposed between the gas supply hole 22 and the electrode cavity 24, and the channel is a constituent part of the gas supply passage 20. A diffusion barrier 28 is disposed within the channel 26 and the diffusion barrier 28 reduces or prevents gas flow from the measurement gas chamber to the electrode cavity 24 and allows diffusion only.

층 구성(12)은 또한 펌프 셀(30) 형태의 전기 화학 셀을 포함한다. 확산 배리어(28)를 통해 펌프 셀(30)의 한계 전류가 설정될 수 있다. 펌프 셀(30)은 고체 전해질(14)의 표면(23)에 배치된 제 1 전극(16)을 포함하고, 상기 제 1 전극(16)은 가스 공급 홀(22)의 연장 방향에 대해 수직으로 상기 가스 공급 홀 옆에 배치될 수 있고, 예컨대 선택적인 가스 투과성 보호층(32)(도 5, 6, 7)에 의해 측정 가스 챔버로부터 분리될 수 있다. 또한, 펌프 셀(30)은 전극 공동부(24) 내에 배치된 제 2 전극(18)을 포함한다. 제 2 전극(18)은 링형으로 형성될 수 있고, 가스 공급 홀(22)을 중심으로 회전 대칭으로 배치될 수 있다. 예컨대 제 1 전극(16) 및 제 2 전극(18)은 가스 공급 홀(22)에 대해 동축으로 배치된다. 따라서, 상기 한계 전류는 고체 전해질(14)을 통한 제 1 전극(16)과 제 2 전극(18) 사이의 전류 흐름을 형성한다. 가스 공급 홀의 연장 방향으로 연장해서, 가열 소자(34)가 층 구성(12) 내에 배치된다. 가열 소자(34)는 가열 영역 및 전기 리드 트랙을 포함한다. 가열 영역은 예컨대 구불구불한 형태로 형성된다. 가열 소자(34)는 중간 층(14b)과 가열 층(14c) 사이에 배치된다. 가열 소자(34)는 도면에 상세히 도시되지 않지만, 양측에서 전기 절연 재료, 예컨대 산화알루미늄으로 이루어진 얇은 층에 의해 둘러싸인다. 달리 표현하면, 중간층(14b)과 가열 소자(34)사이에 그리고 가열 소자(34)와 가열 층(14c) 사이에 전기 절연 재료로 이루어진 얇은 층이 배치된다. 이러한 층은 예컨대 상기 선행 기술에 공지되어 있기 때문에, 상세히 설명되지 않는다. 전기 절연 재료로 이루어진 상기 층에 관련한 다른 세부 사항에 대해서는 상기 선행 기술이 참조되며, 절연 재료로 이루어진 상기 층에 관련한 상기 선행 기술의 내용은 여기에 포함된다.The layer arrangement 12 also includes an electrochemical cell in the form of a pump cell 30. The limiting current of the pump cell 30 through the diffusion barrier 28 can be set. The pump cell 30 includes a first electrode 16 disposed on the surface 23 of the solid electrolyte 14 and the first electrode 16 extends perpendicularly to the extending direction of the gas supply hole 22 Can be disposed next to the gas supply holes and can be separated from the measured gas chamber by, for example, a selective gas permeable protection layer 32 (Figures 5, 6, 7). The pump cell 30 also includes a second electrode 18 disposed within the electrode cavity 24. The second electrode 18 may be formed in a ring shape, and may be arranged to be rotationally symmetric about the gas supply hole 22. For example, the first electrode 16 and the second electrode 18 are arranged coaxially with respect to the gas supply hole 22. Thus, the limiting current forms a current flow between the first electrode 16 and the second electrode 18 through the solid electrolyte 14. A heating element 34 is disposed in the layer structure 12, extending in the direction of extension of the gas supply hole. The heating element 34 includes a heating area and an electrical lead track. The heating region is formed, for example, in a serpentine shape. The heating element 34 is disposed between the intermediate layer 14b and the heating layer 14c. The heating element 34 is not shown in detail in the figure but is surrounded by a thin layer of electrically insulating material, e.g. aluminum oxide, on both sides. In other words, a thin layer of electrically insulating material is disposed between the intermediate layer 14b and the heating element 34 and between the heating element 34 and the heating layer 14c. Such a layer is not described in detail, for example because it is known in the prior art. The above prior art is referred to for other details relating to the layer of electrically insulating material and the contents of the prior art relating to the layer of insulating material are included herein.

또한, 층 구성(12)은 제 3 전극(36), 제 4 전극(38) 및 기준 가스 채널(39)을 포함한다. 기준 가스 채널(39)은 가스 공급 홀(22)의 연장 방향에 대해 수직으로 고체 전해질(14)의 내부로 연장될 수 있다. 전술한 바와 같이, 가스 공급 홀(22)은 원통형으로 형성되므로, 가스 공급 홀(22)의 연장 방향은 가스 공급 홀(22)의 실린더 축에 대해 평행하게 연장한다. 이 경우, 기준 가스 채널(39)은 가스 공급 홀(22)의 실린더 축에 대해 수직으로 연장된다. 기준 가스 채널(39)은 예컨대 채널(26)에 대해 평행하게 연장될 수 있다. 기준 가스 채널(39)은 가스 공급 홀(22)의 가상 연장부 내에, 그에 따라 고체 전해질(14)의 내부에 배치될 수 있다. 기준 가스 채널(39)은 거시적 기준 가스 채널(39)로서 형성될 필요가 없다. 예컨대, 기준 가스 채널(39)은 소위 펌핑된 기준으로서 설명될 수 있다. 즉, 인공 기준이다.The layer arrangement 12 also includes a third electrode 36, a fourth electrode 38 and a reference gas channel 39. The reference gas channel 39 may extend into the interior of the solid electrolyte 14 perpendicularly to the direction of extension of the gas supply hole 22. As described above, since the gas supply hole 22 is formed in a cylindrical shape, the extending direction of the gas supply hole 22 extends parallel to the cylinder axis of the gas supply hole 22. In this case, the reference gas channel 39 extends perpendicularly to the cylinder axis of the gas supply hole 22. The reference gas channel 39 may extend, for example, parallel to the channel 26. The reference gas channel 39 may be disposed within the virtual extension of the gas supply hole 22, and accordingly within the solid electrolyte 14. The reference gas channel 39 need not be formed as a macroscopic reference gas channel 39. For example, the reference gas channel 39 may be described as a so-called pumped reference. That is, it is an artificial standard.

제 3 전극(36)은 전극 공동부(24) 내에 배치될 수 있다. 예컨대, 제 3 전극(36)은 제 2 전극(18)에 마주 놓인다. 제 4 전극(38)은 기준 가스 채널(39) 내에 배치될 수 있다. 제 3 전극(36), 제 4 전극(38), 및 상기 제 3 전극(36)과 상기 제 4 전극(38) 사이의 고체 전해질(14)의 부분은 전기 화학 셀, 예컨대 네른스트 셀을 형성한다. 펌프 셀(30)에 의해, 예컨대 펌프 셀(30)을 통한 펌프 전류는, 전극 공동부(24) 내에서 조건 λ= 1 이거나 또는 다른 공지된 조성이 주어지도록 설정될 수 있다. 상기 조성은, 제 3 전극(36)과 제 4 전극(38) 사이의 네른스트 전압이 측정됨으로써 네른스트 셀에 의해 검출된다. 기준 가스 채널(39) 내에 공지된 조성이 주어지거나 또는 상기 조성이 초과량의 산소에 노출되기 때문에, 측정된 전압에 의해 전극 공동부(24) 내의 조성이 추정될 수있다.The third electrode 36 may be disposed in the electrode cavity 24. For example, the third electrode 36 is opposed to the second electrode 18. The fourth electrode 38 may be disposed within the reference gas channel 39. A portion of the solid electrolyte 14 between the third electrode 36 and the fourth electrode 38 and between the third electrode 36 and the fourth electrode 38 form an electrochemical cell such as a Nernst cell . The pump current through the pump cell 30, for example, through the pump cell 30 can be set such that the condition λ = 1 in the electrode cavity 24 or given another known composition. The composition is detected by the Nernst cell by measuring the Nernst voltage between the third electrode 36 and the fourth electrode 38. The composition in the electrode cavity portion 24 can be estimated by the measured voltage since a known composition is given in the reference gas channel 39 or the composition is exposed to an excess amount of oxygen.

도 1에 도시된 바와 같이, 세라믹 층 구성(12)이 화살표로 표시된 길이 방향(40)으로 연장된다. 세라믹 층 구성(12)은 접속부 측 단부(42), 및 길이 방향(40)으로 볼 때 상기 접속부 측 단부(42)에 마주 놓인 측정 가스 챔버 측 단부(44)를 포함한다. 접속부 측 단부(42)는 도시되지 않은 센서 하우징과의 연결을 위해 형성된다. 특히, 가열 소자(34)의 리드 트랙에서 전극들(16, 18)은 센서 하우징 내의 접속부와 전기 접촉한다. 센서 소자(10)는 접속부 측 단부(42)에서 센서 하우징에 의해 지지된다. 측정 가스 챔버 측 단부(44)는 작동 중에 측정 가스 챔버에 노출된다. 펌프 셀(30) 및 가열 영역은 측정 가스 챔버 측 단부(44)의 근방에 배치된다. 가열 영역과 펌프 셀(30)은 길이 방향(40) 및 표면(23)에 대해 수직인 방향으로 볼 때 적어도 부분적으로 중첩한다. 층 구성(12)은 길이 방향(40)으로 볼 때 펌프 셀(30)의 영역(46)에서 적어도 하나의 제 1 치수(48)를 갖는다. 제 1 치수(48)는 영역(46) 외부에서의 제 2 치수(50)보다 더 작다. 층 구성(12)은 영역(46)에서 적어도 하나의 제 1 열충격 보호층(52)에 의해 둘러싸인다. 열충격 보호층은 제 3 치수(54)를 갖는다. 제 1 치수(48)와 제 3 치수(54)의 합은 제 2 치수(50)와 동일하다. 제 1 치수(48), 제 2 치수(50), 제 3 치수(54)는 각 방향에서 길이 방향(40)에 대해 수직으로 결정된다. 제 1 열충격 보호층은 영역(46)의 외부에서 층 구성(12)과 동일한 평면으로 끝난다.As shown in Figure 1, the ceramic layer construction 12 extends in the longitudinal direction 40, indicated by the arrows. The ceramic layer construction 12 includes a connection side end 42 and a measurement gas chamber side end 44 opposite the connection side end 42 as seen in the longitudinal direction 40. The connection portion side end portion 42 is formed for connection with a sensor housing (not shown). In particular, the electrodes 16, 18 in the lead track of the heating element 34 are in electrical contact with the connections in the sensor housing. The sensor element 10 is supported by the sensor housing at the connection side end 42. The measuring gas chamber side end portion 44 is exposed to the measuring gas chamber during operation. The pump cell 30 and the heating region are disposed in the vicinity of the measuring gas chamber side end portion 44. The heating zone and the pump cell 30 at least partially overlap when viewed in the direction perpendicular to the longitudinal direction 40 and the surface 23. The layer arrangement 12 has at least one first dimension 48 in the region 46 of the pump cell 30 as seen in the longitudinal direction 40. The first dimension 48 is smaller than the second dimension 50 outside the region 46. The layer arrangement 12 is surrounded by at least one first thermal shockproofing layer 52 in the region 46. The thermal shockproofing layer has a third dimension (54). The sum of the first dimension 48 and the third dimension 54 is equal to the second dimension 50. The first dimension 48, the second dimension 50, and the third dimension 54 are determined perpendicular to the longitudinal direction 40 in each direction. The first thermal shock protection layer ends in the same plane as the layer structure 12 outside the region 46.

도 2는 센서 소자(10)의 평면도를 도시한다. 열충격 보호층(52)이 층 구성(12)을 사방에서 둘러싸는 것이, 즉 하나의 단부면(56)과 모든 측면(58)에서 둘러싸는 것이 나타난다. 또한, 센서 소자(10)가 제 1 열충격 보호층(52)을 갖거나 갖지 않는 영역에서 각 방향에서 길이 방향(40)에 대해 수직으로 동일한 치수를 갖는 것이 나타난다.Fig. 2 shows a top view of the sensor element 10. Fig. It is seen that the thermal shock protection layer 52 surrounds the layer structure 12 in all directions, i.e., one end surface 56 and all the side surfaces 58. It is also shown that the sensor element 10 has the same dimension perpendicular to the longitudinal direction 40 in each direction in the region with or without the first thermal shockproofing layer 52. [

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 센서 소자(10)의 분해도를 도시한다. 이하에서는 선행 실시예와의 차이점만이 설명되고 동일한 부품들은 동일한 도면 부호를 갖는다. 제 2 실시예의 센서 소자(10)는 가열층(14c) 아래 추가층(14d)을 포함한다. 추가층(14d)은 이산화지르코늄으로 제조된다. 층들(14a, 14b, 14c)이 더 얇게 구현되면, 추가층(14d)은 두께를 보상하기 위해 사용된다. 추가층(14d)은 길이 방향(40)에서 볼 때 다른 층들(14a, 14b, 14c)보다 짧다. 상응하게, 영역(46)에 제 1 열충격 보호층(52)이 제공될 수 있다.Fig. 3 shows an exploded view of the sensor element 10 according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, only differences from the preceding embodiments will be described, and the same parts have the same reference numerals. The sensor element 10 of the second embodiment includes an additional layer 14d below the heating layer 14c. The additional layer 14d is made of zirconium dioxide. If the layers 14a, 14b, 14c are made thinner, the additional layer 14d is used to compensate for the thickness. The additional layer 14d is shorter than the other layers 14a, 14b, 14c in the longitudinal direction 40. Correspondingly, the region 46 may be provided with a first thermal shockproof layer 52.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 센서 소자(10)의 분해도를 도시한다. 이하에서는 선행 실시예와의 차이점만이 설명되며, 동일한 부품들은 동일한 도면 부호를 갖는다. 제 3 실시예의 센서 소자(10)에서는 제 1 열충격 보호층에 추가해서 제 2 열충격 보호층(60)이 제공된다. 제 2 열충격 보호층은 제 1 열충격 보호층(52) 상에 배치된다. 제 1 열충격 보호층은 제 1 다공도를 갖고 제 2 열충격 보호층(60)은 제 2 다공도를 갖는다. 제 1 다공도와 제 2 다공도는 다르다. 예컨대, 제 1 열충격 보호층(52)은 주로 개방 다공으로 형성되는 반면, 제 2 열충격 보호층(60)은 주로 폐쇄 다공으로 형성된다. 또한, 도 4에는 비점착 코팅된 특수강 플레이트(62)가 나타나며, 상기 플레이트는 제조를 위해 사용된다. 상기 특수강 플레이트(62) 상에 제 1 열충격 보호층 및 제 2 열충격 보호층 그리고 적어도 하나의 추가층(14d)이 스크린 인쇄로 제공될 수 있고, 후속해서 특수강 플레이트(62)가 층 구성(12) 내의 열충격 보호층들(52, 60) 내로 압입하기 위한 적층 플레이트로서 사용된다.Fig. 4 shows an exploded view of the sensor element 10 according to the third embodiment of the present invention. Only the differences from the preceding embodiments will be described below, and the same parts have the same reference numerals. In the sensor element 10 of the third embodiment, in addition to the first thermal shock protection layer, a second thermal shock protection layer 60 is provided. The second thermal shockproofing layer is disposed on the first thermal shockproofing layer 52. The first thermal shockproofing layer has a first porosity and the second thermal shockproofing layer 60 has a second porosity. The first porosity and the second porosity are different. For example, the first thermal shockproof protective layer 52 is mainly formed as an open porous layer, while the second thermal shockproof protective layer 60 is formed mainly as a closed porous layer. Also shown in FIG. 4 is a non-stick coated special steel plate 62, which is used for manufacturing. A first thermal shock protection layer and a second thermal shock protection layer and at least one additional layer 14d may be provided on the special steel plate 62 by screen printing and subsequently a special steel plate 62 may be provided on the layer arrangement 12, Is used as a lamination plate for press-fitting into the heat-shockproof protective layers (52, 60).

도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 센서 소자(10)의 횡단면도를 도시한다. 이하에서는 선행 실시예와의 차이점만이 설명되며, 동일한 부품들은 동일한 도면 부호를 갖는다. 제 4 실시예의 센서 소자(10)에서 가스 공급 홀(22)은 펌프 층(14a)을 통해서가 아니라 중간층(14b), 가열층(14c) 및 추가 층(14d)을 통해 연장된다. 가스 공급 홀(22)은 제 1 열충격 보호층(52) 또는 제 2 열충격 보호층(60)과 동일한 재료로 제조될 수 있는 다공성 충전재(64)를 포함할 수 있다. 전극 공동부(24), 채널(26), 확산 배리어(28), 제 2 전극(18) 및 제 3 전극(36)은 가스 공급 홀(22) 둘레로 링형으로 배치된다.5 shows a cross-sectional view of a sensor element 10 according to a fourth embodiment of the present invention. Only the differences from the preceding embodiments will be described below, and the same parts have the same reference numerals. The gas supply hole 22 in the sensor element 10 of the fourth embodiment extends through the intermediate layer 14b, the heating layer 14c and the additional layer 14d, not through the pump layer 14a. The gas supply hole 22 may include a porous filler 64 that may be made of the same material as the first thermal shockproof protective layer 52 or the second thermal shockproof protective layer 60. The electrode cavity portion 24, the channel 26, the diffusion barrier 28, the second electrode 18 and the third electrode 36 are arranged in a ring shape around the gas supply hole 22.

도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 센서 소자(10)의 횡단면도를 도시한다. 이하에서는 선행 실시예와의 차이점만이 설명되며, 동일한 부품들은 동일한 도면 부호를 갖는다. 제 5 실시예에 따른 센서 소자(10)에서 가스 공급 홀(22)은 제 4 실시예에 따른 센서 소자에 비해 더 짧게 형성되고, 중간 층(14b) 내에까지 연장된다. 제 1 전극(16) 및 제 2 전극(18)은 가스 공급 홀(22)의 연장부 내에 있다.6 shows a cross-sectional view of a sensor element 10 according to a fifth embodiment of the present invention. Only the differences from the preceding embodiments will be described below, and the same parts have the same reference numerals. The gas supply hole 22 in the sensor element 10 according to the fifth embodiment is formed to be shorter than the sensor element according to the fourth embodiment and extends into the intermediate layer 14b. The first electrode (16) and the second electrode (18) are in the extension of the gas supply hole (22).

도 7은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 센서 소자(10)의 횡단면도를 도시한다. 이하에서는 선행 실시예와의 차이점만이 설명되며, 동일한 부품들은 동일한 도면 부호를 갖는다. 제 6 실시예의 센서 소자(10)는 제 1 실시예의 센서 소자(10)를 기반으로 하며 가스 공급 홀(22)은 재차 충전재(64)를 포함한다. 전극 공동부(24), 채널(26), 확산 배리어(28), 제 2 전극(18) 및 제 3 전극(36)은 가스 공급 홀(22) 둘레로 링형으로 배치된다.7 shows a cross-sectional view of a sensor element 10 according to a seventh embodiment of the present invention. Only the differences from the preceding embodiments will be described below, and the same parts have the same reference numerals. The sensor element 10 of the sixth embodiment is based on the sensor element 10 of the first embodiment and the gas supply hole 22 includes the filler 64 again. The electrode cavity portion 24, the channel 26, the diffusion barrier 28, the second electrode 18 and the third electrode 36 are arranged in a ring shape around the gas supply hole 22.

도 8 및 도 9는 센서 소자(10), 예컨대 제 4 실시예의 센서 소자(10)의 제조를 도시한다. 전술한 바와 같이, 특수강 플레이트(62) 상의 세라믹 층 구성(12)은 영역(46)을 갖도록 형성된다. 영역(46)은 예컨대 더 짧은 막의 프린팅에 의해 또는 스탬핑에 의해 구현될 수 있다. 이렇게 형성된 층 구성은 도시되지 않은 적층 프레스 내에서 운반된다. 적층 프레스 내에는 제 1 열충격 보호층(52)용 예컨대 다공성 재료를 가진 비점착 코팅된 전사막(66)이 배치된다. 상기 전사막(66) 상에 제 1 열충격 보호층(52)용 다공성 재료 또는 충전재(64)가 금속 템플레이트로 인쇄됨으로써, 상기 재료는 돌출부(68)를 포함하며, 상기 돌출부(68)는 도 9에 도시된 바와 같이 단부면들(56) 및 측면들(58)에서 층 구성을 둘러싸고 가스 공급 홀(22) 내로 삽입된다. 제 2 열충격 보호층(60)은 소위 졸-겔 공정에 의해 제공될 수 있다.8 and 9 illustrate the fabrication of the sensor element 10, for example the sensor element 10 of the fourth embodiment. As described above, the ceramic layer structure 12 on the special steel plate 62 is formed to have an area 46. The region 46 may be embodied, for example, by printing a shorter film or by stamping. The layer constitution thus formed is conveyed in a laminate press (not shown). In the laminated press, a non-adhesive coated transfer film 66 having, for example, a porous material for the first thermal shockproof protective layer 52 is disposed. A porous material or filler material 64 for the first thermal shockproof protective layer 52 is printed on the transfer film 66 with a metal template so that the material includes protrusions 68, Is inserted into the gas supply hole 22 surrounding the layer construction at the end faces 56 and side faces 58 as shown in Fig. The second thermal shockproof protective layer 60 may be provided by a so-called sol-gel process.

도 10은 센서 소자(10)의 제조 단계를 평면도로 도시한다. 도 10에 도시된 제조 단계는 도 8 및 도 9와 관련해서 도시된 제조 단계들에 앞선다. 전술한 센서 소자(10)는 본 발명에 따른 디자인으로 인해 양산용 인쇄 패널로 제조될 수 있다. 예컨대 152개의 센서 소자들(10)이 한번에 제조될 수 있으며, 이들 중 일부만이 도 10에 도시되어 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 층 구성(12)은 열충격 보호층들 없이 겹쳐서 배치된 개별 막들로 이루어질 수 있다. 그리고 나서, 스탬핑, 밀링, CO₂ 레이저 절삭 또는 레이저-워터젯 커팅에 의한 막 재료의 제거에 의해 핫-스팟(hot-spot)에서 열질량의 감소가 이루어진다. 그리고 나서 적어도 제 1 열충격 보호층(52)의 제공이 이루어진다. 노출된 측면 에지의 코팅은 진공 분위기 하에서 비점착 코팅된 특수강 플레이트 또는 캡톤 플레이트 상에서 스크린 인쇄에 의해 그리고 스탬핑된 라미네이트와 상기 특수강 플레이트 또는 캡톤 플레이트 상에 인쇄된, 제 1 열충격 보호층(52) 및 경우에 따라 높이 보상 층용 재료의 결합은 전사 적층을 이용한 열 압축에 의해 이루어진다. 도 10은 센서 소자(10)의 교대 배치를 도시한다. 이러한 배치는 핫-스팟에서 열 질량의 스탬핑 후 라미네이트 결합체 내에서 센서 소자(10)의 강도를 높인다. 측면 에지의 열충격 보호층이 코팅된 센서 소자(10)의 맞춤형 라운딩된 핫-스팟이 도시된다.Fig. 10 shows the manufacturing steps of the sensor element 10 in plan view. The manufacturing steps shown in Fig. 10 precede the manufacturing steps shown with respect to Figs. 8 and 9. The above-described sensor element 10 can be manufactured as a printed panel for mass production due to the design according to the present invention. For example, 152 sensor elements 10 can be fabricated at one time, only some of which are shown in FIG. The layer structure 12 shown in Figures 3 and 4 can be made up of individual films stacked together without thermal shock protection layers. Thermal mass reduction at the hot-spot is then achieved by stamping, milling, CO ₂ laser cutting or removal of the film material by laser-waterjet cutting. Then, at least the first thermal shockproof layer 52 is provided. The coating of the exposed side edge is carried out by screen printing on a non-adhesive coated special steel plate or capton plate under a vacuum atmosphere and by means of a first thermal shock protective layer (52), which is printed on the stamped laminate and the special steel plate or Capton plate The bonding of the material for the height compensation layer is performed by thermal compression using a transfer lamination. Fig. 10 shows an alternate arrangement of the sensor elements 10. Fig. This arrangement enhances the strength of the sensor element 10 within the laminate combination after stamping of the thermal mass in the hot-spot. A customized rounded hot-spot of the sensor element 10 coated with a thermal shock protection layer of the side edge is shown.

10 센서 소자
12 층 구조
14 고체 전해질
16, 18 전극
30 전기 화학 셀
34 가열 소자
40 길이 방향
48 제 1 치수
50 제 2 치수
52 열충격 보호층
54 제 3 치수
60 열충격 보호층10 sensor element
12-story structure
14 solid electrolyte
16, 18 electrodes
30 electrochemical cell
34 Heating element
40 longitudinal direction
48 1st Dimension
50 Second Dimension
52 Thermal shock protection layer
54 Third Dimension
60 Thermal shock protection layer

Claims (14)

측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한, 특히 측정 가스 중 가스 성분의 비율 또는 측정 가스의 온도를 검출하기 위한 센서 소자(10)로서, 길이 방향(40)으로 연장되며 적어도 하나의 전기 화학 셀을 가진 세라믹 층 구성(12)을 포함하고, 상기 전기 화학 셀(30)은 적어도 2개의 전극(16, 18) 및 상기 전극들을 연결하는 적어도 하나의 고체 전해질(14)을 포함하며, 상기 센서 소자(10)는 또한 적어도 하나의 가열 소자(34)를 포함하고, 상기 가열 소자(34)는 상기 전기 화학 셀(30)을 가열하도록 형성되고, 상기 세라믹 층 구성(12)은 상기 길이 방향(40)으로 볼 때 상기 전기 화학 셀(30)의 영역(46)에 적어도 하나의 제 1 치수(48)를 갖고, 상기 제 1 치수(48)는 상기 전기 화학 셀(30)의 영역(46) 외부의 제 2 치수(50)보다 더 작고, 상기 층 구성(12)은 상기 전기 화학 셀(30)의 영역(46)에서 적어도 하나의 제 3 치수(54)를 가진 적어도 하나의 제 1 열충격 보호층(52)에 의해, 상기 제 1 치수(48)와 상기 제 3 치수(54)의 합이 상기 제 2 치수(50)와 동일하도록, 둘러싸이는, 센서 소자.A sensor element (10) for detecting at least one characteristic of a measuring gas in a measuring gas chamber, in particular for detecting the ratio of a gas component in the measuring gas or the temperature of the measuring gas, Wherein the electrochemical cell comprises at least two electrodes and at least one solid electrolyte for connecting the electrodes, wherein the electrochemical cell comprises at least two electrodes, Wherein the sensor element 10 further comprises at least one heating element 34 and the heating element 34 is configured to heat the electrochemical cell 30, (48) in the region (46) of the electrochemical cell (30) as viewed in the longitudinal direction (40), wherein the first dimension (48) Is smaller than a second dimension (50) outside the first layer (46), and the layer arrangement (12) At least one first thermal shockproofing layer 52 having at least one third dimension 54 in the region 46 of the electrochemical cell 30 has the first dimension 48 and the third dimension 54, (54) is equal to the second dimension (50). 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 열충격 보호층(52)이 상기 전기 화학 셀(30)의 영역(46) 외부에서 상기 층 구성(12)과 동일한 평면으로 끝나는, 센서 소자.The sensor element according to claim 1, wherein the first thermal shockproof layer (52) ends in the same plane as the layer structure (12) outside the region (46) of the electrochemical cell (30). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 제 2 열충격 보호층(60)이 제공되고, 상기 제 2 열충격 보호층(60)은 상기 제 1 열충격 보호층(52) 상에 배치되고, 상기 제 1 열충격 보호층(52) 및 상기 제 2 열충격 보호층(60)은 함께 상기 제 3 치수(54)를 갖도록 형성되는, 센서 소자.4. The method of claim 1 or 2, wherein at least one second thermal shockproofing layer (60) is provided and the second thermal shockproofing layer (60) is disposed on the first thermal shockproofing layer The first thermal shockproofing protective layer (52) and the second thermal shockproof protective layer (60) are formed together to have the third dimension (54). 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 열충격 보호층(52)은 제 1 다공도를 갖고, 상기 제 2 열충격 보호층(60)은 제 2 다공도를 갖고, 상기 제 1 다공도는 상기 제 2 다공도와 다른, 센서 소자.The method of claim 3, wherein the first thermal shockproofing layer (52) has a first porosity and the second thermal shockproofing layer (60) has a second porosity, the first porosity is different from the second porosity, Sensor element. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 열충격 보호층(52)은 주로 개방 다공으로 형성되고, 상기 제 2 열충격 보호층(60)은 주로 폐쇄 다공으로 형성되는, 센서 소자.The sensor element according to claim 3 or 4, wherein the first thermal shockproof protective layer (52) is mainly formed as an open porous body, and the second thermal shockproof protective layer (60) is formed mainly as a closed porous body. 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한, 특히 측정 가스 중 가스 성분의 비율 또는 측정 가스의 온도를 검출하기 위한 센서 소자(10)의 제조 방법으로서, 길이 방향(40)으로 연장되는 세라믹 층 구성(12)이 형성되고, 상기 세라믹 층 구성(12) 내에 적어도 하나의 전기 화학 셀(30)이 형성되며, 상기 전기 화학 셀(30)은 적어도 2개의 전극(16, 18), 및 상기 전극들을 연결하는 적어도 하나의 고체 전해질(14)을 포함하고, 상기 층 구성(12) 내에 또한 적어도 가열 소자(34)가 형성되고, 상기 가열 소자(34)는 상기 전기 화학 셀(30)을 가열하도록 형성되며, 상기 세라믹 층 구성(12)은, 상기 층 구성(12)이 길이 방향(40)으로 볼 때 상기 전기 화학 셀(30)의 영역(46) 내에 적어도 하나의 제 1 치수(48)를 갖도록 형성되고, 상기 제 1 치수(48)는 상기 전기 화학 셀(30)의 영역(46) 외부의 제 2 치수(50)보다 더 작고, 상기 층 구성(12)은, 상기 전기 화학 셀(30)의 영역(46)에서 적어도 하나의 제 3 치수(54)를 가진 적어도 하나의 제 1 열충격 보호층(52)에 의해, 상기 제 1 치수(48)와 상기 제 3 치수(54)의 합이 상기 제 2 치수(50)와 동일하도록, 둘러싸이는, 센서 소자의 제조 방법.A method of manufacturing a sensor element (10) for detecting at least one characteristic of a measuring gas in a measuring gas chamber, in particular for detecting a ratio of a gas component in a measuring gas or a temperature of a measuring gas, And at least one electrochemical cell 30 is formed in the ceramic layer structure 12. The electrochemical cell 30 includes at least two electrodes 16 and 18, And at least one solid electrolyte (14) connecting the electrodes, wherein at least a heating element (34) is formed in the layer structure (12) and the heating element (34) Wherein the ceramic layer structure 12 is configured such that the layer structure 12 has at least one first dimension in the region 46 of the electrochemical cell 30 as viewed in the longitudinal direction 40 48, wherein the first dimension (48) Is smaller than a second dimension (50) outside the region (46) of the chemical cell (30) and wherein the layer structure (12) has at least one third dimension in the region (46) of the electrochemical cell And the third dimension (54) is equal to the second dimension (50) by at least one first thermal shock protection layer (52) having a first dimension (48) A method of manufacturing a sensor element. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 열충격 보호층(52)은 상기 층 구성(12)의 소결 전에 제공되는, 센서 소자의 제조 방법.7. The method of claim 6, wherein the first thermal shockproof layer (52) is provided prior to sintering the layer structure (12). 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 열충격 보호층(52)은 후막 방법에 의해 제공되는, 센서 소자의 제조 방법.The method of manufacturing a sensor element according to claim 6 or 7, wherein the first thermal shockproofing layer (52) is provided by a thick film method. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층 구성(12)의 상기 제 1 치수(48)는 스탬핑에 의해 형성되는, 센서 소자의 제조 방법.9. A method according to any one of claims 6 to 8, wherein the first dimension (48) of the layer arrangement (12) is formed by stamping. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 열충격 보호층(52)은, 상기 전기 화학 셀(30)의 영역 외부에서 상기 층 구성(12)과 동일 평면으로 끝나도록 제공되는, 센서 소자의 제조 방법.10. The method according to any one of claims 6 to 9, wherein the first thermal shockproofing layer (52) is provided so as to end in the same plane as the layer structure (12) outside the region of the electrochemical cell (30) , A method of manufacturing a sensor element. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 제 2 열충격 보호층(60)이 상기 제 1 열충격 보호층(52) 상에 제공되고, 상기 제 1 열충격 보호층(52) 및 상기 제 2 열충격 보호층(60)은 함께 상기 제 3 치수(54)를 갖도록 형성되는, 센서 소자의 제조 방법.11. A method according to any one of claims 6 to 10, wherein at least one second thermal shockproof protective layer (60) is provided on the first thermal shockproof protective layer (52) and the first thermal shockproof protective layer And the second thermal shockproofing layer (60) are formed to have the third dimension (54) together. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 열충격 보호층(52)은 제 1 다공도를 갖고, 상기 제 2 열충격 보호층(60)은 제 2 다공도를 가지며, 상기 제 1 다공도가 상기 제 2 다공도와 다른, 센서 소자의 제조 방법.The method of claim 11, wherein the first thermal shockproofing layer (52) has a first porosity, the second thermal shockproofing layer (60) has a second porosity, and the first porosity is different from the second porosity. A method of manufacturing a sensor element. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 열충격 보호층(52)은 주로 개방 다공으로 형성되고, 상기 제 2 열충격 보호층(60)은 주로 폐쇄 다공으로 형성되는, 센서 소자의 제조 방법.13. The method of manufacturing a sensor element according to claim 11 or 12, wherein the first thermal shockproof protective layer (52) is mainly formed as an open porous body, and the second thermal shockproof protective layer (60) is formed as a closed porous body. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 열충격 보호층(60)은 졸-겔 공정에 의해 제공되는 것을 센서 소자의 제조 방법.14. The method of manufacturing a sensor element according to any one of claims 11 to 13, wherein the second thermal shockproof protective layer (60) is provided by a sol-gel process.

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