本发明专利技术涉及用于电阻温度传感器元件(3)的传感器组件(1)以及包括传感器组件(1)的电阻温度传感器元件(3)。为了降低对测量结构(7)和基板(5)之间的结合损害的风险，提供了一种传感器组件(1),包括由多个层(13、17)制成的多层基板(5)和设置在多层基板(5)上的测量结构(7),多层基板(5)包括主要包含第一材料(15)的至少一层(13),第一材料(15)是氧化铝和钇铝石榴石中的至少一种，主要包含稳定第二材料(19)的至少一层(17)，稳定第二材料(19)是稳定二氧化锆和稳定二氧化铪中的至少一种，稳定第二材料(19)通过包含化合价不同于4的元素的氧化物来稳定，至少一层(13)和至少一层(17)彼此上下设置，并且多个层(13、17)的热膨胀系数(CTE)与测量结构(7)的热膨胀系数的偏差小于5％。测量结构(7)的热膨胀系数的偏差小于5％。测量结构(7)的热膨胀系数的偏差小于5％。
【技术实现步骤摘要】
用于电阻温度传感器元件的传感器组件和电阻温度传感器元件
[0001]本专利技术涉及用于电阻温度传感器元件的传感器组件和电阻温度传感器元件。
技术介绍
[0002]用于电阻温度传感器元件的传感器组件在本领域中是已知的。这些传感器组件包括测量结构，特别是电阻元件。这种测量结构通常由铂制成。温度的变化会引起测量结构电阻的变化。可以测量该电阻，然后可以计算该元件的相应温度。测量结构通常由基板支撑。
[0003]已知的用于电阻温度传感器元件的传感器组件在其寿命期间的结构完整性是至关重要的。特别是，大量的温度变化可能降低组件的结构完整性，并导致组件和电阻温度计的故障。
技术实现思路
[0004]因此，本专利技术的目的是提供一种用于电阻温度传感器元件的传感器组件，其在温度变化的大量循环中保持其结构完整性。
[0005]对于根据本专利技术的传感器组件，该目的通过用于电阻温度传感器元件的传感器组件来实现，传感器组件包括基板和设置在基板上的测量结构，其中基板包括至少一种第一材料，第一材料是氧化铝、尖晶石(铝酸镁)和钇铝石榴石中的至少一种，至少一种稳定第二材料，稳定第二材料是稳定二氧化锆和稳定二氧化铪中的至少一种，稳定第二材料通过包含化合价不同于四的元素的氧化物来稳定，其中基板的热膨胀系数与测量结构的热膨胀系数的偏差小于5％。
[0006]对于根据本专利技术的电阻温度传感器元件，该目的通过电阻温度计包括至少一个根据本专利技术的传感器组件来实现。
[0007]由于基板和测量结构的热膨胀系数彼此相差不超过5％，热膨胀系数被认为是匹配的。
[0008]这种匹配是重要的，因为在CTE不匹配的情况下，温度的变化可能会在基板和测量结构中引起不同的体积变化。这导致测量结构上的应力效应。这会导致电阻和电阻温度系数的变化。此外，测量结构可能经历几何变化。一个效应可以是电阻的滞后和电阻随温度循环的温度系数。总的来说，测量结构和基板之间的结合可被损坏。测量结构也有可能被破坏。
[0009]由于稳定第二材料，本专利技术允许甚至在宽温度范围内实现热膨胀系数的良好匹配。这在下面解释。
[0010]测量结构通常由铂制成。然而，并不仅限于铂。铂的CTE为9.5ppm/K。已知二氧化锆的平均CTE为10.5ppm/K。氧化铝的CTE约为7.8ppm/K，可以假设混合这些材料可达到铂的CTE。
[0011]然而，纯二氧化锆在室温下仅在其晶体结构的某些方向上的CTE为10.3ppm/K。室
温下纯二氧化锆的平均CTE仅为约8.8ppm/K。
[0012]因此，将纯二氧化锆与氧化铝混合可能不会产生CTE与铂匹配的基板。对于纯二氧化铪也存在上述问题。
[0013]在高于1200℃的温度下，纯二氧化锆的平均CTE为10.5ppm/K，因为该材料总体上具有四方晶体结构。在2400℃以上，晶体结构变成立方。然而，对于低于1200℃的测量，这没有用。
[0014]本专利技术的解决方案通过使用稳定二氧化锆或稳定二氧化铪克服该问题。
[0015]为了得到稳定材料，将纯二氧化锆或纯二氧化铪与稳定材料混合。该稳定材料优选是化合价不同于锆化合价的元素的氧化物。锆的化合价是4。
[0016]因此，化合价为3或5的元素优选用于稳定材料。将纯二氧化锆与这种氧化物混合将导致即使在室温下也具有稳定立方和/或四方晶体结构的稳定材料。利用这种结构，稳定材料具有均匀的CTE。这同样适用于二氧化铪。
[0017]总之，根据本专利技术的传感器组件允许测量结构和基板的热膨胀系数的微调匹配。因此，实现了可靠的传感器组件。
[0018]上述调整甚至可以存在于宽的适用温度范围，例如从
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200℃到高于1200℃的温度。
[0019]在下文中，描述了本专利技术的进一步改进。根据特定应用中是否需要特定改进的特定优点，附加的改进可以彼此独立地组合。
[0020]根据第一有利改进，第二材料可以通过稳定材料来稳定，稳定材料是以下元素中的至少一种的氧化物：钇、铈、钽和铌。然而，也可以使用其他元素。也不排除使用不是氧化物的材料作为稳定材料。
[0021]稳定第二材料优选具有基本四方或立方晶体结构。因此，即使在很宽的温度范围内，也可以获得稳定和均匀的CTE。
[0022]根据另一有利改进，基板可以进一步包括测量结构和剩余基板之间的绝缘层。由于第二材料中的稳定材料，基板可以至少部分导电。特别地，材料可能具有不可忽略的离子导电性。这种离子导电性可能是由产生空隙或过量氧的化合价差异造成的。然而，测量结构和剩余基板之间的绝缘层可以克服该问题。绝缘层可以优选主要包含氧化铝、尖晶石(铝酸镁)和钛酸镁中的至少一种。然而，绝缘层也可以由其他材料制成。
[0023]测量结构优选基本由铂制成，特别是由纯铂制成。由铂制成的测量结构提供了可靠的温度相关电阻测量。可替代地，测量结构可以例如由铂合金、镍、镍合金、铱或铱合金制成。
[0024]根据另一有利改进，基板是由多个层制成的多层基板，至少一层主要包含第一材料且至少一层主要包含稳定第二材料，其中主要包含第一材料的至少一层和主要包含稳定第二材料的至少一层彼此上下设置，并且其中多个层的热膨胀系数与测量结构的热膨胀系数的偏差小于5％。
[0025]优选地，主要包含第一材料的层的CTE不同于主要包含稳定第二材料的层的CTE，其中多个层的CTE分别通过包含第一和稳定第二材料的层的数量和/或厚度来调整。
[0026]为了获得均匀基板，包含第一材料和稳定第二材料的层优选以交替方式彼此上下设置。总层数可以在5和25层之间。
[0027]为了提高基板的CTE和由铂制成的测量结构之间的匹配精度，包含稳定第二材料的层的厚度之和优选为包含第一材料的层的厚度之和的约150％。
[0028]每层的厚度优选在10和100μm之间，更优选在20和70μm之间。
[0029]第一材料可以包含氧化铝、尖晶石、钇铝石榴石或这些材料中的两种或三种的混合物。术语氧化铝是指由总分子式Al2O3描述的材料。术语尖晶石是指由总分子式MgAl2O4描述的材料。术语钇铝石榴石(称为“YAG”)指的是材料Y3Al2[AlO4]3，由总分子式Y3Al5O
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描述。
[0030]术语二氧化锆是稳定第二材料的主要成分，是指ZrO2。术语二氧化铪是指HfO2。
[0031]在多层基板的替代方案中，基板可以具有通过由第一材料制成的晶粒和由稳定第二材料制成的晶粒的混合物形成的晶粒结构。
[0032]可以调整两种材料的晶粒比例，以限定基板的CTE。
[0033]基板可以优选通过流延成型来生产。因此，材料被带到载体上，并且刀具沿着材料移动，使用于基板的材料成形。如果基板由晶粒结构制成，则使用包含两种材料的晶粒的混合物的材料，并成形为单层。如果需要多层基板，则第一材料和稳定第二材料在重复的循环中彼此叠置地被流延成型。
[0034]根据本专利技术的电阻温本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于电阻温度传感器元件(3)的传感器组件(1)，该传感器组件(1)包括基板(4)和设置在基板(4)上的测量结构(7)，其中基板(4)包括：
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至少一种第一材料(15)，该第一材料(15)是氧化铝、尖晶石(铝酸镁)和钇铝石榴石中的至少一种，
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至少一种稳定第二材料(19)，该稳定第二材料(19)是稳定二氧化锆和稳定二氧化铪中的至少一种，该稳定第二材料(19)通过包含化合价不同于四的元素的氧化物来稳定，其中基板(4)的热膨胀系数(29)与测量结构(7)的热膨胀系数(27)的偏差小于5％。2.根据权利要求1所述的传感器组件(1)，其中，所述稳定第二材料(19)通过包含三价或五价元素的氧化物来稳定。3.根据权利要求2所述的传感器组件(1)，其中，所述稳定第二材料(19)通过包含以下元素中的至少一种的氧化物来稳定：钇、铈、铌和钽。4.根据权利要求1所述的传感器组件(1)，其中，所述稳定第二材料(19)具有基本四方或立方晶体结构。5.根据权利要求4所述的传感器组件(1)，其中，所述基板(4)还包括位于测量结构(7)和剩余基板(4)之间的绝缘层(31)。6.根据权利要求5所述的传感器组件(1)，其中，所述绝缘层(31)主要包含氧化铝、尖晶石(铝酸镁)或钛酸镁中的至少一种。7.根据权利要求6所述的传感器组件(1)，其中，所述测量结构(7)基本由铂、铂合金、镍、镍合金、铱、铱合金中的至少一种制成。8.根据权利要求7所述的传感器组件(1)，其中，所述基板(4)具有通过由第一材料(15)制成的晶粒(35)和由稳定第二材料(19)制成的晶粒(37)的混合物形成的晶粒结构。9.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：SA罗辛格，H瑟特尔，
申请(专利权)人：泰连感应德国有限公司，
类型：发明
国别省市：
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