提出一种用于高温应用、尤其用于700℃以上应用的单元。该单元包括壳体和至少一个电功能元件，该元件包括非导电基底、导电元件和至少一个连接线或至少一个连接垫，该元件置于壳体中，使得其第一区段容纳在壳体内并通过壳体与环境隔绝且其第二区段是从外部可接触的，该第二区段包括至少一个连接线或连接垫的至少一部分，该元件在第一和第二区段之间具有第三区段，其嵌入壳体的电绝缘材料中。电绝缘材料相对于该元件密封壳体，电绝缘材料选自玻璃、玻璃陶瓷、多种这些材料的组合或选自具有玻璃或玻璃陶瓷作为主要组成部分的复合材料，绝缘材料熔接到该元件上，使得在绝缘材料和该元件之间的界面上形成物理和/或化学的连接。之间的界面上形成物理和/或化学的连接。之间的界面上形成物理和/或化学的连接。
【技术实现步骤摘要】
用于高温应用的单元
[0001]本专利技术涉及用于高温应用、尤其用于高于700℃以上的应用的单元，该单元包括壳体和至少一个电功能元件。该至少一个电功能元件在此尤其可以设计成传感器元件或加热元件。
技术介绍
[0002]该单元尤其应用在恶劣的环境中，其中除了高于约700℃的高温以外还可能有侵蚀性介质，例如具有腐蚀性和/或破坏性的化学物质和/或分子的热气。这种恶劣环境的示例是例如在像汽车这种车辆和在工业设备中的动力站(Kraftwerken)和内燃机的排气设备。
[0003]在现有技术中已知这种单元，在该单元中包括传感器元件、例如温度传感器元件，该传感器元件被容纳在例如保护管的壳体中。壳体通常尤其在高温下未严密地密封，使得传感器元件例如由于腐蚀气体被损坏。这尤其导致传感器元件得出的测量值的误差。
[0004]EP 3 301 420 A1公开了一种具有对侵蚀性气体的高耐性的温度传感器组件，其中测量嵌件与测量元件如此容纳在保护管中，使得形成可流过吹扫用气体的间隙。还使得在间隙中布置吸收单元。吸收单元在此至少部分地包围测量嵌件并且用除气材料吸收间隙中的污染物。
[0005]气密密封的温度传感器组件未在EP 3 301 420 A1中描述。
[0006]EP3559620 A1描述一种具有布置在传感器头部中的温度传感器元件的传感器装置。传感器头部的内部空间填充有两种材料，其中第一种材料用于将温度传感器元件的零件固定在传感器头部内并且第二种材料用于在传感器头部内导热。第一种材料可为陶瓷粉末或陶瓷浇铸料。
[0007]传感器装置的固定材料不能实现气密密封地封装温度传感器元件。
[0008]DE 10 2006 015 427 B3公开了一种用于确定物理尺寸的测针。测针包括管，在管的端部处布置测针。管穿过固定套筒并且经由玻璃填充部电绝缘地保持在固定套筒中。
[0009]常见的玻璃材料不适用于700℃以上的高温。
[0010]由WO 2020/094755 A1已知两个接合对(F
ü
gepartnern)之间的接合连接，该接合连接包括至少部分结晶的玻璃作为绝缘构件。至少部分结晶的玻璃允许形成稳定的结构，该稳定的结构即使在高温下也是机械稳定的。此外，绝缘构件还可以另外包括结构，该结构沿着绝缘构件的表面在两个接合对之间的直接路径延伸。
[0011]WO 2020/260099A1描述一种应用在700℃以上的温度下的具有馈通元件的传感器部件。馈通元件包括通孔，连接销穿过该通孔并且用绝缘元件保持住。
[0012]为了能持久地确保传感器元件在高温应用中的功能，必须保护传感器元件以防环境的污染物质，该污染物质会损害传感器元件的功能并且进而会导致传感器提供的测量值失真或有误差。为此期望的是，使得传感器元件或其有源部件气密密封地容纳在传感器单元中。
[0013]因此本专利技术的目的可以是，提供用于高温应用的单元，该单元包括壳体和至少一个电功能元件。
技术实现思路
[0014]所提出的是一种用于高温应用、尤其用于700℃以上应用的单元，该单元包括壳体和至少一个电功能元件。该至少一个电功能元件包括非导电基底、导电元件和至少一个连接线或连接垫。在此，将至少一个电功能元件如此地置于壳体中，使得电功能元件的第一区段容纳在壳体内并且通过壳体与环境隔绝并且电功能元件的第二区段是从外部可接触，该第二区段包括至少一个连接线或连接垫的至少一部分。进一步还提供，该至少一个电功能元件在第一区段和第二区段之间具有第三区段，该第三区段嵌入壳体的电绝缘材料中，其中电绝缘材料相对于电功能元件密封壳体，其中电绝缘材料选自玻璃、玻璃陶瓷、多种这些材料的组合或选自具有玻璃或玻璃陶瓷作为主要组成部分的复合材料，并且其中将绝缘材料熔接到至少一个电功能元件上，使得在绝缘材料和至少一个电功能元件之间的界面上构造物理和/或化学的连接。
[0015]通过电绝缘材料和至少一个功能元件之间的这种紧密连接，使得额外的密封元件是多余的。至少一个电功能元件在此可尤其设计成传感器元件或加热元件。
[0016]通过绝缘材料在至少一个电功能元件上的熔接提供一种气密密封的馈通件，电功能元件的第二区段通过该馈通件从壳体中引出并且称为从外部可接触的。在此馈通件应理解为气密密封的，该馈通件具有小于1
·
10
‑5mbar
·
l/sec的氦泄漏率，优选在1
·
10
‑
10
mbar
·
l/sec至1
·
10
‑6mbar
·
l/sec的范围中。优选地，根据DIN EN60068
‑2‑
17或MIL
‑
STD
‑
883
‑
method 1014.9条件A4测量氦泄漏率。
[0017]至少一个电功能元件的第一区段位于该单元的壳体的内部中。通过至少一个电功能元件的气密密封的馈通件气密密封地封闭壳体，由此保护电功能元件的第一区段以防壳体外的物质的污染。
[0018]至少一个电功能元件具有至少一个非导电基底、导电元件和至少一个连接线或至少一个连接垫。这种连接线或连接垫在此用于电接触电功能元件。连接垫为此例如可构造成金属化的面，该金属化的面用于通过电导体、例如线材接触。例如线材与连接垫可通过钎焊或熔焊连接。连接垫可尤其包括多个不同层构成的系统，其中例如最上层可由金制成。
[0019]非导电基底优选由耐热的且非导电的材料生产，例如由陶瓷、玻璃和/或玻璃陶瓷制成。一般用于陶瓷基底的陶瓷包括氧化铝(Al2O3)和氧化锆(ZrO2)。
[0020]非导电基底例如可设计成扁平的、优选矩形的基底。但是柱形的设计方案也是可能的，例如圆柱形状。
[0021]导电元件优选布置在基底上或嵌入基底中。导电元件优选由导电材料以厚层、薄层的形式或以线材形式提供。优选地，导电元件的材料是金属或金属合金或金属混合物，该金属混合物包括至少一种金属或金属合金。
[0022]薄层例如可通过涂层方法、例如气相喷镀、化学气相沉积、电解沉积或物理气相沉积获得。薄层例如具有在几纳米直至几微米的范围中的厚度。通常薄层薄于1μm。厚层例如可通过施加包括导电材料和粘合剂的膏糊以及随后的温度处理获得。厚层通常比薄层厚一至两个数量级。
[0023]如果电功能元件设计成传感器元件、尤其温度传感器元件，优选地使用铂或铂合金作为导电元件。
[0024]如果电功能元件设计成加热元件，优选地将具有高的熔点和高的电阻的金属或金属合金用作导电元件。尤其可将热导体合金作为材料使用，例如镍铬合金，例如具有80％的镍和20％的铬的镍铬合金，例如55％的铜、44％的镍和1％的锰构成的名称为康铜的合金。在使用金属时例如钨和铂是合适的。但是也可使用如例如碳化硅之类的半导体作为导电元件。导电元件优选以线材或厚层的形式布置在加热元件中。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于高温应用、尤其用于700℃以上应用的单元(1)，所述单元包括壳体(100)和至少一个电功能元件(10)，其中所述至少一个电功能元件(10)包括非导电基底(16)、导电元件(18)和至少一个连接线(14)或至少一个连接垫，其中将所述至少一个电功能元件(10)置于壳体(100)中，使得所述电功能元件(10)的第一区段(11)容纳在所述壳体(100)内并且通过所述壳体(100)与环境隔绝并且所述电功能元件(10)的第二区段(12)是从外部可接触的，所述第二区段包括至少一个连接线(14)或连接垫的至少一部分，其中所述至少一个电功能元件(10)在所述第一区段(11)和所述第二区段(12)之间具有第三区段(13)，所述第三区段嵌入所述壳体(100)的电绝缘材料(102)中，其特征在于，电绝缘材料(102)使得所述壳体(100)相对于电功能元件(10)密封，其中所述电绝缘材料(102)选自玻璃、玻璃陶瓷、多种这些材料的组合或选自具有玻璃或玻璃陶瓷作为主要组成部分的复合材料，并且其中将所述绝缘材料(102)熔接到至少一个电功能元件(10)上，使得在绝缘材料和至少一个电功能元件之间的界面上形成物理和/或化学的连接。2.根据权利要求1所述的单元(1)，其特征在于，所述壳体(100)包括由耐热的材料制成的罩(104)，所述罩至少部分地包围所述电绝缘材料(102)。3.根据权利要求1或2所述的单元(1)，其特征在于，所述壳体(100)包括由耐热的材料制成的保护管(108)，所述保护管包围所述电功能元件(10)的第二区段(12)的至少一部分，其中所述保护管(108)优选与壳体(100)的罩(104)连接，尤其借助激光熔焊或借助钎焊连接。4.根据权利要求2至3中任一项所述的单元(1)，其特征在于，所述保护管(108)的耐热材料和/或所述罩(104)的耐热材料选自耐热的钢或合金或耐热的陶瓷、尤其选自合金600、钢1.4762、Al2O3陶瓷。5.根据权利要求1至4中任一项所述的单元(1)，其特征在于，所述壳体(100)包括由玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷或这些材料中的多种的组合制成的保护元件(110)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的单元(1)，其特征在于，所述电功能元件(10)的第一区段(11)在所述壳体(100)内容纳在空腔(12)中，其中所述空腔(112)优选被抽真空或填充有惰性气体、例如氮气或氩气，优选地，所述空腔(112)的壁由电绝缘材料构成和/或所述空腔(112)的壁由保护元件(110)形成。7.根据权利要求1至6中任一项所述的单元(1)，其特征在于，至少导电元件(18)和/或至少一个连接线(14)和至少一个功能元件(10)的导电元件(18)之间的电接触点(20)被覆盖材料(22)遮盖...
【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：肖特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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