[发明专利]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

说明书

本发明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％。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

发明内容

因此，本发明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。

对于根据本发明的传感器组件，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％。

对于根据本发明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发明的传感器组件来实现。

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。

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。

由于稳定第二材料，本发明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。

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。

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。

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。

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。

本发明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。

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。