DE10104493A1

DE10104493A1 - Temperatursensor und Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensors

Info

Publication number: DE10104493A1
Application number: DE2001104493
Authority: DE
Inventors: Christiaan Baerts; Atze-Cees De Vries; Jean-Paul Jaenen; Annette Kipka
Original assignee: Epiq Sensor Nite NV
Current assignee: Epiq Sensor Nite NV
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2002-08-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor mit einem temperatur-sensitiven Element, das aus einem Dünnfilmwiderstand mit Kontaktflächen auf einer ersten Seite eines planaren, elektrisch isolierenden Substrats gebildet ist, wobei die Kontaktflächen an ihrer dem Substrat abgewandten Oberfläche elektrisch leitend mit Anschlussflächen auf einem planaren, elektrisch isolierenden Trägerelement verbunden sind, wobei die Anschlussflächen über auf dem Trägerelement angeordnete, elektrisch leitende Bahnen jeweils mit elektrischen Leitungen verbunden sind, wobei auf der Oberfläche des Trägerelementes, auf der das temperatur-sensitive Element angeordnet ist, mindestens eine elektrisch isolierende Schutzfolie angeordnet ist und wobei die mindestens eine Schutzfolie mindestens eine Öffnung für das Substrat aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren zwei Verfahren zur Herstellung eines solchen Temperatursensors.

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor mit einem temperatur-sensitiven Element, das aus einem Dünnfilmwiderstand mit Kontaktflächen auf einer ersten Seite eines planaren, elekt risch isolierenden Substrats gebildet ist, wobei die Kontaktflächen an ihrer dem Substrat abge wandten Oberfläche elektrisch leitend mit Anschlussflächen auf einem planaren, elektrisch iso lierenden Trägerelement verbunden sind, wobei die Anschlussflächen über auf dem Trägerele ment angeordnete, elektrisch leitende Bahnen jeweils mit elektrischen Leitungen verbunden sind. Die Erfindung betrifft des weiteren zwei Verfahren zur Herstellung eines solchen Tempe ratursensors.

DE 43 00 084 C2 beschreibt die Herstellung eines solchen temperatur-sensitiven Elements mit einem Messwiderstand aus wenigstens einem Metall der Platingruppe, das auf die elektrisch isolierende Oberfläche eines Substrats durch Zerstäubung aufgebracht ist. Dabei weist die elektrisch isolierende Oberfläche einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 8,5 bis 10,5 ppm/K auf.

DE 197 50 123 C2 offenbart gattungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoranord nung für die Temperaturmessung. Ein temperaturempfindlicher Messwiderstand ähnlich dem in der DE 43 00 084 C2, der auf einem Keramiksubstrat einen dünnen, mit einer elektrisch isolie renden Schutzschicht abgedeckten Metallfilm als Widerstandsschicht und Kontaktflächen auf weist, wird hier mit seinen Kontaktflächen "face down" auf Leiterbahnen aufgesetzt, die auf ei nem hochtemperaturfesten, keramischen Trägerelement eingebrannt sind. Unter "face down" wird dabei verstanden, dass das Keramiksubstrat des Messwiderstandes flächig in einer Art und Weise auf dem Trägerelement positioniert wird, dass die Widerstandsschicht zum Träger element hin ausgerichtet ist. Eine mechanisch feste und elektrisch leitende Verbindung zwi schen den Kontaktflächen des Messwiderstandes und den Leiterbahnen auf dem Trägerelement wird dadurch ausgebildet, dass der Verbindungsbereich vor dem Aufsetzen des Messwi derstandes auf das Trägerelement mit zwei unterschiedlichen Edelmetall-Dickfilmpasten vorbe handelt wird. Dabei können entweder die entsprechenden Bereiche auf dem Trägerelement und/oder die Kontaktflächen des Messwiderstandes vorbehandelt werden. Die Edelmetall- Dickfilmpaste, die zuerst aufgetragen wird, soll dabei eine Glasfritte enthalten. Nach dem Auf setzen des Messwiderstandes auf das Trägerelement werden in einem Temperaturbereich zwi schen 1000°C und 1350°C die aufgetragenen Edelmetall-Dickfilmpasten eingebrannt und die mechanisch feste und elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktflächen des Mess widerstandes und den elektrischen Leiterbahnen auf dem Trägerelement hergestellt. Nachteilig ist bei dieser Sensoranordnung, dass die Anzahl der Fertigungs- und Temperaturschritte hoch ist. So ist bereits zur Herstellung des Trägerelements mit den Leiterbahnen ein Temperatur schritt notwendig. Dabei wird das Trägerelement als keramische Grünfolie mit einer Dickfilm paste bedruckt und gesintert. Da die elektrischen Leiterbahnen auf dem Trägerelement in der fertigen Sensoranordnung größtenteils frei liegen, ist zu deren Schutz und zur Erhöhung der Hochspannungsfestigkeit das Aufbringen und Fixieren einer zusätzlichen Beschichtung erfor derlich. Das Verbinden von Messwiderstand und Trägerelement durch die Edelmetall- Dickfilmpasten erfordert gleich mehrere Trocken- und Sinterschritte. Die Verwendung von Iso lier-, Schutz- oder Haftvermittlerschichten mit Glasanteil ist zudem im Zusammenhang mit Pla tindünnfilm-Widerständen insofern kritisch, da die Widerstandscharakteristik beispielsweise durch Wanderungseffekte von Bor oder Silizium aus dem Glas in den Platindünnfilm- Widerstand negativ beeinflusst werden kann und die maximale Einsatztemperatur herabgesetzt ist. Die exponierte Anordnung des Messwiderstandes auf dem Trägerelement erfordert zudem eine hohe Festigkeit der Verbindung zum Trägerelement, um Kerbwirkungen an den Kanten des Messwiderstandes und Temperaturwechseln standhalten zu können.

Es ergibt sich das Problem, einen Temperatursensor und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Temperatursensors bereitzustellen, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.

Das Problem wird für den Temperatursensor dadurch gelöst, dass auf der Oberfläche des Trä gerelementes, auf der das temperatur-sensitive Element angeordnet ist, mindestens eine elekt risch isolierende Schutzfolie angeordnet ist, wobei die mindestens eine Schutzfolie mindestens eine Öffnung für das Substrat aufweist. Das temperatur-sensitive Element wird demnach in eine Vertiefung eingesetzt und ist so, je nach Dimension der Vertiefung, vor Kerbbeanspruchung ganz oder weitgehend geschützt auf dem Trägerelement angeordnet. Die Anforderungen an die Festigkeit der Verbindung von temperatur-sensitivem Element und Trägerelement im Bereich der Kontaktflächen ist somit herabgesetzt. Auf einen Einsatz von Dickfilmpaste mit Glasfritte zur Ausbildung der Verbindung sowie auf mehrere Trocken- und Sinterschritte kann somit verzich tet werden, wodurch die Langzeitstabilität des Dünnfilmwiderstandes steigt und die Einsatztem peratur für den Sensor erhöht werden kann. Eine Beschichtung der elektrisch leitenden Bahnen entfällt, da die Schutzfolie die elektrisch leitenden Bahnen auf dem Trägerelement gasdicht ab deckt. Je genauer das Substrat des temperatur-sensitiven Elements in die Öffnung der Schutz folie eingepasst ist beziehungsweise je geringer das Spiel ist, desto besser ist der Dünnfilmwi derstand vor äußeren Einflüssen und Verschmutzung geschützt und desto weniger Schutz- o der Abdeckschichten sind auf dem temperatur-sensitiven Element beziehungsweise dem Dünn filmwiderstand erforderlich. Das wirkt sich wiederum günstig auf die Langzeitstabilität sowie auf die Ansprechzeit des Dünnfilmwiderstandes aus, da die Masse des temperatur-sensitiven Ele ments reduziert werden kann.

Das temperatur-sensitive Element ist besonders gut vor Kerbbeanspruchung geschützt, wenn die Dicke der mindestens einen Schutzfolie mindestens gleich dem Abstand von der Oberfläche des Trägerelements, auf der das temperatur-sensitiven Element angeordnet ist, zu einer der ersten Seite des Substrats abgewandten zweiten Seite des Substrats ist. Damit überragt das Substrat die mindestens eine Schutzfolie nicht mehr beziehungsweise das Substrat verschwin det vollständig in der Öffnung. Falls die Dicke einer Schutzfolie nicht ausreicht, um eine ausrei chend tiefe Öffnung für das Substrat bereitzustellen, so kann auch ein Stapel von Schutzfolien verwendet werden.

Wenn die Öffnung für das Substrat eine geometrische Form aufweist, die der geometrischen Form des Umfangs des planaren Substrats in der Ebene der ersten Seite des Substrats ähnelt, so ist der Schutz des Dünnfilmwiderstands vor äußeren Einflüssen optimiert.

Dabei hat es sich bewährt, wenn der Umfang des planaren Substrats und die Öffnung in der Schutzfolie eine rechteckige Form aufweisen, wobei das planare Substrat vier Kanten aufweist. Ideal ist es, wenn die mindestens eine Schutzfolie den Umfang des planaren Substrats komplett umschließt.

Es hat sich aber auch bewährt, wenn die mindestens eine Schutzfolie den Umfang des plana ren Substrats nur teilweise umschließt. Dabei ist es zur Minderung von Kerbbeanspruchungen und von Verunreinigungen jedoch vorteilhaft, eine gasdichte Glasabdichtung für die nicht umschlossenen und demnach freiliegenden Kanten des Substrats vorzusehen, die den Spalt zwi schen Trägerelement und Substrat bedeckt.

So ist es von Vorteil, wenn die mindestens eine Schutzfolie drei der vier Kanten des planaren Substrats umschließt oder wenn die mindestens eine Schutzfolie zwei der vier Kanten des pla naren Substrats umschließt.

Zur vollständigen Abdeckung der elektrisch leitenden Bahnen sollten das Trägerelement und die mindestens eine Schutzfolie in ihren äußeren Abmessungen gleich ein. Dann ist es aller dings vorteilhaft, wenn die mindestens eine Schutzfolie zusätzlich zu der Öffnung für das Sub strat weitere Öffnungen im Bereich des Anschlusses der elektrischen Bahnen auf dem Träger element an die elektrischen Leitungen aufweist. Diese weiteren Öffnungen können mit leitfähi gem Material gefüllt werden und so eine Durchkontaktierung zu der dem Trägerelement abge wandten Seite der mindestens einen Schutzfolie geschaffen werden. Der Anschluss der elektri schen Leitungen kann dann in einfacher Weise auf dieser Seite der mindestens einen Schutzfo lie erfolgen.

Vorzugsweise sollte das Trägerelement aus einer keramischen Folie gebildet sein, um einem Einsatz bei hohen Temperaturen standhalten zu können.

Das Substrat des temperatur-sensitiven Elements ist vorteilhafterweise auch aus einer kerami schen Folie gebildet.

Um eine haftfeste und beständige Verbindung zwischen Trägerelement und Schutzfolie zu er zeugen, ist es von Vorteil, wenn die mindestens eine Schutzfolie aus einer keramischen Folie gebildet ist. Dabei können Trägerfolie und Schutzfolie aus vorzugsweise keramischen Grünfo lien in einfacher Weise zusammenlaminiert und in einem Sinterschritt dauerhaft und gasdicht verbunden werden.

Besonders geeignet sind im Zusammenhang mit Dünnfilmwiderständen keramische Folien aus Aluminiumoxid oder Magnesiumtitanat oder Siliziumdioxid oder Titandioxid oder Magnesium oxid oder Kalziumoxid oder Steatit oder Cordierit oder Mullit oder Porzellan oder einer Mischung aus mindestens zwei dieser Materialien, da diese bei hohen Einsatztemperaturen oberhalb 600 bis 700°C auch über lange Betriebszeiten einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Wider standscharakteristik des Dünnfilmwiderstandes besitzen.

Geeignet für niedrigere Einsatztemperaturen unterhalb 600 bis 700°C im Zusammenhang mit Dünnfilmwiderständen sind auch keramische Folien aus Glaskeramik oder Siliziumnitrid. Als Glaskeramiken kommen dabei beispielsweise Alumo-Silikate in Frage, die bereits bei Tempe raturen um die 850°C sintern.

Besonders bevorzugt ist es für hohe Einsatztemperaturen, wenn der Dünnfilmwiderstand aus Platin gebildet ist.

Das Problem wird für das Verfahren dadurch gelöst, dass das Trägerelement in Dickfilmtechnik mit den elektrischen Bahnen und den Anschlussflächen versehen wird, dass die Öffnung für das Substrat aus der mindestens einen Schutzfolie gestanzt oder geschnitten wird, dass die mindestens eine Schutzfolie so auf das Trägerelement auflaminiert wird, dass die Öffnung für das Substrat über den Anschlussflächen für die Kontaktflächen des temperatur-sensitiven Ele ments angeordnet sind, dass das Laminat aus Trägerelement und Schutzfolie(n) bei einer ers ten Temperatur T₁ gesintert und mechanisch fest verbunden wird, dass das temperatur sensitive Element anschließend so in die für das Substrat vorgesehene Öffnung der mindestens einen Schutzfolie eingesetzt wird, dass die erste Seite des Substrats in Richtung des Träger elementes zeigt, und dass die Kontaktflächen und die Anschlussflächen im Bereich der für das Substrat vorgesehenen Öffnung bei einer zweiten Temperatur T₂ elektrisch leitend und mecha nisch fest miteinander verbunden werden. Zur Herstellung des Temperatursensors sind dem nach nur zwei Sinterschritte erforderlich.

Wird die Öffnung für das Substrat so dimensioniert, dass das Substrat vor oder zumindest nach Ausbildung der Verbindung zwischen den Kontaktflächen und den elektrisch leitenden Bahnen bei der zweiten Temperatur T₂ direkt an die mindestens eine Schutzfolie anschließt, so ist der Dünnfilmwiderstand vor äußeren Einflüssen gut geschützt.

Werden das Trägerelement und die Schutzfolie zum vollflächigen Schutz der elektrisch leiten den Bahnen in ihren äußeren Abmessungen gleich gewählt, so ist es von Vorteil, wenn in die mindestens eine Schutzfolie zusätzlich zu der Öffnung für das Substrat weitere Öffnungen im Bereich des Anschlusses der elektrischen Bahnen an die elektrischen Leitungen gestanzt oder geschnitten werden.

Besonders einfach und haltbar ist die Verbindung von Trägerelement und Schutzfolie durch Laminieren, wenn das Trägerelement und die mindestens eine Schutzfolie jeweils aus einer keramischen Grünfolie gewählt werden und anschließend gemeinsam bei der ersten Tempera tur T1 gesintert werden. Es ist von Vorteil, in die Öffnung der Schutzfolie des gesinterten Lami nats ein Substrat aus einer gesinterten keramischen Folie einzusetzen, um die zweite Tempe ratur 12 zur Herstellung der Verbindung zwischen Kontaktflächen und Trägerelement möglichst gering halten zu können. Zum Schutz des temperatur-sensitiven Elements ist dieses zweistufige Sinterverfahren insbesondere dann sinnvoll, wenn die keramischen Grünfolien für das Träger element und die mindestens eine Schutzfolie aus bei hohen Temperaturen < 1100°C sinternden Materialien gebildet sind.

Die Dicke einer keramischen Grünfolie liegt üblicherweise im Bereich von 0.2 bis 2 mm.

Es hat sich bewährt, das Laminat aus Trägerelement und Schutzfolie bei der ersten Temperatur T₁ im Bereich von 1100°C bis 1600°C zu sintern und mechanisch fest zu verbinden.

Weiterhin hat es sich bewährt, wenn die Kontaktflächen und die Anschlussflächen im Bereich der für das Substrat vorgesehenen Öffnung bei der zweiten Temperatur T₂ im Bereich von 1000°C bis 1300°C elektrisch leitend und mechanisch fest miteinander verbunden werden.

Das Problem wird für ein zweites Verfahren dadurch gelöst, dass das Trägerelement in Dick filmtechnik mit den elektrischen Bahnen und den Anschlussflächen versehen wird, dass die Öffnung für das Substrat aus der mindestens einen Schutzfolie gestanzt oder geschnitten wird, dass die mindestens eine Schutzfolie so auf das Trägerelement auflaminiert wird, dass die Öff nung für das Substrat über den Anschlussflächen für die Kontaktflächen des temperatur sensitiven Elements angeordnet sind, dass das temperatur-sensitive Element anschließend so in die für das Substrat vorgesehene Öffnung der mindestens einen Schutzfolie eingesetzt wird, dass die erste Seite des Substrats in Richtung des Trägerelementes zeigt, dass das Laminat aus Trägerelement und Schutzfolie(n) zusammen mit dem in die Öffnung eingesetzten tempe ratur-sensitiven Element bei einer Temperatur T gesintert wird, dass das Trägerelement und die mindestens eine Schutzfolie dadurch mechanisch fest verbunden werden und dass die Kon taktflächen und die Anschlussflächen im Bereich der für das Substrat vorgesehenen Öffnung elektrisch leitend und mechanisch fest miteinander verbunden werden.

Der große Vorteil dieses zweiten Verfahrens besteht darin, dass nur ein einziger Temperatur schritt zur Herstellung des Temperatursensors erforderlich ist. Besonders einfach und haltbar ist die Verbindung von Trägerelement und Schutzfolie durch Laminieren, wenn das Trägerelement und die mindestens eine Schutzfolie jeweils aus einer keramischen Grünfolie gewählt werden und ein Substrat aus einer gesinterten keramischen Folie in die Öffnung der Schutzfolie einge setzt wird. Dabei sollte die Öffnung für das Substrat in der Schutzfolie so dimensioniert sein, dass die Öffnung im Temperaturschritt auf die Kanten des Substrats aufschrumpft und so eine Abdichtung zwischen Schutzfolie und Substrat erzeugt wird. So ist ein optimaler Schutz des Dünnfilmwiderstandes gewährleistet, ohne dass zusätzliche Abdeck- oder Schutzschichten notwendig wären.

Die Temperatur T zur Verbindung von Trägerelement und Schutzfolie sowie Trägerelement und temperatur-sensitiven Element wird vorzugsweise in einem Bereich von 850°C bis 1300°C ge wählt. Es sollten demnach Materialen für die keramischen Grünfolien verwendet werden, die in diesem Temperaturbereich sintern. Dabei kann es sich beispielsweise um Glaskeramiken oder Aluminiumoxid handeln.

Die Kontaktflächen und/oder die Anschlussflächen im Bereich der für das Substrat vorgesehe nen Öffnung können vor Einsetzen des Substrats in die Öffnung in Anlehnung an die DE 197 50 123 mit einem Haftvermittler beschichtet werden.

Die Fig. 1 bis 12 und ein Ausführungsbeispiel sollen den erfindungsgemäßen Temperatur sensor und eines der beiden Verfahren zu dessen Herstellung beispielhaft erläutern.

So zeigt

Fig. 1 ein Trägerelement mit elektrisch leitenden Bahnen und Anschlussflächen

Fig. 2 den Schnitt A-A' durch das Trägerelement aus Fig. 1

Fig. 3 ein temperatur-sensitives Element

Fig. 4 den Schnitt B-B' durch das temperatur-sensitive Element aus Fig. 3

Fig. 5 eine Schutzfolie mit Öffnungen

Fig. 6 einen Schnitt C-C' durch die Schutzfolie aus Fig. 5

Fig. 7 das Laminat aus Trägerelement und Schutzfolie mit Einlegen des temperatur-sensitiven Elements

Fig. 8 den zusammengebauten Temperatursensor, wobei die Schutzfolie das temperatur-sensi tive Element an allen Kanten eng umgibt

Fig. 9 den Schnitt D-D' durch den Temperatursensor aus Fig. 8

Fig. 10 einen anderen Temperatursensor, wobei die Schutzfolie das temperatur-sensitive Ele ment an drei Kanten eng umgibt

Fig. 11 den Schnitt E-E' durch den Temperatursensor aus Fig. 10

Fig. 12 einen weiteren Temperatursensor, wobei die Schutzfolie das temperatur-sensitive Element an zwei Kanten eng umgibt

Fig. 1 zeigt ein Trägerelement 1 aus einer keramischen Grünfolie. Auf das Trägerelement 1 sind im Siebdruckverfahren elektrisch leitende Bahnen 2a, 2b gedruckt, die an einem Ende des Trä gerelements 1 in den Anschlussflächen 3a, 3b für das temperatur-sensitive Element und am anderen Ende des Trägerelements 1 in den Anschlussflächen 4a, 4b für die elektrischen Lei tungen enden.

Fig. 2 zeigt den Schnitt A-A' durch das Trägerelement 1 aus Fig. 1, wobei der Schnitt A-A' in Höhe der elektrisch leitenden Bahn 2b verläuft.

Fig. 3 zeigt ein temperatur-sensitives Element 5, das auf einem keramischen, gesinterten recht eckigen Substrat 6 einen Dünnfilmwiderstand 7 mit seinen beiden Kontaktflächen 8a, 8b auf weist.

Fig. 4 zeigt den Schnitt B-B' durch das temperatur-sensitive Element 5 aus Fig. 3 mit dem Dünnfilmwiderstand 7 und den beiden Kontaktflächen 8a, 8b.

Fig. 5 zeigt eine Schutzfolie 9 aus einer keramischen Grünfolie mit einer rechteckigen Öffnung 10 für das temperatur-sensitive Element 5 und weiteren Öffnungen 11a, 11b für die Anschluss flächen 4a, 4b im Bereich des Anschlusses der elektrischen Leitungen.

Fig. 6 zeigt den Schnitt C-C' durch die Schutzfolie 9 aus Fig. 5 in Höhe der weiteren Öffnung 11a.

Fig. 7 zeigt das Laminat 12 aus Trägerelement 1 und Schutzfolie 9, wobei die Öffnung 10 die Anschlussflächen 3a, 3b und die weiteren Öffnungen 11a, 11b die Anschlussflächen 4a, 4b auf dem Trägerelement 1 frei lassen. Das temperatur-sensitive Element 5 wird so in das gesinterte oder noch grüne Laminat 12 eingelegt (siehe Pfeil), dass die Kontaktflächen 8a, 8b die An schlussflächen 3a, 3b berühren. Dabei können die Kontaktflächen 8a, 8b und/oder die Anschlussflächen 3a, 3b vor dem Einlegen mit einem Haftvermittler beschichtet worden sein.

Fig. 8 zeigt den zusammengebauten Temperatursensor aus dem gesinterten Laminat 12 und dem temperatur-sensitiven Element 5, wobei die Schutzfolie 9 das temperatur-sensitive Ele ment 5 an allen vier Kanten eng umgibt. Die weiteren Öffnungen 11a, 11b sind mit leitfähigem Material gefüllt und die Schutzfolie 9 in diesem Bereich in Siebdrucktechnik mit elektrisch lei tenden Flächen 13a, 13b bedruckt, an welchen später die elektrischen Leitungen angeschlos sen werden.

Fig. 9 zeigt den Schnitt D-D' durch den Temperatursensor aus Fig. 8 mit dem temperatur sensitiven Element 5 in der Öffnung 10 der Schutzfolie 9.

Fig. 10 zeigt eine andere Variante des Temperatursensors aus dem gesinterten Laminat 12 und dem temperatur-sensitiven Element 5, wobei die Schutzfolie 9 das temperatur-sensitive Ele ment 5 an drei Kanten eng umgibt. Die nicht von der Schutzfolie 9 umgebene Kante des tempe ratur-sensitiven Elements 5 ist mit einer gasdichten Glasabdeckung 14 bedeckt, die den Spalt zwischen Trägerelement 1 und Substrat 6 abdichtet. Die weiteren Öffnungen 11a, 11b sind auch hier mit leitfähigem Material gefüllt und die Schutzfolie 9 in diesem Bereich in Siebdruck technik mit den elektrisch leitenden Flächen 13a, 13b bedruckt, an welchen später die elektri schen Leitungen angeschlossen werden.

Fig. 11 zeigt den Schnitt E-E' durch den Temperatursensor aus Fig. 10, wobei die gasdichte Glasabdeckung 14, die den Spalt zwischen Trägerelement 1 und Substrat 6 abdichtet, gezeigt ist.

Fig. 12 zeigt eine weitere Variante des Temperatursensors aus dem gesinterten Laminat 12 und dem temperatur-sensitiven Element 5, wobei die Schutzfolie 9 das temperatur-sensitive Ele ment 5 an zwei Kanten eng umgibt. Die nicht von der Schutzfolie 9 umgebenen Kanten des temperatur-sensitiven Elements 5 sind mit einer gasdichten Glasabdeckung 14 bedeckt, die den Spalt zwischen Trägerelement 1 und Substrat 6 abdichtet. Die weiteren Öffnungen 11a, 11b sind auch hier mit leitfähigem Material gefüllt und die Schutzfolie 9 in diesem Bereich in Sieb drucktechnik mit den elektrisch leitenden Flächen 13a, 13b bedruckt, an welchen die elektri schen Leitungen 15a, 15b mittels Laserschweißens angeschlossen sind.

Ausführungsbeispiel

Es wurden keramische Grünfolien der Fa. Kerafol mit 96 Gew.-% Al₂O₃ für ein Trägerelement 1 und eine Schutzfolie 9 verwendet, wobei die Grünfolie für das Trägerelement 1 eine Dicke von 0,5 mm und die Grünfolie für die Schutzfolie 9 eine Dicke von 1 mm aufwies. In die Schutzfolie 9 wurde zur Aufnahme eines rechteckigen temperatur-sensitiven Elements 5 mit einer Breite von 1,9 mm, einer Länge von 8 mm und einer Dicke von 0,4 mm eine rechteckige Öffnung 10 mit einer Breite von 2,5 mm und einer Länge von 9,7 mm gestanzt. Zudem wurden im Bereich des Anschlusses der elektrischen Leitungen 15a, 15b zwei weitere Öffnungen 11a, 11b (soge nannte "vias") mit einem Durchmesser von je 200 µm in die Schutzfolie gestanzt, die später mit leitfähigem Material zur Ausbildung einer Duchkontaktierung zwischen den Anschlussflächen 4a, 4b und elektrisch leitenden Flächen 13a, 13b auf der Schutzfolie 9 gefüllt werden sollen. Auf das Trägerelement 1 wurden mit Platin-Siebdruckpaste die Anschlussflächen 3a, 3b, 4a, 4b und die elektrisch leitenden Bahnen 2a, 2b gedruckt und diese über 1 h bei 120°C getrocknet. Auf die Schutzfolie 9 wurden im Bereich der weiteren Öffnungen 11a, 11b mit einer glashaltigen Platin-Siebdruckpaste die elektrisch leitenden Flächen 13a, 13b gedruckt und diese ebenfalls über 1 h bei 120°C getrocknet.

Anschließend wurden das bedruckte Trägerelement 1 und die gestanzte, bedruckte Schutzfolie 9 in einer isostatischen Presse bei 70°C und 270 bar über einen Zeitraum von 10 min durch Laminieren verbunden. Die weiteren Offnungen 11a, 11b wurden daraufhin mit Platin- Siebdruckpaste gefüllt. Das Laminat 12 aus Trägerelement 1 und Schutzfolie 9 wurde dann mit folgendem Temperaturprogramm 1 gesintert:

- Aufheizen auf 500°C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 2 K/min
- Aufheizen von 500°C auf 1500°C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5 K/min
- Halten der Temperatur T₁ von 1500°C über einen Zeitraum von 5 h
- Abkühlen auf Raumtemperatur mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 3 K/min

Anschließend wurde in die Öffnung 10 der Schutzfolie 9 des gesinterten Laminats 12 das tem peratur-sensitive Element 5 eingesetzt, wobei die Kontaktflächen 8a, 8b des temperatur sensitiven Elements 5 mit einer Platin-Siebdruckpaste als Haftvermittler beschichtet und noch feucht mit den Anschlussflächen 3a, 3b auf dem Trägerelement 1 verbunden wurden. Eine me chanisch feste und elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktflächen 8a, 8b und den Anschlussflächen 3a, 3b wurde mit folgendem Temperaturprogramm 2 hergestellt:

- Aufheizen auf 1200°C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5 K/min
- Halten der Temperatur T₂ von 1200°C über einen Zeitraum von 0,5 h
- Abkühlen auf Raumtemperatur mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 5 K/min

Die elektrischen Leitungen 15a, 15b wurden schließlich mittels Laserschweißen auf den elekt risch leitenden Flächen 13a, 13b befestigt.

Claims

1. Temperatursensor mit einem temperatur-sensitiven Element, das aus einem Dünnfilmwider stand mit Kontaktflächen auf einer ersten Seite eines planaren, elektrisch isolierenden Sub strats gebildet ist, wobei die Kontaktflächen an ihrer dem Substrat abgewandten Oberfläche elektrisch leitend mit Anschlussflächen auf einem planaren, elektrisch isolierenden Träger element verbunden sind, wobei die Anschlussflächen über auf dem Trägerelement ange ordnete, elektrisch leitende Bahnen jeweils mit elektrischen Leitungen verbunden sind, da durch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Trägerelementes (1), auf der das tem peratur-sensitive Element (5) angeordnet ist, mindestens eine elektrisch isolierende Schutzfolie (9) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Schutzfolie (9) mindestens eine Öffnung (10) für das Substrat (6) aufweist.

2. Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der mindes tens einen Schutzfolie (9) mindestens gleich dem Abstand von der Oberfläche des Träger elements (1), auf der das temperatur-sensitive Element (5) angeordnet ist, zu einer der ers ten Seite des Substrats (6) abgewandten zweiten Seite des Substrats (6) ist.

3. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (10) für das Substrat (6) eine geometrische Form aufweist, die der geometrischen Form des Umfangs des planaren Substrats (6) in der Ebene der ersten Seite des Substrats (6) ähnelt.

4. Temperatursensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang des plana ren Substrats (6) und die Öffnung (10) in der Schutzfolie (9) eine rechteckige Form aufwei sen, wobei das planare Substrat (6) vier Kanten aufweist.

5. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzfolie (9) den Umfang des planaren Substrats (6) komplett um schließt.

6. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzfolie (9) den Umfang des planaren Substrats (6) nur teilweise um schließt.

7. Temperatursensor nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die min destens eine Schutzfolie (9) drei der vier Kanten des planaren Substrats (6) umschließt.

8. Temperatursensor nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die min destens eine Schutzfolie (9) zwei der vier Kanten des planaren Substrats (6) umschließt.

9. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (1) und die mindestens eine Schutzfolie (9) in ihren äußeren Abmessungen gleich sind und dass die mindestens eine Schutzfolie (9) zusätzlich zu der Öffnung (10) für das Substrat (6) weitere Öffnungen (11a; 11b) im Bereich des Anschlusses der elektrischen Bahnen (2a; 2b) auf dem Trägerelement (1) an die elektrischen Leitungen (15a; 15b) auf weist.

10. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (1) aus einer keramischen Folie gebildet ist.

11. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (6) aus einer keramischen Folie gebildet ist.

12. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzfolie (9) aus einer keramischen Folie gebildet ist.

13. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Folie aus Aluminiumoxid oder Magnesiumtitanat oder Siliziumdioxid oder Titan dioxid oder Magnesiumoxid oder Kalziumoxid oder Steatit oder Cordierit oder Mullit oder Porzellan oder einer Mischung aus mindestens zwei dieser Materialien gebildet ist.

14. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Folie aus Glaskeramik oder Siliziumnitrid gebildet ist.

15. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnfilmwiderstand (7) aus Platin gebildet ist.

16. Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensors nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (1) in Dickfilmtechnik mit den elektri schen Bahnen (2a; 2b) und den Anschlussflächen (3a; 3b; 4a; 4b) versehen wird, dass die Öffnung (10) für das Substrat (6) aus der mindestens einen Schutzfolie (9) gestanzt oder geschnitten wird, dass die mindestens eine Schutzfolie (9) so auf das Trägerelement (1) auflaminiert wird, dass die Öffnung (10) für das Substrat (6) über den Anschlussflächen (3a; 3b) für die Kontaktflächen (8a; 8b) des temperatur-sensitiven Elements (5) angeordnet sind, dass das Laminat (12) aus Trägerelement (1) und Schutzfolie(n) (9) bei einer ersten Tempe ratur T₁ gesintert und mechanisch fest verbunden wird, dass das temperatur-sensitive Ele ment (5) anschließend so in die für das Substrat (6) vorgesehene Öffnung (10) der mindes tens einen Schutzfolie (9) eingesetzt wird, dass die erste Seite des Substrats (6) in Richtung des Trägerelementes (1) zeigt, und dass die Kontaktflächen (8a; 8b) und die Anschlussflä chen (3a; 3b) im Bereich der für das Substrat (6) vorgesehenen Öffnung (10) bei einer zweiten Temperatur T₂ elektrisch leitend und mechanisch fest miteinander verbunden wer den.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (1) und die Schutzfolie (9) in ihren äußeren Abmessungen gleich gewählt werden und dass in die min destens eine Schutzfolie (9) zusätzlich zu der Öffnung (10) für das Substrat (6) weitere Öff nungen (11a; 11b) im Bereich des Anschlusses der elektrischen Bahnen (2a; 2b) an die elektrischen Leitungen (15a; 15b) gestanzt oder geschnitten werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Träger element (1) und die mindestens eine Schutzfolie (9) jeweils aus einer keramischen Grünfolie gewählt werden und dass das Substrat (6) aus einer gesinterten keramischen Folie gewählt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminat (12) aus Träger element (1) und Schutzfolie(n) (9) bei der ersten Temperatur T₁ im Bereich von 1100°C bis 1600°C gesintert und mechanisch fest verbunden wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakt flächen (8a; 8b) und die Anschlussflächen (3a; 3b) im Bereich der für das Substrat (6) vor gesehenen Öffnung (10) bei der zweiten Temperatur T₂ im Bereich von 1000°C bis 1300°C elektrisch leitend und mechanisch fest miteinander verbunden werden.

21. Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensors nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (1) in Dickfilmtechnik mit den elektrisch leitenden Bahnen (2a; 2b) und den Anschlussflächen (3a; 3b; 4a; 4b) versehen wird, dass die Öffnung (10) für das Substrat (6) aus der mindestens einen Schutzfolie (9) gestanzt oder geschnitten wird, dass die mindestens eine Schutzfolie (9) so auf das Trägerelement (1) auflaminiert wird, dass die Öffnung (10) für das Substrat (6) über den Anschlussflächen (3a; 3b) für die Kontaktflächen (8a; 8b) des temperatur-sensitiven Elements (5) angeordnet sind, dass das temperatur-sensitive Element (5) anschließend so in die für das Substrat (6) vor gesehene Öffnung (10) der mindestens einen Schutzfolie (9) eingesetzt wird, dass die erste Seite des Substrats (6) in Richtung des Trägerelementes (1) zeigt, dass das Laminat (12) aus Trägerelement (1) und Schutzfolie(n) (9) zusammen mit dem in die Öffnung (10) einge setzten temperatur-sensitiven Element (5) bei einer Temperatur T gesintert wird, dass das Trägerelement (1) und die mindestens eine Schutzfolie (9) dadurch mechanisch fest ver bunden werden und dass die Kontaktflächen (8a; 8b) und die Anschlussflächen (3a; 3b) im Bereich der für das Substrat (6) vorgesehenen Öffnung (10) elektrisch leitend und mecha nisch fest miteinander verbunden werden.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur T in einem Bereich von 850°C bis 1300°C gewählt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakt flächen (8a; 8b) und/oder die Anschlussflächen (3a; 3b) im Bereich der für das Substrat (6) vorgesehenen Öffnung (10) vor Einsetzen des Substrats (6) in die Öffnung (10) mit einem Haftvermittler beschichtet werden.