DE102017129877B4 - Process for the production of a thin-film measuring arrangement and thin-film measuring arrangement - Google Patents

Process for the production of a thin-film measuring arrangement and thin-film measuring arrangement Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Messanordnung umfassend mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (1), wobei die elektrisch isolierende Schicht (1) aus Dünnglas gebildet wird, wobei eine Glasschicht mit einem metallischen Substrat (2) verbunden wird, wobei als Glasschicht das Dünnglas mit einer Dicke von weniger als 200 µm verwendet wird, wobei das Dünnglas auf das metallische Substrat (2) gepresst wird, wobei das metallische Substrat (2) mindestens eine gekrümmte Oberfläche (2a) aufweist, mit welcher das Dünnglas verbunden wird, und wobei Laserstrahlung zur Herstellung einer zumindest stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Dünnglas und dem metallischen Substrat (2) verwendet wird, wobei auf die elektrisch isolierende Schicht (1) an einer von dem metallischen Substrat (2) abgewandten Seite mindestens ein Dehnungsmessstreifen (3) in Form einer strukturierten metallischen Dünnschicht aufgebracht wird.Method for producing a thin-layer measuring arrangement comprising at least one electrically insulating layer (1), the electrically insulating layer (1) being formed from thin glass, a glass layer being connected to a metallic substrate (2), the thin glass being used as the glass layer with a thickness of less than 200 µm is used, the thin glass being pressed onto the metallic substrate (2), the metallic substrate (2) having at least one curved surface (2a) to which the thin glass is connected, and laser radiation for the production an at least material connection between the thin glass and the metallic substrate (2), at least one strain gauge (3) in the form of a structured metallic thin layer being applied to the electrically insulating layer (1) on a side facing away from the metallic substrate (2). will.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Messanordnung. Ferner betrifft die Erfindung eine nach dem Verfahren hergestellte Dünnschicht-Messanordnung.The invention relates to a method for producing a thin-film measuring arrangement. Furthermore, the invention relates to a thin-layer measuring arrangement produced according to the method.

Aus dem Stand der Technik ist das Verschweißen von Glas mit Metallen bekannt, wobei die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden zu verbindenden Werkstoffe aufeinander angepasst werden. Durch die Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten wird verhindert, dass nach dem Schweißvorgang oder bei einem nachträglichen Wärmeeintrag die Verbindung zwischen Glas und Metall versagt.The welding of glass with metals is known from the prior art, with the thermal expansion coefficients of the two materials to be connected being matched to one another. Adjusting the thermal expansion coefficients prevents the connection between glass and metal from failing after the welding process or in the event of subsequent heat input.

Beispielsweise geht aus der DE 10 2012 206 201 A1 ein Bauteil hervor, das ein erstes Teil aus Glas und ein zweites Teil aus Metall sowie eine Glas-Metall-Verbindung enthält. Das Glas weist dabei die folgende Zusammensetzung auf: 0-3 Gew.-% B2O3, 1-4 Gew.-% Al2O3, 8-16 Gew.-% Na2O, 1-9 Gew.-% K2O, 0-5 Gew.-% CaO, 0-5 Gew.% MgO, 0-2 Gew.-% BaO, 0-4 Gew.-% SrO und der Rest ist SiO2. Ferner beträgt der Eisenanteil im Glas weniger als 400 ppm. Darüber hinaus unterscheiden sich das Glas und Metall im thermischen Ausdehnungskoeffizienten um nicht mehr als 10%.For example, from the DE 10 2012 206 201 A1 a component that contains a first part made of glass and a second part made of metal as well as a glass-to-metal connection. The glass has the following composition: 0-3% by weight B 2 O 3 , 1-4% by weight Al 2 O 3 , 8-16% by weight Na 2 O, 1-9% by weight %K 2 O, 0-5 wt% CaO, 0-5 wt% MgO, 0-2 wt% BaO, 0-4 wt% SrO and the balance is SiO 2 . Furthermore, the iron content in the glass is less than 400 ppm. In addition, the glass and metal differ in thermal expansion coefficient by no more than 10%.

Die US 2014 / 0 252 386 A1 beschreibt ein eine Vorrichtung, die ein erstes Substrat mit einem Rillenabschnitt, ein Objekt über dem ersten Substrat, ein zweites Substrat über dem Objekt und eine Dichtungsmasse zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat umfasst, welche das Objekt und den Rillenabschnitt umgibt, wobei der Rillenabschnitt sich zwischen dem Objekt und der Dichtungsmasse befindet. Weiterhin ist ein Verfahren zur Verbindung des ersten und zweiten Substrats mittels Laserlichts beschrieben, wobei die Substrate aus Glas und Metall gebildet sein können.the U.S. 2014/0 252 386 A1 describes a device comprising a first substrate having a groove portion, an object over the first substrate, a second substrate over the object, and a sealant between the first substrate and the second substrate surrounding the object and the groove portion, the groove portion is between the object and the sealant. Furthermore, a method for connecting the first and second substrates by means of laser light is described, it being possible for the substrates to be formed from glass and metal.

Die US 9 515 286 B2 offenbart ein Verfahren zum Verbinden einer Glasschicht mit einem metallischen Substrat mittels eines Glaslotes, das mittels Laserstrahlung erwärmt wird.the U.S. 9,515,286 B2 discloses a method for connecting a glass layer to a metallic substrate by means of a glass solder that is heated by laser radiation.

Die US 3 217 088 A beschreibt ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse mit einer Grundplatte, einem endlosen Rand aus niedrig schmelzendem Glas, wobei das niedrig schmelzende Glas für Infrarotstrahlung undurchlässig ist und auf einer Oberfläche der Grundplatte gebildet ist, sowie ein dünnes Folienabdeckungselement, das dicht mit dem Scheitel des endlosen Randes verbunden ist. Das Abdeckungselement ist für dabei für Strahlung hoher Intensität durchlässig, zumindest in dem Bereich, in dem es mit dem Scheitel verbunden ist.the U.S. 3,217,088 A describes a hermetically sealed housing having a base plate, an endless rim of low-melting glass, the low-melting glass opaque to infrared radiation and being formed on a surface of the base plate, and a thin foil covering element which is sealed to the apex of the endless rim . The cover element is permeable to high-intensity radiation, at least in the area in which it is connected to the apex.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Messeinrichtung derart weiterzuentwickeln, dass die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Werkstoffe, nämlich des Glases und des Metalls, nicht aufeinander angepasst werden müssen.The object of the present invention is to further develop a method for producing a thin-film measuring device in such a way that the thermal expansion coefficients of the two materials, namely the glass and the metal, do not have to be matched to one another.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruchs 1 gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.This object is achieved by the method according to claim 1. The dependent claims that follow each specify advantageous developments of the invention.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Dünnschicht-Messanordnung umfassend mindestens eine elektrisch isolierende Schicht wird diese aus Dünnglas gebildet. Es erfolgt ein Verbinden der Glasschicht mit einem metallischen Substrat, wobei als Glasschicht das Dünnglas mit einer Dicke von weniger als 200 µm verwendet wird und wobei das Dünnglas auf das metallische Substrat gepresst wird. Das metallische Substrat weist mindestens eine gekrümmte Oberfläche auf, mit welcher das Dünnglas verbunden wird. Laserstrahlung wird zur Herstellung einer zumindest stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Dünnglas und dem metallischen Substrat verwendet. Auf die elektrisch isolierende Schicht wird schließlich auf einer von dem metallischen Substrat abgewandten Seite mindestens ein Dehnungsmessstreifen in Form einer strukturierten metallischen Dünnschicht aufgebracht.Within the framework of the method according to the invention for producing a thin-layer measuring arrangement comprising at least one electrically insulating layer, this layer is formed from thin glass. The glass layer is connected to a metallic substrate, thin glass with a thickness of less than 200 μm being used as the glass layer and the thin glass being pressed onto the metallic substrate. The metallic substrate has at least one curved surface to which the thin glass is bonded. Laser radiation is used to produce an at least material connection between the thin glass and the metal substrate. Finally, at least one strain gauge in the form of a structured metallic thin layer is applied to the electrically insulating layer on a side facing away from the metallic substrate.

Dabei wird unter einem „Dünnglas“ eine Lage aus Glas verstanden, die selbsttragend ist und als eine Einheit gehandhabt und auf das metallische Substrat aufgelegt werden kann. Derzeit ist solches Dünnglas in einer minimalen Dicke von etwa 20 µm verfügbar.A “thin glass” is understood to mean a sheet of glass that is self-supporting and can be handled and placed on the metallic substrate as a unit. Such thin glass is currently available with a minimum thickness of around 20 µm.

Eine Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Werkstoffe, nämlich des Glases und des Metalls, ist aufgrund der Verwendung der Laserstrahlung und des Dünnglases nicht notwendig. Es erfolgt ein kraft- und vibrationsfreies Fügen von Metall und Dünnglas. Zumindest einer der beiden Fügepartner oder beide Fügepartner werden mittels Laserstrahlung erwärmt und in eine teils stoff- und teils formschlüssige Verbindung miteinander gebracht. Die Verwendung von Laserstrahlung zum Fügen der beiden Werkstoffe ermöglicht deutliche kürzere Prozesszeiten, wobei die Verbindung zwischen den beiden Werkstoffen präzise und ortsgenau hergestellt wird.An adaptation of the thermal expansion coefficients of the two materials, namely the glass and the metal, is not necessary due to the use of the laser radiation and the thin glass. There is a force- and vibration-free joining of metal and thin glass. At least one of the two joining partners or both joining partners are heated by means of laser radiation and brought into a partly material and partly form-fitting connection with one another. The use of laser radiation to join the two materials enables significantly shorter process times, with the connection between the two materials being produced precisely and in exactly the right place.

Insbesondere weist das Dünnglas eine Dicke von weniger als 50 µm auf. Derart dünne selbsttragende Lagen aus Glas werden auch als „Dünnstglas“ bezeichnet. Der Einsatz von derart dünnen Gläsern kann es ermöglichen, dass bis zu einem höheren Grad Unterschiede in der thermischen Längenausdehnungen der unterschiedlichen zu verbindenden Werkstoffe toleriert werden.In particular, the thin glass has a thickness of less than 50 μm. Such thin self-supporting layers of glass are also referred to as "thin glass". The use of such thin glasses can allow up to a higher Degree differences in the thermal linear expansion of the different materials to be connected can be tolerated.

Durch die Laserstrahlung und die Verwendung von Dünnglas, insbesondere Dünnstglas, sind somit auch Verbindungen mit nicht-ebenen Oberflächen von metallischen Substraten möglich. Das metallische Substrat weist mindestens eine gekrümmte Oberfläche auf, mit welcher das Dünnglas, insbesondere Dünnstglas, verbunden wird. Das Dünnglas wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine gekrümmte metallische Oberfläche aufgebracht.Due to the laser radiation and the use of thin glass, in particular extremely thin glass, connections with non-planar surfaces of metallic substrates are therefore also possible. The metallic substrate has at least one curved surface to which the thin glass, in particular ultra-thin glass, is connected. The thin glass is applied to a curved metallic surface using the method according to the invention.

Vorzugsweise wird das Dünnglas, insbesondere Dünnstglas, berührungslos auf das metallische Substrat gepresst. Insbesondere wird das Dünnglas, insbesondere Dünnstglas, berührungslos mittels Druckluft auf das metallische Substrat gepresst.The thin glass, in particular extremely thin glass, is preferably pressed onto the metallic substrate without contact. In particular, the thin glass, in particular ultra-thin glass, is pressed onto the metallic substrate without contact by means of compressed air.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Laserstrahlung von einem CO2-Laser bereitgestellt. Bevorzugt wird das Dünnglas mittels der Laserstrahlung des CO2-Lasers erwärmt. Durch Wärmeleitung zwischen dem Dünnglas und dem metallischen Substrat wird indirekt auch das metallische Substrat erwärmt. Die Prozesszeit zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Dünnglas und dem metallischen Substrat mittels der Laserstrahlung des CO2-Lasers beträgt insbesondere weniger als 10 Sekunden.According to a preferred embodiment, the laser radiation is provided by a CO 2 laser. The thin glass is preferably heated by the laser radiation of the CO 2 laser. The metallic substrate is also indirectly heated by thermal conduction between the thin glass and the metallic substrate. The process time for producing the connection between the thin glass and the metallic substrate using the laser radiation of the CO 2 laser is less than 10 seconds in particular.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Laserstrahlung von einem Festkörperlaser bereitgestellt.According to a further preferred exemplary embodiment, the laser radiation is provided by a solid-state laser.

Vorzugsweise wird eine an dem Dünnglas und/oder an dem metallischen Substrat ausgebildete Zwischenschicht, die zwischen dem Dünnglas und dem metallischen Substrat angeordnet wird, mittels der Laserstrahlung direkt oder indirekt erwärmt. Die Prozesszeit zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Dünnglas und dem metallischen Substrat beispielsweise mittels der Laserstrahlung des Festkörperlasers, wobei die Zwischenschicht direkt erwärmt wird, beträgt insbesondere weniger als eine halbe Sekunde. Bevorzugt wird die Zwischenschicht an dem Dünnglas und/oder an dem metallischen Substrat vor dem Fügen, insbesondere durch Materialabtrag mittels Laserstrahlung, aufgeraut. Dabei erfolgt eine Veränderung, insbesondere laserbasierte Ablation, vorzugsweise an der Oberfläche des metallischen Substrats, sodass eine Art Verzahnung ausgebildet wird, die eine zumindest teilweise formschlüssige Verbindung der beiden Fügepartner ermöglicht. Mithin wird durch diese Veränderung der Oberfläche(n) die stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Fügepartnern unterstützt.An intermediate layer which is formed on the thin glass and/or on the metallic substrate and is arranged between the thin glass and the metallic substrate is preferably heated directly or indirectly by means of the laser radiation. The process time for producing the connection between the thin glass and the metallic substrate, for example by means of the laser radiation of the solid-state laser, with the intermediate layer being heated directly, is in particular less than half a second. The intermediate layer on the thin glass and/or on the metallic substrate is preferably roughened before joining, in particular by material removal using laser radiation. A change, in particular laser-based ablation, preferably takes place on the surface of the metallic substrate, so that a type of toothing is formed, which enables an at least partially form-fitting connection of the two joining partners. Consequently, this change in the surface(s) supports the integral connection between the two joining partners.

Ferner bevorzugt wird zwischen dem Dünnglas und dem metallischen Substrat eine Zwischenschicht in Form eines Glaslots vorgesehen, wobei das Glaslot mittels der Laserstrahlung erwärmt wird. Insbesondere wird das Glaslot zur Verringerung der Fügetemperatur zwischen dem Dünnglas und dem metallischen Substrat verwendet. Zur Erwärmung des Glaslotes wird die Wellenlänge der Laserstrahlung derart eingestellt, dass diese für das Dünnglas transparent ist und somit das Dünnglas nicht erwärmt. Mithin wird vorzugsweise nur das Glaslot erwärmt, wobei eine Schmelztemperatur des Glaslotes kleiner als eine jeweilige Schmelztemperatur der beiden Fügepartner ist. Das Glaslot ist insbesondere als Vermittlerschicht zwischen dem metallischen Substrat und dem Dünnglas vorgesehen und verringert zusätzlich den Einfluss der beiden unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Fügepartner. Furthermore, an intermediate layer in the form of a glass solder is preferably provided between the thin glass and the metallic substrate, the glass solder being heated by means of the laser radiation. In particular, the glass solder is used to reduce the joining temperature between the thin glass and the metallic substrate. To heat the glass solder, the wavelength of the laser radiation is set in such a way that it is transparent to the thin glass and therefore does not heat the thin glass. Consequently, preferably only the glass solder is heated, with a melting temperature of the glass solder being lower than a respective melting temperature of the two joining partners. The glass solder is provided in particular as an intermediary layer between the metallic substrate and the thin glass and additionally reduces the influence of the two different coefficients of thermal expansion of the two joining partners.

Glaslote besitzen eine niedrige Erweichungstemperatur, so dass eine Verbindung von unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt werden kann, ohne dass die zu verbindenden Bauteile dabei thermisch geschädigt werden. Ein hier geeignetes Glaslot ist beispielsweise unter der Bezeichnung G018-249 von der Fa. Schott AG erhältlich. Es handelt sich um ein bleifreies Lotglas mit einem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α20-300 (ISO7991) von 10,1 * 10-6 K-1 und enthält Al2O3, B2O3, SiO2, ZnO und Bi2O3.Glass solders have a low softening point, so that different materials can be connected without causing thermal damage to the components to be connected. A glass solder suitable here is available, for example, under the designation G018-249 from Schott AG. It is a lead-free solder glass with a linear thermal expansion coefficient α 20-300 (ISO7991) of 10.1 * 10 -6 K -1 and contains Al 2 O 3 , B 2 O 3 , SiO 2 , ZnO and Bi 2 O 3 .

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Dünnschicht-Messanordnung wird als elektrisch isolierende Schicht eine Glasschicht aus Dünnglas mit einer Dicke von weniger als 200 µm verwendet, wobei die elektrisch isolierende Schicht auf ein metallisches Substrat gepresst wird. Auf die elektrisch isolierende Schicht wird, an einer von dem metallischen Substrat abgewandten Seite, der mindestens eine Dehnungsmessstreifen aufgebracht.Within the framework of the method according to the invention for producing a thin-layer measuring arrangement, a glass layer made of thin glass with a thickness of less than 200 μm is used as the electrically insulating layer, with the electrically insulating layer being pressed onto a metallic substrate. The at least one strain gauge is applied to the electrically insulating layer on a side facing away from the metallic substrate.

Ein solcher Dehnungsmessstreifen ist durch eine strukturierte metallische Dünnschicht auf der elektrisch isolierenden Schicht gebildet. Als Verfahren zur Ausbildung eines Dehnungsmessstreifens in Dünnschichttechnik kommt beispielsweise ein PVD-, CVD- oder PACVD-Verfahren in Betracht.Such a strain gauge is formed by a structured metallic thin layer on the electrically insulating layer. A PVD, CVD or PACVD method, for example, can be considered as a method for forming a strain gauge using thin-film technology.

Die Aufgabe wird weiterhin durch eine erfindungsgemäße Dünnschicht-Messanordnung gelöst, die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht aus Dünnglas mit einer Dicke von weniger als 200 µm und mindestens einem Dehnungsmessstreifen in Form einer strukturierten metallischen Dünnschicht aufweist, wobei die Dünnschicht-Messanordnung nach dem zuvor genannten Verfahren hergestellt ist. Weiterhin weist die Dünnschicht-Messanordnung mindestens einen Dehnungsmesstreifen und das metallische Substrat auf, optional weiterhin eine Zwischenschicht zwischen Dünnglas und Substrat.The object is also achieved by a thin-layer measuring arrangement according to the invention, which has at least one electrically insulating layer made of thin glass with a thickness of less than 200 μm and at least one strain gauge in the form of a structured metallic thin layer, the thin-layer measuring arrangement using the aforementioned method is made. Furthermore, the thin-film measuring arrangement has at least one strain gauge and the metallic substrate, optionally also an intermediate layer between thin glass and substrate.

Das erfindungsgemäße Verfahren wir somit bevorzugt für die Herstellung von Sensorik verwendet, umfassend elektrisch isolierenden Schichten, also Isolatorschichten, auf Glasbasis. Insbesondere kann eine solche Isolatorschicht aus Dünnglas zur Aufnahme von Dehnungsmessstreifen auf Stahlwellen eingesetzt werden.The method according to the invention is therefore preferably used for the production of sensors comprising electrically insulating layers, ie insulator layers, based on glass. In particular, such an insulator layer made of thin glass can be used to accommodate strain gauges on steel shafts.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt

  • 1 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Dünnschicht-Messanordnung;
  • 2 eine Dünnschicht-Messanordnung auf einem gekrümmten metallischen Substrat; und
  • 3 eine weitere schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Dünnschicht-Messanordnung.
Further measures improving the invention are presented in more detail below together with the description of a preferred exemplary embodiment of the invention with reference to the figures. while showing
  • 1 a schematic sectional view to illustrate the structure of a thin-film measuring arrangement according to the invention;
  • 2 a thin film probe assembly on a curved metallic substrate; and
  • 3 a further schematic sectional view to illustrate the structure of a thin-film measuring arrangement according to the invention.

Gemäß der 1 weist die erfindungsgemäße Dünnschicht-Messanordnung ein metallisches Substrat 2 (gezeigt im Schnittbild) auf, wobei auf dem metallischen Substrat 2 eine elektrisch isolierende Schicht 1 aus Glas ausgebildet ist. Ferner sind an einer von dem metallischen Substrat 2 abgewandten Seite der elektrisch isolierenden Schicht 1 mehrere Dehnungsmessstreifen 3 angeordnet.According to the 1 the thin-film measuring arrangement according to the invention has a metallic substrate 2 (shown in the sectional view), with an electrically insulating layer 1 made of glass being formed on the metallic substrate 2. Furthermore, a plurality of strain gauges 3 are arranged on a side of the electrically insulating layer 1 facing away from the metallic substrate 2 .

Vorliegend ist das metallische Substrat 2 als - nicht weiter dargestellte - Getriebewelle ausgebildet. Mittels der Dünnschicht-Messanordnung, die auf der Getriebewelle integriert ist, können auf die Getriebewelle einwirkende Kräfte oder Drehmomente schnell und mit einer hohen Präzision erfasst werden. Insbesondere werden durch die erfindungsgemäße Dünnschicht-Messanordnung Möglichkeiten der Dehnungs- und Kraftmessung möglich, die mit geklebten Dehnungsmessstreifen auf Grund der begrenzten Lebensdauer unmöglich sind.In the present case, the metal substrate 2 is designed as a gear shaft—not shown in any more detail. The forces or torques acting on the gear shaft can be recorded quickly and with high precision using the thin-film measuring arrangement that is integrated on the gear shaft. In particular, the thin-film measuring arrangement according to the invention enables strain and force measurements that are impossible with bonded strain gauges due to the limited service life.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Dünnschicht-Messanordnung, wird zur Ausbildung der elektrisch isolierenden Schicht 1 Dünnglas mit einer Dicke von weniger als 200 µm berührungslos mittels Druckluft auf das metallische Substrat 2 gepresst. Laserstrahlung wird zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Dünnglas und dem metallischen Substrat 2 verwendet. Beispielsweise wird die Laserstrahlung von einem CO2-Laser bereitgestellt, wobei das Dünnglas mittels der Laserstrahlung des CO2-Lasers erwärmt wird, um die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Dünnglas und dem metallischen Substrat 2 auszubilden. Im Falle einer alternativen Erwärmung über Festkörperlaser erfolgt eine Erwärmung indirekt über das Substrat. Mithin wird die Verbindung zwischen dem metallischen Substrat 2 und der elektrisch isolierenden Schicht 1 aus Glas mittels Laserfügen hergestellt. Ferner werden auch die Dehnungsmessstreifen 3 mittels Laserfügen mit der elektrisch isolierenden Schicht 1 verbunden.According to the method according to the invention for producing the thin-layer measuring arrangement, thin glass with a thickness of less than 200 μm is pressed contactlessly onto the metallic substrate 2 by means of compressed air in order to form the electrically insulating layer 1 . Laser radiation is used to produce a material connection between the thin glass and the metallic substrate 2 . For example, the laser radiation is provided by a CO 2 laser, with the thin glass being heated by means of the laser radiation from the CO 2 laser in order to form the material connection between the thin glass and the metallic substrate 2 . In the case of an alternative heating via solid-state lasers, heating takes place indirectly via the substrate. Consequently, the connection between the metallic substrate 2 and the electrically insulating layer 1 made of glass is produced by means of laser joining. Furthermore, the strain gauges 3 are also connected to the electrically insulating layer 1 by means of laser joining.

Die 2 zeigt eine weitere Dünnschicht-Messanordnung mit einem metallischen Substrat 2, wobei auf einer gekrümmten Oberfläche 2a des metallischen Substrats 2 eine elektrisch isolierende Schicht 1 aus Dünnglas ausgebildet ist. Das metallische Substrat 2 ist hier in Form eines Lagerrings für ein Wälz- oder Gleitlager ausgebildet. Das metallische Substrat kann aber auch als Wälzkörperkäfig oder Wälzkörper vorliegen, beispielsweise als Wälzkörper in Kugelform, Tonnenform, Kegelstumpfform, Zylinderform und dergleichen. Ferner ist an einer von dem metallischen Substrat 2 abgewandten Seite der elektrisch isolierenden Schicht 1 ein mäanderförmig ausgebildeter Dehnungsmessstreifen 3 angeordnet. Der Dehnungsmessstreifen 3 ist in Dünnschichttechnik mittels eines PVD- oder CVD- oder PACVD-Verfahrens auf der elektrisch isolierenden Schicht 1 aufgebracht.the 2 FIG. 1 shows another thin-layer measuring arrangement with a metallic substrate 2, an electrically insulating layer 1 made of thin glass being formed on a curved surface 2a of the metallic substrate 2. FIG. The metallic substrate 2 is designed here in the form of a bearing ring for a roller or plain bearing. However, the metallic substrate can also be in the form of a rolling element cage or rolling elements, for example as rolling elements in a spherical shape, barrel shape, truncated cone shape, cylindrical shape and the like. Furthermore, a meandering strain gauge 3 is arranged on a side of the electrically insulating layer 1 facing away from the metallic substrate 2 . Strain gauge 3 is applied to electrically insulating layer 1 using thin-film technology using a PVD, CVD, or PACVD method.

3 zeigt eine Dünnschicht-Messanordnung mit einem metallischen Substrat 2 im Schnittbild, wobei auf dem metallischen Substrat 2 eine elektrisch isolierende Schicht 1 aus Glas ausgebildet ist. Ferner sind an einer von dem metallischen Substrat 2 abgewandten Seite der elektrisch isolierenden Schicht 1 mehrere Dehnungsmessstreifen 3 angeordnet. Zwischen der elektrisch isolierenden Schicht 1 aus Dünnglas und dem metallischen Substrat 2 ist eine Zwischenschicht 4, hier aus einem Glaslot angeordnet. Das Glaslot wurde mittels eines Festkörperlasers direkt erwärmt und erschmolzen, um das elektrische Substrat 2 und das Dünnglas zu fügen. 3 shows a thin-film measuring arrangement with a metallic substrate 2 in a sectional view, with an electrically insulating layer 1 made of glass being formed on the metallic substrate 2 . Furthermore, a plurality of strain gauges 3 are arranged on a side of the electrically insulating layer 1 facing away from the metallic substrate 2 . Between the electrically insulating layer 1 made of thin glass and the metallic substrate 2 is an intermediate layer 4, here made of a glass solder. The glass solder was directly heated and melted by a solid-state laser to join the electric substrate 2 and the thin glass.

BezugszeichenlisteReference List

11
elektrisch isolierende Schichtelectrically insulating layer
22
metallisches Substratmetallic substrate
2a2a
gekrümmte Oberflächecurved surface
33
Dehnungsmessstreifenstrain gauges
44
Zwischenschichtintermediate layer

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Messanordnung umfassend mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (1), wobei die elektrisch isolierende Schicht (1) aus Dünnglas gebildet wird, wobei eine Glasschicht mit einem metallischen Substrat (2) verbunden wird, wobei als Glasschicht das Dünnglas mit einer Dicke von weniger als 200 µm verwendet wird, wobei das Dünnglas auf das metallische Substrat (2) gepresst wird, wobei das metallische Substrat (2) mindestens eine gekrümmte Oberfläche (2a) aufweist, mit welcher das Dünnglas verbunden wird, und wobei Laserstrahlung zur Herstellung einer zumindest stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Dünnglas und dem metallischen Substrat (2) verwendet wird, wobei auf die elektrisch isolierende Schicht (1) an einer von dem metallischen Substrat (2) abgewandten Seite mindestens ein Dehnungsmessstreifen (3) in Form einer strukturierten metallischen Dünnschicht aufgebracht wird.A method for producing a thin-film measuring arrangement comprising at least one electrically insulating layer (1), wherein the electrically insulating layer (1) is formed from thin glass, a glass layer being connected to a metallic substrate (2), thin glass having a thickness of less than 200 µm being used as the glass layer, the thin glass being pressed onto the metallic substrate (2). is used, wherein the metallic substrate (2) has at least one curved surface (2a) to which the thin glass is connected, and wherein laser radiation is used to produce an at least material connection between the thin glass and the metallic substrate (2), the electrically insulating layer (1), at least one strain gauge (3) in the form of a structured metallic thin layer is applied to a side facing away from the metallic substrate (2). Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dünnglas mit einer Dicke von weniger als 50 µm verwendet wird.procedure after claim 1 , using the thin glass with a thickness of less than 50 µm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dünnglas berührungslos auf das metallische Substrat (2) gepresst wird.Method according to one of the preceding claims, in which the thin glass is pressed onto the metallic substrate (2) without contact. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Laserstrahlung von einem CO2-Laser bereitgestellt wird.A method according to any one of the preceding claims, wherein the laser radiation is provided by a CO 2 laser. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Dünnglas mittels der Laserstrahlung des CO2-Lasers erwärmt wird.procedure after claim 4 , wherein the thin glass is heated by the laser radiation of the CO 2 laser. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Laserstrahlung von einem Festkörperlaser bereitgestellt wird.Procedure according to one of Claims 1 until 3 , wherein the laser radiation is provided by a solid-state laser. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine an dem Dünnglas und/oder an dem metallischen Substrat (2) ausgebildete Zwischenschicht, die zwischen dem Dünnglas und dem metallischen Substrat (2) angeordnet wird, mittels der Laserstrahlung direkt oder indirekt erwärmt wird.Method according to one of the preceding claims, in which an intermediate layer which is formed on the thin glass and/or on the metallic substrate (2) and is arranged between the thin glass and the metallic substrate (2) is heated directly or indirectly by means of the laser radiation. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Zwischenschicht an dem Dünnglas und/oder an dem metallischen Substrat (2) vor dem Fügen aufgeraut wird.procedure after claim 7 , wherein the intermediate layer on the thin glass and/or on the metallic substrate (2) is roughened before joining. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Dünnglas und dem metallischen Substrat (2) eine Zwischenschicht in Form eines Glaslots vorgesehen wird, wobei das Glaslot mittels der Laserstrahlung direkt oder indirekt erwärmt wird.Method according to one of the preceding claims, in which an intermediate layer in the form of a glass solder is provided between the thin glass and the metallic substrate (2), the glass solder being heated directly or indirectly by means of the laser radiation. Dünnschicht-Messanordnung mit mindestens einer elektrisch isolierenden Schicht (1) aus Glas und mindestens einem Dehnungsmessstreifen (3) in Form einer strukturierten metallischen Dünnschicht, wobei die Dünnschicht-Messanordnung nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.Thin-film measuring arrangement with at least one electrically insulating layer (1) made of glass and at least one strain gauge (3) in the form of a structured metallic thin layer, the thin-film measuring arrangement using a method according to one of Claims 1 until 9 is made.
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