DE19640676A1 - Verfahren zur Herstellung von Mikrospulen und -transformatoren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Mikrospulen und -transformatorenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung
von Mikrospulen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist
schon ein Verfahren bekannt (EP 0 551 735 A1) bei dem,
ausgehend von einer Seite eines Substrats, nacheinander
Spulenwicklungen und isolierende Schichten aufgebracht
werden. Bei dem bekannten Verfahren werden
Isolationsschichten verwendet, die, wie beispielsweise
fotostrukturierbares Polyimid, zeitaufwendige
Aushärteprozesse und Planarisierungsverfahren erfordern,
denn zur fotolithografischen Strukturierung oder bei
Anwendung von Galvanik benötigt man plane Oberflächen.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß die Isolationsschichten durch das Aufpressen von
Kunststoff-Folien bei gleichzeitiger Planarisierung der
Oberfläche realisiert werden. Dadurch entfallen
Aushärteprozesse der Isolation und aufwendige
Planarisierungsverfahren. Man erhält ohne zusätzliche
Planarisierung eine gute Strukturauflösung bei Fotoprozessen
beziehungsweise homogene Schichtdicken für galvanische
Prozesse.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Verbesserungen des im
Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß sich durch die
Verwendung von Positivlacken als fotostrukturierbare
Schichten im Vergleich zur Verwendung von
fotostrukturierbaren Polyimiden größere optische Auflösungen
erreichen lassen (circa 4 Mikrometer beim Positivlack im
Vergleich zu circa 10 Mikrometer bei Polyimiden). Mit
Positivlacken läßt sich bei Mikrostrukturen ein Verhältnis
von Höhe zu Breite der Strukturen (Aspektverhältnis) von bis
zu 10 erreichen, wodurch bei gleicher Querschnittsfläche von
Spulenwindungen und damit gleichem elektrischen Widerstand
eine deutliche laterale Miniaturisierung der Spulen
realisierbar ist. Mit Polyimiden ist dagegen nur ein
Aspektverhältnis von bis zu circa 4 erreichbar. Ferner wird
durch die Verwendung von Kunststoff-Folien und Positivlacken
ein Aushärten sonst verwendeter Polyimidformen vermieden,
bei dem ein Materialschrumpf auftritt, der je nach Material
mehrere zehn Prozent betragen kann und durch den es so zu
Strukturverlust und Kantenverrundungen kommt. Denn Polyimid
wird als Fotoresist in seiner Precursorform benutzt und
wird erst chemisch resistent, langzeitstabil und elektrisch
isolierend, wenn es mehrere Stunden bei 300 bis 400°C
ausgehärtet wurde.
Vorteilhaft ist ferner eine Integration übereinander
angeordneter Spulenwicklungen, die über eine
Durchkontaktierung durch die Isolation miteinander
elektrisch verbunden sind. Diese Durchkontaktierungen können
im Inneren der Spulenwicklung angeordnet sein. Dadurch
können Mikrospulen mit vergleichsweise hohen
Induktivitätswerten in nahezu beliebigem Design realisiert
werden. Da weiterhin auch laterale Verbindungen von
nebeneinander angeordneten Spulen möglich sind, sind auch
komplexe Spulenanordnungen, z. B. Spulenfelder ("arrays")
oder Transformatoren, verwirklichbar.
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die verwendeten
Kunststoff-Folien auf der von der zur ebnenden Oberfläche
abgewandten Seite mit einer Metallschicht versehen sind.
Dadurch entfällt zusätzlich zu einem eigenen
Planarisierungsschritt außerdem noch das Auftragen einer
leitenden Startschicht für ein galvanisches oder
außenstromloses Metallabscheidungsverfahren oder das
Auftragen einer Ätzmaske.
Eine Integration magnetischer Kernmaterialien oder auch die
Verwendung magnetisch isolierender Stoffe dient in
vorteilhafter Weise dazu, die Spuleninduktivität zu erhöhen
beziehungsweise definierte Pfade für den magnetischen Fluß
einzustellen, z. B. zur Flußrückführung in ein Spulenzentrum.
Damit sind funktionale Anordnungen für Sensoren und Aktoren
realisierbar.
Eisennickel-Legierungen mit ihrer relativ hohen magnetischen
Permeabilität eignen sich in vorteilhafter Weise dazu, die
z. B. als weichmagnetische Flußleiter dienenden magnetischen
Bereiche zu realisieren.
Die Integration hartmagnetischer Materialien, beispielsweise
ternärer oder quaternärer Legierungen, als magnetische
Flußquellen gewährt schaltungstechnische Vorteile in der
Spulenanwendung, zum Beispiel bei der magnetischen Kopplung
von Spulen, bei bistabilen Relais oder induktiven Sensoren.
Die Verwendung eines in einem fotostrukturierbaren Polymer
verteilten hartmagnetischen Magnetpulvers als
hartmagnetisches Material für den Kernbereich ist eine
kostengünstige Alternative zu einem galvanischen Verfahren.
Je nach Verwendungszweck der Mikrospule kann vorteilhaft
eine Integration des Herstellungsverfahrens mit bestehenden
Techniken (beispielsweise als Additivtechnik die Kopplung
mit Verfahren der Mikromechanik und/oder IC-Herstellung im
Anschluß an die mikromechanische Bearbeitung bzw. im
Anschluß an die IC-Herstellung) erfolgen. In vorteilhafter
Weise kann dabei Kupfer, Silber oder Gold als Material für
die Spulenwicklungen gewählt werden.
Das kostengünstige Herstellungsverfahren ist insbesondere
bei der Herstellung von Massenprodukten wie Wegsensoren in
Düsenanordnungen vorteilhaft anzuwenden, beispielsweise für
Kraftstoff-Einspritzsysteme in Kraftfahrzeugen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 den beispielhaften Aufbau einer
zweilagigen Mikrospule mit geschlossenem weichmagnetischen
Kernbereich, Fig. 2 eine beispielhafte Abfolge von
Schichtauftragungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 3 zeigt:die Drahtanordnung einer einlagigen Mikrospule
mit Doppelspulenwicklungen (Mikrotransformator), Fig. 4
zeigt die Drahtanordnung eines zweilagigen
Mikrotransformators, und Fig. 5 zeigt einen
miniaturisierten Wegsensor zur Abstands-/Wegmessung kleiner
metallischer Objekte.
In Fig. 1 ist in einer Explosionszeichnung der
beispielhafte Aufbau einer zweilagigen Mikrospule mit einem
geschlossenen weichmagnetischen Kernbereich, der aus einem
magnetischen Kern 5, einem magnetischen Kernoberteil 6 und
einem umlaufenden magnetischen Kernbereich 7 zusammengesetzt
ist, dargestellt. Dieser weichmagnetische Kernbereich ist
eine mögliche Realisierung einer geschlossenen Rückführung
des magnetischen Flusses. Übereinander angeordnete
Spulenwicklungen 1a, 1b umschließen dabei den magnetischen
Kern 5. Die Spulenwicklungen 1a, 1b sind ihrerseits vom
umlaufenden magnetischen Kernbereich 7 sowie vom
magnetischen Kernunterteil 8 und dem magnetischen
Kernoberteil 6 eingeschlossen. Eine im Spuleninneren
angeordnete Durchkontaktierung 2 verbindet Spulenwicklung 1a
mit Spulenwicklung 1b. An über Spalte im umlaufenden
magnetischen Kernbereich 7 nach außen geführte Enden der
Spulenwicklungen 1a, 1b sind Anschlußkontakte 3 vorgesehen.
Der Raum zwischen den Spulenwicklungen beziehungsweise
zwischen den Spulenwicklungen und den sie umgebenden
magnetischen Kern, magnetischen Kernoberteil, magnetischen
Kernunterteil sowie umlaufenden magnetischen Kernbereich ist
mit einem Isolator 4 aufgefüllt. Der beschriebene Spulentyp
dient einer Veranschaulichung eines typischen Aufbaus mit
einer Spulenfläche von ca. 4 Quadratmillimeter. Es sind auch
Versionen herstellbar, die mehr als zwei Wicklungen
aufweisen oder bei denen die Gestaltung (Geometrien) der
Wicklungen und des Kernbereichs anders ist; die Windungszahl
pro Spulenwicklung ist frei wählbar und liegt zum Beispiel
zwischen 5 und 100 Windungen pro Spulenwicklung. Auch ist
die Integration magnetisch isolierender Stoffe möglich. Der
Isolator 4 kann aus Polyimid, BCB, Polyester oder ähnlichem
bestehen. Der Kernbereich ist auch aus hartmagnetischen
ternären oder quaternären Legierungen (aus drei bzw. vier
Elementen beispielsweise aus der Aufzählung: Fe, Co, Ni, Mn,
P) herstellbar. Die galvanische Integration von Hartmagneten
als permanente Quelle magnetischen Flusses erlaubt breitere
Spulenanwendungen, auch Anwendungen in der Aktorik
(Schalter, Relais), z. B. schnelle Kompensation eines
Hartmagnetfeldes durch Einschalten eines Spulenstroms u.ä.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ein allgemeines
Herstellungsverfahren für ein- oder mehrlagige,
spiralförmige Mikrospulen und für Verbindungen von Spulen
dar. Auch Mikrospulenanordnungen, die geeignet miteinander
elektrisch verbundene und/oder magnetisch gekoppelte
Mikrospulen aufweisen, sind mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren herstellbar, beispielsweise Mikrospulenanordnungen
mit Doppelspulenwicklungen, die als Mikrotransformator
verwendbar sind. Die magnetischen Kernbereiche dienen zur
Erhöhung der Spuleninduktivität und zur Führung des
magnetischen Flusses. Mit dem Verfahren sind dicke
Spulendrähte (bis zu größenordnungsmäßig 100 × 100
Quadratmikrometer Spulendraht-Querschnittsfläche) zur
Erzielung eines niederohmigen Widerstandes verwirklichbar,
auch Geometrien mit hohem Aspektverhältnis (z. B. 100
Mikrometer Höhe und 10 Mikrometer Breite).
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Abfolge von
Verfahrensschritten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur
Herstellung einer zweilagigen Mikrospule, die in Fig. 1
beschrieben ist. Bei dem Verfahren wird von einem
nicht leitenden Substrat 20 ausgegangen (Fig. 2a), auf dem
nach einem Reinigungsprozeß zunächst eine leitende
Startschicht aufgebracht wird. Als Substratmaterial kommen
zum Beispiel Glas, Keramik, Silizium mit einer
Siliciumdioxidschicht, Verbindungshalbleiter oder auch
Kunststoffe in Frage. Die Anforderungen an das Substrat sind
eine gute Planarität und die Verträglichkeit des Materials
mit fotolithografischen und galvanotechnischen
Prozeßschritten. Um die Startschicht aufzubringen, ist es
möglich, Metallschichten oder Schichtsysteme aufzusputtern
oder in Anlehnung an die Leiterplattentechnik metallisierte
Kunststoff-Folien aufzulaminieren. Des weiteren können auch
außenstromlose Metallisierungsverfahren zur
Substratbeschichtung angewendet werden.
Nach der Substratvorbehandlung wird als strukturierbare
Schicht ein Fotoresist (Flüssig- oder Festresist) auf das
Substrat aufgebracht. Flüssigresiste werden dabei
aufgeschleudert, Festresiste auflaminiert. Die
Resistschichtdicke wird bei den Flüssigresisten durch die
Umdrehungszahl festgelegt, während sie beim Festresist durch
die Anzahl der auflaminierten Resistlagen eingestellt wird.
Im Gegensatz zum Festresist ist bei den Flüssigresisten nach
dem Aufschleudern noch eine Trocknung (Prebake) notwendig.
Abhängig vom Auflösungsvermögen des Resistmaterials und von
den geforderten Dimensionen der Mikrospule werden
typischerweise Resistschichtdicken zwischen
10 und 50 Mikrometern gewählt. Die zu realisierende Struktur
des magnetischen Kernunterteils 8 wird im nächsten Schritt
durch UV-Belichtung mit Hilfe einer fotolithografischen
Maske und anschließender Entwicklung invers in den Resist
übertragen. Darauf folgt ein Aufgalvanisieren der
Resistgräben, welches mit einem magnetischen Material, zum
Beispiel Nickeleisen, durchgeführt wird.
Nach dem Galvanisieren wird die Resistform entfernt, so daß
die erhabenen Metallstrukturen auf der Oberfläche
freistehen. Um im nächsten Schritt eine Isolationsschicht 4a
aufzubringen und die Oberfläche zu planarisieren, wird eine
isolierende Folie aus Kunststoff, zum Beispiel aus Polyimid,
das auch unter dem Markennamen Kapton erhältlich ist, oder
aus Polyester o. ä., so auflaminiert, daß die freien Bereiche
zwischen den Metallstegen aufgefüllt werden. Dies hat den
Vorteil, daß der komplizierte Prozeß des Aufschleuderns und
Temperns in mehreren Schritten, wie er bei flüssigen
Materialien erforderlich ist, durch einen einfachen Schritt
ersetzt wird. Die benutzte Folie besteht aus einem
Zweischichtsystem. Auf der dem Substrat zugewandten Seite
ist eine Epoxidklebeschicht aufgebracht, die fließfähig ist
und sich beim Aufpressen in die Metallzwischenräume
verteilt. Nach dem Aufpressen bei erhöhter Temperatur,
beispielsweise in einem Bereich zwischen 100 und 250 Grad
Celsius, ist das Material ausgehärtet und langzeitstabil.
Über dem Klebefilm befindet sich beispielsweise
Polyimidfolie, die chemisch resistent und elektrisch
isolierend ist.
Nun folgt wieder ein Auftragen einer leitenden Startschicht
auf die Isolationsschicht 4a. Für die Durchführung dieses
Schrittes gibt es verschiedene Möglichkeiten:
- a) Sputtern einer Metallschicht oder eines -systems.
Hierbei werden in einem Hochvakuumprozeß die Metallatome, die durch beschleunigte Ionen in einem Plasma aus einem metallischen Target herausgeschlagen werden, auf der Isolationsschicht abgeschieden. - b) Verwendung metallisiereter Folien:
Besonders vorteilhaft ist es, wenn im vorangegangenen Schritt des Aufbringens einer Isolationsschicht 4a eine schon metallisierte Folie verwendet wird. Dadurch erübrigt sich das gesonderte Aufbringen einer leitenden Startschicht, wodurch die Prozeßabfolge in Verbindung mit einem Kostenvorteil wesentlich vereinfacht wird. - c) Außenstromlose Metallisierung:
Vereinfacht wird die Prozeßabfolge auch, wenn auf die Isolationsschicht 4a eine Keimschicht für eine außenstromlose Metallabscheidung aufgebracht wird. Diese kann auf naßchemischem Wege als komplexe Palladiumverbindung oder durch Aufsputtern einer wenige Atomlagen dicken Platin- oder Palladiumschicht erfolgen. Die Keimschicht dient als Grundlage für die außenstromlose Abscheidung einer Metallschicht auf der Isolation. Die außenstromlose Abscheidung wird allerdings erst im nachfolgenden Schritt, nach dem Strukturieren der Resistform für die erste Spulenlage durchgeführt. Dies hat den Vorteil, daß nach dem galvanischen Aufbau der ersten, unteren Spulenwicklung kein Entfernen der Startschicht durch einen Ätzprozeß erforderlich ist, um die leitenden Bereiche zwischen den Spulenwicklungen zu entfernen.
Nach dem Aufbringen einer leitenden Startschicht
beziehungsweise einer Keimschicht wird nun für die
Realisierung einer ersten Spulenwicklung 1a ein Fotoresist
aufgetragen, der fotolithografisch strukturiert wird.
Im Gegensatz zu den Verfahren a) und b) wird beim
obengenannten Verfahren der außenstromlosen Metallisierung
zunächst auf chemischem Wege eine dünne Metallschicht
innerhalb der Resistgräben abgeschieden. Da die
Leitfähigkeit der Keimschicht (siehe oben) sehr gering ist,
entstehen keine leitenden Verbindungen zu den unter den
Resist liegenden Bereichen. Da nach diesem Schritt nur die
Bereiche elektrisch leitfähig sind, in denen später
galvanisch ein Metall abgeschieden werden soll, müssen die
Einzelstrukturen untereinander durch gut leitende
Metallbahnen verbunden sein, was ein spezielles Maskenlayout
verlangt. Die elektrischen Verbindungsstege werden erst nach
dem kompletten Fertigstellen der Spule beim mechanischen
Vereinzeln durchgetrennt.
Nach der Fotostrukturierung der Resistform und für den
Fall c) der selektiven Metallisierung, werden die
Resistgräben mit Kupfer aufgefüllt, beispielsweise in einem
galvanischen Prozeß. Der Fotoresist wird schließlich wieder
entfernt. In den Fällen a) und b) erfolgt anschließend die
Entfernung der Startschicht durch einen Ätzprozeß. Im Fall
c) ist dies nicht erforderlich, weil nur selektiv einzelne
Bereiche metallisiert wurden. Es wird anschließend eine
zweite Isolationsschicht 4b, erfindungsgemäß eine
Polyimidfolie, beispielsweise eine Kaptonfolie, durch Druck
und Wärme aufgebracht, um eine Isolation zur nächsten
Spulenlage zu gewährleisten (siehe Fig. 2b).
Zur Verbindung (Durchkontaktierung) der ersten
Spulenwicklung 1a mit einer nachfolgend herzustellenden
zweiten Spulenwicklung 1b (vergleiche Fig. 2c) wird
zunächst ein Maskenmaterial, zum Beispiel eine Fotoresist-,
eine Oxid- oder eine Metallschicht, aufgebracht und durch
einen Fotolithografie- und einen Ätzschritt (nur bei Oxid-
und Metallmaskierung) strukturiert. Neben gesputterten
Schichten kann das Aufbringen der Metallschicht auch hier
schon beim Laminieren der Isolationsschicht im
vorangegangenen Verfahrensschritt erreicht werden, wenn man
eine bereits metallisierte Folie verwendet. Es ist aber in
jedem Fall eine Strukturierung der Metallschicht durch einen
Fotolithografie- und einen Ätzschritt erforderlich.
Mit Hilfe der so erzeugten Ätzmaske wird die
Isolationsschicht bis auf die untere Spulenlage durchgeätzt,
wozu ein Trockenätzverfahren verwendet wird. Alternativ zum
Trockenätzverfahren kann auch Laserstrahlung (zum Beispiel
Laserablation mit einem Exzimerlaser) verwendet werden, um
an einer Stelle die Isolationsschicht bis zur unteren
Spulenlage zu entfernen, wobei man bei dieser
Laserstrukturierung ohne Maskierung der Isolationsschicht
auskommt.
Nach dem Trockenätzverfahren wird die Maskierung (falls
vorhanden) von der Isolationsschicht entfernt und eine
Matallschicht auf die Isolation und in das Loch der
Durchkontaktierung gesputtert.
Für die zweite Spulenwicklung 1b wird analog zur ersten
Spulenwicklung 1a verfahren, um schließlich mit einer
dritten Isolationsschicht 4c die zweite Spulenwicklung 1b
vom nachfolgend herzustellenden magnetischen Kernoberteil 6
zu isolieren.
Jetzt folgt zunächst die Herstellung des umlaufenden
magnetischen Kernbereichs sowie des magnetischen Kerns, die
beide zusammen in der Spulenanwendung als geschlossener
magnetischer Flußpfad dienen. Hierzu werden wie im
Prozeßschritt zur Herstellung der Durchkontaktierung mit
Hilfe einer Maskierung die Gräben für Ausnehmungen 5c
beziehungsweise 7c für den magnetischen Kern und den
umlaufenden magnetischen Kernbereich bis auf den
magnetischen Kernunterteil geätzt und anschließend mit einem
weichmagnetischen Material aufgefüllt (vergleiche
Fig. 2d, 2e). Die Maskierung wird wie im Verfahrens schritt
für die Herstellung der Durchkontaktierung anschließend
entfernt.
Darauf folgt die Herstellung des magnetischen Kernoberteils
6 (Fig. 2e). Hier wird genauso wie bei der Herstellung der
ersten Spulenwicklung verfahren, also zunächst eine leitende
Startschicht aufgetragen, anschließend ein Fotoresist
aufgebracht, der strukturiert wird. Darauf folgt wieder die
Auffüllung der Resistgräben mit dem weichmagnetischen
Kernmaterial, darauf das Entfernen des Fotoresists und das
Aufpressen einer Kunststoff-Folie zur Kapselung der Spule.
Nach dem Fertigstellen der Mikrospulen werden die
Einzelelemente mechanisch getrennt, zum Beispiel durch
Sägen. Damit werden eventuelle elektrische Verbindungen der
Elemente untereinander getrennt.
Fig. 3 zeigt den Drahtverlauf einer einlagigen, mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Mikrospule mit
einer Doppelspulenwicklung 21, die als Mikrotransformator
verwendbar ist. Die Doppelspulenwicklung 21 ist über
Doppelanschlußkontakte 23, 24 kontaktierbar, wobei eine
Doppeldurchkontaktierung 25 die elektrische Verbindung
zwischen der Doppelspulenwicklung 21 und dem
Doppelanschlußkontakt 23 herstellt.
Fig. 4 zeigt den Drahtverlauf eines weiteren
Ausführungsbeispiels einer Mikrospule mit
Doppelspulenwicklungen in einer zweilagigen Ausführungsform,
hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die erste
und die zweite Doppelspulenwicklung 21 bzw. 22 sind über die
Doppeldurchkontaktierung 25 elektrisch miteinander
verbunden.
Die in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele sind zur
Verwendung als Sensorelement 34 (Fig. 5) für einen
miniaturisierten Wegsensor zur Messung kleiner Wegstrecken
metallischer Objekte 30 geeignet. In die Primärspule 32 des
Mikrotransformators wird von einer Wechselstromsignalquelle
35 ein Wechselstromsignal eingespeist, an die Sekundärspule
33 ist ein Phasenanalysator 36 angeschlossen. Mit dem
Phasenanalysator 36 ist der Abstand 31 des metallischen
Objekts vom Sensorelement 35 bestimmbar. In diesem Beispiel
sind die Spulen des Mikrotransformators mit dem
Übertragungsfaktor 1 zusammengeschaltet. Ein metallisches
Objekt in der Nähe des Sensorelements verändert den
Übertragungsfaktor zwischen den einzelnen Spulen und damit
die Phasenlage des Sekundärsignals. Ohne ein metallisches
Meßobjekt besteht eine Phasendifferenz von 90 Grad zwischen
dem Wechselstromsignal und der Phasenlage des Signals in der
Sekundärspule. Bei Annäherung des metallischen Objekts an
das Sensorelement verändert sich die Phasendifferenz, die
somit zur Abstandsmessung nutzbar ist. Gegenüber einer
reinen Messung der Veränderung einer Spuleninduktivität
(beispielsweise über die Verschiebung der Resonanzfrequenz
in einem Schwingkreis) bietet die Phasenmessung den Vorteil,
daß das Sensorelement miniaturisiert werden kann, ohne daß
bei gleicher Auflösung die Anregungsfreguenz der verwendeten
Wechselstromsignalquelle bis in den 100 MHz-Bereich
erhöht werden muß. Je nach Meßanforderung liegt die
Anregungsfrequenz beim hier beschriebenen Sensorelement im
Bereich von einigen 10 kHz bis einige Mhz. Diese
vergleichsweise niedrige Frequenz bietet den Vorteil, daß
nicht notwendigerweise das Sensorelement mit der zugehörigen
Auswerteelektronik integriert werden muß.
Die Anwendungsgebiete eines Sensorelements mit den oben
beschriebenen Merkmalen sind weit gestreut, denn die Lage
eines metallischen Objekts festzustellen ist heutzutage eine
allgemeine Aufgabe bei einer Reihe von Anwendungen. So
werden in Produktionslinien häufig die zu bearbeitenden
Teile auf einem Förderband transportiert und die Lage des
Werkstücks oder eines Transportschlittens muß exakt
detektiert werden. Für die Bearbeitung müssen die Werkstücke
oftmals geeignet ausgerichtet werden, wozu Lagesensoren
eingesetzt werden. Andere Einsatzfelder für solche Sensoren
finden sich dort, wo die Bewegung eines Objekts aus der
Lageänderung abgeleitet werden soll. Ein Beispiel hierfür
liefert die Kraftstoffeinspritzung in Kraftfahrzeugen, bei
der ein Sensorelement den Einspritzbeginn des Kraftstoffs
aus dem Hub einer Düsennadel während des Einspritzvorgangs
detektieren soll. Damit das Sensorelement in dem Düsenhalter
integriert werden kann, muß es entsprechend klein sein.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung von Mikrospulen mit einer
Spulenwicklung oder mit mehreren, übereinander angeordneten
Spulenwicklungen (1a, 1b), bei dem auf einer Seite eines
isolierenden Substrats (20)
- (I) eine leitende Startschicht und darauf
- (II) eine strukturierbare Schicht aufgebracht wird,
- (III) die anschließend strukturiert wird, um eine Form für eine Spulenwicklung (1a) der Mikrospulen zu bilden, wobei in einem weiteren Schritt
- (IV) die Form mit einem Material für die Spulenwicklung aufgefüllt wird,
- (Va) bei dem dann eine Isolationsschicht (4b) in planarisierender Weise aufgebracht wird, und bei dem die genannten Schritte (I-Va) entsprechend der Zahl der übereinander angeordneten Spulenwicklungen (1a, 1b. . .) wiederholt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Auffüllen der Form (Schritt (IV)) die strukturierbare Schicht entfernt wird und daß dann als Isolationsschicht eine beispielsweise aus Polyimid oder Polyester bestehende Kunststoffolie, die mit einer Klebeschicht versehen ist, durch Druck und Wärme aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spulenwicklungen als Doppelspulenwicklungen ausgebildet
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die strukturierbare Schicht aus einem Positivlack
besteht.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen der
Isolationsschicht (Schritt (Va)) eine Durchkontaktierung (2)
in die Isolationsschicht eingebracht wird, indem in der
Isolationsschicht (4b) ein Kontaktierungsloch (2a) erzeugt
wird, welches bis zur darunterliegenden Spulenwicklung (1a)
reicht und welches mit dem für die Spulenwicklung
vorgesehenen Material aufgefüllt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Kunststoffolien
auf der von der zu ebnenden Oberfläche abgewandten Seite mit
einer Metallschicht versehen sind, die als leitende
Startschicht oder Ätzmaske verwendbar ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß vor der Herstellung der
Spulenwicklungen auf dem Substrat ein magnetisches
Kernunterteil (8) erzeugt wird und von einer
Isolationsschicht (4a) bedeckt wird, daß nach der
Herstellung der Spulenwicklungen (1a, 1b,. . .) in die
Isolationsschichten (4b, 4c) der Spulenwicklungen und in die
Isolationsschicht (4a) des magnetischen Kernunterteils (8)
Ausnehmungen (5c bzw. 7c) für einen magnetischen Kern (5)
und einen umlaufenden magnetischen Kernbereich (7)
eingebracht werden, daß die Ausnehmungen (5c und 7c) mit
einem magnetischen Material aufgefüllt werden und der so
gebildete magnetische Kern (5) und umlaufende magnetische
Kernbereich (7), die mit dem magnetischen Kernunterteil (8)
verbunden sind, durch ein magnetisches Kernoberteil (6)
verbunden werden, wobei der Kern (5) in einem von den
Spulenwicklungen (1a, 1b,. . .) umschlossenen Innenbereich
angeordnet wird und der umlaufende magnetische Kernbereich
(7) die Spulenwicklungen umgibt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
FeNi als magnetisches Material verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
eine ternäre oder quaternäre Legierung als magnetisches
Material verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
ein in einem Polymer verteiltes hartmagnetisches
Magnetpulver als magnetisches Material verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
alle oder ein Teil der Ausnehmungen (Sc und/oder 7c) mit
einem magnetisch isolierenden Material aufgefüllt werden, um
gezielte Flußführungen einzustellen.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenwicklungen (1a,
1b . . . bzw. 21, 22) der Mikrospulen aus Cu, Ag oder Au
hergestellt werden.
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