DE19919031C2 - Magnetoelastischer Sensor und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines magnetoelastischen Sensors sowie einen nach dem Verfahren herstellbaren Sensor. Derartige Sensoren werden zur Erfassung von Kräften oder Drehmomenten in ferromagnetischen Materialien, zum Beispiel zur Erfassung einer von einem Fahrer auf ein Bremspedal eines Fahrzeugs ausgeübten Bremskraft, eingesetzt.

Ein solcher Sensor besteht in seiner einfachsten Form aus einem Magnetjoch, an dem eine Sender- und eine Empfängerspule angeordnet sind, und die an der Oberfläche eines Materials mit magnetoelastischen beziehungsweise magnetostriktiven Eigenschaften angeordnet wird. Eine auf das Material wirkende Kraft führt zu einer "Verformung" seines magnetischen Suszeptibilitätstensors µ, was sich in einer Veränderung des magnetischen Flusses ΔB durch das Joch bemerkbar macht. Diese Veränderung wird durch die Empfängerspule nachgewiesen.

Ein miniaturisierter Sensor nach diesem Prinzip ist in Rombach und Langheinrich "An Integrated Sensor Head in Silicon for Contactless Detection of Torque and Force", Sensors and Actuators A, 41-42, 1994, Seiten 410 bis 416 beschrieben. Bei diesem Sensor ist die Empfängerspule durch CMOS-MAGFETs in einem Luftspalt zwischen dem Joch und dem Material ersetzt.

Weiterentwickelte Formen von magnetoelastischen Sensoren sind aus Machine Design, 1996, Seite 55, 56 und in William J. Fleming, "Magnetostrictive Torque Sensors - Comparison of Branch, Cross and Solenoidal designs" beschrieben.

Weiter ist auch aus B. Löchl et al., Sensors and Acuators A, 54 (1996), Seiten 663 bis 668, ein Verfahren zur Herstellung von planaren Spulen mit weichmagnetischem Kern mittels Mi­ krostrukturierung bekannt. Im Einzelnen wird dort zunächst ein Fotolack lithografisch strukturiert, wonach die in dem Fotolack erzeugten Strukturen durch eine galvanische Ab­ scheidetechnik beispielsweise mit Gold in Form einer minia­ turisierten Spule ausgefüllt werden. Weiter ist dort ein Spulenkern aus einer Nickel-Eisen-Legierung vorgesehen. Ins­ gesamt wird auf diese Weise eine planare Spule mit einem Spulenkern aus einem weichmagnetischen Material mit Hilfe eines mikromechanischen Herstellungsverfahrens erzeugt.

Die als Kreuzkonstruktion (cross design) bezeichnete Sensorkonstruktion umfaßt zwei in rechtem Winkel zueinander angeordnete, magnetisch voneinander isolierte Joche, von denen eines eine Sender- und das andere eine Empfängerspule trägt, und deren Polstücke jeweils in unmittelbarer Nähe eines Prüfkörpers angeordnet sind, dessen Kraft­ beziehungsweise Drehmomentbelastung zu messen ist. Solange der Prüfkörper unbelastet und sein magnetischer Suszeptibilitätstensor µ isotrop ist, verläuft der vom Joch der Sendespule in den Prüfkörper eingekoppelte magnetische Fluß exakt im rechten Winkel zum Joch der Empfängerspule und wird daher nicht erfaßt. Erst wenn der Prüfkörper einer Kraft beziehungsweise einem Drehmoment ausgesetzt ist, das eine Anisotropie des Suszeptibilitätstensors µ herbeiführt, kommt es zu einer seitlichen Ablenkung des eingekoppelten magnetischen Flusses und damit zu einem magnetischen Fluß durch das Joch der Empfängerspule, der von dieser erfaßt wird.

Bei der Zweigkonstruktion (branch design) sind vier Joche zu einer in Draufsicht x-förmigen Anordnung verschmolzen, wobei ein sich vom Mittelpunkt der x- förmigen Anordnung aus erstreckender Polarm eine Senderspule und Polarme an den Enden der x-förmigen Anordnung jeweils eine Empfängerspule tragen. Die Empfängerspulen sind zu einer Brückenschaltung verbunden, deren Signale sich im kraft­ beziehungsweise drehmomentfreien Zustand des Prüfkörpers gegenseitig aufheben.

Diese beiden Konstruktionen sind in der Anwendung sehr vorteilhaft, weil sie in der Lage sind, bei verschwindender Kraft ein verschwindendes Signal zu liefern, so daß im Prinzip ein aufwendiger und mit Ungenauigkeiten behafteter Nullabgleich unterbleiben könnte.

Die Massenfertigung derartiger Sensoren und insbesondere ihre Miniaturisierung stoßen jedoch auf Schwierigkeiten, denn das aus Rombach et al. bekannte Herstellungsverfahren ist für sie nicht anwendbar. Dieses Verfahren beinhaltet das Ätzen von Vertiefungen in einem Siliciumsubstrat, das Erzeugen von Spulen auf den nicht geätzten Bereichen des Substrats und das Aufbringen einer weichmagnetischen Schicht über den Spulen und in den Vertiefungen. Die in dieser Weise beschichteten Vertiefungen, um die herum jeweils die Spulen ausgebildet sind, fungieren als Spulenkerne. Durch das Fertigungsverfahren bedingt haben diese Spulen nur ein sehr geringes Aspektverhältnis, was zu Streuungen in ihrer Induktivität und zu einer hohen Empfindlichkeit gegen Schwankungen der Breite des Luftspalts zwischen den Spulenkernen und dem Prüfkörper führt. Für einen guten Nullabgleich ist jedoch eine möglichst geringe Streuung der Induktivitäten erforderlich.

Eine Kreuzkonstruktion ist mit dem bekannten Verfahren nicht realisierbar, da es nur die Bildung einer einheitlichen weichmagnetischen Schicht zuläßt, wohingegen bei der Kreuzkonstruktion zwei voneinander magnetisch getrennte Joche gebildet werden müs­ sen.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung schlägt ein Verfahren vor, mit dem magnetoela­ stische Sensoren mit hoher Empfindlichkeit auf einfache Wei­ se hergestellt werden können. Bei diesem Verfahren wird zu­ nächst eine weichmagnetische Schicht auf ein Trägersubstrat aufgebracht, dann werden durch Aufbringen jeweils wenigstens einer planaren Spulenwicklung über der weichmagnetischen Schicht Spulen erzeugt und Spulenkerne durch Auffüllen eines in einem Zentrum der Spulen gebildeten Fensters mit einem weichmagnetischen Material gebildet. Dieses Fenster wird vorzugsweise erzeugt durch Strukturieren einer auf die Spu­ len aufgebrachten dielektrischen Schicht, insbesondere einer Resistschicht. Um Spulenkerne mit über ihre Länge im wesent­ lichen gleichbleibendem Querschnitt zu erzeugen, wird zum Strukturieren weiter ein Trockenätzverfahren oder Laserabla­ tion eingesetzt.

Das Aufbringen der weichmagnetischen Schicht und/oder das Aufbringen der Spulenwicklungen und/oder das Auffüllen des Fensters erfolgt vorzugsweise galvanisch, wobei wenigstens ein Zyklus des Erzeugens einer metallischen Startschicht, des Auftragens einer Resistschicht auf der Startschicht, des Strukturierens der Resistschicht, bis die Startschicht wenigstens bereichsweise freigelegt ist, und des galvanischen Aufwachsens auf den freigelegten Bereichen der Startschicht umfaßt. Zumindest im Falle des Aufbringens der Spulenwicklungen ist die Startschicht vorzugsweise so dünn, daß sie nur eine vernachlässigbare elektrische Eigenleitfähigkeit im Vergleich zur Leitfähigkeit der späteren Spule besitzt. Die Startschicht kann durch Aufdampfen oder Aufsputtern erzeugt werden; eine weitere, aufgrund ihrer Einfachheit bevorzugte Variante ist, die metallische Startschicht und die Resistschicht gemeinsam in Form einer metallisierten Folie aufzulaminieren.

Für die Herstellung eines Sensors mit Kreuzkonstruktion wird die weichmagnetische Schicht zweckmäßigerweise in drei aufeinanderfolgenden Zyklen aufgebracht, wobei in jedem Zyklus vier an den Ecken eine Raute angeordnete Felder aus weichmagnetischem Material erzeugt werden und im ersten Zyklus ein Verbindungssteg zwischen zwei an einer ersten Diagonale der Raute angeordneten Feldern und im dritten Zyklus ein Verbindungssteg zwischen den zwei anderen Feldern erzeugt wird. Während des zweiten Zyklus hingegen wird kein Steg erzeugt, so daß die vier Felder jeweils überkreuz magnetisch miteinander verbunden sind, aneinander angrenzende Felder aber magnetisch isoliert sind. In den ersten beiden Zyklen kann es auch ausreichen, nur jeweils die zwei der vier Felder zu erzeugen, die im ersten Zyklus durch einen Verbindungssteg verbunden werden müssen. Bei der Kreuzkonstruktion ist ferner bevorzugt, daß über jedem der vier Felder eine Spule erzeugt wird, und daß jeweils die über einen Steg magnetisch verbundenen Felder angeordneten Spulen in Reihe elektrisch verbunden werden, um jeweils gemeinsam eine Erreger- beziehungsweise Meßspule zu bilden.

Für die Herstellung eines Sensors in Zweigkonstruktion werden über der weichmagnetischen Schicht fünf Spulen entsprechend den Ecken einer Raute und dem Schnittpunkt der Diagonalen der Raute angeordnet. Dabei kann die weichmagnetische Schicht kreuzförmig aufgebracht werden, so daß die Spulen jeweils an den Enden der Arme des Kreuzes beziehungsweise an dessen Kreuzungspunkt zu liegen kommen.

Besonders einfach gestaltet sich die Herstellung dann, wenn zur Herstellung einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen magnetoelastischen Sensoren die weichmagnetische Schicht vollflächig auf ein gemeinsames Substrat aufgebracht worden ist und erst beim Zerlegen des Substrats in einzelne Sensoren, deren weichmagnetische Schichten vereinzelt werden. In diesem Fall erübrigt sich ein Schritt des Strukturierens der weichmagnetischen Schicht.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter magnetoelastischer Sensor kann auf einem flexiblen Trägersubstrat aufgebaut sein, was eine einfache Anpassung des Sensors an die Abtastung von Prüfkörpern mit unterschiedlichen Radien unter Einhaltung eines geringen Luftspalts zwischen Sensor und Prüfkörper erlaubt.

Ein solcher magnetoelastischer Sensor hat typischerweise eine Ausdehnung in der Ebene des Trägersubstrats von zwei bis zehn Millimeter und von nicht mehr als 0.1 mm senkrecht dazu.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs­ beispielen mit Bezug auf die Figuren.

Figuren

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensors;

Fig. 2A bis 2G zeigen Schritte des Verfahrens zur Herstellung des Sensors aus Fig. 1;

Fig. 3A bis 3E zeigen Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Sensors; und

Fig. 4 zeigt einen nach der mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen Verfahren hergestellten Sensor.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen erfindungsgemäßen Kraft- oder Drehmomentsensor 1 in Zweig-Konstruktion. Ein Substrat, auf dem der Sensor aufgebaut ist, ist der Übersichtlichkeit der Darstellung wegen nicht gezeichnet, genauso wie dielektrische Schichten, in die Komponenten des Sensors eingebettet sind. Die unterste Schicht des Sensors 1, die direkt auf dem Substrat aufliegt, ist eine Bodenschicht 2 aus einem weichmagnetischen Material wie etwa einer Nickeleisenlegierung. Die Bodenschicht 2 ist bei dem hier dargestellten Sensor 1 in Form eines X strukturiert. Die Enden der Zweige des X sowie ihr Kreuzungspunkt tragen jeweils einen Spulenkern 3, 4. Die Spulenkerne 3, 4 sind mit der Bodenschicht 2 durchgängig verbunden und bestehen aus dem gleichen Material.

Um jeden Spulenkern 3, 4 herum ist eine Spule 5 beziehungsweise 6 ausgebildet, die jeweils zwei planare Wicklungen 7 umfaßt, deren Leiterbahnen 8 spiralförmig um den Spulenkern 3 beziehungsweise 4 verlaufen. Die Leiterbahnen 8 sind an ihrem radial äußeren Ende jeweils mit einem Kontaktpad, der zum Anschließen des Sensors 1 an eine (nicht dargestellte) Erreger- beziehungsweise Auswerteelektronik vorgesehen ist, und an ihrem radial inneren Ende mit einer Durchkontaktierung 10 verbunden, die eine stromleitende Verbindung zwischen den zwei Wicklungen 7 einer jeden Spule 5, 6 herstellt. Die Händigkeit der von den Leiterbahnen in den zwei Wicklungen 7 einer Spule gebildeten Spiralen ist selbstverständlich jeweils entgegengesetzt, so daß die von einem in den einzelnen Wicklungen fließenden Strom erzeugten Magnetfelder einander konstruktiv überlagern.

Zur praktischen Anwendung wird die am Kreuzungspunkt der Arme der Bodenschicht 2 angeordnete Spule 5 mit einer Erregerschaltung verbunden, die ein magnetisches Wechselfeld im Spulenkern 3 induziert. Wenn sich der Sensor mit den in der Figur oben liegenden Oberflächen der Spulenkerne 3 in der Nähe eines ferromagnetische Materials befindet, entsteht so ein alternierender magnetischer Fluß durch den Spulenkern 3, das ferromagnetische Material, jeden der Spulenkerne und einen Zweig der Bodenschicht 2 zurück zum Spulenkern 3. Die an den Zweigenden angeordneten Spulen 6 fungieren jeweils als Empfänger, in denen eine zu dem Magnetfluß proportionale Wechselspannung induziert wird und an den Kontaktpads 9 abgegriffen werden kann.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors wie in Fig. 1 gezeigt wird nun anhand der Fig. 2A bis 2G erläutert. Fig. 2A zeigt einen Anfangszustand der Herstellung eines solchen Sensors, in dem auf ein Trägersubstrat 20 aus einem isolierenden Material eine weichmagnetische Bodenschicht 2 und über dieser eine dielektrische Schicht 21 aufgebracht ist.

Dieses Dreischichtensystem kann in unterschiedlicher Weise erzeugt werden. Eine Möglichkeit ist, die Bodenschicht 2 auf das Trägersubstrat 20 direkt aufzudampfen oder zu -sputtern. Bevorzugt ist allerdings, lediglich eine dünne Starterschicht in dieser Weise aufzubringen, und diese Starterschicht durch galvanische, vorzugsweise stromlos galvanische Abscheidung bis zur gewünschten Dicke der Bodenschicht 2 anwachsen zu lassen. Als Material der dielektrischen Schicht 21 kommen Polymermaterialien in Frage, die in flüssiger oder fester Form, durch Aufschleudern und anschließendes Vernetzen oder durch Auflaminieren, aufgebracht werden können. Für die Flüssigaufbringung sind durch Tempern vernetzbare Materialien wie Polyimid, BCB oder dergleichen besonders geeignet.

Alternativ können die Bodenschicht 2 und die dielektrische Schicht 21 als vorgefertigte Verbundfolie auf das Trägersubstrat 20 auflaminiert werden.

Auf das Dreischichtensystem aus Fig. 2A wird einem darauffolgenden Prozeßschritt eine dünne metallische Startschicht 22 und eine Photoresistschicht 23 vollflächig aufgebracht. Die Startschicht 22 ist so dünn, daß sie in der Figur nicht als eigene Schicht zu erkennen ist. Eine Dicke in der Größenordnung von einzelnen Atomlagen ist ausreichend. Gemäß einer ersten Alternative wird die metallische Startschicht 22 auf die dielektrische Schicht 21 aufgedampft oder aufgesputtert und die Photoresistschicht 23 darauf in flüssigem Zustand aufgeschleudert und verfestigt oder als feste Folie auflaminiert. Gemäß einer zweiten Alternative kann auch eine feste Photoresistschicht 23, die an ihrer Unterseite die Startschicht 22 trägt, direkt auf die dielektrische Schicht 21 laminiert werden.

Die Photoresistschicht wird in herkömmlicher Weise belichtet und entwickelt, um in ihr Gräben 24 zu bilden, deren Form den zu erzeugenden Leiterbahnen 8 der untersten Wicklung 7 einer Spule entspricht. Am Boden der Gräben 24 liegt die Startschicht 22 frei. Auf der Startschicht 22 können nun galvanisch die Leiterbahnen 8 der unteren Lage der Spule abgeschieden werden. Dies muß zumindest zu Beginn, solange die Leitfähigkeit der abgeschiedenen Metallschicht noch zu gering ist, stromlos erfolgen, später kann die Abscheidung durch Anlegen einer geeigneten Spannung an die Leiterbahnen unterstützt werden.

Wenn die Leiterbahnen 8 eine gewünschte Dicke erreicht haben, wird der verbliebene Photoresist 23 beseitigt, und man erhält die in Fig. 2C gezeigte Struktur.

Falls die Startschicht 22 zuvor in einer Dicke aufgetragen worden ist, die einen nicht vernachlässigbaren Kurzschluß-Stromfluß zwischen den Leiterbahnen 8 ermöglicht, kann die Galvanisierung vollständig elektrisch erfolgen, und nach Beseitigung des Photoresists 23 schließt sich ein Ätzschritt an, in dessen Verlauf die Startschicht 22 zwischen den Leiterbahnen 8 entfernt wird, dessen Dauer aber nicht ausreicht, um die Leiterbahnen 8 selbst in merklichem Umfang anzugreifen.

Falls die Startschicht 22 so dünn ist, daß ein Kurzschluß-Stromfluß vernachlässigbar ist, kann auf die Beseitigung des Photoresists 23 und den Ätzschritt verzichtet werden.

Anschließend wird eine zweite dielektrische Schicht 25 aufgetragen. Dies kann wie bei der dielektrischen Schicht 21 durch Aufschleudern und Verfestigen eines flüssigen Polymermaterials oder durch Laminieren mit einer Folie erfolgen. Hierfür wird eine zweilagige Folie aus Kunststoff, zum Beispiel aus Polyimid oder Polyester verwendet, die an ihrer den Leiterbahnen 8 zugewandten Seite eine Epoxidklebeschicht trägt, die fließfähig ist und sich beim Aufpressen in die Zwischenräume zwischen den Leiterbahnen verteilt. Nach dem Aufpressen wird das Material bei erhöhter Temperatur, beispielsweise zwischen 100 und 250°C, ausgehärtet.

Anschließend wird jeweils an den Enden der spiralförmigen Leiterbahn 8 ein Loch 26 in der dielektrischen Schicht 25 erzeugt, um die Leiterbahn 8 lokal wieder freizulegen. Diese Löcher dienen der Kontaktierung der Enden der von den Leiterbahnen 8 gebildeten Spirale mit der Leiterbahn einer anschließend auf der Oberfläche der Folie 25 zu erzeugenden zweiten Lage der Spule beziehungsweise einem Kontaktpad. Die Löcher 26 werden zum Beispiel durch Maskieren der Oberfläche der Folie 25 und Trockenätzen oder durch Laserablation erzeugt. Falls die Folie 25 aus einem Photoresistmaterial besteht, können die Löcher 26 auch durch Photostrukturierung erzeugt werden. Eine anschließende Vernetzung, zum Beispiel durch Erhitzen, macht das Material unempfindlich gegen spätere Photostrukturierungsschritte an darüber aufgebrachten Schichten.

Zur Erzeugung der zweiten Lage der Spule werden die gleichen Prozeßschritte wie für die erste angewandt. Durch galvanische Abscheidung von Metall im Loch 26 entsteht ein leitender Übergang von einer Spulenlage zur nächsten.

Durch Wiederholen dieses Prozesses lassen sich Spulen mit einer großen Zahl von in dielektrische Schichten 25 eingebetteten Wicklungen 7 und einer entsprechend hohen Güte erzeugen, die für genaue Messungen geeignet sind.

Nachdem die gewünschte Zahl von planaren Spulenwicklungen erzeugt ist, wird durch die Mitte dieser Wicklungen hindurch ein Fenster 27 bis hinunter zur Bodenschicht 2 vorgetrieben, das den Spulenkern aufnehmen soll. Dieses Fenster wird durch Trockenätzen oder Laserablation erzeugt.

Anschließend läßt man auf der freigelegten Bodenschicht 2 durch galvanische Abscheidung einen Spulenkern 3 aufwachsen, bis dieser mit der Oberfläche der obersten Folie 25 bündig abschließt. Auf dieser glatten Oberfläche kann, wenn gewünscht, leicht eine Passivierungsschicht angebracht werden.

Für den letzten Schritt des Verfahrens ist in Fig. 2G eine Anordnung von mehreren Spulen 5, 6 in Draufsicht gezeigt. Diese auf einer vollflächig durchgehenden weichmagnetischen Bodenschicht 2 aufgebauten Spulen werden nun entlang der gestrichelten Linien 28 auseinandergeschnitten, um jeweils einzelne Sensoren 1 mit einer zentralen Erregerspule 5 und vier darum herum angeordneten Meßspulen 6 zu erhalten.

Fig. 3A bis 3E zeigen Schritte der Herstellung eines miniaturisierten Sensors in Kreuzkonstruktion. In einem ersten Zyklus der Herstellung dieses Sensors wird auf dem Substrat eine Startschicht abgeschieden, eine darauf auflaminierte Photoresistfolie strukturiert und auf den durch die Strukturierung freigelegten Bereichen der Startschicht eine weichmagnetische Bodenschicht 2 aufgebracht, wie oben mit Bezug auf Fig. 2A bis 2C erläutert. Diese erste weichmagnetische Bodenschicht 2 hat eine Dicke von 10 bis 20 µm und umfaßt für einen Sensor vier quadratische und in einem Quadrat mit einer Kantenlänge von zum Beispiel 10 mm angeordnete Felder 30, 31, von denen zwei sich diagonal gegenüberliegende 31 durch einen Steg 32 verbunden sind. Auf diese Felder wird eine Folie in Art der in Fig. 2 der gezeigten Folie 25 aufgebracht, und die Folie wird strukturiert durch Erzeugen von vier Fenstern jeweils oberhalb der Felder 30, 31. Der Steg 32 bleibt durch die Folie verdeckt. Auf die freigelegten Felder 30, 31 wird eine zweite Schicht 33 des gleichen weichmagnetischen Materials galvanisch aufgebracht, was den in Fig. 3B dargestellten Aufbau ergibt.

Es folgt ein Schritt des Aufbringens einer metallischen Startschicht und eines Photoresists, wie bereits beschrieben, wobei die Photoresistschicht strukturiert wird, um die vier Felder und einen Verbindungsstreifen zwischen den zwei Feldern 30 freizulegen. Durch einen weiteren Schritt des galvanischen Abscheidens erhält man den in Fig. 3C gezeigten dreischichtigen Aufbau, in der die Felder 31 und 30 jeweils paarweise durch den Steg 32 beziehungsweise den auf dem Verbindungsstreifen aufgewachsenen Steg 34 magnetisch verbunden sind und zwei voneinander magnetisch isolierte, sich kreuzende Schichtstrukturen bilden.

Die Erzeugung von Spulen über den Feldern 30, 31 umfaßt die gleichen Schritte wie oben mit Bezug auf Fig. 2B bis 2E erläutert. Dabei sind die Spulen 5 über den Feldern 30 und 6 über den Feldern 31 jeweils durch eine Brücke 35, 36 in Reihe geschaltet. Durch Ätzen eines Fensters im Mittelbereich der Spulen bis hinunter auf die Felder 30, 31 und Auffüllen der Fenster durch galvanisches Abscheiden von weichmagnetischem Material wie etwa Nickeleisenlegierung wird der in Fig. 4 dargestellte fertige Sensor erhalten. Die in Reihe geschalteten Spulen S beziehungsweise 6 bilden jeweils eine Erreger- beziehungsweise Meßspule, und die Spulenkerne 3 beziehungsweise 4, die Felder 30 beziehungsweise 31 und die Stege 32 beziehungsweise 34 jeweils rechtwinklig zueinander orientierte Joche.

Der komplette Sensor kann mit einer Gesamtdicke von nicht mehr als 0.1 mm hergestellt werden. Bei Verwendung eines flexiblen Trägersubstrats kann daher der gesamte Sensor flexibel ausgebildet sein und eignet sich daher ausgezeichnet zur berührungslosen Überwachung von Wellen mit sehr geringem Durchmesser oder zum Anbringen an zu überwachenden Körpern von weitgehend beliebiger Gestalt.

Claims (15)

1. Verfahren zum Herstellen eines magnetoelastischen Sensors (1), der wenigstens eine Erregerspule (5) und wenigstens eine Messspule (6) mit Spulenkern (3, 4) umfasst, gekennzeichnet durch die Schritte

• - Aufbringen wenigstens einer weichmagnetischen Schicht (2) auf einem Trägersubstrat (20);
• - Erzeugen der Spulen (5, 6) durch Aufbringen jeweils wenigstens einer planaren Spulenwicklung (7) über der weichmagnetischen Schicht (2);
• - Bilden von Spulenkernen (3, 4) durch Auffüllen eines im Zen­ trum der Spulen mittels Trockenätzen oder Laserablation heraus­ strukturierten Fensters (27) mit einem weichmagnetischen Materi­ al.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (27) durch Strukturieren einer auf die planaren Spu­ lenwicklungen (7) aufgebrachten dielektrischen Schicht (25) er­ zeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der weichmagnetischen Schicht (2) und/oder das Aufbringen der Spulenwicklungen (7) und/oder das Auffüllen des Fensters (27) galvanisch erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der weichmagnetischen Schicht (2) und/oder das Aufbringen der Spulenwicklungen (7) und/oder das Auffüllen des Fensters (27) wenigstens einen Zyklus des Erzeugens einer metal­ lischen Startschicht (2), des Auftragens einer Photore­ sistschicht (23) auf der Startschicht (22), des Strukturierens der Photoresistschicht (23) bis hinab auf die Startschicht (22) und des galvanischen Aufwachens umfasst.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der metallischen Startschicht (22) und das Auftra­ gen der Photoresistschicht (23) durch Auflaminieren einer metal­ lisierten Folie erfolgen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der weichmagnetischen Schicht (30, 31) drei Zyklen umfasst, wobei vier an den Ecken einer Raute angeordnete Felder (30, 31) aus weichmagnetischem Material erzeugt werden und im ersten Zyklus ein Verbindungssteg (32) zwischen zwei an einer ersten Diagonalen der Raute angeord­ neten Felder (30) und im dritten Zyklus ein Verbindungssteg (34) zwischen den zwei anderen Feldern (31) erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass über jedem Feld (30, 31) eine Spule (5, 6) erzeugt wird, und dass über durch einen Steg (32, 34) verbundenen Feldern (30, 31) angeordnete Spulen (5, 6) elektrisch in Reihe verbunden werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass über der weichmagnetischen Sicht (2) fünf Spulen (5, 6) entsprechend den Ecken einer Rauten und dem Schnittpunkt der zwei Diagonalen der Raute angeordnet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weichmagnetische Schicht (2) kreuzförmig aufgebracht wird.

10. Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von magnetoela­ stischen Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (1) nach einem Verfahren nach Anspruch 8 auf einem gemeinsamen Trä­ gersubstrat (20) hergestellt werden, auf dem die weichmagneti­ sche Schicht (2) vollflächig aufgebracht worden ist, und dass die weichmagnetischen Schichten (2) der einzelnen Sensoren (1) durch Zerlegen des Substrats in einzelne Sensoren vereinzelt werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch einen Schritt des Passivierens der Oberfläche des Sensors (1).

12. Magnetoelastischer Sensor, dadurch gekennzeichnet, dass er nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.

13. Magnetoelastischer Sensor nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Trägersubstrat (20) flexibel ist.

14. Magnetischer Sensor nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Ausdehnung in der Ebene des Trägersubstrats von 2 bis 10 mm und senkrecht zur Ebene des Trä­ gersubstrats von nicht mehr als 0,1 mm hat.

15. Magnetoelastischer Sensor nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei voneinander magnetisch isolierte weichmagnetische Schichten (2) aufweist, die sich kreuzende Strukturen (30, 32; 31, 34) bilden, wobei Felder (30) einer der zwei Strukturen die Kerne (3) von zwei Erregerspulen (5) und Felder (31) der anderen Struktur die Kerne (4) von zwei Messspulen (6) tragen.