DE3231345C2

DE3231345C2 -

Info

Publication number: DE3231345C2
Application number: DE19823231345
Authority: DE
Inventors: Kurt 7251 Friolzheim De Burger; Heinz 7016 Gerlingen De Friedrich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-08-24
Filing date: 1982-08-24
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2002-08-25
Also published as: IT8322420A0; USRE32571E; GB2126420A; JPS5965231A; FR2532420B1; GB2126420B; DE3231345C3; FR2532420A1; US4539059A; DE3231345A1; JPH0434693B2; IT1167567B; GB8320664D0

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Meßsonde nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein derartiges Ver fahren ist bereits vorgeschlagen worden (DE-OS 29 19 433), wobei zwei gleichartige Kunststoffolien miteinander verschweißt wurden. Die so erhaltene Meßsonde ist nicht selbsttragend und bedarf daher eines Rahmens zur Halterung und Festigung. Weiterhin ist ein folien artiges Substrat mechanisch nur schwach belastbar und vor allen Din gen wenig haltbar bei mechanischen Beanspruchungen.

Aus der DE-OS 30 35 769 ist eine Vorrichtung zur Messung der Strö mungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten bekannt, bei der einer oder mehrere temperaturabhängige, mit Hilfe einer Regelschal tung elektrisch beheizte Widerstände plattenförmig ausgebildet und auf ihren Schmalseiten mit einer Schutzschicht bedeckt sind. Die Aufbringung einer Kunststoffolie als Schutzfolie über der gesamten Widerstandsanordnung ist nicht vorgesehen.

Die DE-OS 30 40 448 zeigt einen Mengendurchflußmesser für Flüssig keiten, bei dem als Meß- und Vergleichswiderstände dienende elek trische Leiter in Form dünner Widerstandsschichten auf einer dünnen Trägerfolie ausgebildet sind. Die Dünnschicht-Widerstände sind auf einer Seite der Trägerfolie angeordnet und von einer zweiten, mit einem Kleber beschichteten Folie überdeckt. Das Verfahren der Heiß siegelung zur Aufbringung einer Kunststoffolie wird nicht verwendet und eine Aufteilung in Einzelträger unter gleichzeitiger Verschwei ßung der Folienränder ist nicht vorgesehen. Das Verfahren des Ver schweißens von Kunststoffolien ist zwar beispielsweise aus Römpps Chemie-Lexikon (1976) Seite 1902 grundsätzlich bekannt, nicht jedoch im vorliegenden Zusammenhang.

Weiterhin ist in der älteren Patentanmeldung P 31 15 656.8 bereits ein elektrischer Widerstand mit einer auf einem Träger aufgebrachten Widerstandsschicht und ein Verfahren zur Herstellung eines derar tigen elektrischen Widerstandes beschrieben, bei dem der Widerstand schichtförmig auf einen Träger aufgebracht und durch eine dielek trische, korrosionsbeständige Schutzschicht überdeckt ist. Diese weist vorzugsweise eine Schichtdicke von 0,5 µm auf und besteht aus einer organischen Substanz, insbesondere einer siliziumorgani schen Substanz, die aus der Dampfphase abgeschieden und durch Strah lung polymerisiert ist.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Sonden liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbsttragende Anordnung mit hoher mechanischer Stabilität und dennoch sehr guten Sensoreigenschaften, d. h. mit rascher Anpassung an veränderte Umgebungsbedingungen, einfach und sicher bei geringen Fertigungskosten herzustellen.

Die Sonde kann sowohl Widerstands-Sensoren wie auch Schaltungs-Hybride mit Dünnschichtelementen und diskreten Bauelementen enthalten, welch letztere nachträglich auf nicht von der Folie be legte Bereiche des Trägers aufgebracht werden. Bei der zu schützenden Schicht kann es sich um eine Dünnschicht- oder um eine Dickschichtstruktur handeln. Als be sonders vorteilhaft in technischer und wirtschaftlicher Hin sicht hat es sich bewährt, die Meßsonden nicht einzeln herzu stellen sondern die Schutzfolie zunächst auf ein großflächiges Substrat aufzubringen, welches anschließend - vorzugsweise mittels eines Laserstrahls - zu den Einzel-Sonden zerteilt wird. Bei diesem Trennvorgang erfolgt zusätzlich ein Rand-Verschweißen der Schutzfolie mit dem Trägermaterial und hierdurch eine besonders sichere Abdichtung der Randbereiche. Gegenüber anderen Schutzbeschichtungen hat das erfindungsgemäße Ver fahren den Vorteil, daß die Schichtdicke exakt reproduzier bar ist, so daß sich keine Schwankungen beim Ansprechen der Meßsonden aufgrund unterschiedlicher Schutzschichtdicken er geben. Dies ist besonders wichtig bei Temperatursensoren, wo die Ansprechzeit auf allen Gebieten der einzelnen Meß sonde und bei den verschiedenen Meßsonden untereinander gleich sein muß. Die Schutzschichtdicke ist wählbar durch die Verwendung einer entsprechend dicken Folie, wobei vor zugsweise Folien mit einer Schichtdicke ≧12 µm ver arbeitet werden. Die erhaltene Schutzschicht ist sehr be ständig gegen Feuchtigkeit und oxidative Zersetzung, und sie besitzt auch eine sehr gute chemische Beständigkeit. Die Schutzschicht ist bei geeigneter Wahl der Schutzfolie, z. B. bei Verwendung einer vorzugsweise beschichteten Poly imid-Folie, einsetzbar in Temperaturbereichen zwischen -200°C und +250°C. Die Verbindung zwischen dem Träger und der Schutz folie ist nach Art einer Heißsiegelung durch gleichzeitige Anwendung von Wärme und Druck einfach und sicher herstellbar bei geringen Fertigungskosten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Träger mit An schlußleiterbahnen und zwei Widerstandsstrukturen,

Fig. 2 eine Schutzfolie aus Polyimid mit einer FEP-Beschichtung (TEFLON, Tetrafluoräthylen),

Fig. 3 einen mit einer Schutz folie beschichteten Träger mit Aussparungen aus der Schutz folie im Bereich der Anschlußleiterbahnen,

Fig. 4 einen groß flächigen, beschichteten Träger vor dem Zerteilen in einzelne Meßsonden und

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Träger mit Dünnschichtstruktur und Schutzfolie.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In den Figuren ist mit 10 ein Träger bezeichnet, auf den eine Dünnschichtstruktur 11 und hierauf eine Schutzfolie 12 aufge bracht sind. Diese Anordnung bildet eine Meßsonde, welche durch ihren Oberflächenschutz gut geeignet ist zum Einsatz in einer korrosionsintensiven Umgebung wie z. B. im Ansaug kanal oder im Auspuff eines Kraftfahrzeuges oder außerhalb der Kraftfahrzeugkarosserie, wo insbesondere im Winter er hebliche Korrosionseinflüsse auftreten. Die dargestellte Meßsonde kann beispielsweise benutzt werden zur Bestimmung der Masse und/oder Temperatur eines strömenden Mediums, welches insbesondere von der Seite der Schutzfolie 12 aus auf das Dünnschichtsystem 11 einwirkt.

Die Schutzfolie 12 überdeckt das Dünnschichtsystem 11 absolut dicht, da durch die Anwendung von Hitze und Druck nach Art einer Heißsiegelung geschmolzenes Material der Schutzfolie 12 fest auf der Oberfläche des Trägers 10 haftet.

In den Fig. 1-5 sind die Einzelheiten des Verfahrens an hand der jeweiligen Anordnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt den mit einem Muster aus zwei Widerstandsstrukturen 13 und je zwei Anschlußleiterbahnen 14 versehenen Träger 10. Hierauf wird die mit einer Aussparung 15 versehene Schutzfolie 12 aufgebracht, welche aus einer Polyimid-Folie 16 und einer untenliegenden FEP-Beschichtung 17 (TEFLON, Tetrafluor äthylen) besteht. Die Schutzfolie 12 wird durch Schneiden, Stanzen oder ein ähnliches Trennverfahren in der gezeichneten Geometrie hergestellt, in der später der Träger 10 abgedeckt sein soll.

Fig. 3 zeigt den mit der Schutzfolie 12 beschichteten Träger 10. Im Bereich der Aussparung 15 liegen die zu kon taktierenden Enden der Anschlußleiterbahnen 14. Die Schutz folie 12 ist mit der FEP-Schicht 17 auf den Träger 10 aufge legt und justiert worden. Mittels einer nicht darge stellten bekannten Siegelungsvorrichtung werden der Träger 10 und die Schutzfolie 12 unter Erhitzung auf ca. 300°C nun zusammengepreßt, wobei die Versiegelung der FEP-Be schichtung mit dem Träger 10 erfolgt. Die FEP-Beschichtung 17 schmilzt und dringt teilweise in den oberen Bereich des Trägers 10 ein, während die Polyimid-Folie 16 nicht plasti fiziert wird und eine gleichmäßig dicke Schutzschicht bildet.

Die Fertigung von Meßsonden nach dem erfindungsgemäßen Ver fahren wird besonders rationell und gewährleistet absolute Dichtheit der Ränder wenn die Schutzfolie 12 gemäß Fig. 4 zunächst auf einen großflächigen Träger 10 aufgebracht wird, welcher anschließend unter Verwendung eines Laserstrahls in einzelne Meßsonden zerteilt wird, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Hierbei tritt eine Verschweißung der Ränder 18 der Schutzfolie 12 und des Trägers 10 ein, so daß die besonders gefährdeten Randbereiche absolut dicht sind. Als Trägermaterial eignen sich insbesondere Glas und Keramik, jedoch können auch temperaturbeständige Kunststoff-Träger oder Metallsubstrat mit einer Isolierstoffbeschichtung ver wendet werden. Zur Isolation der Metallsubstrate können sowohl Dünnschichtisolationsschichten wie z. B. SiO₂, Si₃N₄, Al₂O₃ als auch Dickschichtisolationsschichten wie siebgedrucktes Glas oder Oxyd-gefüllte Kunststoffe in Frage. Auch Kombinationsschichten aus den unterschied lichsten Isolationen sind einsetzbar.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es möglich, in be sonders wirtschaftlicher Weise Meßsonden herzustellen, welche unempfindlich gegen Korrosionseinflüsse sind und einen ein fachen und sicheren Einbau gestatten. Selbst bei Verwendung an so korrosionsintensiven Orten wie beispielsweise im Aus puff eines Kraftfahrzeuges ist eine lange Lebensdauer gewähr leistet. Die Dünnschichtsysteme, welche beispielsweise metallische Widerstands-Schichtsysteme 13 sein können, sind mit einer hermetisch dichten Schutzschicht 12 versehen, welche jede Einwirkung des aggressiven Umgebungsmediums verhindert. Hierdurch wird erreicht, daß keine Meßfehler durch etwaige elektrische Leitfähigkeit des abgelagerten Umgebungsmediums entsteht, daß die Widerstandsschicht 13 sich nicht durch Korrosion in ihrem Aufbau verändert und daß eine galvanische Zersetzung der Schicht nicht auftreten kann. Trotz der ab soluten Dichtheit ist es möglich, diese verhältnismäßig dünn auszubilden, so daß eine einwandfreie und rasche Funktion des Sensors gewährleistet ist. Der Wärmeübergang bei einem Temperatursensor zwischen dem umgebenden Medium und der Widerstandsschicht 13 wird durch die geringe Dicke der Schutz folie 12 nur wenig behindert, so daß der Sensor schnell auf Temperaturänderungen anspricht. Als Folie eignet sich Poly imid-Folie, welche zusätzlich mit Fluorkohlenwasserstoffen beschichtet sein kann. Das beschriebene Verfahren ist anwend bar sowohl zur Herstellung von Meßsonden mit Dünnschicht- wie auch mit Dickschichtstrukturen, da sich an den Über gängen zwischen dem Träger 10 und dem Schichtsystem 11 keine Undichtheiten einstellen können. Arbeitsgänge wie das Ver zinnen von Anschlußleiterbahnen 14 oder das Einlöten bzw. Ein kleben von Bauteilen erfolgen nach dem Aufbringen der Schutz folie 12 auf der Meßsonde. Hierzu werden Löt- oder Klebe stellen vor dem Aufbringen aus der Schutzfolie 12 ausge spart, so daß die folgenden Arbeitsgänge nicht beein trächtigt sind. Unter Fertigungsgesichtspunkten werden vorzugsweise Folien ab einer Dicke von 12 µm verwendet. Die Dicken der Schutzfolien 12 sind bei handelsüblichen Folien sehr konstant und ergeben damit auch gleichbleibende Dicken der Schutzschichten. Das Aufbringen der Schutz folie 12 nach Art einer Heißsiegelung ist bekannt und braucht im Vorliegenden nicht näher erörtert werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Sonden zur Messung der Masse und/oder Temperatur eines strömenden Mediums für den Einsatz in einer korrosionsintensiven Umgebung wie Ansaugkanal oder Auspuff eines Kraftfahrzeuges oder außerhalb der Kraftfahrzeug-Karosserie, mit einem Träger, einem auf den Träger aufgebrachten Schichtsystem und einer das Schichtsystem dicht überdeckenden Schutzfolie, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Träger (10) als Schutzfolie eine Kunst stoffolie (12) unter Anwendung von Druck und Hitze nach Art einer Heißsiegelung aufgebracht wird, und daß der beschichtete Träger (10) danach mittels eines Laserstrahls unter gleichzeitiger Verschweißung der Ränder von Schutzfolie (12) und Einzel-Träger (10) in einzelne Sonden zerteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzfolie (12) auf einen Träger (10) aus Glas, Keramik, Kunststoff oder aus einem mit einer Isolierschicht versehenen Metallsubstrat aufgebracht wird.