DE8423866U1 - Meßaufnehmer mit einem Überzug zur elektrischen Isolierung von elektrischen Bauelementen und Metallsubstraten - Google Patents
Meßaufnehmer mit einem Überzug zur elektrischen Isolierung von elektrischen Bauelementen und MetallsubstratenInfo
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Description
Endress+Hauser GmbH+Co · Postfach 1261 · 0-7864 Maulburg
G 84 23 866.6 Maulburg, 17.08.1989
E+H 106
MT-P/FE-es
MT-P/FE-es
Meßaufnehmer mit einem Überzug zur elektrischen Isolierung
von elektrischen Bauelementen und Metallsubstraten. ~p
Die Erfindung betrifft einen Meßaufnehmer mit einem Überzug
zur elektrischen T-solierung von elektrischen Bauelementen
und Metallsubstraten.
zur elektrischen T-solierung von elektrischen Bauelementen
und Metallsubstraten.
Mit Dehnungsmeßelementen, wie Dehnungsmeßstreifen bestückte
Meßaufnehmer zum Erfassen von Kräften, Wegen oder Verformungen sind bekannt. So beschreibt die DE-PS 32 32 817 eine mit Dehnungsmeßstreifen bestückte Biegefeder zum Erfassen von
Kräften.
Meßaufnehmer zum Erfassen von Kräften, Wegen oder Verformungen sind bekannt. So beschreibt die DE-PS 32 32 817 eine mit Dehnungsmeßstreifen bestückte Biegefeder zum Erfassen von
Kräften.
Übliche organische Kleber zum Befestigen der Dehnungsmeßstreifen auf der Oberfläche der Biegefeder neigen zum Kriechen und
damit zu einer Verfälschung des Meßergebnisses schon bei geringfügig angehobenen Temperaturen.
Deshalb werden heute in der hochwertigen Sensortechnologie
DMS-Widerstandsschichten unter Zwischenschaltung einer organischen Isolierschicht zum elektrisch isolierenden Befestigen von elektrischen Bauteilen, wie Dehnungsmeßelementen, direkt auf einen metallischen Aufnehmerkörper, wie eine Biegefeder, aufgedampft oder aufgestäubt. Die anorganische Isolierschicht
DMS-Widerstandsschichten unter Zwischenschaltung einer organischen Isolierschicht zum elektrisch isolierenden Befestigen von elektrischen Bauteilen, wie Dehnungsmeßelementen, direkt auf einen metallischen Aufnehmerkörper, wie eine Biegefeder, aufgedampft oder aufgestäubt. Die anorganische Isolierschicht
Endress+ Hauser GmbH+ Co · Postfach 1261 · 0-7864 Maulburg · Telefon (07622) 28-0 · Telex 773226 · Telefax (07622) 28438
Kommenongeseifccnait. Sett der GeseWcnatt: Mauioufo. Eifxfctragin: Amtwjencnf *44«<J-1>neM MPA1AS Scm*. PMMcD MIMnMr i Endma+Kaum VennMungtGmbH
SiU (Mr GeMMChaft: MauKxjrg. Eingetragen: Amtsoencnt jrtAjstti-ttngeri ARB 22? $<!Hbe#*M &t*ti KJw* En*»» Komd Hm* Han»Klaua Bit
| c« | «.«■<·· | .: | ** **· 4*· | aufgedampft | 3 | |
| ·* | das | J· t, -· *fm* | ||||
| vorher ebenfalls | auf | Metallsubstrat | ||||
| wurde | aufgestäubt. | |||||
| oder | ||||||
Solche anorganischen Isolierschichten besitzen aber eine Reihe von Nachteilen. So können spannungsfeste Isolierschichten
nur durch Aufbringen auf eine polierte, fehlstellenfreie Substratoberfläche
erzeugt werden. Die anorganischen Isolierschichten für die Dehnungsmeßstreifen oder dergleichen werden
in Hochvakuumprozessen aufgestaubt oder aufgedampft. Solche
Kochvakuumprozesse sind sehr aufwendig, zeitintensiv und verlangen teuere Einrichtungen. Außerdem weist die erhaltene Isolierschicht
oft sogenannte "Pinholes" (Löcher mit Abmessungen in pm-Bereich) und "Microcracks" (feinste Risse mit Breitenabmessungen
im nm-Bereich) auf. Das Metallsubstratmaterial (bei Biegefedern bevorzugt sind Kupfer-Beryllium-Legiürungen)
läßt meist nur relativ niedrige Prozesstemperaturen zu, was die Schichtqualität der anorganischen Isolierschicht negativ
beeinflußt.
Ein weiterer Nachteil von anorganischen Isolierschichten, die gewohnlich aus Siliziumoxiden (Quarz), Aluminiumoxiden oder
dgl. bestehen, ist, daß für die explosionsgeschützten Anwendungen üblicherweise verlangte Spannungsfestigkeit von 500 V
Wechselspannung effektiv nur unter großen Schwierigkeiten mit schlechter Ausbeute erzielbar ist.
Andere Nachteile, besonders von dickeren, anorganischen Isolierschichten
für hohe Spannungsfestigkeiten, bestehen darin, daß Ihre Haftfestigkeit auf einem latallsubstrat sowie ihre
Oauerwechselbeanspruchbarkeit nicht optimal sind.
Schließlich sind die Planarisierungeigenschaften, d. h. die
Fähigkeit die Substrattopografie einzuebnen, bei anorgani-
■ ••••j ··· ry · · ·♦
sehen Beschichtungen unbefriedigend. Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, einen Meßaufnehmer mit einem Überzug zur
elektrischen Isolierung von elektrischen Bauelementen und Me tallsubstraten zu schaffen, dessen Überzug, der hohe Isolier qualität, gutes Haftvermögen und hohe Dauerwechselbelastbarkeit aufweist, eine gute Grundlage für aufzubringende elektrische Bauelemente, wie Dehnungsmeßstreifen, bildet, billig herstellbar ist und keine hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität der Substrate stellt. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Meßaufnehmer mit einem Überzug zur elektrischen Isolierung von elektrischen Bauelementen und Metallsubstraten
dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug von einer dünnen Polyimidschicht gebildet ist.
elektrischen Isolierung von elektrischen Bauelementen und Me tallsubstraten zu schaffen, dessen Überzug, der hohe Isolier qualität, gutes Haftvermögen und hohe Dauerwechselbelastbarkeit aufweist, eine gute Grundlage für aufzubringende elektrische Bauelemente, wie Dehnungsmeßstreifen, bildet, billig herstellbar ist und keine hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität der Substrate stellt. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Meßaufnehmer mit einem Überzug zur elektrischen Isolierung von elektrischen Bauelementen und Metallsubstraten
dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug von einer dünnen Polyimidschicht gebildet ist.
Das Substrat kann insbesondere aus einem Federmaterial, wie Metall, Silizium, Quarz oder Keramik, ohne polierte Oberflächen
bestehen.
Die Polyimidschicht ist eine organische Schicht, deren Anwendung dem Fachmann wegen der eingangs beschriebenen Kriechprobleme
von vorne herein suspekt erscheinen mußte. Überraschend führt aber eine Polyimidschicht gemäß der Erfindung
zu hervorragenden Ergebnissen:
Die Polyimidschicht nach der Erfindung erweist sich als temperaturbeständig
bis zu 450° C, so daß bis zu hohen Betriebstemperaturen (z. B. 180° C) unverfälschte Meßergebnisse bei
Dauerwechselbelastung erzielbar sind. Die Polyimidschicht
zeigt sich auch bei erhöhten Temperaturen als hoch vakuumfest bis zu Drücken unter 10"' millibar, d. h. als gut geeignet für das Aufstäuben oder Aufdampfen von elektronischen Funktionsschichten auf die Polyimidschicht im Hochvakuum.
zeigt sich auch bei erhöhten Temperaturen als hoch vakuumfest bis zu Drücken unter 10"' millibar, d. h. als gut geeignet für das Aufstäuben oder Aufdampfen von elektronischen Funktionsschichten auf die Polyimidschicht im Hochvakuum.
Der Ausdehnungskoeffizent einer Polyimidschicht liegt im Gegensatz
zu demjenigen einer Quarzschicht in der gleichen
Größenordnung wie der Ausdehnungskoeffizient eines metalli-
Größenordnung wie der Ausdehnungskoeffizient eines metalli-
sehen Federmaterials (Kupfer-Beryllium-Legierung). Diese
Eigenschaft ist wesentlich für das gute Temperaturverhalten.
Versuche haben gezeigt, daß die Herstellung der Polyimidschicht
gemäß der Erfindung kompatibel mit der der Aufbringung von elektrischen Bauelementen in Dünnschichttechnik ist,
so daß Standard-Prozess-Maschinen angewendet werden können. Dies erübrigt den Einsatz spezieller Einrichtungen für das
Aufbringen der Polyimidschicht.
Als Vorstufe für die Polyimidschicht ist Polyamidsäure extrem rein auf dem Markt erhältlich. Die extreme Reinheit ist wichtig
für die Langzeitstabilität der Dünnschicht-DMS-Widerstände,
Ctank der guten Planarisierungseigenschaften ebnet die Polyimidschicht
die Substratoberfläche trotz sehr dünner Aufbringung in einer solchen Weise ein, daß ein aufwendiges Polieren
der Substratoberfläche überflüssig wird.
Schließlich ist die Polyimidschicht gegen chemischen Angriff höchst resistent.
Auf Grund dieser Eigenschaften eignet sich die erfindungsgemäße Polyimidschicht ganz besonders zur elektrischen Isolierung
einer Oberfläche der in dem Patent 32 32 817 beschriebenen Biegefeder für die nachfolgende Aufbringung von Dehnungsmeßstreifen
.
Die Erfindung ist im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert.
In der Zeichnung ist mit 1 ein Meßaufnehmer dargestellt, welcher der verbesserten Erklärung wegen vergrößert und nicht
maßstäblich dargestellt ist. Das metallische Substrat 2 des Meßaufnohmers 1 besteht aus einem typischen Federmaterial,
z. B. einer Kupfer-Berillium-Legierung und ist in Form einer
Scheibe. Es ist mit organischen Lösungsmitteln gereinigt (entfettet) oder mechanisch durch abreiben oder bürsten behandelt.
Die Ausgangsrauhigkeit des Substratmaterials liegt beispielsweise bei Verwendung eines Federbleches mit der Zusammensetzung
CuBe2 im Bereich von 5 bis 10 &mgr;&pgr;&igr;.
Auf das metallische Substrat 2 ist die Isolierschicht 3 als modifiziertes Polyamid aufgebracht, welches als Polyimidvorstufe
auf die auf einer Spindel aufgespannte und in Rotation versetzte Substratscheibe mit einer Filmstärke von bis zu 1 &mgr; m
aufgesprüht wurde.
In der flüssigen Phase besitzt die Polyamidsäure die natürliche
Eigenschaft Unebenheiten wie Kratzer, Microrisse, Fehlstellen der Substratoberfläche auszugleichen. Ferner ist der
aufgetragene Polyamidfilm selbst frei von "Pinholes" wenn mit der nötigen Vorsicht gearbeitet wird.
Die flüssig aufgetragene Polyamidsäureschicht ist in einem Ofen bei 120° C eine halbe Stunde lang getrocknet. Bei diesem
Vorgang wird der größte Teil des Lösungsmittels ausgetrieben. Die anschließend durch fotolitographische Methoden in die Polyamidschicht
eingebrachten Feinstrukturen, beispielsweise um elektrische Überbrückungen, d. h. Anschlüsse oder dgl., zur
Substratoberfläche herzustellen sind mit 4 bezeichnet.
Die getrocknete und strukturierte Polyamidschicht ist anschließend
bei einer Temperatur von 300° bis 450° C in einer abgeschlossenen Atmosphäre von Luft, Stickstoff oder Edelgas
in einem Ofen imidisiert. Die Prozesstemperatur wird dabei so
&EEgr;»
niedrig gehalten, daß selbst thermisch empfindliche Federmetalle nicht nachteilig beeinflußt werden. Die Imidisierungsdauer
beträgt vorteilhaft 1 bis 2 Stunden. Zur Imidisierung
eines CuBe2-Substrates wird vorzugsweise in einer Stickstoffatmosphäre gearbeitet.
Weiter zeigt die Zeichnung mit 5 die in bekannter Dünnschichttechnik
auf die Polyimidschicht aufgebrachten Schichtwiderstände, wie Dehnungsmeßstreifen, oder andere elektrische Bauelemente.
Diese sind mit Anschlußbereichen 6 zum Anschließen (Bonden) der elektrischen Verbindungsdrähte versehen.
Die beschriebene Isolierung von elektrischen Bauelementen und
Metallsubstraten durch eine Polyimidschicht hat hervorragende Haft- und Isoliereigenschaften, ist fehlstellenfrei, mechanisch
stark belastbar und thermisch oder chemisch extrem resistent.
Untersuchungen haben gezeigt, daß die Polyimidschicht kein nachteiliges Kriechverhalten und keine nachteilige Hysterese
aufweist und hohe Langzeitstabilität und Einsetzbarkeit unter hohen Temperaturen gewährlsistet.
Claims (2)
1. Messaufnehmer mit einem Überzug zur elektrischen Isolierung von elektrischen Bauelementen und Metallsubstraten,
kennzeichnet, daß der überzug von einer dünnen Poyimidschicht gebildet ist.
2. Meßaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die dünne Polyimidschicht eine Stärke im Bereich von unter 1 bis 10 Mm, insbesondere in der Größenordnung von &Igr;&mgr;&igr;&pgr;,
aufweist.
Endress+ Häuser GmbH+ Co · Potttach 1261 · D-7864 Maulburg - Telefon (07622) 28-0 · Telex 773226 · Telefax (07622) 28438
Komn
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| DE19848423866 DE8423866U1 (de) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | Meßaufnehmer mit einem Überzug zur elektrischen Isolierung von elektrischen Bauelementen und Metallsubstraten |
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| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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|---|---|
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1984
- 1984-08-10 DE DE19848423866 patent/DE8423866U1/de not_active Expired
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