EP1181239A1 - Verfahren zur herstellung von freitragenden mikrostrukturen, von dünnen flachteilen oder von membranen und verwendung nach diesem verfahren hergestellter mikrostrukturen als widerstandsgitter in einer einrichtung zur messung schwacher gasströmungen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von freitragenden mikrostrukturen, von dünnen flachteilen oder von membranen und verwendung nach diesem verfahren hergestellter mikrostrukturen als widerstandsgitter in einer einrichtung zur messung schwacher gasströmungen

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Publication number
EP1181239A1
EP1181239A1 EP00920411A EP00920411A EP1181239A1 EP 1181239 A1 EP1181239 A1 EP 1181239A1 EP 00920411 A EP00920411 A EP 00920411A EP 00920411 A EP00920411 A EP 00920411A EP 1181239 A1 EP1181239 A1 EP 1181239A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
auxiliary layer
microstructures
carrier frame
wgl
trl
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00920411A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günter Elmar TRAUSCH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1181239A1 publication Critical patent/EP1181239A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • G01F1/69—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element of resistive type
    • G01F1/692—Thin-film arrangements
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    • G01F1/6845—Micromachined devices
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    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/49155—Manufacturing circuit on or in base

Definitions

  • Thin flat parts with a thickness of less than 20 ⁇ cause problems due to their low strength, both during manufacture as well as during handling and assembly.
  • Thin flat parts of this type are used, for example, as optical diaphragms, as diaphragms for corpuscular beams or as vapor deposition templates for metallizations in a vacuum.
  • Unsupported microstructures with thicknesses below 20 ⁇ m are used, among other things, as functional parts in sensors or actuators.
  • self-supporting microstructures in the form of planes become more planar
  • Grids are required, which are arranged in a tube perpendicular to the direction of flow of the gas.
  • Nozzles, orifices and functional parts in sensors and actuators can be produced by anisotropic and selective etching of silicon. It is used that certain etching media such as hot potash lye are preferred on the crystal structure have oriented etching direction, and that doped areas and silicon dioxide can be etch resistant. This technique requires expensive equipment and is limited to silicon materials. High-frequency circuits can also be built on fragile silicon membranes.
  • EP-B-0 483 662 discloses a method for producing self-supporting microstructures, in which a sacrificial layer is applied to a substrate and the microstructures are then built up on this sacrificial layer. A carrier frame is then applied to the microstructures, whereupon the sacrificial layer with the microstructures and the carrier frame is lifted off the substrate and the sacrificial layer is then removed.
  • This method has the advantage that self-supporting microstructures can be produced and that these microstructures are stabilized when they are detached from the substrate by the sacrificial layer and the solid support frame, so that undesired changes in the shape of the microstructures caused by the detachment from the substrate are avoided to let.
  • the invention has for its object to provide a method for the production of self-supporting microstructures, thin flat parts or membranes which, while maintaining the advantages of a support frame, enables simple and economical production of the microstructures, flat parts or membranes.
  • the invention is based on the knowledge that the microstructures, flat parts or membranes can be produced directly on a support which is planar on one side and which consists of a support frame and an auxiliary layer spanning the opening of the support frame.
  • the auxiliary layer can then be removed in such a way that the microstructures, flat parts or membranes remain directly on the stable support frame without any impairment of their dimensional accuracy and edge quality.
  • the embodiment according to claim 2 facilitates the production of the auxiliary layer through the temporary use of an adhesive film. If, in accordance with claim 3, the adhesive film is first laminated with its back onto an auxiliary carrier, warping or injury to the adhesive film can be avoided even with large spans.
  • the embodiment according to claim 4 relates to the use of a photoresist film as an adhesive film, which is distinguished by good adhesion to different materials of the support frame and by a smooth, trouble-free surface.
  • a photoresist film can be cured in a simple manner by means of UV radiation after being applied to the carrier frame.
  • photoresist films can be dissolved in an organic solvent or in a weak alkali without impairing the auxiliary layer.
  • the embodiment according to claim 7 enables rapid and economical production of the auxiliary layer by chemical metal deposition and subsequent galvanic reinforcement.
  • a similarly favorable production of the auxiliary layer can also be achieved according to claim 8 by vapor deposition of metal in a vacuum and subsequent galvanic reinforcement.
  • microstructures by galvanic metal deposition.
  • this additive construction of the microstructures is also made possible in the case of carrier frames which are made of an electrical insulating material.
  • economical production of microstructures is also made possible by subtractive means by structuring layers applied over the entire surface.
  • the development according to claim 12 enables the generation of microstructures in two levels. In this way it is possible, for example, to produce crossed web shares lying one above the other at a short distance.
  • the embodiment according to claim 13 enables an extremely gentle removal of the auxiliary layer by etching. If a spacer layer is used, then this can also be gently removed in a similar manner according to claim 14.
  • the development according to claim 15 enables simple manufacture of circuits on self-supporting dielectric membranes.
  • the embodiment according to claim 16 relates to an alternative production of circuits on self-supporting dielectric membranes, in which the circuit elements are embedded in the dielectric membrane from three sides. If the circuit then consists, as usual, of a multi-layer structure, e.g. from a sequence of layers: adhesive layer, diffusion barrier and conductive layer, in this variant one or more layers can be etched off again. In this way it is e.g. possible to produce circuit elements made of pure gold on the dielectric membrane.
  • Claim 17 relates to the use of the microstructures produced by the method according to the invention as electrically heated resistance grids in a device for measuring weak gas flows.
  • the resistance grids produced in this way have a higher uniformity compared to conventionally manufactured resistance grids. other on, whereby, for example, the control electronics can be simplified.
  • the resistance grids produced according to the invention also enable stronger signals and thus more precise measurements.
  • the method according to the invention also enables the resistance grids to be produced in a multiple arrangement and thus a considerable reduction in the production costs.
  • FIG. 1 to FIG. 4 different stages of the process in the production of a carrier frame, the opening of which is spanned flush with an auxiliary layer on one side,
  • FIG. 5 shows a variant in which an adhesive film reinforced with an auxiliary carrier is used
  • FIG. 6 shows the generation of microstructures on a conductive layer
  • FIG. 7 shows the generation of microstructures in two levels
  • FIG. 8 shows the generation of microstructures applied directly to the carrier frame
  • FIG. 9 shows a first embodiment of a circuit formed on a self-supporting dielectric membrane and FIG. 10 shows a second embodiment of a circuit formed on a self-supporting dielectric membrane
  • FIG. 11 shows a device for measuring weak gas flows in a highly simplified schematic representation
  • FIG. 12 shows a section through the two resistance grids used in the device according to FIG. 11,
  • FIG. 13 shows a plan view of the meandering structure of the first resistance grid according to FIG. 12,
  • FIG. 14 shows the detail XIV according to FIG. 13 and
  • FIG. 15 shows a plan view of the meandering structure of the second resistance grid according to FIG. 12.
  • Figure 1 shows a cross section through a support frame 1, which consists of a thin flat plate provided with an opening 10.
  • a support frame 1 which consists of a thin flat plate provided with an opening 10.
  • sheet metal, plastic, glass or ceramic can be selected as the starting material, the opening 10 being able to be produced, for example, by milling, chemical etching, laser cutting, punching or the like.
  • the support frame 1 shown in Figure 1 is covered on one side with an adhesive film 2 that its opening 10 is just spanned.
  • a photoresist film as is otherwise used in printed circuit board technology, is used as the adhesive film 2.
  • These initially thermoplastic photopolymer films adhere well to a wide variety of materials, have a smooth, trouble-free surface and are hardened by the action of UV radiation. The lamination is done with standard equipment, but the heated roller should be hard so that the applied photo sist film is not arched. For example, heated rollers made of metal are suitable.
  • a self-supporting, metallic auxiliary layer 3 is then applied to the composite of carrier frame 1 and adhesive film 2 shown in FIG. 2, according to FIG. 3, in particular in the area of the opening 10 from the underside by chemical metal deposition and subsequent galvanic reinforcement. It can be seen that the auxiliary layer 3 spans the opening 10 (cf. FIGS. 1 and 2) of the support frame 1 flush on one side with the top of the support frame 1.
  • FIG. 4 shows the arrangement consisting of carrier frame 1 and auxiliary layer 3 after removal of the adhesive film 2.
  • the photoresist film used as adhesive film 2 is removed in an organic solvent or in a weak alkali.
  • an adhesive film 2 that is adhesive on both sides can be used, which is first laminated onto a flat auxiliary carrier 21 and then applied to the carrier frame 1 together with the latter according to FIG. 5.
  • a photoresist film is used as the adhesive film 2.
  • a solvent-permeable auxiliary carrier 21 can be used, e.g. B. carton. However, it must then be protected in the previous wet processes by covering it with a second film, not shown in the drawing.
  • the auxiliary carrier 21 can also be lifted off mechanically.
  • the adhesive strength of photoresist films can be control, i.e. via the temperature. Reduced adhesion can also be achieved by thin release layers such as polyvinyl alcohol.
  • FIG. 6 shows an arrangement of support frame 1 and auxiliary layer 3 corresponding to FIG. 4, wherein here the support frame 1 consists of electrically non-conductive material.
  • the auxiliary layer 3 can consist of electrically conductive or electrically non-conductive material.
  • a conductive layer 4 that is to say a thin layer of electrically conductive material, is applied to the common level of auxiliary layer 3 and carrier frame 1.
  • a galvanoresist (not shown in FIG. 6) is applied to the conductive layer 4, which is structured photolithographically in such a way that the conductive layer 4 is exposed in the area of the later microstructures.
  • the conductive layer 4 can then be removed by etching after stripping the galvanoresist and after removing the auxiliary layer 3. Only those areas of the conductive layer 4 that are located between the microstructures 51 and the carrier frame 1 are retained.
  • the microstructures 51 can be produced without the conductive layer 4.
  • an insulating layer (not shown in FIG. 6) is applied to the common plane of the auxiliary layer 3 and carrier frame 1 before the conductive layer 4 is applied.
  • the microstructures 51 shown in FIG. 6 can also be produced as metallic or non-metallic structures subtractively from layers applied over the entire surface.
  • the These layers are structured, for example, by applying an etching resist and subsequent etching. Laser structuring is also possible.
  • wet chemical etching either the choice of materials must be made in such a way that the etching is selectively possible, or it must be protected from the etching solution by an intermediate layer and by covering the back of the arrangement consisting of auxiliary layer 3 and carrier frame 1.
  • FIG. 7 shows an arrangement of auxiliary layer 3 and carrier frame 1, on the common level of which microstructures 52 were initially produced in the manner described. In the example shown, these microstructures 52 run perpendicular to
  • microstructures 53 are produced thereon in a second structural level.
  • these microstructures 53 run parallel to the plane of the drawing and perpendicular to the microstructures 52.
  • the spacer layer 6 is then likewise removed after the auxiliary layer 3 has been removed. Only those regions of the spacer layer 6 that are located between the microstructures 53 and the carrier frame 1 are retained.
  • the auxiliary layer 3 which had hitherto been supporting, is removed.
  • Metals are preferably selected for the auxiliary layer 3 and the carrier frame 1, which metals allow the auxiliary layer 3 to be etched away selectively with respect to the carrier frame 1 by wet chemical means. Since the etching contours are fixed, etching can be carried out in the immersion bath without movement and so gently that the now self-supporting microstructures remain undamaged.
  • FIG. 8 shows microstructures 54 stretched directly onto the carrier frame 1 after the auxiliary layer 3 has been removed.
  • inorganic dielectric layers can be deposited in a known manner by CVD or PVD on the common level of the arrangement of auxiliary layer 3 and carrier frame 1 shown in FIG.
  • Organic dielectrics can be applied by spinning on or spraying on liquid solution made of polyimide, benzocyclobutene, polybenzoxazole or the like and then hardened. After the auxiliary layer 3 has been etched off, the self-supporting membranes produced in this way are then stretched over the carrier frame 1.
  • circuits are to be produced on self-supporting dielectric membranes, there are the variants shown in FIGS. 9 and 10.
  • a dielectric membrane 71 is first applied to the auxiliary layer 3 (see FIG. 4). After metallization over the entire surface, circuit elements 81 can then be produced either additively by galvanic metal deposition or subtractively by etching. To complete the circuit shown in FIG. 9, the auxiliary layer 3 is then etched away selectively with respect to the carrier frame 1 by wet chemical means.
  • the circuit elements designated here at 82 are generated directly on the auxiliary layer 3.
  • the subsequently applied dielectric membrane 72 then lies over the circuit elements 82 and embeds them from three sides.
  • the auxiliary layer 3 is then etched away selectively with respect to the carrier frame 1 by wet chemical means.
  • circuit elements 82 can, for example, by means of a layer sequence
  • Adhesive layer, diffusion barrier and conductive layer are built up. After removal of the auxiliary layer 3 (see FIG. 4) one or more of these layers can then be etched off again. In this way, it is possible, for example, to produce circuit elements 82 made of pure gold on the dielectric membrane 72.
  • self-supporting metal bars are made through openings in thin glass.
  • the carrier frame is made of 0.3 mm thick borosilicate glass, into which the openings are made by sandblasting.
  • the format of the multiple arrangement is 4 x 4 inches.
  • the openings or the self-supporting areas have dimensions of l x l m- ⁇ -2.
  • a 75 ⁇ m thick commercially available dry resist film is used as the adhesive film.
  • the auxiliary layer consists of 25 ⁇ m thick copper.
  • self-supporting microstructures bars are created by electrodeposition of nickel, which are 13 ⁇ m wide and 6 ⁇ m thick and have a pitch of 39 mm.
  • a carrier frame is cut from a 0.3 mm thick sheet of vanadium steel with the laser.
  • a 75 ⁇ m thick dry resist film is used as the adhesive film, which is applied to an auxiliary carrier made of glass according to FIG.
  • the auxiliary layer consists of 50 ⁇ m thick copper.
  • the openings in the support frame could have dimensions of 8 x 13 mm ⁇ or 33 x 4 mm ⁇ , for example.
  • the dielectric membrane is produced by spinning on liquid PBO (polybenzoxazole) in a thickness of 3 ⁇ m.
  • the circuit elements formed on the dielectric membrane consist of a layer sequence of titanium, palladium and gold.
  • the microstructures produced according to FIGS. 1 to 6 and example 1 can be used as electrically heatable resistors.
  • standing grids can be used in a device for measuring weak gas flows.
  • a device for measuring weak gas flows Such a device known from DE-C-15 73 098 is shown in FIG.
  • This device is an infrared gas analyzer that works according to the alternating light principle and has two receiver chambers K 1 and K 2, the chamber K 1 being in the measurement beam path and the chamber 2 being in the comparison beam path.
  • the chambers Kl and K2 are filled with the same type of gas and are connected to each other via a pipe R.
  • the periodic pressure fluctuations that occur in the chambers K1 and K2 in the measuring method according to the alternating light principle result in an oscillating gas flow in the connecting pipe R, the frequency of the pulsating gas column usually being of the order of 10 Hz.
  • Two flat resistance grids WG1 and WG2 made of temperature-sensitive, electrically conductive material are arranged in the connecting tube R perpendicular to the direction of flow.
  • the dimensions of the two resistance grids WG1 and WG2 are 1 ⁇ m x 1 ⁇ m, and their distance is approximately 200 ⁇ m.
  • the two resistance grids WG1 and WG2 form branches of a bridge circuit which also has the adjustable resistors W1 and W2.
  • a constant voltage source KS lying in the bridge diagonal heats the resistance grids WG1 and WG2 to a temperature of, for example, approximately 200 ° C.
  • An amplifier V of simple design is connected to the measuring diagonal of the bridge, the output of which is connected to an indicating or evaluating measuring device M.
  • the two resistance grids WG1 and WG2, which are only shown schematically in FIG. 11, are produced in accordance with FIGS. 1 to 6 and example 1 as self-supporting microstructures on corresponding support frames TR1 and TR2. It can be seen from the section shown in FIG. 12 that the two support frames TR1 and TR2 are connected to one another via a frame-shaped spacer D, the thickness of this spacer D determining the distance between the resistance grids WG1 and WG2.
  • the spacer D was made from a 200 ⁇ m thick dry resist film.
  • the two support frames TR1 and TR2 connected via the spacer D together with the resistance grids WG1 and WG2 form an insert which can be inserted into the connecting pipe R according to FIG.
  • the measuring gas flowing through the resistance tube R is indicated in FIG. 12 by arrows MG.
  • FIG. 12 also shows that the carrier frame TR1 and the spacer D are provided with recesses, which are not designated in any more detail, and which allow easy electrical contacting of the corresponding contact surfaces of the resistance grids WG1 and WG2. This electrical contacting is indicated in Figure 12 by arrows KOI and K02.
  • FIGS. 13 and 15 The actual configuration of the contact surfaces KF1 of the resistance grid WG1 and the contact surfaces KF2 of the resistance grid WG2 can be seen from FIGS. 13 and 15.
  • these two figures also show the meandering shape of the webs ST of the resistance grids WG1 and WG2, FIG. 14 as detail XIV of FIG. 13 showing the design of the webs ST very clearly.
  • the resistance grids WG1 and WG2 which are arranged in mirror image to one another in the installed state, there are twenty-five webs ST each made of nickel, each having a width of 18 ⁇ m and a height of 4.2 ⁇ m measured perpendicular to the plane of the drawing.
  • the pitch of the webs ST is 39 ⁇ m.
  • the heated resistance grids WG1 and WG2 face each other at a short distance of, for example, 200 ⁇ m.
  • the heat dissipated by the sample gas flowing through causes an electrical resistance change in the resistance grids WG1 and WG2.
  • This change is a measure of the mass flow and the type of gas.
  • the size and accuracy of the measurement signal is primarily due to the geometric precision of the structure.
  • the manufacturing process described for the resistance grids WG1 and WG2 therefore enables a strong signal and an accurate measurement.
  • the control electronics can also be simplified due to the high uniformity of the resistance grids.
  • the described manufacturing method allows inexpensive manufacturing in multiple arrangements, for example the manufacturing of 500 resistance grids on 4 inches x 4 inches.

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Abstract

Zunächst wird ein Trägerrahmen (1) hergestellt, dessen Öffnung (10) einseitig bündig von einer Hilfsschicht (3) überspannt ist. Nach der Erzeugung von Mikrostrukturen, Flachteilen oder Membranen auf der gemeinsamen Ebene von Hilfsschicht (3) und Trägerrahmen (1) wird die Hilfsschicht (3) vorzugsweise durch Ätzen entfernt. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten freitragenden Mikrostrukturen werden bei einer bevorzugten Anwendung als elektrisch beheizbare Widerstandsgitter in einer Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen eingesetzt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung von freitragenden MikroStrukturen, von dünnen Flachteilen oder von Membranen und Verwendung nach diesem Verfahren hergestellter MikroStrukturen als Widerstandsgitter in einer Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen
Flachteile mit Dicken unter 20 μ bereiten aufgrund ihrer ge- ringen Festigkeit sowohl bei der Herstellung als auch bei der Handhabung und Montage Probleme. Derartige dünne Flachteile werden beispielsweise als optische Blenden, als Blenden für Korpuskularstrahlen oder als Bedampfungsschablonen für Metallisierungen im Vakuum verwendet.
Freitragende Mikrostrukturen mit Dicken unter 20 μm werden unter anderem als Funktionsteile in Sensoren oder Aktoren verwendet. So werden beispielsweise bei einer aus der DE-C-15 73 098 bekannten Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen freitragende Mikrostrukturen in Form ebener
Gitter benötigt, die in einem Rohr senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases angeordnet werden.
In elektronischen Schaltungen werden elektrische Signale durch die kapazitive und induktive Wechselwirkung zwischen Leitungen, Isolationsschichten und Schaltungsträgern mit steigender Frequenz zunehmend verzerrt. Aus diesem Grunde sind für Hochfrequenzschaltungen Substrate in Gestalt von wenigen Mikrometer dicken Membranen erwünscht. Bei der Herstel- lung und Handhabung derartiger Membranen ergeben sich die gleichen Probleme wie bei der Herstellung und Handhabung von freitragenden Mikrostrukturen oder von dünnen Flachteilen.
Düsen, Blenden und Funktionsteile in Sensoren und Aktoren können durch anisotropes und selektives Ätzen von Silizium hergestellt werden. Dabei nutzt man, dass bestimmte Ätzmedien wie heiße Kalilauge eine bevorzugte, an der Kristallstruktur orientierte Ätzrichtung haben, und dass dotierte Bereiche und Siliziumdioxid ätzresistent sein können. Diese Technik erfordert eine teure Ausrüstung und sie ist auf Siliziumwerkstoffe beschränkt. Auch Hochfrequenz-Schaltungen können auf fragilen Silizium-Membranen aufgebaut werden.
Aus der EP-B-0 483 662 ist ein Verfahren zur Herstellung freitragender Mikrostrukturen bekannt, bei welchem auf ein Substrat eine Opferschicht aufgebracht wird und die Mikro- Strukturen dann auf dieser Opferschicht aufgebaut werden. Auf die Mikrostrukturen wird dann ein Trägerrahmen aufgebracht, worauf die Opferschicht mit den Mikrostrukturen und dem Trägerrahmen vom Substrat abgehoben wird und dann die Opferschicht entfernt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass freitragende Mikrostrukturen hergestellt werden können und dass diese Mikrostrukturen bei der Ablösung vom Substrat durch die Opferschicht und den festen Trägerrahmen stabilisiert werden, so dass sich unerwünschte, durch die Ablösung vom Substrat bedingte Veränderungen der Form der Mikrostruk- turen vermeiden lassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von freitragenden Mikrostrukturen, von dünnen Flachteilen oder von Membranen zu schaffen, das unter Beibe- haltung der Vorteile eines Trägerrahmens eine einfache und wirtschaftliche Erzeugung der Mikrostrukturen, Flachteile o- der Membranen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merk- male gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Mikrostrukturen, Flachteile oder Membranen direkt auf einem einseitig planen Träger erzeugt werden können, welcher aus einem Trägerrahmen und einer die Öffnung des Trägerrahmens überspannenden Hilfsschicht besteht. Die Hilfsschicht kann dann derart entfernt werden, dass die Mikrostrukturen, Flachteile oder Membranen ohne jegliche Beeinträchtigung ihrer Maßgenauigkeit und Kantenqualität direkt auf dem stabilen Trägerrahmen verbleiben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 erleichtert die Herstellung der Hilfsschicht durch die temporäre Verwendung einer Klebefolie. Wird dabei gemäß Anspruch 3 die Klebefolie zunächst mit ihrer Rückseite auf einen Hilfsträger aufkaschiert, so können auch bei großen Spannweiten Verwölbungen oder Verletzungen der Klebefolie vermieden werden.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 4 betrifft die Verwendung einer Fotoresistfolie als Klebefolie, die sich durch eine gute Haftung auf verschiedenartigen Werkstoffen des Trägerrahmens und durch eine glatte, störungsfreie Oberfläche auszeichnet. Gemäß Anspruch 5 können derartige Fotoresistfolien nach dem Aufbringen auf den Trägerrahmen auf einfache Weise mittels UV-Strahlung gehärtet werden. Außerdem können Fotoresist- folien gemäß Anspruch 6 ohne Beeinträchtigung der Hilfsschicht in einem organischen Lösemittel oder in einer schwachen Lauge gelöst werden.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 7 ermöglicht eine rasche und wirtschaftliche Erzeugung der Hilfsschicht durch chemische Metallabscheidung und anschließende galvanische Verstärkung. Eine ähnlich günstige Erzeugung der Hilfsschicht kann gemäß Anspruch 8 auch durch Aufdampfen von Metall im Vakuum und anschließende galvanische Verstärkung erzielt werden.
Die Weiterbildung nach Anspruch 9 ermöglicht einen einfachen und wirtschaftlichen additiven Aufbau von Mikrostrukturen durch galvanische Metallabscheidung. Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 10 wird dieser additive Aufbau der Mikrostrukturen auch bei Trägerrahmen ermöglicht, die aus einem elekt- risch isolierenden Material bestehen. Gemäß -Anspruch 11 wird eine wirtschaftliche Erzeugung von Mikrostrukturen aber auch auf substraktivem Wege durch die Strukturierung ganzflächig aufgebrachter Schichten ermöglicht.
Die Weiterbildung nach Anspruch 12 ermöglicht eine Erzeugung von Mikrostrukturen in zwei Ebenen. Auf diese Weise können beispielsweise in geringem Abstand übereinander liegende, gekreuzte Stegscharen erzeugt werden.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 13 ermöglicht eine äußerst schonende Entfernung der Hilfsschicht durch Ätzen. Bei Verwendung einer Distanzschicht kann diese dann gemäß Anspruch 14 auf ähnliche Weise ebenfalls durch Ätzen schonend entfernt werden.
Die Weiterbildung nach Anspruch 15 ermöglicht eine einfache Herstellung von Schaltungen auf freitragenden dielektrischen Membranen.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 16 betrifft eine alternative Herstellung von Schaltungen auf freitragenden dielektrischen Membranen, bei welcher die Schaltungselemente von drei Seiten her in die dielektrische Membran eingebettet sind. Besteht dann die Schaltung wie üblich aus einem Mehrlagenaufbau, z.B. aus einer Schichtenfolge: Haftschicht, Diffusionssperre und Leitschicht, so können bei dieser Variante eine oder mehrere Schichten wieder abgeätzt werden. Auf diese Weise ist es z.B. möglich, Schaltungselemente aus reinem Gold auf der die- lektrischen Membran zu erzeugen.
Der -Anspruch 17 betrifft die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Mikrostrukturen als e- lektrisch beheizbare Widerstandsgitter in einer Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen. Die derart hergestellten Widerstandsgitter weisen gegenüber konventionell hergestellten Wiederstandsgittern eine höhere Gleichmäßigkeit unterein- ander auf, wodurch beispielsweise die Ansteuerelektronik vereinfacht werden kann. Die erfindungsgemäß hergestellten Widerstandsgitter ermöglichen außerdem stärkere Signale und damit genauere Messungen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermög- licht auch eine Herstellung der Widerstandsgitter in Vielfachanordnung und damit eine erhebliche Reduzierung der Herstellungskosten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verwendung nach Anspruch 17 sind in den Ansprüchen 18 bis 22 angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Figur 1 bis Figur 4 verschiedene Verfahrensstadien bei der Herstellung eines Trägerrahmens, dessen Öffnung einseitig bündig mit einer Hilfsschicht überspannt ist,
Figur 5 eine Variante, bei welcher eine mit einem Hilfsträger verstärkte Klebefolie eingesetzt wird,
Figur 6 die Erzeugung von Mikrostrukturen auf einer Leitschicht,
Figur 7 die Erzeugung von Mikrostrukturen in zwei Ebenen,
Figur 8 die Erzeugung von unmittelbar auf den Trägerrah en aufgebrachten Mikrostrukturen,
Figur 9 eine erste Ausführungsform einer auf einer freitragenden dielektrischen Membran gebildeten Schaltung und Figur 10 eine zweite Ausführungsform einer auf einer freitragenden dielektrischen Membran gebildeten Schaltung,
Figur 11 eine Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmun- gen in stark vereinfachter schematischer Darstellung,
Figur 12 einen Schnitt durch die beiden in der Einrichtung gemäß Figur 11 eingesetzten Widerstandsgitter,
Figur 13 eine Draufsicht auf die mäanderförmige Struktur des ersten Widerstandsgitters gemäß Figur 12,
Figur 14 die Einzelheit XIV gemäß Figur 13 und
Figur 15 eine Draufsicht auf die mäanderförmige Struktur des zweiten Widerstandsgitters gemäß Figur 12.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Trägerrahmen 1, der aus einer mit einer Öffnung 10 versehenen, dünnen ebenen Platte besteht. Als Ausgangsmaterial können beispielsweise Metallblech, Kunststoff, Glas oder Keramik gewählt werden, wobei die Öffnung 10 beispielsweise durch Fräsen, chemisches Ätzen, Laserschneiden, Stanzen oder dergleichen erzeugt werden kann.
Gemäß Figur 2 wird der in Figur 1 dargestellte Trägerrahmen 1 einseitig so mit einer Klebefolie 2 abgedeckt, dass seine Öffnung 10 eben überspannt wird. Als Klebefolie 2 wird eine Fotoresistfolie verwendet, wie sie sonst in der Leiterplattentechnik eingesetzt wird. Diese zunächst thermoplastischen Fotopolymerfolien haften gut auf den verschiedensten Werkstoffen, haben eine glatte, störungsfreie Oberfläche und wer- den durch Einwirkung von UV-Strahlung gehärtet. Das Kaschieren erfolgt mit marktüblichen Geräten, wobei die beheizte Walze jedoch hart sein sollte, damit die aufgebrachte Fotore- sistfolie nicht durchgewölbt wird. Geeignet sind beispielsweise aus Metall bestehende beheizte Walzen.
Auf den in Figur 2 dargestellten Verbund aus Trägerrahmen 1 und Klebefolie 2 wird dann gemäß Figur 3 insbesondere im Bereich der Öffnung 10 von der Unterseite her durch chemische Metallabscheidung und anschließende galvanische Verstärkung eine selbsttragende, metallische Hilfsschicht 3 aufgebracht. Es ist ersichtlich, dass die Hilfsschicht 3 die Öffnung 10 (vgl. Figuren 1 und 2) des Trägerrahmens 1 einseitig bündig mit der Oberseite des Trägerrahmens 1 überspannt.
Figur 4 zeigt die aus Trägerrahmen 1 und Hilfsschicht 3 bestehende -Anordnung nach der Entfernung der Klebefolie 2. Die Entfernung der als Klebefolie 2 verwendeten Fotoresistfolie erfolgt in einem organischen Lösemittel oder in einer schwachen Lauge.
Damit bei großen Spannweiten der Klebefolie 2 keine Verwöl- bung oder Verletzung auftritt, kann eine beidseitig klebende Klebefolie 2 verwendet werden, die zunächst auf einen ebenen Hilfsträger 21 aufkaschiert und dann mit diesem zusammen gemäß Figur 5 auf den Trägerrahmen 1 aufgebracht wird. Auch hier wird als Klebefolie 2 wieder eine Fotoresistfolie ver- wendet. Erweist sich nach dem Aufbringen der Hilfsschicht 3 (vgl. Figur 3) das Ablösen der Klebefolie 2 als unerwünscht langwierig, so kann ein lösemitteldurchlässiger Hilfsträger 21 verwendet werden, z. B. Karton. Er muß dann jedoch bei den vorherigen Naßprozessen geschützt werden, indem man ihn mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten zweiten Folie abdeckt.
Ist die Hilfsschicht 3 in der Öffnung 10 des Trägerrahmen 1 nicht zu dünn und die Haftung der Klebefolie 2 zum Trägerrah- men 1 nicht zu groß, so kann der Hilfsträger 21 auch mechanisch abgehoben werden. So läßt sich die Klebekraft von Fotoresistfolien durch ihren Plastifizierungsgrad beim Kaschie- ren, also über die Temperatur, steuern. Verminderte Haftung kann auch durch dünne Trennschichten wie Polyvinylalkohol erreicht werden.
Figur 6 zeigt eine der Figur 4 entsprechende -Anordnung aus Trägerrahmen 1 und Hilfsschicht 3, wobei hier der Trägerrahmen 1 aus elektrisch nicht leitendem Material besteht. Die Hilfsschicht 3 kann aus elektrisch leitendem oder aus elektrisch nicht leitendem Material bestehen. Um die geschilderte -Anordnung für die Erzeugung von Mikrostrukturen vorzubereiten, wird auf die gemeinsame Ebene von Hilfsschicht 3 und Trägerrahmen 1 eine Leitschicht 4, das heißt eine dünne Schicht aus elektrisch leitendem Material, aufgebracht. -Anschließend wird auf die Leitschicht 4 ein in Figur 6 nicht dargestelltes Galvanoresist aufgebracht, welches fotoli- tographisch derart strukturiert wird, dass die Leitschicht 4 im Bereich der späteren Mikrostrukturen frei liegt. Die in Figur 6 dargestellten Mikrostrukturen 51 können dann additiv, das heißt durch galvanische Metallabscheidung aufgebaut wer- den. Die Leitschicht 4 kann dann nach dem Strippen des Galva- noresists und nach der Entfernung der Hilfsschicht 3 durch Ätzen entfernt werden. Dabei bleiben lediglich diejenigen Bereiche der Leitschicht 4 erhalten, die zwischen den MikroStrukturen 51 und dem Trägerrahmen 1 liegen.
Bestehen der Trägerrahmen 1 und die Hilfsschicht 3 aus elektrisch leitenden Materialien, insbesondere aus Metall, so können die Mikrostrukturen 51 unter Verzicht auf die Leitschicht 4 hergestellt werden. Für den Fall, dass die Mikrostrukturen 51 vom Trägerrahmen 1 elektrisch entkoppelt sein sollen, wird vor dem Aufbringen der Leitschicht 4 eine in Figur 6 nicht dargestellte Isolierschicht auf die gemeinsame Ebene von Hilfsschicht 3 und Trägerrahmen 1 aufgebracht.
Die in Figur 6 dargestellten Mikrostrukturen 51 können als metallische oder nicht metallische Strukturen auch subtraktiv aus ganzflächig aufgebrachten Schichten erzeugt werden. Die Strukturierung dieser Schichten wird beispielsweise durch Aufbringen eines Ätzresists und nachfolgendes Ätzen vorgenommen. Eine Laserstrukturierung ist ebenfalls möglich. Beim naßchemischen Ätzen muß entweder die Auswahl der Werkstoffe so erfolgen, dass die Ätzung selektiv möglich ist, oder es muß durch eine Zwischenschicht und durch Abdeckung der Rückseite der aus Hilfsschicht 3 und Trägerrahmen 1 bestehenden Anordnung diese vor der Ätzlösung geschützt werden.
Es ist auch möglich, frei tragende Mikrostrukturen in mehreren Ebenen über einen Trägerrahmen 1 zu spannen. So zeigt Figur 7 eine Anordnung aus Hilfsschicht 3 und Trägerrahmen 1, auf deren gemeinsamer Ebene zunächst in der geschilderten Weise Mikrostrukturen 52 erzeugt wurden. Diese Mikrostruktu- ren 52 verlaufen im dargestellten Beispiel senkrecht zur
Zeichnungsebene. Nach der Fertigstellung der Mikrostrukturen 52 wird eine Distanzschicht 6 aufgebracht und auf dieser in einer zweiten Strukturebene Mikrostrukturen 53 erzeugt. Diese Mikrostrukturen 53 verlaufen im dargestellten Ausführungsbei- spiel parallel zur Zeichnungsebene und senkrecht zu den Mikrostrukturen 52. Die Distanzschicht 6 wird dann nach der Entfernung der Hilfsschicht 3 ebenfalls entfernt. Dabei bleiben lediglich diejenigen Bereiche der Distanzschicht 6 erhalten, die zwischen den Mikrostrukturen 53 und dem Trägerrahmen 1 liegen.
Nach der additiven oder subtraktiven Erzeugung von MikroStrukturen wird die bis dahin unterstützende Hilfsschicht 3 entfernt. Vorzugsweise werden für die Hilfsschicht 3 und den Trägerrahmen 1 Metalle gewählt, die es erlauben, die Hilfsschicht 3 selektiv zum Trägerrahmen 1 naßchemisch abzuätzen. Da die Ätzkonturen fest stehen, kann im Tauchbad ohne Bewegung und so schonend geätzt werden, dass die jetzt frei- tragenden Mikrostrukturen unbeschädigt bleiben. Figur 8 zeigt direkt auf den Trägerrahmen 1 gespannte Mikrostrukturen 54 nach dem Entfernen der Hilfsschicht 3. Zur Herstellung vom Membranen können auf die gemeinsame Ebene der in Figur 4 dargestellten Anordnung aus Hilfsschicht 3 und Trägerrahmen 1 anorganische dielektrische Schichten in bekannter Weise durch CVD oder PVD abgeschieden werden. Organi- sehe Dielektrika können durch Aufschleudern oder Aufsprühen von flüssiger Lösung aus Polyimid, Benzocyclobuten, Polyben- zoxazol oder ähnlichem aufgebracht und anschließend gehärtet werden. Nach dem Abätzen der Hilfsschicht 3 sind dann die derart hergestellten frei tragenden Membranen über den Trä- gerrahmen 1 gespannt.
Sollen Schaltungen auf frei tragenden dielektrischen Membranen hergestellt werden, gibt es die in den Figuren 9 und 10 dargestellten Varianten.
Bei der in Figur 9 dargestellten ersten Möglichkeit wird auf die Hilfsschicht 3 (vgl. Figur 4) zunächst eine dielektrische Membran 71 aufgebracht. Nach einer ganzflächigen Metallisierung können dann entweder additiv durch galvanische Metallab- Scheidung oder subtraktiv durch Ätzen Schaltungselemente 81 hergestellt werden. Zur Fertigstellung der in Figur 9 dargestellten Schaltung wird dann die Hilfsschicht 3 selektiv zum Trägerrahmen 1 naßchemisch abgeätzt.
Bei der in Figur 10 dargestellten zweiten Möglichkeit werden die hier mit 82 bezeichneten Sch'altungselemente direkt auf der Hilfsschicht 3 erzeugt. Die anschließend aufgebrachte dielektrische Membran 72 liegt dann über den Schaltungselementen 82 und bettet diese von drei Seiten her ein. Zur Fer- tigstellung der in Figur 10 dargestellten Schaltung wird dann die Hilfsschicht 3 selektiv zum Trägerrahmen 1 naßchemisch abgeätzt.
Bei der in Figur 10 dargestellten Variante können die Schal- tungselemente 82 beispielsweise durch eine Schichtenfolge
Haftschicht, Diffusionssperre und Leitschicht aufgebaut werden. Nach der Entfernung der Hilfsschicht 3 (vgl. Figur 4) können dann eine oder mehrere dieser Schichten wieder abgeätzt werden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, Schaltungselemente 82 aus reinem Gold auf der dielektrischen Membran 72 zu erzeugen.
Beispiel 1
Für eine Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen werden freitragende Metallstege über Öffnungen in Dünnglas her- gestellt. Der Trägerrahmen wird aus 0,3 mm dickem Borosili- katglas hergestellt, in welches die Öffnungen durch Sandstrahlen eingebracht werden. Das Format der Vielfachanordnung beträgt 4 x 4 Zoll. Die Öffnungen bzw. die freitragenden Bereiche besitzen Abmessungen von l x l m-π-2. Als Klebefolie wird eine 75 μm dicke handelsübliche Trockenresistfolie verwendet. Die Hilfsschicht besteht aus 25 um dickem Kupfer. Als freitragende Mikrostrukturen werden durch galvanische Abscheidung von Nickel Stege erzeugt, die 13 μm breit sind und 6 μm dick sind und eine Teilung von 39 mm aufweisen.
Beispiel 2
Zur Herstellung einer elektrischen Schaltung wird ein Trägerrahmen aus einem 0,3 mm dickem Blech aus Vanadinstahl mit dem Laser geschnitten. Als Klebefolie wird eine 75 μm dicke Trockenresistfolie verwendet, die gemäß Figur 5 auf einen Hilfsträger aus Glas aufgebracht wird. Die Hilfsschicht besteht aus 50 μm dickem Kupfer. Die Öffnungen im Trägerrahmen könne beispielsweise Abmessungen von 8 x 13 mm^ oder von 33 x 4 mm^ aufweisen. Die Herstellung der dielektrischen Membran erfolgt durch Aufschleudern von flüssigem PBO (Polybenzoxazol) in einer Dicke von 3 μm. Die auf der dielektrischen Membran gebildeten Schaltungselemente bestehen aus einer Schichtenfolge Titan, Palladium und Gold.
Die gemäß den Figuren 1 bis 6 und dem Beispiel 1 hergestellten Mikrostrukturen können als elektrisch beheizbare Wider- standsgitter in einer Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen eingesetzt werden. Eine derartige, aus der DE-C-15 73 098 bekannte Einrichtung ist in Figur 11 dargestellt. Bei dieser Einrichtung handelt es sich um ein nach dem Wechsellichtprinzip arbeitendes Infrarot-Gasanalysegerät, welches zwei Empfängerkammern Kl und K2 aufweist, wobei die Kammer Kl im Messstrahlengang , die Kammer 2 im Vergleichsstrahlengang liegt. Die Kammern Kl und K2 sind mit gleichartigem Gas gefüllt und stehen miteinander über ein Rohr R in Verbindung. Die bei dem Messverfahren nach dem Wechsellichtprinzip in den Kammern Kl und K2 auftretenden periodischen Druckschwankungen haben eine pendelnde Gasströmung in dem Verbindungsrohr R zur Folge, wobei die Frequenz der pulsierenden Gassäule gewöhnlich in der Größenordnung von 10 Hz liegt. In dem Verbindungsrohr R sind senkrecht zur Strömungs- richtung zwei ebene Widerstandsgitter WGl und WG2 aus temperaturempfindlichem, elektrisch leitendem Material angeordnet. Die -Abmessungen der beiden Widerstandsgitter WGl und WG2 betragen 1 μm x 1 μm, ihr Abstand etwa 200 μm. Die beiden Wi- derstandsgitter WGl und WG2 bilden Zweige einer Brückenschaltung, die außerdem noch die einstellbaren Widerstände Wl und W2 aufweist. Eine in der einen Brückendiagonale liegende Kon- stantspannungsquelle KS heizt die Widerstandsgitter WGl und WG2 auf eine Temperatur von beispielsweise ca. 200°C auf. An die Messdiagonale der Brücke ist ein Verstärker V einfacher Bauart angeschlossen, dessen Ausgang mit einem anzeigenden oder auswertenden Messgerät M in Verbindung steht.
Die beiden in Figur 11 nur schematisch dargestellten Wider- standsgitter WGl und WG2 werden entsprechend den Figuren 1 bis 6 und dem Beispiel 1 als freitragende Mikrostrukturen auf entsprechenden Trägerrahmen TR1 und TR2 hergestellt. Aus dem in Figur 12 dargestellten Schnitt ist ersichtlich, dass die beiden Trägerrahmen TR1 und TR2 über ein rahmenförmiges Dis- tanzstück D miteinander verbunden werden, wobei die Dicke dieses Distanzstückes D den Abstand zwischen den Widerstandsgittern WGl und WG2 festlegt. Im dargestellten Ausführungs- beispiel wurde das Distanzstück D aus einer 200 μm dicken Trockenresistfolie hergestellt. Die beiden über das Distanzstück D verbundenen Trägerrahmen TR1 und TR2 bilden zusammen mit den Widerstandsgittern WGl und WG2 einen in das Verbin- dungsrohr R gemäß Figur 11 einfügbaren Einsatz. Das durch das Widerstandsrohr R strömende Messgas ist in Figur 12 durch Pfeile MG angedeutet.
Figur 12 zeigt ferner, dass der Trägerrahmen TR1 und das Dis- tanzstück D mit nicht näher bezeichneten Aussparungen versehen sind, die eine leichte elektrische Kontaktierung der entsprechenden Kontaktierflächen der Widerstandsgitter WGl und WG2 ermöglichen. Diese elektrische Kontaktierung ist in Figur 12 durch Pfeile KOI und K02 angedeutet.
Die tatsächliche Ausgestaltung der Kontaktierflächen KFl des Widerstandsgitters WGl und der Kontaktierflächen KF2 des Widerstandsgitters WG2 ist aus den Figuren 13 und 15 ersichtlich. Neben der rechteckförmigen Gestalt der Kontaktierflä- chen KFl und KF2 geht aus diesen beiden Figuren auch der mäanderförmige Verlauf der Stege ST der Widerstandsgitter WGl und WG2 hervor, wobei die Figur 14 als Einzelheit XIV der Figur 13 die Ausbildung der Stege ST sehr deutlich zeigt. Bei den im Einbauzustand spiegelbildlich zueinander angeordneten Widerstandsgittern WGl und WG2 sind jeweils fünfundzwanzig aus Nickel bestehende Stege ST vorhanden, die jeweils eine Breite von 18 μm und eine senkrecht zur Zeichnungsebene gemessene Höhe von 4,2 um aufweisen. Der Teilungsabstand der Stege ST beträgt 39 μm.
Gemäß Figur 12 stehen sich die geheizten Widerstandsgitter WGl und WG2 in einem geringen Abstand von beispielsweise 200 μm gegenüber. Die vom durchströmenden Messgas abgeführte Wärme bewirkt eine elektrische Widerstandsänderung in den Wi- derstandsgittern WGl und WG2. Diese Änderung ist ein Maß für den Massenstrom und für die Art des Gases. Neben dem Temperaturkoeffizienten des für die Widerstandsgitter WGl und WG2 verwendeten Materials ist für die Größe und die Genauigkeit des Messsignals vor allem die geometrische Präzision des Aufbaues verantwortlich. Das beschriebene Her- stellungsverfahren für die Widerstandsgitter WGl und WG2 ermöglicht daher ein starkes Signal und eine genaue Messung. Durch die hohe Gleichmäßigkeit der Widerstandsgitter untereinander kann auch die Ansteuerelektronik vereinfacht werden. Schließlich ist auch noch hervorzuheben, dass das beschrie- bene Herstellungsverfahren eine kostengünstige Herstellung in Vielfachanordnung erlaubt, beispielsweise die Herstellung von 500 Widerstandsgittern auf 4 Zoll x 4 Zoll.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von freitragenden Mikrostrukturen (51; 52; 53; 54; WGl; WG2 ) , von dünnen Flachteilen oder von Membranen (71; 72), mit folgenden Schritten: a) Herstellung eines mit mindestens einer Öffnung (10) versehenen Trägerrahmens (1; TRl; TR2) ; b) Bildung einer Hilfsschicht (3), welche die Öffnung (10) des Trägerrahmens (1) einseitig bündig mit dem Träger- rahmen (1; TRl; TR2 ) überspannt; c) Ausbildung der Mikrostrukturen (51; 52; 53; 54; WGl; WG2) , der Flachteile oder der Membranen (71; 72) auf der gemeinsamen Ebene von Hilfsschicht (3) und Trägerrahmen (1; TRl; TR2 ) ; d) Entfernung der im Schritt b) gebildeten Hilfsschicht (3) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Trägerrahmen (1; TRl; TR2) ; zunächst eine Klebefolie (2) derart aufgebracht wird, dass die Öffnung (10) des Trägerrahmens (1) eben überspannt wird, dass dann die Hilfsschicht (3) auf die Unterseite der Klebefolie (2) und die angrenzenden Bereiche des Trägerrahmens (1; TRl; TR2 ) aufgebracht wird und dass dann die Klebefolie (2) wieder ent- fernt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebefolie (2) vor dem Aufbringen auf dem Trägerrahmen (1; TRl; TR2) mit ihrer Rückseite auf einen Hilfsträger (21) aufkaschiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Klebefolie (2) eine Fotoresistfolie verwendet wird.
5 . Verfahren nach Anspruch 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Fotoresistfolie nach dem Aufbringen auf den Trägerrahmen (1) durch Einwirkung von UV-Strahlung gehärtet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Fotoresistfolie nach dem Aufbringen der Hilfsschicht (3) in einem organischen Lösemittel oder in schwacher Lauge gelöst wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsschicht (3) durch chemische Metallabscheidung und anschließende galvanische Verstärkung auf die Unterseite der Klebefolie (2) und die angrenzenden Bereiche des Trägerrahmens (1; TRl; TR2 ) aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsschicht (3) durch Aufdampfen von Metall im Vakuum und anschließende galvanische Verstärkung auf die Unterseite der Klebefolie (2) und die an- grenzenden Bereiche des Trägerrahmens (1; TRl; TR2) aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden -Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) Mikrostruk- turen (51; 52; 53; 54; WGl; WG2) additiv durch galvanische Metallabscheidung aufgebaut werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine Leitschicht (4) auf die gemeinsame Ebene von Hilfsschicht (3) und Trägerrahmen (1; TRl; TR2) aufgebracht wird und dass dann die Mikrostrukturen (51; 52; 53; 54; WGl; WG2) additiv durch galvanische Metallabscheidung auf der Leitschicht (4) aufgebaut werden.
11. Verfahren nach einem der -Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) Mikrostrukturen (51; 52; 53; 54; WGl; WG2) substraktiv durch Strukturierung ganzflächig aufgebrachter Schichten erzeugt werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden -Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) Mikrostrukturen (52; 53) unter Verwendung einer Distanzschicht (6) in zwei Ebenen aufgebaut werden und dass die Distanzschicht (6) im Bereich der Öffnung (10) des Trägerrahmens (1; TRl; TR2) wieder entfernt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsschicht im Schritt d) durch Ätzen entfernt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzschicht (6) durch Ätzen entfernt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) eine Membran 871) auf die gemeinsame Ebene von Hilfsschicht (3) und Trägerrahmen (1) aufgebracht wird und dass auf der Membran (71) vor der Entfernung der Hilfsschicht (3) im Schritt d) Schaltungselemente (81) erzeugt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der gemeinsamen Ebene von Hilfsschicht (3) und Trägerrahmen (1) Schaltungselemente (82) erzeugt werden und dass dann eine Membran (72) aufgebracht wird, welche die Schaltungselemente einbettet.
17. Verwendung von nach einem der -Ansprüche 1 bis 14 hergestellten freitragenden Mikrostrukturen (WGl, WG2) als elektrisch beheizbare Widerstandsgitter in einer Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen.
18. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsgitter (WGl, WG2) mit der Gasströmung in Wärmekontakt stehen und in eine Brückenschal- tung eingeschaltet sind, in deren einer Diagonale eine Kon- stantstromquelle (KS) und in deren anderer Diagonale mess- wertverarbeitende oder messwertanzeigende Geräte (M) liegen.
19. Verwendung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsgitter (WGl, WG2) in einem Verbindungsrohr (R) zwischen einer ersten Kammer (Kl) und einer zweiten Kammer (K2) liegen und senkrecht zur Strömungsrichtung mit einem gegenseitigen Abstand zueinander angeordnet sind.
20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsgitter (WGl, WG2) mäander- förmig ausgebildet sind.
21. Verwendung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Widerstandsgittern (WGl, WG2) durch ein dazwischen angeordnetes, rah en- förmiges Distanzstück (D) bestimmt ist.
22. Verwendung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, da- durch gekennzeichnet, dass die Widerstandsgitter
(WGl, WG2) auf Trägerrahmen (TRl,* TR2) aus Glas angeordnet sind.
EP00920411A 1999-03-31 2000-03-23 Verfahren zur herstellung von freitragenden mikrostrukturen, von dünnen flachteilen oder von membranen und verwendung nach diesem verfahren hergestellter mikrostrukturen als widerstandsgitter in einer einrichtung zur messung schwacher gasströmungen Withdrawn EP1181239A1 (de)

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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE526192C2 (sv) * 2003-04-17 2005-07-26 Micromuscle Ab Metod för att framställa en anordning
US7413706B2 (en) * 2003-12-19 2008-08-19 Palo Alto Research Center Incorporated Replaceable parylene membranes for nanocalorimeter
US7069779B2 (en) * 2004-06-30 2006-07-04 Codman & Shurtleff, Inc. Thermal flow sensor having an inverted substrate
DE102005010080B4 (de) * 2005-03-03 2008-04-03 Qimonda Ag Verfahren zum Herstellen einer Dünnschicht-Struktur
JP4595745B2 (ja) * 2005-08-25 2010-12-08 横河電機株式会社 赤外線ガス分析計
EP2485018B1 (de) * 2011-02-03 2014-09-24 FESTO AG & Co. KG Strömungsmesseinrichtung
DE102011080138A1 (de) * 2011-07-29 2013-01-31 Siemens Aktiengesellschaft Mikro-Gassensor und Verfahren zu dessen Herstellung
EP3546931B1 (de) 2018-03-28 2021-07-21 Siemens Aktiengesellschaft Thermoresistiver gassensor, strömungssensor und wärmeleitfähigkeitssensor
EP3671195A1 (de) 2018-12-17 2020-06-24 Siemens Aktiengesellschaft Thermoresistiver gassensor
DE102020134519A1 (de) 2020-12-21 2022-06-23 Endress+Hauser Flowtec Ag Thermisches Durchflussmessgerät und thermisches Durchflussmesssystem

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1573098B1 (de) * 1966-11-30 1971-12-16 Siemens Ag Einrichtung zur Messung schwacher Gasstr¦mungen, vorzugsweise in einem Gasanalysegerät
JPS5256214A (en) * 1975-11-01 1977-05-09 Nippon Soken Inc Air intake capacity detector for internal combustion engine
US4651564A (en) * 1982-09-30 1987-03-24 Honeywell Inc. Semiconductor device
US4966037A (en) * 1983-09-12 1990-10-30 Honeywell Inc. Cantilever semiconductor device
US4691566A (en) * 1984-12-07 1987-09-08 Aine Harry E Immersed thermal fluid flow sensor
US4685331A (en) * 1985-04-10 1987-08-11 Innovus Thermal mass flowmeter and controller
US4682503A (en) * 1986-05-16 1987-07-28 Honeywell Inc. Microscopic size, thermal conductivity type, air or gas absolute pressure sensor
US4909078A (en) * 1987-10-14 1990-03-20 Rosemount Inc. Fluid flow detector
US4925723A (en) * 1988-09-29 1990-05-15 Microwave Power, Inc. Microwave integrated circuit substrate including metal filled via holes and method of manufacture
GB2233493A (en) * 1989-06-20 1991-01-09 Philips Electronic Associated Thermal-radiation detection device manufacture
JP2768802B2 (ja) * 1990-04-23 1998-06-25 エヌオーケー株式会社 圧力センサーおよびその製造方法
DE4034365A1 (de) * 1990-10-29 1992-04-30 Kernforschungsz Karlsruhe Verfahren zur herstellung freitragender mikrostrukturen
JPH06116101A (ja) 1992-10-05 1994-04-26 Matsuda Michihiko 小昆虫捕獲用スプレー組成物
US5840402A (en) * 1994-06-24 1998-11-24 Sheldahl, Inc. Metallized laminate material having ordered distribution of conductive through holes
JPH08116101A (ja) * 1994-10-17 1996-05-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧電素子及びその製造方法
US5585554A (en) * 1994-10-31 1996-12-17 Handfield; Michael System and method for monitoring a pneumatic tire
JPH10228617A (ja) * 1996-12-09 1998-08-25 Fujitsu Ltd 磁気ヘッドスライダの製造方法及びそれに使用するガイド板
JPH11214435A (ja) * 1998-01-26 1999-08-06 Sharp Corp 半導体装置およびその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0059824A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US7051418B2 (en) 2006-05-30
JP3857526B2 (ja) 2006-12-13
JP2002540969A (ja) 2002-12-03
US20020038508A1 (en) 2002-04-04
US20040031320A1 (en) 2004-02-19
WO2000059824A1 (de) 2000-10-12

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