EP4602339A1 - Sensorelement und verfahren zur herstellung eines sensorelements - Google Patents

Sensorelement und verfahren zur herstellung eines sensorelements

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EP4602339A1
EP4602339A1 EP23787105.8A EP23787105A EP4602339A1 EP 4602339 A1 EP4602339 A1 EP 4602339A1 EP 23787105 A EP23787105 A EP 23787105A EP 4602339 A1 EP4602339 A1 EP 4602339A1
Authority
EP
European Patent Office
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sensor element
functional layer
electrode fingers
electrodes
carrier
Prior art date
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Pending
Application number
EP23787105.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anke Weidenfelder
Jan Ihle
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.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
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Filing date
Publication date
Application filed by TDK Electronics AG filed Critical TDK Electronics AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01C7/04—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient
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    • G01K2007/163—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements provided with specially adapted connectors

Definitions

  • the present invention relates to a sensor element, in particular a temperature sensor.
  • the present invention further relates to a method for producing at least one sensor element, preferably a temperature sensor.
  • the dimensions In order to integrate passive components such as sensors, capacitors, protective components or heaters into electrical systems, the dimensions must be adapted to modern packaging designs, which are in the micrometer and even nanometer scale range. In order to achieve this level of miniaturization, the components are deposited as thin films on carrier structures with electrical connections and described as discrete components. These new types of components can be integrated into MEMS (Micro Electro Mechanical System) or SESUB (Semiconductor Embedded in Substrate) structures, among others.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • SESUB semiconductor Embedded in Substrate
  • temperatures are provided for monitoring and controlling in a wide variety of applications. mainly with ceramic thermistor elements
  • NTC silicon temperature sensors
  • PRTD platinum temperature sensors
  • TC thermocouples
  • NTC temperature sensors are mainly used for use in power modules and are soldered on. Alternatively, NTC chips are used for control modules for low power. These are mounted on the underside using Ag sinter paste, soldering or gluing, and the top is contacted using a bonding wire.
  • Metallic electrodes must be applied to electrically contact the NTC chips. According to the current state of the art, thick-film electrodes made primarily from silver or gold pastes are applied using a screen printing process with subsequent firing.
  • German patent application DE 10 2020 122 923 Al the content of which is incorporated by reference into this application , describes a sensor element for temperature measurement with a thin film NTC thermistor.
  • the object of the present invention is to describe a sensor element and a method for producing a sensor element which solve the above problems.
  • a sensor element is described.
  • the sensor element 1 is suitable for measuring a temperature.
  • the sensor element is a temperature sensor.
  • the sensor element is a thin film NTC temperature sensor.
  • An operating temperature of the sensor element is between -40 ° C and 125 ° C, the limits being inclusive.
  • the sensor element has at least one carrier.
  • the sensor element has exactly one carrier.
  • the carrier has a carrier material, preferably silicon, silicon carbide, GaN or glass (siliceous or borosilicate glass).
  • the carrier material can also have SisN, AIN or AI2O3.
  • the carrier has a top side and a bottom side.
  • the top side is electrically insulating.
  • an insulating layer for example AI2O3, AIN, SiO2 or SisN4 or combinations of layers of these materials, is The insulating layer is formed directly on the upper side of the carrier and can be made up of one or more layers.
  • the carrier mechanically stabilizes the functional layer.
  • the functional layer can be formed directly on the carrier.
  • other components of the sensor element for example electrodes, can be formed between the carrier and the functional layer.
  • a resistance of the sensor element is influenced by a structure, for example by a dimension or a width and/or by a specific shape of the functional layer.
  • the width of the functional layer can vary.
  • a thickness of the functional layer is between 50 nm and 1 pm, preferably between 100 nm and 500 nm, particularly preferably between 250 nm and 400 nm.
  • the functional layer comprises a material (functional material) that has a special electrical characteristic.
  • the functional layer comprises an NTC ceramic.
  • the functional layer is a thin film with NTC cha- characteristics.
  • the NTC ceramic is preferably based on an oxide material in the perovskite or spinel structure type.
  • the functional layer can be based on a carbide or nitride material.
  • Another alternative is thin layers made of vanadium oxide or SiC.
  • the sensor element also has at least two electrodes.
  • the electrodes are preferably designed as thin-film electrodes.
  • the electrodes are formed on the carrier at a distance from one another.
  • the electrodes preferably do not extend to an edge region of the carrier.
  • the electrodes are preferably formed in a central or inner region on the carrier.
  • the respective electrode has a plurality of electrode fingers.
  • the electrode fingers of the two electrodes are arranged alternately with one another. The electrodes therefore form an interdigital structure.
  • the sensor element also has at least two contact pads for electrically contacting the sensor element.
  • the sensor element preferably has exactly two contact pads.
  • the contact pads are directly electrically and mechanically connected to the electrodes.
  • One contact pad is arranged directly on a partial area of one of the electrodes.
  • the sensor element can also be mounted using thin wire bonding over the contact pads.
  • the sensor element is very compact.
  • the sensor element is designed to be embedded as a discrete component directly into an electrical or electronic system.
  • the sensor element has a maximum edge length of 1000 pm, preferably ⁇ 800 pm, particularly preferably ⁇ 500 pm.
  • the thickness of the sensor element is ⁇ 100 pm, preferably ⁇ 80 pm, particularly preferably ⁇ 50 pm.
  • the dimensions of the sensor element are particularly preferably 300 pm x 500 pm x 50 pm.
  • the component is preferably designed for direct integration into a MEMS structure and/or into a SESUB structure.
  • the sensor element also has a narrow resistance tolerance. This means that the sensor element has a very small deviation range from a target resistance (nominal value of the resistance).
  • the at least one functional layer and/or at least one of the at least two electrodes are structured to adjust the resistance value.
  • the at least one functional layer and/or at least one of the at least two electrodes can be trimmed to adjust the resistance value.
  • at least a partial area of the at least one functional layer and/or at least a partial area of at least one of the two electrodes is severed to adjust the resistance.
  • the structured / trimmable areas will not be severed.
  • the sensor element provides very high accuracy in temperature measurement.
  • the sensor element preferably has a resistance tolerance that is comparable to the narrow resistance tolerance of classic designs such as SMD NTCs or NTC chips.
  • the functional layer only partially covers the carrier or the insulating layer on the top side of the carrier. Furthermore, the functional layer only partially covers the electrode fingers of the two electrodes.
  • a geometry/arrangement of the functional layer is initially selected such that the functional layer only covers the carrier/insulating layer in the area of the finger structure of the electrodes.
  • the functional layer can also protrude beyond the finger structure of the electrodes.
  • the functional layer is only formed in a central area of the carrier.
  • the functional layer does not protrude to an edge area of the carrier.
  • the structure of the functional layer for example a width of the functional layer, is selected such that a specific resistance (setpoint) of the sensor element can be set. This makes the sensor element particularly flexible and particularly precise.
  • the functional layer has a plurality of strips.
  • the functional layer consists of discrete individual elements. The strips are arranged at a distance from one another. The strips are arranged parallel to one another.
  • the structure of the sensor element is based on the principle of a parallel connection of individual resistors.
  • the strips are perpendicular to the electrode fingers and are contacted via these. This results in several individual resistors that are connected in parallel between the electrode fingers.
  • the width of the strips can be the same for all strips of the functional layer. Alternatively, the width of the strips can also vary. For example, very narrow, medium and wide strips can be combined. This gives a greater variance in the resistance setting. In a parallel connection, where the individual resistors are added as reciprocal values, this means that trimming larger resistors causes a small change in resistance across the entire sensor element. This makes it easy to fine-tune the setpoint value of the resistance.
  • Trimming can be done in two ways. Either the functional layer or the electrode fingers can be severed. In particular, to adjust the resistance value of the sensor element, at least one strip of the functional layer and/or at least one electrode finger is severed, preferably by means of a laser (laser trimming). According to one embodiment, the functional layer or at least a portion of the functional layer is designed to be stepped, trapezoidal or triangular. The functional layer therefore has no discrete individual elements, but is designed in one piece. The functional layer covers the electrodes, in particular the electrode fingers, but only partially.
  • the specific structure of the functional layer and the only partial coverage of the electrode fingers result in different individual resistances that are connected in parallel between the electrode fingers. This makes trimming to a desired target resistance (nominal resistance) possible in a simple manner.
  • To set the resistance value at least one electrode finger is severed, in particular using a laser (laser trimming).
  • Another possible variant for setting the resistance value is to cut the functional layer along an electrode finger (i.e. between the electrode fingers) using a laser.
  • At least one electrode finger is structured.
  • at least one of the electrode fingers has a different shape than the other electrode fingers.
  • at least one of the electrode fingers is trapezoidal or triangular.
  • the other electrode fingers have a square shape. This results in an even finer adjustment option for the resistance through a wider spread of the trimmable individual resistors between two adjacent electrode fingers.
  • the electrode fingers of at least one of the at least two electrodes are of different lengths. In other words, at least one, preferably exactly one, of the two electrodes has electrode fingers of different lengths.
  • At least one of the electrode fingers has a comb-shaped region.
  • the comb-shaped region has a plurality of teeth. The teeth point in the direction of the following electrode finger.
  • the comb-shaped region is preferably formed on one of the outer electrode fingers.
  • the teeth of the comb-shaped area can be of different lengths and / or widths. This allows for greater variance in the resistance setting. In particular, different individual resistances result, which allow trimming to the desired To enable target resistance , at least one of the teeth is cut to adjust the resistance value of the sensor element .
  • the electrodes are formed directly on a top side of the functional layer.
  • the functional layer is formed between the electrodes and the carrier. This design allows the electrode to be trimmed after application and testing of the sensor element. In addition, in this design the electrode does not have to withstand the conditions of the sintering process of the functional layer.
  • the electrodes can also be arranged directly on a bottom side of the functional layer.
  • the electrodes are designed to be spaced apart from one another.
  • the electrodes are spatially and electrically insulated from one another.
  • the electrodes have electrode fingers.
  • the electrodes interlock in the form of interdigital structures.
  • the electrodes are preferably designed directly on the top side of the carrier or on the insulating layer. Alternatively, the electrodes can also be designed on the top side of the functional layer.
  • the electrodes are designed in such a way that they are spaced apart from an edge region of the carrier.
  • the electrodes can be structured to adjust the resistance of the sensor element (see step E).
  • the functional layer is then measured. This determines the initial tolerance range of the resistance value. At this stage of the process, this is, for example, the nominal value of the resistance ⁇ 5%.
  • Adjustment of the resistance value of the sensor element This is done by trimming at least one of the electrodes and/or the functional layer using a laser.
  • the resistance value is set to a predetermined nominal value (setpoint value).
  • setpoint value By precisely adjusting the resistance value, the finished sensor element has a very narrow resistance tolerance.
  • the resistance tolerance of the nominal value of the finished sensor element is a maximum of ⁇ 5%, preferably a maximum of ⁇ 1%, particularly preferably a maximum of ⁇ 0.5%.
  • the functional layer and/or at least one of the electrodes are structured for resistance adjustment.
  • the functional layer and/or at least a partial area of the electrodes have a structured area.
  • An initial resistance of the functional layer is selected such that it is in a tolerance window at low resistance values.
  • the protective layer covers the top completely except for two partial areas.
  • the partial areas are arranged over a flat end area of the electrodes, onto which the contact pads can be applied in the subsequent process step.
  • the protective layer is either
  • contact pads in the areas free from the protective layer for electrical contact with the sensor element.
  • One contact pad is formed directly on a flat end area of one of the electrodes.
  • the contact pads can protrude beyond the structured protective layer.
  • the contact pads can comprise Cu, Au, Ni, Cr, Ag, Ti, Ta, W, Pd or Pt. If the sensor element is integrated into a SESUB structure, the contact pads preferably comprise Cu.
  • the contact pads then preferably have a thickness of > 5 pm.
  • the contact pads are designed in such a way that they protrude beyond a surface of the finished sensor element.
  • bumps or thin electrodes can also be provided. All of these possible contact elements contain at least one metal, for example Cu, Au or a solderable alloy.
  • the functional material is applied in a structured manner.
  • the functional The layer is structured to adjust the resistance value.
  • the functional layer can have a number of strips.
  • a portion of the functional layer can be designed in a stepped, trapezoidal or triangular shape. This results in different individual resistances that are connected in parallel between the electrode fingers and thus enable trimming to the desired target resistance.
  • the electrodes are structured for setting the resistance value.
  • the electrode fingers of at least one of the two electrodes can have a different length.
  • adjacent electrode fingers can have a different distance from one another.
  • the electrode fingers can have a different shape.
  • at least one of the electrode fingers is trapezoidal or at least one of the electrode fingers can have a comb-shaped region.
  • the comb-shaped region can have a plurality of teeth, which preferably point in the direction of the subsequent electrode finger.
  • the structured design of the electrodes and/or the functional layer creates individual laser-trimmable areas, which makes it possible to adjust the resistance.
  • the corresponding trimming increases the resistance to the target value.
  • the individual trimmable/structured areas have a greater resistance than the non-structured areas. In a parallel circuit, where the individual resistances are added as reciprocal values, this means that trimming larger resistances causes a small change in resistance at the entire This allows a sensor element with a particularly narrow resistance tolerance to be made available.
  • Figure 1 is an exploded view of a sensor element according to the prior art
  • Figure 2 is a sectional view of the sensor element according to Figure 1 (state of the art)
  • Figure 3a is a plan view of a portion of a sensor element according to a first embodiment
  • Figure 3b is a plan view of a portion of a sensor element according to another embodiment
  • Figure 4 is a plan view of a portion of a sensor element according to another embodiment
  • Figure 5 is a plan view of a portion of a sensor element according to another embodiment
  • Figure 6 is a plan view of a portion of a sensor element according to another embodiment
  • the sensor element 1 is an NTC thin-film temperature sensor and has a carrier 2 with a top side 11 and a bottom side 12.
  • the top side 11 of the carrier 2 has an insulating layer 3, for example comprising SiO2.
  • the sensor element 1 also has at least two electrodes 4a, 4b.
  • the two electrodes 4a, 4b are formed at a distance from one another on the insulating layer 3 of the carrier 2 and have thin metal films.
  • the electrodes 4a, 4b are designed as interdigital thin-film electrodes.
  • the electrodes 4a, 4b each have a flat end region 6 and a region with electrode fingers 5.
  • the region with the electrode fingers Each electrode 5 is formed in a central region of the carrier 2.
  • the flat end region 6 and the region with the electrode fingers 5 merge into one another.
  • the two electrodes 4a, 4b each engage with one another in the region of the electrode fingers 5 in the central region of the carrier 2 and form an interdigital structure there.
  • the electrode fingers 5 of the electrodes 4a, 4b are arranged alternately.
  • the sensor element 1 further comprises a functional layer 7 with a top side 14 and a bottom side 15.
  • the functional layer 7 is an NTC thin film.
  • the functional layer 7 only partially covers the insulating layer 3 on the top side 11 of the carrier 2.
  • the functional layer 7 is preferably at least partially applied to the electrodes 4a, 4b.
  • the electrodes 4a, 4b are formed between the carrier 2 and the functional layer 7, in particular on a bottom side 15 of the functional layer 7.
  • the functional layer 7 lies directly on the area with the electrode fingers 5.
  • the sensor element 100 has an operating temperature between -40 ° C and 125 ° C, the limits being inclusive.
  • a dimension of the sensor element 100 is preferably 300 pm x 500 pm x 50 pm.
  • the sensor element 100 has a resistance value R for which the following applies: 10 kQ ⁇ R (25 ° C) ⁇ 100 kQ.
  • the resistance of the sensor element 100 according to Figures 3 to 7 can be adjusted component-specifically. This can be achieved by different variants of the layer structure of the sensor element 100, which are described in detail below.
  • the structure of the functional layer 7 and/or the electrodes 4a, 4b is adapted/modified compared to sensor element 1.
  • a width and/or shape of the functional layer 7 and/or a length of the electrode fingers 5 and/or a distance (gap width) between the electrode fingers 5 and/or a number of electrode fingers 5 or the distances (gaps) between the electrode fingers 5 influences the resistance value of the sensor element 100.
  • Table 1 Relationship between the structure of the electrodes and the resistance value .
  • the resistance of the sensor element 100 at an operating temperature of 25 ° C decreases with increasing number of electrode fingers 5 / number of gaps between the electrode fingers 5 as well as increasing length of the electrode fingers 5 and decreasing distance (gap width) between the electrode fingers 5.
  • the resistance value can be specifically influenced by targeted structuring of the interdigital structure of the electrodes 4a, 4b or the functional layer 7. This is described in more detail in connection with Figures 3A to 7.
  • the structured design of the electrodes 4a, 4b and/or the functional layer 7 creates individual laser-trimmable areas, which makes it possible to adjust the resistance.
  • An initial resistance of the functional layer 7 is selected so that it is in the tolerance window at low resistance values. The corresponding trimming increases the resistance to the target value.
  • the functional layer 7 is structured.
  • the functional layer 7 is structured in such a way that tured so that individual strips 7a are formed, which are perpendicular to the electrode fingers 5 and are contacted via them. This results in several individual resistors which are connected in parallel between the electrode fingers 5.
  • the trimming is carried out with the aid of a laser. It can be carried out in two ways. Depending on the type of laser used, either the functional layer 7 (in particular individual strips 7a of the functional layer 7) or one or more electrode fingers 5 can be severed.
  • the electrode fingers 5 can be severed both in the transition region of the electrode fingers 5 to the flat end regions 6 of the electrode 4a, 4b and in a region between the individual strips 7a of the functional layer 7.
  • an electrode finger 5 of one of the electrodes 4a, 4b is additionally structured.
  • an outer electrode finger 5 of the electrode 4a is trapezoidal.
  • several electrode fingers can also be arranged in ger 5 may be structured or, alternatively or additionally, one of the inner electrode fingers 5 may be structured (not explicitly shown).
  • At least one electrode finger 5 results in an even finer adjustment of the resistance through a wider spread of the trimmable individual resistances between adjacent electrode fingers 5.
  • trimming (depending on the laser used) can be carried out by cutting through individual strips 7a of the functional layer 7 or the electrode fingers 5.
  • the cutting through of the electrode fingers 5 is possible both in the transition region of the electrode fingers 5 to the flat end regions 6 of the electrode 4a, 4b and in an area between the individual strips 7a of the functional layer 7.
  • the functional layer 7 is structured.
  • the functional layer 7 has a step-like structure.
  • the functional layer can also be trapezoidal or triangular (not explicitly shown).
  • the functional layer here does not have a plurality of discrete individual elements, but is formed in one piece.
  • the functional layer 7 only covers a partial area, in particular different sized partial areas, of the individual electrode fingers 5 .
  • the functional layer 7 can also extend into the flat end area 6 of the electrodes 4a, 4b (not explicitly shown), i.e. a total width of the functional layer 7 can vary.
  • Trimming is carried out by separating at least one electrode finger 5 using a laser.
  • one of the electrodes 4a, 4b is structured.
  • the electrode 4a has electrode fingers 5 of different lengths, whereby the structuring can alternatively or additionally also be formed on the electrode 4b.
  • the electrode finger shown at the very bottom in Figure 5 (lower outer electrode finger 5) is the shortest electrode finger 5.
  • the electrode finger shown at the very top in Figure 5 is the longest electrode finger 5.
  • another electrode finger 5, for example a middle electrode finger 5 can be shorter or longer than the other electrode fingers 5.
  • the length of the electrode fingers 5 and the arrangement of the electrode fingers 5 of different lengths can be freely selected, depending on the desired resistance value.
  • the functional layer 7 is flat or rectangular in shape, analogous to the basic structure described in connection with Figures 1 and 2.
  • the functional layer 7 can also extend into the flat end region 6 of the electrodes 4a, 4b (not explicitly shown).
  • the width of the functional layer 7 can be layer 7 or a width of the area of the electrodes 4a, 4b covered by the functional layer 7 can vary. By varying the width, the resistance value can be influenced, as already mentioned above.
  • the different lengths of the electrode fingers 5 result in different individual resistances which are connected in parallel between the electrode fingers 5 and thus enable trimming to the desired target resistance.
  • trimming is carried out by separating at least one electrode finger 5 using a laser.
  • the electrode fingers 5 can only be severed in the transition region of the electrode fingers 5 to the flat end regions 6 of the electrode 4a, 4b (the region of the electrode fingers 5 not covered by the functional layer 7).
  • the electrode fingers 5 are at different distances from one another.
  • a distance A between adjacent electrode fingers 5 can be varied by the specific design of the electrodes 4a, 4b.
  • the resistance value of the sensor element 100 is influenced by changing the distance A between the electrode fingers 5 (see Table 1).
  • the electrode fingers 5 shown in Figure 6 below have a greater distance A from each other than the other electrode fingers 5.
  • This design is not limited to this specific embodiment, but rather the Distance A between adjacent electrode fingers 5 can be increased or decreased as desired, depending on which resistance values are to be achieved. The distance A of only one adjacent pair of electrode fingers or of several pairs of electrode fingers can be varied.
  • This special design allows additional areas with varying distances to be created for trimming. This provides the option of even finer gradation of the resistance setting.
  • At least one electrode finger 5 is structured.
  • an electrode finger 5 in this embodiment, an outer electrode finger 5 of the electrode 4b
  • a corresponding comb-shaped region can also be provided on further or other outer electrode fingers 5 (not explicitly shown).
  • the comb-shaped region has a plurality of teeth 20. These point in the direction of the following electrode finger 5.
  • the teeth 20 are designed to have different lengths. Alternatively or additionally, the teeth 20 can also have different widths.
  • the functional layer 7 does not extend completely over the structured electrode finger 5, as can be seen from Figure 7. Rather, the functional layer 7 only partially covers the structured electrode finger 5. In this exemplary embodiment, the functional layer can also be made even wider and extend in particular up to the flat end regions 6 and even partially over the flat end regions 6 of the electrodes 4a, 4b. (see functional layer 22 indicated by dashed lines). As already mentioned above, the resistance value is influenced by varying the width of the functional layer 7.
  • a method for producing the sensor element 100 is described below.
  • the method is used to produce a plurality of sensor elements 100 according to one of the embodiments described above (see Figures 3a, 3b and 4 to 7). All features that were described in connection with the sensor element 100 therefore also apply to the method and vice versa.
  • step C) can also be carried out before step B), so that the functional material 7 is sputtered directly onto the insulating layer 3 of the carrier 2 and then the electrodes 4a, 4b are applied to the functional layer 7.
  • the functional material comprises an NTC ceramic based on an oxide material in the perovskite or spinel structure type.
  • the functional material can also be based on a carbide or a nitride material.
  • the functional material comprises or consists of thin layers of vanadium oxide or SiC.
  • the functional layer 7 is subjected to a heat treatment to form the structure or the properties.
  • the functional layer 7 is then measured.
  • the initial value of the resistance is determined so that the resistance can be set to the target value in the next step.
  • the resistance value is adjusted by trimming at least one of the electrodes 4a, 4b and/or the functional layer 7 by means of a laser.
  • the trimming is preferably carried out in situ.
  • the resistance value is set to a predetermined nominal value (target value). By precisely setting the resistance value, the finished sensor element 100 has a very narrow resistance tolerance.
  • target value a predetermined nominal value
  • the finished sensor element 100 has a very narrow resistance tolerance.
  • at least one of the electrode fingers 5 and/or at least a partial area of the functional layer 7 is severed using the laser. In particular, the previously described structured areas are severed.
  • a protective layer 8 is formed.
  • the protective layer 8 can comprise oxides, nitrides, ceramics, glasses or polymers and is produced by means of a PVD or CVD process and structured by means of wet chemical etching or dry etching.
  • the protective layer 8 has a thickness of ⁇ 10 gm, preferably ⁇ 5 gm, particularly preferably ⁇ 1 gm. Ideally, the protective layer 8 has a thickness of ⁇ 1.5 gm and completely covers the top side of the sensor element 100 with the exception of the contact pads 10a, 10b.
  • contact pads 10a, 10b are formed on at least a partial area of the electrodes 4a, 4b.
  • One contact pad 10a, 10b is formed directly on the flat end area 6 of an electrode 4a, 4b.
  • the contact pads 10a, 10b comprise metals such as Cu, Al or Au and have a thickness of > 5 ⁇ m.
  • the contact pads 10a, 10b protrude above the surface 13 of the sensor element 100 in the finished sensor element 100.
  • bumps can be formed instead of the contact pads.
  • the sensor elements 100 are separated. This can be done, for example, by plasma etching or sawing.
  • the carrier 2 is not sawn through, but only sawn to a defined thickness.
  • step I material is removed from the back of the carrier 2 to a defined final component thickness.
  • This step results in the actual separation of the sensor elements 100. If a thicker design of the sensor element 100 is desired, step I) can also be omitted. In this case, the separation of the sensor elements 100 is carried out solely by sawing or plasma etching. The separated sensor elements 100 can be mounted on the top side via thin wire bonding on the contact pads. The description of the objects specified here is not limited to the individual specific embodiments.

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Abstract

Es wird ein Sensorelement (100) zur Messung einer Temperatur beschrieben aufweisend einen Träger (2) und wenigstens eine Funktionsschicht (7), welche ein Material mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand aufweist, wobei die Funktionsschicht (7) auf dem Träger (2) angeordnet ist. Das Sensorelement (100) weist ferner wenigstens zwei Elektroden (4a, 4b) mit Elektrodenfingern (5) und wenigstens zwei Kontaktpads (10a, 10b) zur elektrischen Kontaktierung des Sensorelements (100) auf, wobei jeweils ein Kontaktpad (10a, 10b) unmittelbar auf einem Teilbereich einer der Elektroden (4a, 4b) angeordnet ist. Das Sensorelement (100) ist dazu ausgebildet als diskretes Bauelement in ein elektronisches System integriert zu werden. Das Sensorelement (100) weist eine enge Widerstandstoleranz auf, wobei die wenigstens eine Funktionsschicht (7) und / oder wenigstens eine der wenigstens zwei Elektroden (4a, 4b) zur Einstellung des Widerstandswerts strukturiert ausgebildet sind. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements (100) beschrieben.

Description

Beschreibung
SENSORELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SENSORELEMENTS
Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Sensorelement , insbesondere einen Temperatursensor . Die vorliegende Erfindung betri f ft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Sensorelements , vorzugsweise eines Temperatursensors .
Um passive Bauelemente , wie zum Beispiel Sensoren, Kondensatoren, Schutzbauelemente oder Hei zer in elektrische Systeme zu integrieren, müssen die Dimensionen für moderne Packaging- Designs angepasst sein, die im mikrometer- und sogar nanome- terskaligen Bereich liegen . Um diesen Miniaturisierungsgrad zu erreichen, werden die Bauelemente als dünne Filme auf Trägerstrukturen mit elektrischen Anschlüssen abgeschieden und als diskretes Bauelement beschrieben . Diese neuartigen Bauelemente lassen sich unter anderem in MEMS (Mikro Elektro Mechanisches System) oder SESUB ( Semiconductor Embedded in Substrate ) Strukturen integrieren .
Die steigenden Anforderungen an die Genauigkeit der Temperaturmessung erfordern enge Toleranzen in der Widerstandsstreuung solcher Sensorelemente . Jedoch haben mit immer kleiner werdenden Strukturen die Fertigungstoleranzen einen immer größer werdenden Einfluss , wodurch die resultierende Streuung der Widerstände die geforderten Toleranzen überschreitet . Uber die Prozess führung ist die Widerstandsstreuung nur begrenzt reduzierbar .
Nach dem Stand der Technik werden Temperaturen für die Überwachung und Regelung in unterschiedlichsten Anwendungen vor- wiegend mit keramischen Heißleiter-Thermistorelementen
(NTC ) , Sili zium-Temperatursensoren (KTY) , Platin- Temperatursensoren ( PRTD) oder Thermoelementen ( TC ) gemessen . Dabei sind auf Grund der geringen Herstellungskosten die NTC- Thermistoren am weitesten verbreitet . Ein weiterer Vorteil gegenüber Thermoelementen und metallischen Widerstandselementen, wie z . B . Pt-Elementen, besteht in der ausgeprägten negativen Widerstands-Temperatur-Charakteristik .
Für den Einsatz in Leistungsmodulen werden vorwiegend SMD ( „surface mounted device" - oberflächenmontierte ) NTC- Temperatursensoren verwendet , die aufgelötet werden . Bei Steuermodulen für geringe Leistungen werden alternativ dazu auch NTC-Chips eingesetzt , die an der Unterseite mittels Ag-Sinterpaste , Löten oder Kleben montiert sind und die Oberseite über einen Bonddraht kontaktiert wird .
Für eine elektrische Kontaktierung der NTC-Chips müssen metallische Elektroden aufgebracht werden . Nach dem Stand der Technik werden dazu Dickschichtelektroden vorwiegend aus Silber- bzw . Gold-Pasten über einen Siebdruckprozess mit anschließendem Einbrand aufgebracht .
Für die Integration von elektronischen Bauelementen in beispielsweise MEMS oder SESUB Strukturen sind sehr kleine Elemente notwendig, die darüber hinaus noch mit geeigneten Kontaktierungsverfahren integrierbar sein müssen . Klassische Montagetechnologien für SMD Bauformen oder NTC Chips können dafür nicht verwendet werden .
Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2020 122 923 Al , deren Inhalt durch Referenz Bestandteil dieser Anmeldung ist , be- schreibt ein Sensorelement zur Temperaturmessung mit einem Dünnfilm NTC Thermistor .
Bislang konnten Dünnfilm NTC Temperatursensoren nicht mit ähnlich engen Toleranzen wie klassische Bauformen ( SMD NTC und NTC Chips ) gefertigt werden .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Sensorelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements zu beschreiben, welche die oben stehenden Probleme lösen .
Diese Aufgabe wird durch ein Sensorelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst .
Gemäß einem Aspekt wird ein Sensorelement beschrieben . Das Sensorelement 1 ist zur Messung einer Temperatur geeignet .
Das Sensorelement ist ein Temperatursensor . Bevorzugt ist das Sensorelement ein Dünnfilm NTC Temperatursensor . Eine Betriebstemperatur des Sensorelements liegt zwischen -40 ° C und 125 ° C, wobei die Grenzen eingeschlossen sind .
Das Sensorelement weist wenigstens einen Träger auf . Vorzugsweise weist das Sensorelement genau einen Träger auf . Der Träger weist ein Trägermaterial auf , vorzugsweise Silicium, Siliciumcarbid, GaN oder Glas ( silicatisches oder borosilica- tisches Glas ) . Alternativ dazu kann das Trägermaterial auch SisN AIN oder AI2O3 aufweisen .
Der Träger weist eine Oberseite und eine Unterseite auf . Die Oberseite ist elektrisch isolierend ausgebildet . Vorzugsweise ist eine isolierende Schicht , beispielsweise AI2O3, AIN, SiO2 oder SisN4 oder Kombinationen von Schichten dieser Materia- lien, auf der Oberseite des Trägers ausgebildet . Die isolierende Schicht ist unmittelbar auf der Oberseite des Trägers ausgebildet und kann aus einer oder mehreren Schichten aufgebaut sein .
Das Sensorelement weist ferner wenigstens eine Funktionsschicht auf . Die Funktionsschicht ist auf dem Träger angeordnet . Insbesondere ist die Funktionsschicht auf der elektrisch isolierenden Oberseite des Trägers angeordnet .
Der Träger stabilisiert die Funktionsschicht mechanisch . Die Funktionsschicht kann unmittelbar auf dem Träger ausgebildet sein . Alternativ dazu können auch weitere Komponenten des Sensorelements , beispielsweise Elektroden, zwischen dem Träger und der Funktionsschicht ausgebildet sein .
Ein Widerstand des Sensorelements wird durch eine Struktur, beispielsweise durch eine Abmessung bzw . eine Breite und/oder durch eine spezi fische Form, der Funktionsschicht beeinflusst . Die Breite der Funktionsschicht kann variieren .
Eine Dicke der Funktionsschicht liegt zwischen 50 nm und 1 pm, bevorzugt zwischen 100 nm und 500 nm, besonders bevorzugt zwischen 250 nm und 400 nm . Die Funktionsschicht weist ein Material auf ( Funktionsmaterial ) , das eine spezielle elektrische Charakteristik aufweist . Die Funktionsschicht weist ein Material mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand auf . Beispielsweise liegt der spezi fische Widerstand der Funktionsschicht bei einer Betriebstemperatur von 25 ° C bei p = 3 Qm .
Vorzugsweise weist die Funktionsschicht eine NTC Keramik auf .
Bevorzugt ist die Funktionsschicht ein Dünnfilm mit NTC Cha- rakteristik . Bevorzugt basiert die NTC Keramik auf einem oxidischen Material im Perowskit oder Spinell Strukturtyp . Alternativ dazu kann die Funktionsschicht basierend auf einem carbidischen oder einem nitridischen Material aufgebaut sein . Eine weitere Alternative stellen Dünnschichten aus Vanadiumoxid oder SiC dar .
Das Sensorelement weist ferner wenigstens zwei Elektroden auf . Die Elektroden sind vorzugsweise als Dünnschichtelektroden ausgebildet . Die Elektroden sind zueinander beabstandet auf dem Träger ausgebildet . Vorzugsweise ragen die Elektroden nicht bis zu einem Randbereich des Trägers . Insbesondere sind die Elektroden bevorzugt in einem Mittel- bzw . Innenbereich auf dem Träger ausgebildet . Die j eweilige Elektrode weist eine Mehrzahl von Elektrodenfingern auf . Die Elektrodenfinger der beiden Elektroden sind alternierend zueinander angeordnet . Die Elektroden bilden folglich eine Interdigitalstruktur .
Der Widerstand des Sensorelements wird durch eine Struktur der Elektroden, beispielsweise eine Länge und/oder Anzahl der Elektrodenfinger und/oder durch einen Abstand zwischen den Elektrodenfingern ( Lückenbreite ) , beeinflusst .
Das Sensorelement weist ferner wenigstens zwei Kontaktpads zur elektrischen Kontaktierung des Sensorelements auf . Vorzugsweise weist das Sensorelement genau zwei Kontaktpads auf . Die Kontaktpads sind direkt elektrisch und mechanisch mit den Elektroden verbunden . Jeweils ein Kontaktpad ist unmittelbar auf einem Teilbereich einer der Elektroden angeordnet . Die Montage des Sensorelements kann auch mittels Dünndraht- Bonding über die Kontaktpads erfolgen . Das Sensorelement ist sehr kompakt ausgeführt . Insbesondere ist das Sensorelement dazu ausgebildet als diskretes Bauelement direkt in ein elektrisches bzw . elektronisches System eingebettet zu werden . Beispielsweise weist das Sensorelement eine maximale Kantenlänge von 1000 pm, bevorzugt < 800 pm, besonders bevorzugt < 500 pm auf . Eine Dicke des Sensorelements ist < 100 pm, bevorzugt < 80 pm, besonders bevorzugt < 50 pm . Besonders bevorzugt betragen die Abmessungen des Sensorelements 300 pm x 500 pm x 50 pm . Bevorzugt ist das Bauelement zur direkten Integration in eine MEMS Struktur und / oder in eine SESUB Struktur ausgebildet .
Das Sensorelement weist ferner eine enge Widerstandstoleranz auf . Das bedeutet , dass das Sensorelement einen sehr geringen Abweichungsbereich von einem Sollwiderstand (Nennwert des Widerstands ) aufweist .
Die wenigstens eine Funktionsschicht und / oder wenigstens eine der wenigstens zwei Elektroden sind zur Einstellung des Widerstandswerts strukturiert ausgebildet . Die wenigstens eine Funktionsschicht und / oder wenigstens eine der wenigstens zwei Elektroden sind zur Einstellung des Widerstandswerts trimmbar . Insbesondere ist zumindest ein Teilbereich der wenigstens einen Funktionsschicht und / oder zumindest ein Teilbereich wenigstens einer der beiden Elektroden zur Widerstandseinstellung durchtrennt .
Sofern der Widerstand bei dem zu trimmenden Bauelement bereits dem Zielwert entspricht , erfolgt keine Durchtrennung der strukturierten / trimmbaren Bereiche .
Durch die Erzielung einer engen Widerstandstoleranz weist das
Sensorelement eine sehr hohe Genauigkeit bei der Temperatur- messung auf. Bevorzugt weist das Sensorelement eine Widerstandstoleranz auf, die vergleichbar ist zur engen Widerstandstoleranz klassischer Bauformen wie SMD NTCs oder NTC Chips .
Eine elektrische Charakterisierung des Sensorelements ist ähnlich wie bei einem Standard-NTC-Chip :
- R(25°C) = 10 kQ bis 100 kQ;
- B(25/100) = 2000 K bis 4000 K, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Bei einem Widerstands-Nennwert von R(25°C) < 100 kQ liegt im optimierten Sensorelement die Dicke der Funktionsschicht bei 300 nm und der spezifische Widerstand der Funktionsschicht beträgt p = 3 Qm.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel bedeckt die Funktionsschicht den Träger bzw. die isolierende Schicht auf der Oberseite des Trägers nur teilweise. Ferner überdeckt die Funktionsschicht die Elektrodenfinger der beiden Elektroden nur teilweise.
Eine Geometrie / Anordnung der Funktionsschicht ist zunächst so gewählt, dass die Funktionsschicht den Träger / die isolierende Schicht nur im Bereich der Fingerstruktur der Elektroden abdeckt. Alternativ dazu kann die Funktionsschicht aber auch über die Fingerstruktur der Elektroden herausragen. Vorzugsweise ist die Funktionsschicht lediglich in einem Mittelbereich des Trägers ausgebildet. Insbesondere ragt die Funktionsschicht nicht bis zu einem Randbereich des Trägers. Ferner ist die Struktur der Funktionsschicht, beispielsweise eine Breite der Funktionsschicht, so gewählt, dass damit ein bestimmter Widerstand (Sollwert) des Sensorelements eingestellt werden kann. Damit ist das Sensorelement besonders flexibel einsetzbar und besonders präzise. Gemäß einem Aus führungsbeispiel weist die Funktionsschicht eine Mehrzahl von Strei fen auf . Mit anderen Worten, die Funktionsschicht besteht aus diskreten Einzelelementen . Die Strei fen sind beabstandet zueinander angeordnet . Die Strei fen sind parallel zueinander angeordnet .
Der Aufbau des Sensorelements basiert auf dem Prinzip einer Parallelschaltung einzelner Widerstände . Die Strei fen sind senkrecht zu den Elektrodenfingern ausgeführt und werden über diese kontaktiert . Damit ergeben sich mehrere Einzelwiderstände , die zwischen den Elektrodenfingern parallelgeschalten sind .
Eine Breite der Strei fen kann für alle Strei fen der Funktionsschicht gleich sein . Alternativ dazu kann die Breite der Strei fen aber auch variieren . Beispielsweise können sehr schmale , mittlere und breite Strei fen kombiniert vorhanden sein . Dadurch ist eine größere Varianz in der Widerstandseinstellung gegeben . Bei einer Parallelschaltung, bei der die einzelnen Widerstände als Kehrwerte addiert werden, bedeutet dies , dass das Trimmen größerer Widerstände eine kleine Widerstandsänderung am gesamten Sensorelement bewirkt . Damit ist eine Feineinstellung des Sollwerts des Widerstands auf einfache Weise möglich .
Das Trimmen kann auf zwei Weisen erfolgen . Es können entweder die Funktionsschicht oder die Elektrodenfinger durchtrennt werden . Insbesondere ist zur Einstellung des Widerstandswerts des Sensorelements wenigstens ein Strei fen der Funktionsschicht und / oder wenigstens ein Elektrodenfinger durchtrennt , bevorzugt mittels eines Lasers ( Lasertrimmen) . Gemäß einem Aus führungsbeispiel ist die Funktionsschicht oder zumindest ein Teilbereich der Funktionsschicht treppenförmig, trapez förmig oder dreieckig ausgebildet . Die Funktionsschicht weist folglich keine diskrete Einzelelemente auf , sondern ist einstückig ausgebildet . Die Funktionsschicht bedeckt die Elektroden, insbesondere die Elektrodenfinger, dabei aber nur teilweise .
Durch die spezi fische Struktur der Funktionsschicht und die nur teilweise Überdeckung der Elektrodenfinger ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände , die zwischen den Elektrodenfingern parallel geschaltet sind . Damit ist das Trimmen auf einen gewünschten Zielwiderstand ( Sollwiderstand) auf einfache Art und Weise ermöglicht . Zur Einstellung des Widerstandswerts ist wenigstes ein Elektrodenfinger durchtrennt , insbesondere mittels eines Lasers ( Lasertrimmen) . Eine weitere mögliche Variante zur Einstellung des Widerstandswerts ist die Durchtrennung der Funktionsschicht entlang eines Elektrodenfingers ( also zwischen den Elektrodenfingern) mittels eines Lasers .
Gemäß einem Aus führungsbeispiel ist wenigstens ein Elektrodenfinger strukturiert ausgebildet . Insbesondere weist wenigstens einer der Elektrodenfinger eine andere Form auf als die übrigen Elektrodenfinger . Bevorzugt ist wenigstens einer der Elektrodenfinger trapez förmig oder dreieckig ausgebildet . Im Vergleich dazu weisen die übrigen Elektrodenfinger eine viereckige Form auf . Damit ergibt sich eine noch feinere Einstellungsmöglichkeit des Widerstands durch eine breitere Sprei zung der trimmbaren Einzelwiderstände zwischen zwei benachbarten Elektrodenfingern . Gemäß einem Aus führungsbeispiel sind die Elektrodenfinger wenigstens einer der wenigstens zwei Elektroden unterschiedlich lang ausgebildet . Anders ausgedrückt weist wenigstens eine , vorzugsweise genau eine , der beiden Elektroden Elektrodenfinger unterschiedlicher Länge auf .
Damit ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände der Elektrodenfinger, die zwischen den Elektrodenfingern paral- lelgeschalten sind und damit das Trimmen auf den gewünschten Zielwiderstand ermöglichen . Zur Einstellung des Widerstandswerts ist wenigstens einer der unterschiedlich langen Elektrodenfinger durchtrennt , insbesondere mit Hil fe eines Lasers .
Gemäß einem Aus führungsbeispiel variiert ein Abstand zwischen benachbarten Elektrodenfingern . Damit sind zusätzliche Bereiche mit variiertem Abstand zum Trimmen verfügbar, wodurch sich eine noch feinere Abstufung der Widerstandseinstellung ergibt . Zur Einstellung des Widerstandswerts ist wenigstens einer der Elektrodenfinger durchtrennt , insbesondere mit Hil fe eines Lasers .
Gemäß einem Aus führungsbeispiel weist wenigstens einer der Elektrodenfinger einen kammförmigen Bereich auf . Der kammförmige Bereich weist eine Mehrzahl von Zähnen auf . Die Zähne zeigen in Richtung des nachfolgenden Elektrodenfingers . Der kammförmige Bereich ist bevorzugt an einem der äußeren Elektrodenfinger ausgebildet .
Die Zähne des kammförmigen Bereichs können unterschiedlich lang und / oder unterschiedlich breit ausgebildet sein . Dadurch ist eine größere Varianz in der Widerstandseinstellung gegeben . Insbesondere ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände , die damit das Trimmen auf den gewünschten Zielwiderstand ermöglichen . Zur Einstellung des Widerstandswerts des Sensorelements ist wenigstens einer der Zähne durchtrennt .
Gemäß einem Aus führungsbeispiel sind die Elektroden unmittelbar auf einer Oberseite der Funktionsschicht ausgebildet . Mit anderen Worten, die Funktionsschicht ist zwischen den Elektroden und dem Träger ausgebildet . Diese Aus führung erlaubt ein Trimmen der Elektrode nach dem Aufbringen und einem Test des Sensorelements . Außerdem muss die Elektrode bei dieser Aus führung den Bedingungen des Sinterprozesses der Funktionsschicht nicht standhaf ten . Alternativ können die Elektroden aber auch unmittelbar an einer Unterseite der Funktionsschicht angeordnet sein .
Gemäß einem Aus führungsbeispiel weist das Sensorelement eine Schutzschicht auf . Die Schutzschicht kann als Material Oxide , Nitride , Keramiken, Gläser oder Kunststof f aufweisen . Die Schutzschicht bedeckt eine Oberseite des Sensorelements mit Ausnahme der Kontaktpads vollständig . Zu diesem Zweck weist die Schutzschicht Aussparungen an der Stelle der Kontaktpads auf . Die Schutzschicht weist eine Dicke < 10 pm, vorzugsweise < 5 pm, idealerweise < 1 pm auf . Durch die Schutzschicht wird die Langzeitstabilität des Sensorelements verbessert .
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Sensorelements , insbesondere einer Viel zahl von Sensorelementen, beschrieben . Es ist zu beachten, dass durch das Verfahren bevorzugt viele Sensorelemente parallel erzeugt und abschließend voneinander separiert werden . Der Einfachheit halber wird im Folgenden im Wesentlichen auf ein Sensorelement Bezug genommen . Vorzugsweise wird durch das Verfahren das oben beschriebene Sensorelement hergestellt. Alle Eigenschaften, die in Bezug auf das Sensorelement oder das Verfahren offenbart sind, sind auch entsprechend in Bezug auf den jeweiligen anderen Aspekt offenbart und umgekehrt, auch wenn die jeweilige Eigenschaft nicht explizit im Kontext des jeweiligen Aspekts erwähnt wird. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
A) Bereitstellung eines Trägermaterials zur Ausbildung eines Trägers. Vorzugsweise weist das Trägermaterial Si, SiC, GaN oder Glas auf. Alternativ dazu kann das Trägermaterial SisN^ AIN oder AI2O3 aufweisen. Der Träger weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Auf der Oberseite des Trägermaterials kann ferner eine elektrisch isolierende Schicht, vorzugsweise SiO2, ausgebildet werden.
B) Ausbilden bzw. Abscheiden von wenigstens zwei Elektroden auf dem Träger. Das Abscheiden erfolgt durch einen PVD („physical vapour deposition") Prozess, einen CVD („chemical vapour deposition") Prozess oder galvanisch. Alternativ dazu kann das Abscheiden auch durch ein ALD (Atomic Layer Deposition) Verfahren erfolgen.
Die Elektroden werden zueinander beabstandet ausgebildet. Insbesondere sind die Elektroden räumlich und elektrisch voneinander isoliert. Die Elektroden weisen Elektrodenfinger auf. Die Elektroden greifen in Form von Interdigitalstrukturen ineinander. Bevorzugt werden die Elektroden direkt auf der Oberseite des Trägers bzw. auf der isolierenden Schicht ausgebildet. Alternativ können die Elektroden aber auch auf der Oberseite der Funktionsschicht ausgebildet werden. Die Elektroden sind derart ausgebildet, dass sie von einem Randbereich des Trägers beabstandet sind. Die Elektroden können strukturiert ausgebildet werden zur Einstellung des Widerstands des Sensorelements ( siehe Schritt E ) ) .
C ) Aufbringen, vorzugsweise Aufsputtern, eines Funktionsmaterials auf einen Teilbereich der Elektroden zur Ausbildung einer Funktionsschicht . Das Funktionsmaterial weist vorzugsweise eine NTC Keramik basierend auf einem oxidischen Material im Perowskit oder Spinell Strukturtyp auf . Alternativ kann das Funktionsmaterial auch auf einem carbidischen oder einem nitridischen Material basieren . Alternativ kann das Funktionsmaterial eine Dünnschicht aus Vanadiumoxid oder SiC umfassen oder darstellen .
Die Funktionsschicht wird als Dünnfilm ausgebildet . Die Funktionsschicht bedeckt den Träger bzw . die Elektroden nur teilweise . Insbesondere wird die Funktionsschicht so ausgebildet , dass sie vom Randbereich des Trägers beabstandet und auf dem Bereich der Fingerstrukturen ( Interdigitalstrukturen) der Elektrode ausgebildet ist . Dabei kann die Funktionsschicht auch über die Interdigitalstruktur der Elektroden herausragen . Die Funktionsschicht wird als voll flächige Dünnschicht abgeschieden und erst durch einen weiteren Prozessschritt z . B . mittels nasschemischem Ätzen oder Trockenätzen, strukturiert . Nach der Abscheidung ist die NTC Schicht noch nicht aus kristallisiert .
Die Funktionsschicht kann strukturiert ausgebildet werden zur Einstellung des Widerstands des Sensorelements ( siehe Schritt E ) ) . D) Temperaturbehandlung der Funktionsschicht . Dies dient zur Ausbildung der NTC Eigenschaften des Funktionsmaterials und wird bei Temperaturen bis zu 1000 ° C durchgeführt .
Anschließend wird die Funktionsschicht gemessen . Hierbei wird der initiale Toleranzbereich des Widerstandswerts ermittelt . Dieser liegt in diesem Verfahrensstadium beispielsweise beim Nennwert des Widerstands ± 5% .
E ) Einstellung des Widerstandswerts des Sensorelements . Dies erfolgt durch Trimmen wenigstens einer der Elektroden und / oder der Funktionsschicht mittels eines Lasers . Der Widerstandswert wird dabei auf einen vorbestimmten Nennwert ( Sollwert ) eingestellt . Durch das genaue Einstellen des Widerstandswerts weist das fertige Sensorelement eine sehr enge Widerstandstoleranz auf . Die Widerstandstoleranz des Nennwertes des fertigen Sensorelements ist maximal ± 5% , vorzugsweise maximal ± 1 % , besonders bevorzugt maximal ± 0 . 5% .
Die Funktionsschicht und / oder wenigstens eine der Elektroden, beispielsweise wenigstens ein Elektrodenfinger, werden zur Widerstandseinstellung strukturiert ausgebildet . Mit anderen Worten, die Funktionsschicht und / oder wenigstens ein Teilbereich der Elektroden weisen einen strukturierten Bereich auf . Ein initialer Widerstand der Funktionsschicht ist so gewählt , dass dieser sich in einem Toleranz fenster bei niedrigen Widerstandswerten befindet .
Zur finalen Einstellung des Widerstandswerts erfolgt das Trimmen des strukturierten Bereichs . Insbesondere werden wenigstens einer der Elektrodenfinger und / oder wenigstens ein Teilbereich der Funktionsschicht mit Hil fe des Lasers durchtrennt . Mit anderen Worten, es wird Material von wenigstens einem Elektrodenfinger und / oder von wenigstens einem Teil- bereich der Funktionsschicht abgetragen, wodurch sich der Widerstand der betref fenden Komponente und damit der Gesamtwiderstand des Sensorelements ändert . Der Widerstand des Sensorelements wird durch das Trimmen der strukturierten Bereiche auf den Sollwert erhöht .
Sofern der Widerstand des Sensorelements bereits dem Sollwert entspricht , erfolgt hingegen keine zusätzliche Einstellung des Widerstandswerts mehr .
Gemäß einem Aus führungsbeispiel weist das Verfahren die folgenden weiteren Schritte auf :
F) Aufbringen einer Schutzschicht auf die Oberseite des Sensorelements . Die Schutzschicht bedeckt die Oberseite bis auf zwei Teilbereiche vollständig . Die Teilbereiche sind über einen flächigen Endbereichen der Elektroden angeordnet , auf die im nachfolgenden Prozessschritt die Kontaktpads aufgebracht werden können . Die Schutzschicht wird zur Strukturierung entweder
( a ) voll flächig aufgebracht und die freien Teilbereiche durch einen Folgeprozess wie nasschemisches Ätzen oder Trockenätzen oder Laserstrukturierung erzeugt oder
(b ) durch Verwendung einer Maske beim Abscheidungsprozess direkt strukturiert aufgebracht .
G) Ausbilden von Kontaktpads in den von der Schutzschicht freien Teilbereichen zur elektrischen Kontaktierung des Sensorelements . Jeweils ein Kontaktpad wird dabei unmittelbar auf einem flächigen Endbereich einer der Elektroden ausgebildet . Die Kontaktpads können über die strukturierte Schutzschicht hinausragen . Die Kontaktpads können Cu, Au, Ni, Cr, Ag, Ti, Ta, W, Pd oder Pt aufweisen. Wird das Sensorelement in eine SESUB Struktur integriert, weisen die Kontaktpads bevorzugt Cu auf. Vorzugsweise weisen die Kontaktpads dann eine Dicke von > 5 pm auf. Die Kontaktpads werden so ausgestaltet, dass die über eine Oberfläche des fertiggestellten Sensorelements hinausragen.
Alternativ zu den Kontaktpads können auch Bumps oder dünne Elektroden vorgesehen werden. All diese möglichen Kontaktelemente weisen mindestens ein Metall, beispielsweise Cu, Au o- der eine lötbare Legierung auf.
H) Trennen bzw. Vereinzeln der Sensorelemente.
Das Vereinzeln erfolgt in zwei Schritten:
(1) Vereinzeln in x-/y- Richtung (Länge & Breite) . Dies kann beispielsweise durch Plasmaätzen oder Sägen erfolgen. Der Träger wird hierbei nicht durchgesägt, sondern nur bis auf eine definierte Dicke eingesägt.
(2) Vereinzeln in z-Richtung (Höhe) . Das Grinding erfolgt von der Rückseite. Durch einen Schleifprozess wird von der Unterseite des Trägers Material bis zu einer definierten finalen Bauteildicke abgetragen.
I) Ist ein dickeres Design des Sensorelements gewünscht, ist das Abdünnen (Grinding) des Trägers nicht erforderlich. Das Trennen erfolgt in diesem Fall alleine durch Sägen oder Plasmaätzen .
J) Optionales Plasmaätzen der heruntergeschliffenen Unterseite des Trägers zur Reduktion von beispielsweise Mikrorissen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Funktionsmaterial strukturiert aufgebracht. Mit anderen Worten, die Funktions- schicht wird zur Einstellung des Widerstandswerts strukturiert ausgebildet . Die Funktionsschicht kann eine Mehrzahl von Strei fen aufweisen . Alternativ dazu kann ein Teilbereich der Funktionsschicht treppenförmig, trapez förmig oder dreieckig ausgebildet werden . Damit ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände , die zwischen den Elektrodenfingern paral- lelgeschalten sind und damit das Trimmen auf den gewünschten Zielwiderstand ermöglichen .
Gemäß einem Aus führungsbeispiel werden die Elektroden zur Einstellung des Widerstandswerts strukturiert ausgebildet . Die Elektrodenfinger wenigstens einer der beiden Elektroden können eine unterschiedliche Länge aufweisen . Alternativ oder zusätzlich können benachbarte Elektrodenfinger einen unterschiedlichen Abstand zueinander aufweisen . Alternativ oder zusätzlich können die Elektrodenfinger eine unterschiedliche Form aufweisen . Beispielsweise ist wenigstens einer der Elektrodenfinger trapez förmig ausgebildet oder wenigstens einer der Elektrodenfinger kann einen kammförmigen Bereich aufweisen . Der kammförmige Bereich kann eine Mehrzahl von Zähnen aufweisen, die bevorzugt in Richtung des nachfolgenden Elektrodenfingers zeigen .
Durch die strukturierte Ausbildung der Elektroden und / oder der Funktionsschicht entstehen einzelne lasertrimmbare Bereiche , wodurch die Möglichkeit zur Widerstandseinstellung gegeben ist . Durch das entsprechende Trimmen erfolgt eine Erhöhung des Widerstands auf den Sollwert . Die einzelnen trimmbaren / strukturierten Bereiche haben einen größeren Widerstand im Vergleich zu den nicht strukturierten Bereichen . Bei einer Parallelschaltung, bei der die einzelnen Widerstände als Kehrwerte addiert werden, bedeutet dies , dass das Trimmen größerer Widerstände eine kleine Widerstandsänderung am ge- samten Sensorelement bewirkt . Damit kann ein Sensorelement mit einer besonders engen Widerstandstoleranz zur Verfügung gestellt werden .
Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu auf zufassen . Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert , verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein .
Elemente , die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen, sind mit gleichen Bezugs zeichen bezeichnet .
Es zeigen :
Figur 1 eine Explosions-Darstellung eines Sensorelements gemäß dem Stand der Technik,
Figur 2 eine Schnittdarstellung des Sensorelements nach Figur 1 ( Stand der Technik) ,
Figur 3a eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines Sensorelements gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel ,
Figur 3b eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines Sensorelements gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel ,
Figur 4 eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines Sensorelements gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel , Figur 5 eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines Sensorelements gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel ,
Figur 6 eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines Sensorelements gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel ,
Figur 7 eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines Sensorelements gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel .
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Darstellung eines Sensorelements 1 nach dem Stand der Technik . Das Sensorelement 1 dient zur I llustrierung eines Basisaufbaus des weiter unten beschriebenen Sensorelements 100 . Hinsichtlich der wesentlichen Merkmale des Sensorelements 1 gemäß Figuren 1 und 2 wird auf die deutsche Patentanmeldung DE 10 2020 122 923 Al Bezug genommen .
Das Sensorelement 1 ist ein NTC Dünnfilm Temperatursensor und weist einen Träger 2 mit einer Oberseite 11 und einer Unterseite 12 auf . Die Oberseite 11 des Trägers 2 weist eine isolierende Schicht 3 beispielsweise aufweisend SiO2 auf . Das Sensorelement 1 weist ferner wenigstens zwei Elektroden 4a, 4b auf . Die beiden Elektroden 4a, 4b sind zueinander beab- standet auf der isolierenden Schicht 3 des Trägers 2 ausgebildet und weisen dünne Metall filme auf .
Die Elektroden 4a, 4b sind als interdigitale Dünnschichtelektroden ausgebildet . Insbesondere weisen die Elektroden 4a, 4b j eweils einen flächigen Endbereich 6 sowie einen Bereich mit Elektrodenfingern 5 auf . Der Bereich mit den Elektrodenf in- gern 5 ist j eweils in einem Mittelbereich des Trägers 2 ausgebildet . Der flächige Endbereich 6 und der Bereich mit den Elektrodenfingern 5 gehen ineinander über . Die beiden Elektroden 4a, 4b grei fen j eweils in dem Bereich der Elektrodenfinger 5 im Mittelbereich des Trägers 2 ineinander und bilden dort eine Interdigitalstruktur aus . Die Elektrodenfinger 5 der Elektroden 4a, 4b sind alternierend angeordnet .
Das Sensorelement 1 weist ferner eine Funktionsschicht 7 mit einer Oberseite 14 und einer Unterseite 15 auf . Die Funktionsschicht 7 ist ein NTC Dünnfilm . Die Funktionsschicht 7 bedeckt die isolierende Schicht 3 auf der Oberseite 11 des Trägers 2 lediglich teilweise . Bevorzugt ist die Funktionsschicht 7 zumindest teilweise auf den Elektroden 4a, 4b aufgebracht . Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist , sind die Elektroden 4a, 4b dabei zwischen dem Träger 2 und der Funktionsschicht 7 , insbesondere an einer Unterseite 15 der Funktionsschicht 7 ausgebildet . Die Funktionsschicht 7 liegt unmittelbar auf dem Bereich mit den Elektrodenfingern 5 auf .
Das Sensorelement 1 weist ferner wenigstens zwei Kontaktpads 10a, 10b auf zur elektrischen Kontaktierung des Sensorelements 1 .
Das Sensorelement 1 kann ferner eine Schutzschicht 8 aufweisen . Die Schutzschicht 8 bedeckt eine Oberseite des Sensorelements 1 mit Ausnahme der Kontaktpads 10a, 10b vollständig . Die Schutzschicht 8 weist Aussparungen 9 auf , aus welchen die Kontaktpads 10a, 10b zur elektrischen Kontaktierung des Sensorelements 1 herausragen . Durch die kompakte Bauweise der einzelnen Komponenten des Sensorelements 1 ist das Sensorelement 1 hervorragend zur Integration in MEMS oder SESUB Strukturen geeignet .
Die Aus führung des Basisaufbaus gemäß der Figuren 1 und 2 basiert auf dem Prinzip einer Parallelschaltung einzelner Widerstände . Bei dem Aufbau des Sensorelements 1 gemäß den Figuren 1 und 2 kann der Widerstand j edoch nicht bauteilspezifisch angepasst werden . Die Streuung des Widerstands lässt sich daher nicht innerhalb der geforderten Toleranzen einstellen .
Die Figuren 3a, 3b und 4 bis 7 zeigen j eweils einen Teilbereich eines Sensorelements 100 . Das Sensorelement 100 weist im Wesentlichen die gleichen Komponenten auf wie das Sensorelement 1 gemäß der Figuren 1 und 2 . Der Basisaufbau des Sensorelements 100 entspricht dem Aufbau des Sensorelements 1 der Figuren 1 und 2 , wie bereits weiter oben erwähnt wurde . Bezüglich der Einzelheiten der Komponenten und der Funktionsweise des Sensorelements 100 wird daher auf obige Beschreibung bzw . auf das Dokument DE 10 2020 122 923 Al verwiesen .
Das erfindungsgemäße Sensorelement 100 weist eine Betriebstemperatur zwischen -40 ° C und 125 ° C auf , wobei die Grenzen eingeschlossen sind . Eine Abmessung des Sensorelements 100 beträgt bevorzugt 300 pm x 500 pm x 50 pm . Das Sensorelement 100 weist einen Widerstandswert R auf , für welchen gilt : 10 kQ < R ( 25 ° C ) < 100 kQ .
Im Gegensatz zu Sensorelement 1 lässt sich bei dem Sensorelement 100 gemäß der Figuren 3 bis 7 der Widerstand bauteilspezi fisch einstellen . Dies kann durch verschiedene Varianten des Schichtaufbaus des Sensorelements 100 realisiert werden, die nachfolgend im Detail beschrieben werden . Insbesondere ist im Vergleich zu Sensorelement 1 die Struktur der Funktionsschicht 7 und / oder der Elektroden 4a, 4b angepasst / modi fi ziert .
Eine Breite und / oder Form der Funktionsschicht 7 und / oder eine Länge der Elektrodenfinger 5 und / oder ein Abstand ( Lückenbreite ) zwischen den Elektrodenfingern 5 und / oder eine Anzahl der Elektrodenfinger 5 bzw . der Abstände ( Lücken) zwischen den Elektrodenfingern 5 beeinflusst dabei den Widerstandswert des Sensorelements 100 .
Der Zusammenhang zwischen dem Widerstand und der Interdigitalstruktur der Elektroden 4a, 4b ist insbesondere in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt :
Tabelle 1 : Zusammenhang zwischen der Struktur der Elektroden und dem Widerstandswert .
Aus der Tabelle geht hervor, dass der Widerstand des Sensorelements 100 bei einer Betriebstemperatur von 25 ° C mit steigender Zahl der Elektrodenfinger 5 / Zahl der Lücken zwischen den Elektrodenfingern 5 sowie zunehmender Länge der Elektrodenfinger 5 und sinkendem Abstand ( Lückenbreite ) zwischen den Elektrodenfingern 5 abnimmt . So ist in Variante B mit größerer Länge und Anzahl der Elektrodenfinger 5 sowie kleinerem Abstand zwischen den Elektrodenfingern 5 ein Widerstand von R ( 25 ° C ) = 12 kQ zu erwarten . In Variante A mit geringerer Länge , Anzahl und größerem Abstand liegt ein Widerstand von R ( 25 ° C ) = 50 kQ vor .
So lässt sich durch gezielte Strukturierung der Interdigitalstruktur der Elektroden 4a, 4b bzw . der Funktionsschicht 7 der Widerstandswert spezi fisch beeinflussen . Dies wird in Zusammenhang mit den Figuren 3A bis 7 nochmals genauer beschrieben .
Durch die strukturierte Ausbildung der Elektroden 4a, 4b und / oder der Funktionsschicht 7 entstehen einzelne lasertrimmbare Bereiche , wodurch die Möglichkeit zur Widerstandseinstellung gegeben ist . Ein initialer Widerstand der Funktionsschicht 7 ist dabei so gewählt , dass dieser sich im Toleranzfenster bei niedrigen Widerstandswerten befindet . Durch das entsprechende Trimmen erfolgt eine Erhöhung des Widerstands auf den Sollwert .
Die einzelnen trimmbaren / strukturierten Bereiche haben einen größeren Widerstand im Vergleich zu den nicht strukturierten Bereichen des Basisaufbaus ( Sensorelement 1 ) . Bei einer Parallelschaltung, bei der die einzelnen Widerstände als Kehrwerte addiert werden, bedeutet dies , dass das Trimmen größerer Widerstände eine kleine Widerstandsänderung am gesamten Sensorelement 100 bewirkt . Das Trimmen erfolgt dabei mit einem geeigneten Laser .
Bei dem Aus führungsbeispiel gemäß Figur 3a ist die Funktionsschicht 7 strukturiert ausgebildet . Insbesondere ist im Gegensatz zum Basisaufbau die Funktionsschicht 7 derart struk- turiert , dass sich einzelne Strei fen ergeben 7a, welche senkrecht zu den Elektrodenfingern 5 ausgeführt sind und über diese kontaktiert werden . Damit ergeben sich mehrere Einzelwiderstände , die zwischen den Elektrodenfingern 5 parallelgeschaltet sind .
Eine Breite b der Strei fen 7a kann für alle Strei fen 7a gleich sein oder variieren, so dass z . B . ( sehr ) schmale , mittlere und breite Strei fen 7a kombiniert vorhanden sind und damit eine größere Varianz in der Widerstandseinstellung gegeben ist . Die Strei fen 7a können dabei die Elektrodenfinger 5 nur teilweise abdecken, wie in Figur 3a dargestellt . Alternativ dazu können die Strei fen 7a auch noch in zumindest einem Teil des flächigen Endbereichs 6 der Elektroden 4a, 4b ausgebildet sein (nicht expli zit dargestellt ) .
Das Trimmen erfolgt mit Hil fe eines Lasers . Es kann auf zwei Arten erfolgen . Abhängig von der Art des verwendeten Lasers kann entweder die Funktionsschicht 7 ( insbesondere einzelne Strei fen 7a der Funktionsschicht 7 ) oder einer bzw . mehrere Elektrodenfinger 5 durchtrennt werden .
Ein Durchtrennen der Elektrodenfinger 5 ist bei dieser Ausgestaltung sowohl im Übergangsbereich der Elektrodenfinger 5 zu den flächigen Endbereichen 6 der Elektrode 4a, 4b als auch in einem Bereich zwischen den einzelnen Strei fen 7a der Funktionsschicht 7 möglich .
In dem Aus führungsbeispiel gemäß der Figur 3b ist zusätzlich ein Elektrodenfinger 5 einer der Elektroden 4a, 4b strukturiert ausgebildet . Insbesondere ist in diesem Aus führungsbeispiel ein äußerer Elektrodenfinger 5 der Elektrode 4a trapezförmig ausgebildet . Ferner können auch mehrere Elektrodenf in- ger 5 strukturiert ausgebildet sein oder es kann alternativ oder zusätzlich einer der inneren Elektrodenfinger 5 strukturiert sein (nicht expli zit dargestellt ) .
Durch die spezi fische Ausgestaltung wenigstens eines Elektrodenfingers 5 ergibt sich eine noch feinere Einstellungsmöglichkeit des Widerstands durch eine breitere Sprei zung der trimmbaren Einzelwiderstände zwischen benachbarten Elektrodenfingern 5 .
Auch hier kann das Trimmen ( anhängig vom verwendeten Laser ) durch Durchtrennen einzelner Strei fen 7a der Funktionsschicht 7 oder der Elektrodenfinger 5 erfolgen . Das Durchtrennen der Elektrodenfinger 5 ist sowohl im Übergangsbereich der Elektrodenfinger 5 zu den flächigen Endbereichen 6 der Elektrode 4a, 4b als auch in einem Bereich zwischen den einzelnen Strei fen 7a der Funktionsschicht 7 möglich .
In dem Aus führungsbeispiel gemäß Figur 4 ist die Funktionsschicht 7 strukturiert ausgebildet . Insbesondere weist die Funktionsschicht 7 eine treppenförmige Struktur auf . Alternativ dazu kann die Funktionsschicht auch trapez förmig oder dreieckig ausgebildet sein (nicht expli zit dargestellt ) . Anders als in den Aus führungsbeispielen, die in den Figuren 3a und 3b dargestellt sind, weist die Funktionsschicht hierbei keine Mehrzahl an diskreten Einzelelementen auf , sondern ist einstückig ausgebildet .
Trotz der flächigen Ausgestaltung überdeckt die Funktionsschicht 7 lediglich einen Teilbereich, insbesondere unterschiedlich große Teilbereiche , der einzelnen Elektrodenfinger 5 . Dabei kann sich die Funktionsschicht 7 auch bis in den flächigen Endbereich 6 der Elektroden 4a, 4b erstrecken (nicht expli zit dargestellt ) , das heißt eine Gesamtbereite der Funktionsschicht 7 kann variieren .
Damit ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände , die zwischen den Elektrodenfingern 5 parallelgeschaltet sind und damit das Trimmen auf den gewünschten Zielwiderstand ermöglichen . Das Trimmen erfolgt durch ein Trennen von wenigstens einem Elektrodenfinger 5 mittels eines Lasers .
In dem Aus führungsbeispiel gemäß Figur 5 ist eine der Elektroden 4a, 4b strukturiert ausgebildet . Insbesondere weist hier die Elektrode 4a unterschiedlich lange Elektrodenfinger 5 auf , wobei die Strukturierung alternativ oder zusätzlich auch bei der Elektrode 4b ausgebildet sein kann .
Dabei ist der in Figur 5 ganz unten dargestellte Elektrodenfinger (unterer äußerer Elektrodenfinger 5 ) der kürzeste Elektrodenfinger 5 . Der in Figur 5 ganz oben dargestellte Elektrodenfinger ( oberer äußerer Elektrodenfinger 5 ) ist der längste Elektrodenfinger 5 . Selbstverständlich kann auch ein anderer Elektrodenfinger 5 , beispielsweise ein mittlerer Elektrodenfinger 5 kürzer oder länger als die übrigen Elektrodenfinger 5 ausgebildet sein . Mit anderen Worten, eine Länge der Elektrodenfinger 5 sowie eine Anordnung der unterschiedlich langen Elektrodenfinger 5 ist - abhängig vom gewünschten Widerstandswert - frei wählbar .
In diesem Aus führungsbeispiel ist die Funktionsschicht 7 flächig bzw . rechteckig ausgebildet analog zu dem in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen Basisaufbau . Die Funktionsschicht 7 kann sich aber auch bis in den flächigen Endbereich 6 der Elektroden 4a, 4b erstrecken (nicht expli zit dargestellt ) . Mit anderen Worten, die Breite der Funktions- schicht 7 bzw . eine Breite des durch die Funktionsschicht 7 abgedeckten Bereichs der Elektroden 4a, 4b kann variieren . Durch ein Variieren der Breite kann der Widerstandswert beeinflusst werden, wie bereits oben erwähnt wurde .
Durch die unterschiedlich lange Ausgestaltung der Elektrodenfinger 5 ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände , die zwischen den Elektrodenfingern 5 parallelgeschalten sind und damit das Trimmen auf den gewünschten Zielwiderstand ermöglichen .
Auch hier erfolgt das Trimmen durch ein Trennen von wenigstens einem Elektrodenfinger 5 mittels eines Lasers . Anders als bei den Aus führungen mit strukturierter Funktionsschicht 7 ist das Durchtrennen der Elektrodenfinger 5 hierbei lediglich im Übergangsbereich der Elektrodenfinger 5 zu den flächigen Endbereichen 6 der Elektrode 4a, 4b möglich (nicht durch die Funktionsschicht 7 verdeckter Bereich der Elektrodenfinger 5 ) .
In dem Aus führungsbeispiel gemäß Figur 6 weisen die Elektrodenfinger 5 unterschiedliche Abstände zueinander auf . Insbesondere kann durch die spezi fische Ausgestaltung der Elektroden 4a, 4b ein Abstand A zwischen benachbarten Elektrodenfingern 5 variiert werden . Wie oben beschrieben, wird durch die Veränderung des Abstands A zwischen den Elektrodenfingern 5 der Widerstandswert des Sensorelements 100 beeinflusst ( siehe Tabelle 1 ) .
So weisen die Elektrodenfinger 5 , die in Figur 6 unten dargestellt sind, einen größeren Abstand A zueinander auf , als die übrigen Elektrodenfinger 5 . Dabei beschränkt sich diese Ausgestaltung nicht auf diese spezielle Aus führung, sondern der Abstand A zwischen benachbarten Elektrodenfingern 5 kann beliebig vergrößert bzw . verkleinert sein, j e nachdem welche Widerstandswerte erzielt werden sollen . Dabei kann der Abstand A nur eines benachbarten Elektrodenfingerpaares oder auch mehrerer Elektrodenfingerpaare variiert werden .
Durch diese spezielle Ausgestaltung können zusätzliche Bereiche mit variiertem Abstand zum Trimmen geschaf fen werden . Dadurch ergibt sich die Option einer noch feineren Abstufung der Widerstandseinstellung .
In dem Aus führungsbeispiel gemäß Figur 7 ist wenigstens ein Elektrodenfinger 5 strukturiert ausgebildet . Insbesondere weist ein Elektrodenfinger 5 ( in diesem Aus führungsbeispiel ein äußerer Elektrodenfinger 5 der Elektrode 4b ) einen kammförmigen Bereich auf . Ein entsprechender kammförmiger Bereich kann aber auch an weiteren oder anderen äußeren Elektrodenfingern 5 vorgesehen sein (nicht expli zit dargestellt ) .
Der kammförmige Bereich weist eine Mehrzahl von Zähnen 20 auf . Diese zeigen in Richtung des nachfolgenden Elektrodenfingers 5 . Die Zähne 20 sind unterschiedlich lang ausgestaltet . Alternativ oder zusätzlich können die Zähne 20 auch unterschiedlich breit ausgebildet sein .
Die Funktionsschicht 7 erstreckt sich nicht komplett über den strukturierten Elektrodenfinger 5 , wie aus Figur 7 ersichtlich ist . Vielmehr überdeckt die Funktionsschicht 7 den strukturierten Elektrodenfinger 5 lediglich teilweise . In diesem Aus führungsbeispiel kann die Funktionsschicht auch noch breiter ausgebildet sein und sich insbesondere bis zu den flächigen Endbereichen 6 hin und sogar teilweise über die flächigen Endbereiche 6 der Elektroden 4a, 4b erstrecken ( siehe gestrichelt angedeutete Funktionsschicht 22 ) . Wie bereits oben erwähnt , wird durch ein Variieren der Breite der Funktionsschicht 7 der Widerstandswert beeinflusst .
Durch den kammförmig strukturierten Bereich des Elektrodenfingers 5 ist eine größere Varianz in der Widerstandseinstellung gegeben . Damit ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände , die damit das Trimmen auf den gewünschten Zielwiderstand ermöglichen . Das Trimmen erfolgt dabei durch ein Trennen des strukturierten Elektrodenfingers 5 mit Hil fe eines Lasers ( siehe beispielhafter Trennbereich 21 ) .
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Sensorelements 100 beschrieben . Vorzugsweise wird durch das Verfahren eine Viel zahl an Sensorelementen 100 gemäß einem der oben beschriebenen Aus führungsbeispiele ( siehe Figuren 3a, 3b und 4 bis 7 ) hergestellt . Alle Merkmale die in Zusammenhang mit dem Sensorelement 100 beschrieben wurden, finden daher auch für das Verfahren Anwendung und umgekehrt .
In einem ersten Schritt A) wird ein Trägermaterial zur Ausbildung des oben beschriebenen Trägers 2 bereitgestellt . Vorzugsweise weist das Trägermaterial Si , SiC, GaN oder Glas auf . Alternativ dazu kann das Trägermaterial SißN AIN oder AI2O3 aufweisen . Der Träger 2 weist eine Oberseite 11 und eine Unterseite 12 auf . Vorzugsweise weist der Träger 2 eine maximale Kantenlänge L von weniger als 500 pm auf .
Anschließend erfolgt das Ausbilden einer elektrisch isolierenden Schicht 3 auf der Oberseite 11 des Trägers 2 . Beispielsweise weist die isolierende Schicht 3 SiO2 auf . Idealerweise wird eine isolierende Schicht 3 mit einer Dicke von bis zu 1 , 5 pm auf der Oberseite 11 des Trägers 2 erzeugt . In einem weiteren Schritt B ) erfolgt das Ausbilden / Abscheiden von wenigstens zwei Elektroden 4a, 4b auf dem Träger 2 . Das Abscheiden erfolgt durch einen PVD oder CVD Prozess oder galvanisch .
Die Elektroden 4a, 4b können einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein und weisen beispielsweise Cu, Au, Ni , Cr, Ag, Ti , Ta, W, Pd oder Pt auf . Die Elektroden 4a, 4b sind als Dünnschichtelektroden ausgebildet . Die Elektroden 4a, 4b weisen j eweils einen flächigen Endbereich 6 sowie eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 5 auf .
Die Strukturierung der Elektroden 4a, 4b erfolgt in einem Folgeprozess , dies kann beispielsweise nasschemisches Ätzen oder Trockenätzen oder Laserstrukturierung sein . Die Elektrodenfinger 5 wenigstens einer der beiden Elektroden 4a, 4b können eine unterschiedliche Länge aufweisen ( Figur 5 ) . Alternativ oder zusätzlich können benachbarte Elektrodenfinger 5 einen unterschiedlichen Abstand A zueinander aufweisen ( Figur 6 ) . Alternativ oder zusätzlich können die Elektrodenfinger 5 eine unterschiedliche Form aufweisen ( Figuren 3b, 7 ) . Beispielsweise ist wenigstens einer der Elektrodenfinger 5 trapez- oder stufenförmig ausgebildet oder wenigstens einer der Elektrodenfinger 5 kann einen kammförmigen Bereich mit Zähnen 20 aufweisen . Durch die Strukturierung wird der Widerstandswert des Sensorelements 100 beeinflusst . Durch die Strukturierung entsteht ein lasertrimmbarer Bereich zur Einstellung des Widerstandswerts des Sensorelements 100 . Zusätzlich oder alternativ kann auch die Funktionsschicht 7 eine Strukturierung aufweisen ( Figuren 3a, 3b, 4 ) . Auch durch die Strukturierung der Funktionsschicht 7 wird der Widerstand des Sensorelements 100 beeinflusst . In einem weiteren Schritt C ) erfolgt das Aufbringen eines Funktionsmaterials zur Ausbildung einer Funktionsschicht 7 . Dies erfolgt beispielsweise durch Sputtern oder einen Spin- coating Prozess . Das Funktionsmaterial wird zunächst voll flächig aufgebracht und in einem weiteren Prozess (beispielsweise durch nasschemisches Ätzen oder Trockenätzen oder Laserstrukturierung) strukturiert . Vorzugsweise weist die Funktionsschicht 7 eine Dicke zwischen 250 nm und 400 nm auf .
Alternativ dazu kann Schritt C ) auch vor Schritt B ) ausgeführt werden, so dass das Funktionsmaterial 7 unmittelbar auf der isolierenden Schicht 3 des Trägers 2 auf gesputtert wird und anschließend die Elektroden 4a, 4b auf die Funktionsschicht 7 aufgebracht werden .
Das Funktionsmaterial weist eine NTC Keramik basierend auf einem oxidischen Material im Perowskit oder Spinell Strukturtyp auf . Alternativ kann das Funktionsmaterial auch auf einem carbidischen oder einem nitridischen Material basieren . In einer weiteren Alternative umfasst das Funktionsmaterial Dünnschichten aus Vanadiumoxid oder SiC oder besteht daraus .
Die Funktionsschicht 7 bedeckt die Oberseite des Trägers 2 bzw . die Elektroden 4a, 4b lediglich teilweise . Die Funktionsschicht 7 kann strukturiert werden zur Einstellung des Widerstandswerts des Sensorelements 100 . Die Funktionsschicht 7 kann beispielsweise strei fenförmig ausgebildet werden ( Figuren 3a, 3b ) . Alternativ dazu kann die Funktionsschicht 7 treppenförmig, trapez förmig oder dreieckig ausgebildet werden ( Figur 4 ) . Alternativ oder zusätzlich kann die Breite der Funktionsschicht variiert werden . Damit ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände , die zwischen den Elektrodenfingern 5 parallelgeschalten sind und damit das Trimmen auf den gewünschten Zielwiderstand ermöglichen . Der initiale Widerstand der Funktionsschicht 7 wird dabei so gewählt , dass dieser sich im Toleranz fenster bei niedrigen Widerstandswerten befindet .
In einem weiteren Schritt D) wird die Funktionsschicht 7 zur Ausbildung der Struktur bzw . der Eigenschaften einer Wärmebehandlung unterzogen .
Im Anschluss wird die Funktionsschicht 7 vermessen . Hierbei wird der initiale Wert des Widerstandswerts ermittelt , so dass im nächsten Schritt die Einstellung des Widerstands auf den Sollwert erfolgen kann .
In einem nächsten Schritt E ) erfolgt die Einstellung des Widerstandswerts durch Trimmen wenigstens einer der Elektroden 4a, 4b und / oder der Funktionsschicht 7 mittels eines Lasers . Das Trimmen wird vorzugsweise in situ durchgeführt .
Der Widerstandswert wird auf einen vorbestimmten Nennwert ( Sollwert ) eingestellt . Durch das genaue Einstellen des Widerstandswerts weist das fertige Sensorelement 100 eine sehr enge Widerstandstoleranz auf . Zur Einstellung des Widerstandswerts werden wenigstens einer der Elektrodenfinger 5 und / oder wenigstens ein Teilbereich der Funktionsschicht 7 mit Hil fe des Lasers durchtrennt . Insbesondere werden die vorher beschriebenen strukturierten Bereiche durchtrennt .
In einem nächsten Schritt F) erfolgt das Ausbilden einer Schutzschicht 8 . Die Schutzschicht 8 kann Oxide , Nitride , Keramiken, Gläser oder Polymere aufweisen und wird mittels eines PVD oder CVD Prozesses erzeugt und mittels nasschemischem Ätzen oder Trockenätzen strukturiert . Die Schutzschicht 8 weist eine Dicke < 10 gm, vorzugsweise < 5 gm, besonders bevorzugt < 1 gm auf . Idealerweise weist die Schutzschicht 8 eine Dicke < 1 , 5 gm auf und bedeckt die Oberseite des Sensorelements 100 mit Ausnahme der Kontaktpads 10a, 10b vollständig .
Anschließend erfolgt in Schritt G) das Ausbilden von Kontaktpads 10a, 10b auf wenigstens einem Teilbereich der Elektroden 4a, 4b . Jeweils ein Kontaktpad 10a, 10b wird dabei unmittelbar auf dem flächigen Endbereich 6 einer Elektrode 4a, 4b ausgebildet . In einer Aus führung weisen die Kontaktpads 10a, 10b Metalle wie Cu, Al oder Au auf und haben eine Dicke von > 5 gm . Insbesondere ragen die Kontaktpads 10a, 10b bei dem fertigen Sensorelement 100 über die Oberfläche 13 des Sensorelements 100 heraus . Alternativ dazu können Bumps statt der Kontaktpads ausgebildet werden .
In einem weiteren Schritt H) erfolgt das Vereinzeln der Sensorelemente 100 . Dies kann beispielsweise durch Plasmaätzen oder Sägen erfolgen . Der Träger 2 wird hierbei nicht durchgesägt , sondern nur bis auf eine definierte Dicke eingesägt .
Durch anschließendes optionales Grinding von der Rückseite ( ein Schlei fprozess ) wird in einem letzten Schritt I ) von der Rückseite des Trägers 2 Material bis zu einer definierten finalen Bauteildicke abgetragen . Durch diesen Schritt kommt es zur tatsächlichen Vereinzelung der Sensorelemente 100 . I st ein dickeres Design des Sensorelements 100 gewünscht , kann Schritt I ) auch entfallen . Das Vereinzeln der Sensorelemente 100 erfolgt in diesem Fall alleine durch Sägen oder Plasmaätzen . Die Montage der vereinzelten Sensorelemente 100 kann auf der Oberseite über Dünndraht-Bonding auf den Kontakt-Pads erfolgen . Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Aus führungs formen beschränkt .
Vielmehr können die Merkmale der einzelnen Aus führungs formen - soweit technisch sinnvoll - beliebig miteinander kombiniert werden .
Bezugs zeichenliste
1 , 100 Sensorelement
2 Träger
3 I solierende Schicht
4a, b Elektrode
5 Elektrodenfinger
6 Endbereich
7 Funktionsschicht
7a Strei fen
8 Schutzschicht
9 Aussparung
10a, b Kontaktpad
11 Oberseite des Trägers
12 Unterseite des Trägers
13 Oberfläche des Sensorelements
14 Oberseite der Funktionsschicht
15 Unterseite der Funktionsschicht
20 Zahn
21 Trennbereich
22 Funktionsschicht
D Dicke des Sensorelements
L Kantenlänge des Trägers
A Abstand zwischen benachbarten Elektrodenfingern b Breite der Strei fen

Claims

Patentansprüche
1. Sensorelement (100) zur Messung einer Temperatur aufweisend
- wenigstens einen Träger (2) mit einer Oberseite (11) und einer Unterseite (12) , wobei eine elektrisch isolierende Schicht (3) auf der Oberseite (11) des Trägers (12) ausgebildet ist,
- wenigstens eine Funktionsschicht (7) aufweisend ein Material mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, wobei die Funktionsschicht (7) auf der elektrisch isolierenden Schicht (3) angeordnet ist,
- wenigstens zwei Elektroden (4a, 4b) , die zueinander beab- standet auf dem Träger (2) ausgebildet sind, wobei die jeweilige Elektrode (4a, 4b) eine Mehrzahl von Elektrodenfingern (5) aufweist, wobei die Elektrodenfinger (5) der beiden Elektroden (4a, 4b) alternierend zueinander angeordnet sind,
- wenigstens zwei Kontaktpads (10a, 10b) zur elektrischen Kontaktierung des Sensorelements (100) , wobei jeweils ein Kontaktpad (10a, 10b) unmittelbar auf einem Teilbereich einer der Elektroden (4a, 4b) angeordnet ist, wobei das Sensorelement (100) dazu ausgebildet ist als diskretes Bauelement direkt in ein elektrisches System integriert zu werden, wobei das Sensorelement (100) eine enge Widerstandstoleranz aufweist und wobei die wenigstens eine Funktionsschicht (7) und / oder wenigstens eine der wenigstens zwei Elektroden (4a, 4b) zur Einstellung des Widerstandswerts strukturiert ausgebildet sind.
2. Sensorelement (100) nach Anspruch 1, wobei die Funktionsschicht (7) die Elektrodenfinger (5) nur teilweise bedeckt.
3. Sensorelement (100) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei eine Breite der Funktionsschicht (7) variiert.
4. Sensorelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Funktionsschicht (7) eine Mehrzahl von Streifen (7a) aufweist, die beabstandet und parallel zueinander an der Oberseite (11) des Trägers (2) angeordnet sind.
5. Sensorelement (100) nach Anspruch 4, wobei die Streifen (7a) senkrecht zu den Elektrodenfingern
(5) ausgebildet sind und über diese kontaktiert werden.
6. Sensorelement nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei eine Breite (b) der Streifen (7a) für alle Streifen
(7a) gleich ist oder wobei eine Breite (b) der Streifen (7a) variiert .
7. Sensorelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei zur Einstellung des Widerstandswerts des Sensorelements (100) wenigstens ein Teilbereich eines Streifens (7a) und / oder wenigstens ein Teilbereich eines Elektrodenfingers (5) durchtrennt ist.
8. Sensorelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Funktionsschicht (7) treppenförmig, trapezförmig oder dreieckig ausgebildet ist.
9. Sensorelement (100) nach Anspruch 8, wobei zur Einstellung des Widerstandswerts wenigstens ein Elektrodenfinger (5) durchtrennt ist.
10. Sensorelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Elektrodenfinger (5) eine andere Form aufweist als die übrigen Elektrodenfinger und wobei der wenigstens eine Elektrodenfinger (5) trapezförmig oder dreieckig ausgebildet ist.
11. Sensorelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Elektrodenfinger (5) wenigstens einer der wenigstens zwei Elektroden (4a, 4b) unterschiedlich lang ausgebildet sind.
12. Sensorelement (100) nach Anspruch 11, wobei zur Einstellung des Widerstandswerts wenigstens einer der unterschiedlich langen Elektrodenfinger (5) durchtrennt ist .
13. Sensorelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Abstand (A) zwischen benachbarten Elektrodenfingern (5) variiert.
14. Sensorelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Elektrodenfinger (5) einen kammförmigen Bereich aufweist, wobei der kammförmige Bereich eine Mehrzahl von Zähnen (20) aufweist, die in Richtung des nachfolgenden Elektrodenfingers (5) zeigen.
15. Sensorelement (100) nach Anspruch 14, wobei der kammförmige Bereich an einem der äußeren Elektrodenfinger (5) ausgebildet ist. 16. Sensorelement (100) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Zähne (20) unterschiedlich lang und / oder unterschiedlich breit ausgebildet sind.
17. Sensorelement (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei zur Einstellung des Widerstandswerts des Sensorelements (100) wenigstens ein Teilbereich des Elektrodenfingers (5) mit dem kammförmigen Bereich durchtrennt ist.
18. Sensorelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die jeweilige Elektrode (4a, 4b) als Dünnschicht- Elektrode ausgebildet ist.
19. Sensorelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Funktionsschicht (7) ein Dünnfilm mit NTC Charakteristik ist.
20. Sensorelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (100) zur direkten Integration in eine MEMS Struktur und / oder in eine SESUB Struktur ausgebildet ist.
21. Sensorelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Träger (2) Silicium, Siliciumcarbid oder Glas aufweist oder wobei der Träger (2) SißN AIN, GaN oder AI2O3 als Trägermaterial aufweist.
22. Sensorelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Funktionsschicht (7) eine NTC Keramik basierend auf einem oxidischen Material im Perowskit oder Spinell Strukturtyp aufweist oder wobei die Funktionsschicht (7) eine NTC Keramik basierend auf einem carbidischen oder einem nitridi- schen Material aufweist.
23. Sensorelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (4a, 4b) einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sind und mindestens ein Material oder eine Materialkombination aus Cu, Au, Ni, Cr, Ag, Ti, Ta, W, Pd und/oder Pt aufweisen.
24. Sensorelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kontaktpads (10a, 10b) einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sind und mindestens ein Material oder eine Materialkombination aus Cu, Au, Ni, Cr, Ag, Ti, Ta, W, Pd und/oder Pt aufweisen.
25. Sensorelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die isolierende Schicht (3) einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet ist und AI2O3, AIN, SiO2 oder SisN4 oder Kombinationen von Schichten dieser Materialien aufweist.
26. Sensorelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Schutzschicht (8) , wobei die Schutzschicht (8) eine Oberseite des Sensorelements (100) mit Ausnahme der Kontaktpads (10a, 10b) vollständig bedeckt.
27. Sensorelement (100) nach Anspruch 26, wobei die Schutzschicht (8) einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet ist und AI2O3, AIN, SiCb oder SisN4 oder Kombinationen von Schichten dieser Materialien aufweist.
28. Sensorelement (100) nach Anspruch 26 oder 27, wobei die Schutzschicht (8) als Material Oxide, Nitride, Keramiken, Gläser oder Kunststoff aufweist.
29. Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements (100) aufweisend die folgenden Schritte:
A) Bereitstellung eines Trägermaterials mit isolierender Schicht (3) zur Ausbildung eines Trägers (2) ;
B) Ausbilden von wenigstens zwei Elektroden (4a, 4b) auf dem Träger (2) , wobei die jeweilige Elektrode (4a, 4b) eine Mehrzahl von Elektrodenfingern (5) aufweist, wobei die Elektrodenfinger (5) der beiden Elektroden (4a, 4b) alternierend zueinander angeordnet sind;
C) Aufbringen eines Funktionsmaterials auf einen Teilbereich der Elektroden (4a, 4b) zur Ausbildung einer Funktionsschicht (7) ;
D) Temperaturbehandlung der Funktionsschicht (7) ;
E) Einstellung des Widerstandswerts durch Trimmen wenigstens eines Teilbereiches der Elektroden (4a, 4b) und / oder der Funktionsschicht (7) mittels eines Lasers.
30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Funktionsschicht (7) und / oder wenigstens eine der Elektroden (4a, 4b) strukturiert ausgebildet werden, und wobei ein initialer Widerstand der Funktionsschicht (7) so gewählt ist, dass dieser sich in einem Toleranzfenster bei niedrigen Widerstandswerten befindet, wobei ein Widerstand des Sensorelements (100) durch das Trimmen der strukturierten Bereiche auf einen Sollwert erhöht wird.
31. Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, wobei in Schritt E) wenigstens ein Teilbereich der Elektrodenfinger (5) und / oder wenigstens ein Teilbereich der Funktionsschicht (7) zur Einstellung des Widerstandswerts durchtrennt werden.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 31, wobei vor Schritt E) ein Vermessen der Funktionsschicht (7) erfolgt .
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 32, weiterhin aufweisend die folgenden Schritte:
F) Aufbringen einer Schutzschicht (8) auf eine Oberseite des Sensorelements (100) , wobei die Schutzschicht (8) die Oberseite bis auf zwei Teilbereiche vollständig bedeckt;
G) Ausbilden von Kontaktpads (10a, 10b) in dem von der Schutzschicht freien Teilbereichen zur elektrischen Kontaktierung des Sensorelements (100) ;
H) Trennen der Sensorelemente (100) .
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 33, aufweisend die weiteren Schritte:
I) optionales Grinding der Sensorelemente (100) von einer Unterseite, wobei durch einen Schleifprozess von der Rückseite des Trägers (2) her Material bis zu einer definierten finalen Bauteildicke abgetragen wird, wodurch die Sensorelemente
(100) vereinzelt werden;
J) optionales Plasmaätzen der heruntergeschliffenen Unterseite des Trägers (2) zur Reduktion von Mikrorissen. 35. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 34, wobei die Funktionsschicht (7) eine Mehrzahl von Streifen
(7a) aufweist oder wobei die Funktionsschicht (7) treppenförmig, trapezförmig oder dreieckig ausgebildet wird.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 35, wobei eine Breite der Funktionsschicht (7) variiert.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 36, wobei die Elektrodenfinger (5) wenigstens einer der beiden Elektroden (4a, 4b) eine unterschiedliche Länge aufweisen und / oder wobei benachbarte Elektrodenfinger (5) einen unterschiedlichen Abstand (A) zueinander aufweisen und / oder wobei die Elektrodenfinger (5) eine unterschiedliche Form aufweisen.
38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei wenigstens einer der Elektrodenfinger (5) trapezförmig oder dreieckig ausgebildet ist oder wobei wenigstens einer der Elektrodenfinger (5) einen kammförmigen Bereich aufweist, wobei der kammförmige Bereich eine Mehrzahl von Zähnen (20) aufweist, die in Richtung des nachfolgenden Elektrodenfingers (5) zeigen.
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