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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Messgröße eines
Gases mit einem Substrat und einem mit dem Substrat in thermischer
Verbindung stehenden thermischen Sensorelement.
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Eine
derartige Vorrichtung ist aus der
DE 41 12 601 A1 bekannt. Bei der bekannten
Vorrichtung handelt es sich um einen Luftmengensensor, der beispielsweise
in der Automobilindustrie zur Motorsteuerung verwendet wird.
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Der
bekannte Luftmengensensor weist ein elektrisch isoliertes Substrat
auf, auf dem mehrere, als thermische Sensorelemente ausgebildete
thermosensitive Widerstände
angeordnet sind. Zwischen dem Substrat und den Widerständen ist
eine Wärmeisolierschicht
aus einem eine geringere Wärmeleitfähigkeit
aufweisenden Material angeordnet, die sich entlang der gesamten
Widerstandsausdehnung erstreckt. Mittels einer mit den Widerständen in
Verbindung stehenden Steuerschaltung kann einem der Widerstände ein
Heizstrom zugeführt
werden, der diesen Widerstand auf eine Temperatur heizt, die größer als
die durch den anderen Widerstand ermittelte Umgebungstemperatur
ist. Aus dem zugeführten
Heizstrom kann dann der Gasstrom ermittelt werden.
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Bei
dem aus der
US 5.321.382
A bekannten Flusssensor ist der Heizwiderstand ganzflächig auf einer
oberen und unteren Isolierschicht aufgebracht. Da die Wärmeübertragungsfläche des
thermischen Sensorelements als diejenige Fläche anzusehen ist, mit der
das Sensorelement auf dem Untergrund aufliegt, ist bei dem aus der
US 5.321.382 A bekannten Ausführungsbeispiel
die Wärmeübertragungsfläche genauso
groß wie
die Flächenausdehnung
des thermischen Sensorelements entlang dem Substrat.
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Die
US 2004/0020286 A1 zeigt
in
4 ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine
Vielzahl von Sensorelementen auf einer Basis angeordnet sind. Die Sensorelemente
sind jeweils mit einem freitragenden Abschnitt versehen, der sich über der
Oberfläche
der Basis erstreckt.
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Zum
Erfassen schneller Änderungen
der Luftmenge weist der bekannte Luftmengensensor unter dem der
Heizung dienenden Widerstand eine Verdünnung des Substrates aus. Ferner
ist der Abschnitt des Substrates, auf dem sich der der Heizung dienende
Widerstand befindet, lediglich durch einen schmalen Steg mit dem
restlichen Substrat verbunden.
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Ein
Nachteil des bekannten Gasmengensensors ist, dass die Ansprechzeit
des Luftmengensensors trotz der zur Verkürzung der Ansprechzeit getroffenen
Maßnahmen
gelegentlich zu lang ist.
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Ein
weiterer Nachteil des Gasmengensensors ist, dass die Zeit, die der
als Temperaturfühler wirkende
Widerstand benötigt,
um seine Temperatur an die Umgebungstemperatur anzugleichen, gelegentlich
zu lang ist. Erfolgt die Auswertung des Heizstroms zu einem Zeitpunkt,
zu dem der als Temperaturfühler
dienende Widerstand noch nicht im thermischen Gleichgewicht mit
der Umgebung ist, kann es zu Fehlmessungen kommen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe
zugrunde, eine hinsichtlich der Ansprechzeit und Messgenauigkeit verbesserte
Vorrichtung bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. In davon
abhängigen
Ansprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Sensorelement an
seiner dem Substrat zugewandten Seite im Bereich seiner Wärmeübertragungsfläche mehrere
integral mit dem Sensorelement ausgebildete Wärmeübertragungselemente aufweist,
die sich zwischen Ausnehmungen erstrecken und von dem thermischen
Sensorelement vorspringen und das Substrat berühren.
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Als
Wärmeübertragungsfläche wird
im Folgenden die mit dem Substrat in direktem oder indirektem thermischen
Kontakt stehende Oberfläche
des thermischen Sensorelements verstanden, über die eine Übertragung
der Wärme
vom thermischen Sensorelement auf das Substrat erfolgt. Die Flächenausdehnung
des thermischen Sensorelements bezeichnet hingegen die Projektionsfläche des
thermischen Sensorelements auf die Substratoberfläche bei
einer im rechten Winkel zur Oberfläche des Substrats erfolgenden
Projektion des Sensorelements auf die Substratoberfläche des
Substrats. Hierbei werden durch Erhebungen und Vertiefungen entstehende
Oberflächenvergrößerungen
beziehungsweise Oberflächenverkleinerungen
nicht berücksichtigt.
Im Falle eines flachen, parallel zum Substrat angeordneten thermischen
Sensorelements entspricht die Flächenausdehnung
des thermischen Sensorelements seiner Oberfläche.
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Durch
die kleinere Ausgestaltung der Wärmeübertragungsfläche des
thermischen Sensorelements im Vergleich zu seiner Flächenausdehnung wird
die ungewollte Wärmeübertragung
zwischen thermischem Sensorelement und Substrat verringert, so dass
das thermische Sensorelement vom Substrat thermisch entkoppelt ist
und in etwa seine Temperatur beibehält. Hierdurch wird die Ansprechzeit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
signifikant verringert.
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Die
Temperatur des thermischen Sensorelements korrespondiert ferner
mit der zu ermittelnden Messgröße der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wodurch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine
höhere
Messgenauigkeit im Vergleich zu einem schlecht wärmeisolierten thermischen Sensorelement
aufweist.
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Bei
der erfindungsgemäßem Vorrichtung
ist das thermische Sensorelement entlang seiner Flächenausdehnung
wenigstens teilweise vom Substrat beabstandet angeordnet und berührt das
Substrat mit seiner Wärmeübertragungsfläche. Diese
Anordnung des thermischen Sensorelements bezüglich des Substrats ermöglicht eine
gute Wärmeisolation beziehungsweise
thermische Entkopplung beider Vorrichtungskomponenten, da der direkte
thermische Kontakt zwischen beiden verringert ist und eine Wärmeübertragung
nur im Bereich der Kontaktfläche
des thermischen Sensorelements und des Substrats stattfindet. In
diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, dass zwischen dem
thermischen Sensorelement und dem Substrat ein luft- oder gasgefüllter Hohlraum
vorhanden ist, der die thermische Entkopplung des thermischen Sensorelements
und des Substrats erheblich verbessert.
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Bei
erfindungsgemäßem Vorrichtung
weist das thermische Sensorelement an seiner dem Substrat zugewandten
Seite im Bereich seiner Wärmeübertragungsfläche wenigstens
ein Wärmeübertragungselement
auf, das von dem thermischen Sensorelement vorspringt und das Substrat
berührt.
Durch die Ausbildung eines zwischen dem thermischen Sensorelement
und dem Substrat vorhandenen Wärmeübertragungselements
entsteht die wenigstens teilweise beabstandete Anordnung des thermischen Sensorelements
vom Substrat, so dass die Wärmeisolierung
des thermischen Sensorelements besonders gut ist. Das Wärmeübertragungselement
kann beispielsweise integral mit dem thermischen Sensorelement ausgebildet
oder aus einem zu dem Material des thermischen Sensorelements verschiedenen Material
gefertigt sein.
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Vorzugsweise
sind die Wärmeübertragungselemente
entlang der Flächenausdehnung
des thermischen Sensorelements regelmäßig verteilt angeordnet. Hierdurch
wird eine besonders stabile Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gewährleistet,
da das thermische Sensorelement in regelmäßigen Abständen mit dem Substrat verbunden
ist. Ferner erfolgt der Wärmeübertrag
auf das Substrat an mehreren ausgewählten Substratbereichen, so dass
eine temperaturbedingte Materialdegradation oder -ermüdung des
Substrats durch einen erhöhten Wärmeübertrag
an einem einzigen Substratbereich vermieden wird und folglich die
Lebensdauer der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besonders lang ist.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
ist ein Wärmeisolierelement
zum thermischen Isolieren des thermischen Sensorelements vom Substrat
zwischen dem Substrat und dem thermischen Sensorelement vorhanden,
und das Wärmeisolierelement
berührt das
thermische Sensorelement entlang wenigstens eines Teils der Wärmeübertragungsfläche des
thermischen Sensorelements. Das zusätzlich zwischen dem Substrat
und dem thermischen Sensorelement anordnenbare Wärmeisolierelement bewirkt eine
zusätzliche
thermische Isolierung beider Bauteile, so dass eine Wärmeübertragung
vom thermischen Sensorelement auf das Substrat entsprechend verringert und
dadurch die Ansprechzeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht wird.
Das Wärmeisolierelement
kann sich beispielsweise entlang der gesamten Flächenausdehnung des thermischen
Sensorelements erstrecken oder auch nur Teilbereiche zwischen dem
thermischen Sensorelement und dem Substrat ausfüllen.
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Weiterhin
kann das Wärmeisolierelement das
thermische Sensorelement entlang der gesamten Wärmeübertragungsfläche des
thermischen Sensorelements berühren.
Dadurch wird gewährleistet, dass
die bereits geringe Wärmeübertragung
vom thermischen Sensorelement auf das Substrat noch weiter reduziert
wird, da diese beiden Vorrichtungskomponenten nur in indirektem
thermischen Kontakt stehen.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das thermische Sensorelement derart strukturiert, dass die vom
Sub strat abgewandte Oberfläche
des thermischen Sensorelements im Vergleich zur Flächenausdehnung
des thermischen Sensorelements vergrößert ist. Dies bewirkt, dass die
Kontaktfläche
des thermischen Sensorelements mit der Umgebung vergrößert wird,
so dass eine höhere
Sensitivität
des thermischen Sensorelements und damit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit der Umgebung erreicht wird. Im Falle der Ausgestaltung des thermischen
Sensorelements als Temperaturfühler
können
kleine Temperaturschwankungen der Umgebung besonders schnell erfasst
werden.
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Vorzugsweise
ist eine Schutzschicht zum Abdichten des Substrats, des thermischen
Sensorelements und/oder des Wärmeisolierelements
auf dem Substrat, dem thermischen Sensorelement und/oder dem Wärmeisolierelement
ausgebildet. Die zusätzliche
Schutzschicht bewirkt einen Schutz der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vor Umgebungseinflüssen,
die die Stabilität
und die Sensitivität
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
negativ beeinträchtigen können.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind das thermische Sensorelement, das Wärmeübertragungselement und/oder
das Wärmeisolierelement
durch Lithographieverfahren hergestellt. Diese Art der Herstellung
der einzelnen Vorrichtungskomponenten ist besonders einfach, kostengünstig und
mit aus dem Stand der Technik ausreichend bekannten Maßnahmen
realisierbar.
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Vorzugsweise
sind das Substrat aus Glas, das thermische Sensorelement aus Molybdän und das
Wärmeisolierelement
aus Siliziumdioxid gefertigt. Die Verwendung von Glas und Siliziumdioxid
als Substrat- und Wärmeisolierelementmaterial
ermöglicht
eine besonders kostengünstige
Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Molybdän
weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit
auf, so dass sich dieses Material besonders gut als Basismaterial
für das thermische
Sensorelement eignet.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Vorrichtung ein einen Gasstrom messender Gasmengensensor,
der ein als Heizelement oder Temperaturfühler ausgestaltetes thermisches
Sensorelement aufweist. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kommt beispielsweise im Bereich der Automobilindustrie zum Einsatz.
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Weitere
Vorteile und Eigenschaften der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert werden.
Es zeigen:
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1 eine
Aufsicht auf einen Gasmengensensor;
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2 einen
Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Heizarms
des Gasmengensensors aus 1 entlang der Linie II-II;
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3 eine
Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel
des Heizarms des Gasmengensensors aus 1;
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4A–4D vier
Prozessstadien eines Verfahrens zur Herstellung des Heizarms des
Gasmengensensors aus 2; und
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5A–5D vier
Prozessstadien eines Verfahrens zur Herstellung des Heizarms des
Gasmengensensors aus 3.
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In 1 ist
eine Vorrichtung 1 dargestellt, die zum Erfassen einer
Messgröße eingerichtet
ist.
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Bei
der in 1 dargestellten Vorrichtung 1 handelt
es sich um einen Gasmengensensor, der einen Gasstrom 2 in
einem Strömungskanal 3 misst. Der
Strömungskanal 3 wird
durch die in 1 als gestrichelte Linien dargestellten
Wände 4 be grenzt.
Der Gasmengensensor 1 weist ein Substrat 5 auf,
das in den Strömungskanal 3 hineinragt
und einen mit dem Substrat 5 integral ausgebildeten Heizarm 6 und
einen mit dem Substrat 5 integral ausgebildeten Temperaturmessarm 7 aufweist.
Auf dem Heizarm 6 befindet sich ein Heizelement 8,
und auf dem Temperaturmessarm 7 ist ein Temperaturfühler 9 angeordnet. Das
Heizelement 8 und der Temperaturfühler 9 sind thermische
Sensorelemente, die zur quantitativen Erfassung des Gasstroms 2 eingesetzt
werden. Das Heizelement 8 und der Temperaturfühler 9 sind über Leiterbahnen 10 mit
einer Steuerschaltung 11 verbunden, die dazu eingerichtet
ist, den Betrieb des Gasmengensensors 1 zu gewährleisten.
Der Gasmengensensor 1 verfügt ferner über Kontakte 12, über die
der Gasmengensensor 1 elektrisch mit beispielsweise einer
Motorsteuerung eines Kraftfahrzeugs kontaktierbar ist.
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Bei
der in 2 dargestellten Ausführungsform des Heizarms 6 des
Gasmengensensors 1 ist das Heizelement 8 direkt
auf dem Substrat 5 angeordnet, so dass beide Sensorkomponenten
miteinander in direktem thermischen Kontakt stehen. Um eine Wärmeableitung
vom Heizelement 8 auf das Substrat 5 zu verhindern,
ist eine Wärmeübertragungsfläche 13 des
Heizelements 8 geringer als eine Flächenausdehnung 14 des
Heizelements 8 entlang des Substrats 5 ausgebildet.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
entspricht die Wärmeübertragungsfläche 13 der
Kontaktfläche 15 des
Heizelements 8 und des Substrats 5. Die Flächenausdehnung 14 des
Heizelements 8 entlang des Substrats 5 bezeichnet
eine Querschnittsfläche
des Heizelements 8 parallel zum Substrat 5.
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Die
im Vergleich zur Flächenausdehnung 14 des
Heizelements 8 geringere Wärmeübertragungsfläche 13 bewirkt,
dass ein Wärmeverlust über die Kontaktfläche 15 beider
Sensorkomponenten 5, 8 verringert oder unterdrückt wird,
so dass eine dem Heizelement 8 direkt zugeführte Heizleistung
nicht durch eine ungewollte Wärmeableitung
an das Substrat 5 reduziert wird. Daher weist der Luftmengensensor 1 eine
schnelle Ansprechzeit auf.
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Das
Heizelement 8 weist einen rechteckförmigen Abschnitt 16 auf,
der von einer Oberfläche 17 des
Substrats 5 beabstandet angeordnet ist. Auf der dem Substrat 5 zugewandten
Unterseite 18 des Heizelements 8 sind Wärmeübertragungselemente 19 angeordnet,
die vom Heizelementabschnitt 16 zum Substrat 5 hin
vorspringen. Stirnflächen
der Wärmeübertragungselemente 19 bilden
die Wärmeübertragungsfläche 13 des
Heizelements 8 und berühren
die Oberfläche 17 des
Substrats 5. Die Wärmeübertragungselemente 19 sind
integral mit dem Heizelement 8 ausgebildet.
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Die
Wärmeübertragungselemente 19 bilden brückenartige
Strukturen, zwischen denen Ausnehmungen 20 ausgebildet
sind. Die Wärmeübertragung entlang
von Seitenflächen
der Ausnehmungen 20 ist stark vermindert, da die mit Luft
oder Gas gefüllten Ausnehmungen 20 das
Heizelement 8 im Bereich ihrer Seitenflächen thermisch vom Substrat 5 isolieren.
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Eine
vom Substrat 5 abgewandte Oberfläche 21 des Heizelements 8 weist
als Vertiefungen ausgebildete Strukturen 22 auf. Es ist
ebenfalls möglich, dass
die Strukturen 22 als Erhebungen ausgebildet sind. Durch
die Strukturierung der Oberfläche 21 des Heizelements 8 wird
eine Kontaktfläche
des Gasmengensensors 1 mit der Umgebung vergrößert, so dass
eine bessere Kopplung des Heizelements 8 an die Umgebung
gewährleistet
wird und die Sensitivität des
Gasmengensensors 1 verbessert ist. Die Oberflächenstrukturen 22 des
Heizelements 8 sind entlang der Flächenausdehnung 14 des
Heizelements 8 regelmäßig verteilt
angeordnet, sie können
jedoch auch unregelmäßig oder
abschnittsweise verschieden strukturiert ausgebildet sein.
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Die
regelmäßig verteilten
Strukturen 22 der Oberfläche 21 des Heizelements 8 bieten
den Vorteil, dass sie beispielsweise durch Photolithographieverfahren
besonders einfach und kostengünstig
hergestellt werden können.
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Der
Gasmengensensor 1 weist ebenfalls eine Schutzschicht 23 auf,
die das Heizelement 8 und das Substrat 5 von der
Umgebung kapselt. Hierbei sind das Heizelement 8 und das
Substrat 5 in die Schutzschicht 22 eingegossen,
die beide Komponenten des Gasmengensensors 1 umhüllt.
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Das
Substrat 5 des Gasmengensensors 1 besteht aus
elektrisch isolierendem Glas, während das
Heizelement 8 aus einem Material auf der Basis von Molybdän gefertigt
ist, das eine große
Wärmeleitfähigkeit
ausweist. Die Schutzschicht 23 ist aus Siliziumdioxid gefertigt,
das eine ausreichende elektrische Isolation gewährleistet und besonders exakt verarbeitbar
ist.
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Eine
Kantenlänge
der in etwa quadratischen Querschnittsfläche des Wärmeübertragungselements 19 beträgt etwa
5–10 μm, während eine
Beabstandung des Heizelementabschnitts 16 von der Substratoberfläche 17 etwa
0,5 μm beträgt. Eine
im rechten Winkel zur Substratoberfläche 17 gemessene Dickenausdehnung
des Heizelements 8 beträgt etwa
1 μm, während eine
laterale Ausdehnung des als Leiterbahn ausgebildeten Heizelements 8 etwa 5–10 μm beträgt.
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3 zeigt
ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel
des Heizarms 6 des Gasmengensensors 1 in 1.
In Übereinstimmung
mit dem in 2 dargestellten Gasmengensensors 1 ist
ein Heizelement 24 auf einem Wärmeisolierelement 25 angeordnet,
das wiederum auf einem Substrat 26 angebracht ist. Das Wärmeisolierelement 25 bildet
somit ein Zwischenelement zwischen dem Heizelement 24 und
dem Substrat 26.
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Das
Heizelement 24 ist als längliche Leiterbahn ausgebildet,
die sich serpentinenartig, parallel zu einer Substratoberfläche 27 erstreckt.
Die Leiterbahn weist zueinander parallele erste Abschnitte 28 auf,
die über
zweite Abschnitte 29 miteinander verbunden sind. Die zweiten
Abschnitte 29 verlaufen quer zu den ersten Abschnitten 28 und
sind etwa viermal kür zer.
Dies bewirkt, dass das Heizelement 24 einerseits eine ausreichend
große
Kontaktfläche mit
der Umgebung hat, andererseits jedoch die als Wärmeabführfläche wirkende Oberfläche des
Heizelements 24 entsprechend vermindert ist, so dass eine Wärmeübertragung
auf das Substrat 26 im Vergleich zu einer flächigen Ausgestaltung
des Heizelements 24 entsprechend kleiner ist.
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Das
zwischen dem Heizelement 24 und dem Substrat 26 angeordnete
Wärmeisolierelement 25 besteht
aus einer Vielzahl von länglichen,
zueinander parallel verlaufenden Stegen 30. Die Stege 30 weisen
einen in etwa rechteckförmigen
Querschnitt auf und verlaufen quer zu den ersten Abschnitten 28 des Heizelements 24.
Dadurch liegt das Heizelement 24 mit etwa rechteckigen
beziehungsweise quadratischen Kontaktflächen 31 auf dem Wärmeisolierelement 25 auf.
Der Umriss der Kontaktflächen 31 ist
in 3 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Die Kontaktflächen 31 bilden
Wärmeübertragungsflächen 32 des
Heizelements 24, über
die die Wärme des
Heizelements 24 an das Substrat 26 geleitet wird.
Im Bereich von zwischen den Stegen 30 vorhandenen Zwischenräumen 33 sitzt
das Heizelement 24 nicht auf der Oberfläche 27 des Substrats 26 auf, sondern
ist von dieser beabstandet. Durch diese Hohlräume wird eine besonders gute
Wärmeisolierung
des Heizelements 24 vom Substrat 26 gewährleistet.
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Vorzugsweise
ist das Substrat 26 aus Glas, das Wärmeisolierschicht 25 aus
Siliziumdioxid und das Heizelement 24 aus einem Material
auf der Basis von Molybdän
gefertigt. Abmessungen des Heizelements 24 entsprechen
etwa den Abmessungen des Heizelements 8 in 2.
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Im
Folgenden werden zwei Verfahren zum Herstellen der in 2 und 3 dargestellten
Gasmengensensoren 1 beschrieben.
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4A zeigt
ein erstes Prozessstadium des Verfahrens zur Herstellung des Heizarms 6 des
Gasmengensensors 1 in 2.
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Auf
das Substrat 5 ist eine Opferschicht 34 aus einem
Nickelchrom aufweisenden Material aufgebracht. Dies kann beispielsweise
durch Sputtern oder durch Vakuumbedampfen erfolgen. Danach wird
die Opferschicht 34 geeignet strukturiert, so dass die
Opferschicht 34, wie in 4B dargestellt, durch
die Opferschicht hindurchgehende Öffnungen 35 mit zu
der Oberfläche 17 des
Substrats 5 etwa senkrecht verlaufenden Seitenwänden 36 aufweist. Zu
diesem Zweck wird die Opferschicht 34 zuerst mit Photolack
beschichtet, der dann durch ein ein geeignetes Muster aufweisendes
Retikel hindurch belichtet wird. Im Anschluss hieran wird die Opferschicht 34 derart
selektiv geätzt,
dass die Öffnungen 35 in
der Opferschicht 34 entstehen. Der Ätzschritt kann beispielsweise
mittels nasschemischen Ätzen
durchgeführt
werden. Danach wird das Heizelement 8 durch Bedampfen als
eine weitere Beschichtung auf das Substrat 5 und die Opferschicht 34 aufgebracht.
Dies ist in dem in 4C dargestellten dritten Prozessstadium
gezeigt. Danach wird die Oberfläche 21 des Heizelements 8 geeignet
mit Vertiefungen oder Erhebungen strukturiert, bevor die Opferschicht 34 durch nasschemisches Ätzen selektiv
entfernt wird, so dass die Ausnehmungen 20 zwischen dem
Heizelement 8 und dem Substrat 5 entstehen. Abschließend wird gemäß 4D die
Schutzschicht 23 aufgebracht, die das Heizelement 8 und
das Substrat 5 gegenüber
einer Umgebung abdichtet.
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Im
Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung des in 3 dargestellten
Heizarms 6 des Gasmengensensors 1 erläutert. Zuerst
wird das Wärmeisolierelement 25 gemäß 5A auf
das Substrat 26 aufgebracht. Danach wird das Wärmeisolierelement 25 mittels
nicht näher
ausgeführter
Photolithographieprozesse derart strukturiert, dass sich die länglichen
Stege 30 bilden, zwischen denen die Zwischenräume 33 durch
nasschemisches Ätzen
ausgebildet werden. Danach wird gemäß 5B eine
Opferschicht 37 aufgebracht, die die Zwischenräume 33 auffüllt und
die Stege 30 umschließt.
Dann wird die Opferschicht 37 so lange geätzt, bis
die Stege 30 frei liegen. Als nächstes wird gemäß 5C das
Heizelement 24 schichtartig auf die Stege 30 und
die Opferschicht 37 durch Bedampfen aufgebracht und geeignet
strukturiert, so dass seine in 3 gezeigte serpentinenartige
Ausgestaltung entsteht. Dazu ist beispielsweise eine Beschichtung
des Heizelements 24 mit Photolack sowie Belichten und selektives Ätzen des
Heizelements 24 notwendig. Als nächstes wird die in den Zwischenräumen 33 befindliche
Opferschicht 37 selektiv durch nasschemisches Ätzen entfernt.
Die Zwischenräume 33 bleiben
somit frei. Abschließend
wird gemäß 5D eine
Schutzschicht 38 aufgebracht, die das Substrat 26,
das Wärmeisolierelement 25 und
das Heizelement 24 umschließt.
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Abschließend sei
noch darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im
Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben
worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden
können,
außer
wenn dies aus Gründen
der Kompatibilität
ausgeschlossen ist.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Gasstrom
- 3
- Strömungskanal
- 4
- Wände
- 5
- Substrat
- 6
- Heizarm
- 7
- Temperaturmessarm
- 8
- Heizelement
- 9
- Temperaturfühler
- 10
- Leiterbahnen
- 11
- Steuerschaltung
- 12
- Kontakte
- 13
- Wärmeübertragungsfläche
- 14
- Flächenausdehnung
- 15
- Kontaktfläche
- 16
- Heizelementabschnitt
- 17
- Substratoberfläche
- 18
- Unterseite
- 19
- Wärmeübertragungselement
- 20
- Ausnehmung
- 21
- Heizelementoberfläche
- 22
- Struktur
- 23
- Schutzschicht
- 24
- Heizelement
- 25
- Wärmeisolierelement
- 26
- Substrat
- 27
- Substratoberfläche
- 28
- Erster
Abschnitt
- 29
- Zweiter
Abschnitt
- 30
- Steg
- 31
- Kontaktfläche
- 32
- Wärmeübertragungsfläche
- 33
- Zwischenraum
- 34
- Opferschicht
- 35
- Öffnung Opferschicht
- 36
- Seitenwand
Opferschicht
- 37
- Opferschicht
- 38
- Schutzschicht