DE102023126209A1 - Device for detecting the temperature of a medium or for heating the medium and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung umfasst eine Vorrichtung (V) zum Erfassen der Temperatur eines Mediums oder zum Heizen des Mediums, umfassend:
- Ein Schichtsystem, umfassend eine erste Grünfolienschicht (S1), eine zweite Grünfolienschicht (S2) und eine dritte Schicht (S3);
- Eine Widerstandsschicht, umfassend eine Widerstandsstruktur, welche Widerstandsstruktur auf der ersten Grünfolienschicht (S1) aufgebracht ist und von der zweiten Grünfolienschicht (S2) bedeckt ist,
eine Trimmstruktur mit einer Vielzahl von Leiterbahnen (LB, LB'), welche Trimmstruktur auf der zweiten Grünfolienschicht (S2) aufgebracht ist und von der dritten Grünfolienschicht (S3) bedeckt ist, und
eine Vielzahl erster Durchkontaktierungen (DK11, ..., DK16), welche die Widerstandsstruktur und die Trimmstruktur elektrisch verbinden, indem jede der Leiterbahnen (LB, LB') jeweils zwei der ersten Durchkontaktierungen (DK11, ..., DK16) elektrisch kontaktieren, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung (V).
The invention comprises a device (V) for detecting the temperature of a medium or for heating the medium, comprising:
- A layer system comprising a first green film layer (S1), a second green film layer (S2) and a third layer (S3);
- A resistance layer comprising a resistance structure, which resistance structure is applied to the first green film layer (S1) and is covered by the second green film layer (S2),
a trimming structure with a plurality of conductor tracks (LB, LB'), which trimming structure is applied to the second green film layer (S2) and is covered by the third green film layer (S3), and
a plurality of first vias (DK1 1 , ..., DK1 6 ) which electrically connect the resistance structure and the trimming structure in that each of the conductor tracks (LB, LB') electrically contacts two of the first vias (DK1 1 , ..., DK1 6 ), and a method for producing such a device (V).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Erfassen der Temperatur eines Mediums oder zum Heizen des Mediums. Des Weiteren umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen der Temperatur eines Mediums oder zum Heizen des Mediums.The invention relates to a method for producing a device for detecting the temperature of a medium or for heating the medium. Furthermore, the invention comprises a device for detecting the temperature of a medium or for heating the medium.
Im Stand der Technik sind Aufbauten von Temperatursensoren ausführlich beschrieben. Diese umfassen für gewöhnlich eine aktive Fläche, insbesondere eine metallische Widerstandsschicht, die als Thermistor dient. Der Thermistor erfährt durch eine Temperaturänderung eine Änderung seines elektrischen Widerstands. Dadurch, dass das Material und die Kennlinie (elektrischer Widerstand über Temperaturbereiche) eines Thermistors bekannt sind, kann durch Erfassen des elektrischen Widerstands die aktuelle Temperatur des Thermistors ermittelt werden. Beispielsweise werden solche Temperatursensoren in Dünnschichttechnik gefertigt und weisen als Thermistor eine funktionale Schicht, beispielsweise aus Platin, auf.Temperature sensor designs are described in detail in the prior art. These typically comprise an active surface, in particular a metallic resistance layer that serves as a thermistor. The thermistor's electrical resistance changes as a result of a temperature change. Knowing the material and characteristic curve (electrical resistance over temperature ranges) of a thermistor allows the current temperature of the thermistor to be determined by measuring the electrical resistance. For example, such temperature sensors are manufactured using thin-film technology and have a functional layer, such as platinum, as the thermistor.
Durch Speisen des Thermistors mit einer elektrischen Leistung erhitzt sich dieser und emittiert Wärme. Dadurch kann ein solcher Temperatursensor als Heizelement zum Erwärmen eines Mediums eingesetzt werden.By supplying electrical power to the thermistor, it heats up and emits heat. This allows such a temperature sensor to be used as a heating element for heating a medium.
Temperatursensoren weisen bei der Verwendung in Anwendungen mit hohen Temperaturen oder in chemisch aggressiven Medien oft eine geringere Stabilität als bei einer Verwendung in wenig belastenden Anwendungen auf. Bei heutzutage kommerziell erhältlichen Temperatursensoren werden die aktiven Flächen mit einer Glasschicht oder einer Schicht bestehend aus einer Verbindung aus Glas und Metalloxiden - mit oder ohne zusätzliche Deckel - geschützt. Beispiele hierfür sind in der
Um den Widerstand der obig beschriebenen Temperatursensoren genau einzustellen, wird üblicherweise Lasertrimmen eingesetzt. Ein Beispiel für ein solches Vorgehen ist in der
Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen der Temperatur eines Mediums oder zum Heizen des Mediums vorzustellen, welche Vorrichtung thermisch und chemisch beständig ausgestaltet ist und deren elektrischer Widerstand mit hoher Genauigkeit eingestellt werden kann.Based on this problem, the invention is based on the object of presenting a device for detecting the temperature of a medium or for heating the medium, which device is designed to be thermally and chemically resistant and whose electrical resistance can be adjusted with high accuracy.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst.The object is achieved by a method according to claim 1 and by a device according to claim 11.
Hinsichtlich des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Erfassen der Temperatur eines Mediums oder zum Heizen des Mediums dient, wobei das Verfahren umfasst:
- - Bereitstellen einer ersten Grünfolienschicht aus einem keramischen Material;
- - Aufbringen einer ersten metallischen Schicht auf die erste Grünfolienschicht, welche erste metallische Schicht derart strukturiert wird, dass eine Widerstandsstruktur gebildet ist;
- - Aufbringen einer zweiten Grünfolienschicht aus einem keramischen Material, welche zweite Grünfolienschicht eine Vielzahl erster Durchkontaktierungen aufweist,
- a) Eine zweite metallische Schicht initial auf der zweiten Grünfolienschicht aufgebracht ist; oder
- b) Im Falle, dass initial keine zweite metallische Schicht auf der zweiten Grünfolienschicht aufgebracht ist, die zweite metallische Schicht nach dem Schritt des Aufbringens der zweiten Grünfolienschicht auf die zweite Grünfolienschicht aufgebracht wird;
- - Verpressen und Sintern der ersten Grünfolienschicht mit der darauf aufgebrachten zweiten Grünfolienschicht;
- - Trimmen des Widerstandselement, wobei im Zuge des Trimmens eine oder mehrere der Leiterbahnen durchtrennt werden;
- - Aufbringen einer dritten Schicht, wobei die dritte Schicht derart bezüglich der zweiten Grünfolienschicht ausgerichtet wird, dass die dritte Schicht nach dem Aufbringen die zweite metallische Schicht und zumindest einen Teilbereich der zweiten Grünfolienschicht bedeckt.
- - Providing a first green film layer made of a ceramic material;
- - applying a first metallic layer to the first green film layer, which first metallic layer is structured such that a resistance structure is formed;
- - applying a second green film layer made of a ceramic material, which second green film layer has a plurality of first vias,
- a) A second metallic layer is initially applied to the second green film layer; or
- b) In case no second metallic layer is initially applied to the second green film layer, the second metallic layer is applied to the second green film layer after the step of applying the second green film layer;
- - Pressing and sintering the first green film layer with the second green film layer applied on top;
- - trimming the resistance element, whereby one or more of the conductor tracks are severed during the trimming process;
- - applying a third layer, wherein the third layer is aligned with respect to the second green film layer such that the third layer, after application, covers the second metallic layer and at least a partial area of the second green film layer.
Erfindungsgemäß werden die Vorteile von beiden oben beschriebenen Typen von Temperatursensoren kombiniert. Die Verwendung von Keramikgrünfolien, welche per Sintern zusammengefügt werden, erzielt eine gute thermische und chemische Beständigkeit der resultierenden Vorrichtung. Wesentlich für die Erfindung ist, dass der Schritt des Trimmens ausgeführt werden kann, bevor die finale dritte Schicht als Schutzschicht auf das Schichtsystem aufgebracht wird. Dadurch kann der Widerstand der Vorrichtung genau eingestellt werden, ohne dass nach Abschluss der Fertigung die Beständigkeit verringert wird.The invention combines the advantages of both types of temperature sensors described above. The use of ceramic green sheets, which are joined by sintering, achieves good thermal and chemical resistance of the resulting device. A key feature of the invention is that the trimming step can be performed before the final third layer is applied to the layer system as a protective layer. This allows the resistance of the device to be precisely adjusted without reducing the resistance after completion of production.
Eine Grünfolie ist eine Folie, welche aus einem Material mit einem festen keramischen Anteil und einem Bindemittel besteht. Die initiale Beschaffenheit des Materials ist weich und biegsam. Die Folie kann dadurch relativ einfach verarbeitet werden, insbesondere geschnitten und verpresst werden. Auch können Metallschichten auf eine solche Grünfolie aufgebracht werden, bzw. mehrere Grünschichten zu einem Schichtsystem verbunden werden. Durch Sintern der Grünfolie bei Sintertemperatur für einen vorbestimmten Zeitraum erhärtet das Material, so dass nach Abschluss des Sinterns eine keramische Schicht, bzw. ein festes keramisches Schichtsystem vorliegt. Es sind eine Vielzahl verschiedener Arten von Grünfolien kommerziell erhältlich. Der Fachmann würde die Sintertemperatur und den vorbestimmten Zeitraum je nach konkreter Art, bzw. Zusammensetzung der Grünfolie wählen. Beispielsweise werden Sintertemperaturen im Bereich von ca. 1500 °C verwendet, wobei der vorbestimmte Zeitraum im niedrigen Stundenbereich liegt,A green film is a film consisting of a material with a solid ceramic component and a binder. The initial nature of the material is soft and flexible. This makes the film relatively easy to process, particularly cutting and pressing. Metal layers can also be applied to such a green film, or multiple green layers can be combined to form a layer system. By sintering the green film at the sintering temperature for a predetermined period of time, the material hardens, resulting in a ceramic layer or solid ceramic layer system after sintering is complete. A variety of different types of green films are commercially available. A person skilled in the art would select the sintering temperature and the predetermined period of time depending on the specific type or composition of the green film. For example, sintering temperatures in the range of approximately 1500°C are used, with the predetermined period being in the low hours range.
Gemäß einer ersten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die dritte Schicht eine Grünfolienschicht aus einem keramischen Material ist, wobei die dritte Schicht nach dem Aufbringen verpresst wird und die erste Grünfolienschicht und die zweite Grünfolienschicht mit der der darauf aufgebrachten dritten Grünfolienschicht gesintert wird. Eine solche Vorrichtung ist thermisch und chemisch stabiler als bekannte Temperatursensoren, da kein Glas als Deckschicht mehr eingesetzt wird, welches u.U. einen niedrigen Glasübergangspunkt hat.According to a first variant of the method, the third layer is a green film layer made of a ceramic material. The third layer is pressed after application, and the first green film layer and the second green film layer are sintered with the third green film layer applied thereon. Such a device is thermally and chemically more stable than known temperature sensors because it no longer uses glass as a cover layer, which may have a low glass transition point.
Gemäß einer Ausgestaltung der ersten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die dritte Schicht eine Vielzahl zweiter Durchkontaktierungen aufweist, wobei die dritte Schicht derart bezüglich der zweiten Grünfolienschicht ausgerichtet wird, dass die zweiten Durchkontaktierungen zumindest mit einer Teilmenge der ersten Durchkontaktierungen in Kontakt gebracht sind.According to an embodiment of the first variant of the method, it is provided that the third layer has a plurality of second vias, wherein the third layer is aligned with respect to the second green film layer such that the second vias are brought into contact with at least a subset of the first vias.
Gemäß einer zweiten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die dritte Schicht aus einem Glas besteht. Je nach Anwendung der Vorrichtung kann es dennoch vorteilhaft sein, ein Glas als oberste Schicht einzusetzen. Insbesondere in Anwendungen, welche kein aggressives Medium vorsehen und die Vorrichtung keinen hohen Temperaturen ausgesetzt ist, kann Glas vorteilhaft sein. Es müssen beispielsweise keine zusätzlichen hohen Temperaturen gefahren werden. Der größte Teil der Widerstandsschicht ist bereits durch die Keramik (erste und zweite Grünfolienschicht geschützt), so dass der Einfluss des Glases deutlich geringer ist. Als Material für das Ausgangsmaterial der Glasschicht kann eine Glaspaste mit zugemischter Keramik oder ein auskristallisierendes Glassystem verwendet werden, welches jeweils nach dem Brennschritt eine Glaskeramik ausbildet.According to a second variant of the method, the third layer is made of glass. Depending on the application of the device, it may nevertheless be advantageous to use glass as the top layer. Glass can be particularly advantageous in applications that do not involve an aggressive medium and the device is not exposed to high temperatures. For example, there is no need to operate at additional high temperatures. The largest part of the resistance layer is already protected by the ceramic (first and second green film layers), so the influence of the glass is significantly lower. The starting material for the glass layer can be a glass paste with added ceramic or a crystallizing glass system, which in each case forms a glass-ceramic after the firing step.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die erste metallische Schicht und/oder die zweite metallische Schicht mittels eines Dünnschichtverfahrens aufgebracht werden. Als Dünnschichtverfahren können typische aus der MEMS- und Mikroelektronikfertigung bekannte Schichtabscheidungsverfahren wie CVD-, PVD-Verfahren, etc. eingesetzt werden. Die resultierenden Schichtdicken solcher metallischen Schichten liegen im Nanometer- bis niedrigen Mikrometer-Bereich.One embodiment of the method provides for the first metallic layer and/or the second metallic layer to be applied using a thin-film process. Typical layer deposition processes known from MEMS and microelectronics manufacturing, such as CVD and PVD processes, can be used as thin-film processes. The resulting layer thicknesses of such metallic layers are in the nanometer to low micrometer range.
Eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die erste metallische Schicht und die zweite metallische Schicht mittels eines Dickschichtverfahrens, insbesondere mittels Siebdrucks, aufgebracht werden. Die resultierenden Schichtdicken solcher metallischen Schichten liegen im mittleren µm-Bereich.An alternative embodiment of the method provides for the first metallic layer and the second metallic layer to be applied using a thick-film process, in particular screen printing. The resulting layer thicknesses of such metallic layers are in the mid-µm range.
Als Materialien kommen Metalle mit einer definierten Temperaturkurve und/oder einem definierten Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) in Betracht, bspw. Platin, Nickel, Titan oder eine geeignete Legierung.Materials that can be considered are metals with a defined temperature curve and/or a defined temperature coefficient of resistance (TCR), e.g. platinum, nickel, titanium or a suitable alloy.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass vor oder nach dem Schritt des Verpressens und Sinterns auf jeder der zweiten Durchkontaktierungen ein metallisches Kontaktpad aufgebracht wird. Die metallischen Kontaktpads werden zum Anschließen der Vorrichtung an eine externe Vorrichtung verwendet. Die externe Vorrichtung speist die Vorrichtung mit elektrischer Energie, welche bspw. zum Heizen verwendet wird, und/oder bestimmt den aktuellen elektrischen Widerstand der Vorrichtung, um die Temperatur zu bestimmen.According to one embodiment of the method, a metallic contact pad is applied to each of the second vias before or after the pressing and sintering step. The metallic contact pads are used to connect the device to an external device. The external device supplies the device with electrical energy, which is used, for example, for heating, and/or determines the current electrical resistance of the device to determine the temperature.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die ersten Durchkontaktierungen durch Einbringen von jeweils einem Loch pro erster Durchkontaktierung in die zweite Grünfolienschicht und Füllen der in die zweite Grünfolienschicht eingebrachten Löcher mit metallischem Material gebildet werden. Für die zweiten Durchkontaktierungen kann analog vorgesehen sein, dass diese durch Einbringen von jeweils einem Loch pro zweiter Durchkontaktierung in die dritte Grünfolienschicht und Füllen der in dritte Grünfolienschicht eingebrachten Löcher mit metallischem Material gebildet werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass als metallisches Material hier das Material der ersten metallischen Schicht und/oder der zweiten metallischen Schicht verwendet wird.One embodiment of the method provides that the first vias are formed by introducing one hole per first via into the second green film layer and filling the holes introduced into the second green film layer with metallic material. Similarly, the second vias can be formed by introducing one hole per second via into the third green film layer and filling the holes introduced into the third green film layer with metallic material. In particular, it is provided that the material of the first metallic layer and/or the second metallic layer is used as the metallic material here.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Schritt des Trimmens umfasst:
- - Erfassen eines elektrische Widerstandwerts der Widerstandsstruktur,
- - Vergleichen des Widerstandwerts mit einem Sollwert, und
- - Anpassen des Widerstandwerts an den Sollwert durch Durchtrennen von einer oder mehrere der Leiterbahnen im Falle einer Abweichung des Widerstandswerts von dem Sollwert um mindestens einen vorbestimmten Faktor.
- - Detecting an electrical resistance value of the resistance structure,
- - comparing the resistance value with a target value, and
- - Adjusting the resistance value to the target value by cutting one or more of the conductor tracks in the event of a deviation of the resistance value from the target value by at least a predetermined factor.
Das Durchtrennen der Leiterbahnen kann mittels eines Lasers, bzw. eines ähnlichen Wärmeverfahrens, oder mechanisch, bspw. mittels einer Klinge, erfolgen. The conductor tracks can be cut using a laser or a similar heat process, or mechanically, e.g. using a blade.
Hinsichtlich der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zum Erfassen der Temperatur eines Mediums oder zum Heizen des Mediums dient, wobei die Vorrichtung umfasst:
- - Ein Schichtsystem aus keramischer Grünfolie, umfassend eine erste Grünfolienschicht, eine zweite Grünfolienschicht und eine dritte Schicht;
- - Eine Widerstandsschicht, umfassend eine Widerstandsstruktur, welche Widerstandsschicht auf der ersten Grünfolienschicht aufgebracht ist und von der zweiten Grünfolienschicht bedeckt ist, eine Trimmstruktur mit einer Vielzahl von Leiterbahnen, welche Trimmstruktur auf der zweiten Grünfolienschicht aufgebracht ist und von der dritten Grünfolienschicht bedeckt ist, und eine Vielzahl erster Durchkontaktierungen, welche die Widerstandsstruktur und die Trimmstruktur elektrisch verbinden, indem jede der Leiterbahnen jeweils zwei der ersten Durchkontaktierungen elektrisch kontaktieren, wobei die dritte Grünfolienschicht eine Vielzahl zweiter Durchkontaktierungen aufweist, welche zweite Durchkontaktierungen mit einer Teilmenge der ersten Durchkontaktierungen in Kontakt gebracht sind.
- - A layer system of ceramic green film comprising a first green film layer, a second green film layer and a third layer;
- - A resistance layer comprising a resistance structure, which resistance layer is applied to the first green film layer and is covered by the second green film layer, a trimming structure with a plurality of conductive tracks, which trimming structure is applied to the second green film layer and is covered by the third green film layer, and a plurality of first vias which electrically connect the resistance structure and the trimming structure in that each of the conductive tracks electrically contacts two of the first vias, wherein the third green film layer has a plurality of second vias, which second vias are brought into contact with a subset of the first vias.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine hohe chemische und thermische Beständigkeit auf. Die Widerstandsstruktur in ihrer Gesamtheit bildet bei Verwendung der Vorrichtung als Temperatursensor einen Thermistor. Messungen zeigen einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, indem die Kennlinie eines aus Platin bestehenden Widerstandsschicht i Vergleich mit einem regulären Dünnschicht-Temperatursensor über größere Temperaturbereiche der Normkennlinie für Platin folgt.The device according to the invention exhibits high chemical and thermal resistance. The resistance structure as a whole forms a thermistor when used as a temperature sensor. Measurements demonstrate a further advantage of the device according to the invention: the characteristic curve of a resistance layer made of platinum, compared to a regular thin-film temperature sensor, follows the standard characteristic curve for platinum over larger temperature ranges.
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die Vorrichtung pro zweiter Durchkontaktierung ein metallisches Kontaktpad umfasst, wobei jeweils eines der Kontaktpads auf einer der zweiten Durchkontaktierungen aufgebracht sind. Die metallischen Kontaktpads werden zum Anschließen der Vorrichtung an eine externe Vorrichtung verwendet. Die externe Vorrichtung speist die Vorrichtung mit elektrischer Energie, welche bspw. zum Heizen verwendet wird, und/oder bestimmt den aktuellen elektrischen Widerstand der Vorrichtung, um die Temperatur zu bestimmen.One embodiment of the device provides that the device comprises a metallic contact pad for each second via, with one of the contact pads being applied to each of the second vias. The metallic contact pads are used to connect the device to an external device. The external device supplies the device with electrical energy, which is used, for example, for heating, and/or determines the current electrical resistance of the device to determine the temperature.
Gemäß einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass es sich bei der Trimmstruktur um eine digitale Trimmstruktur handelt. Als digitale Trimmstruktur wird eine Widerstandsstruktur mit einer Vielzahl von Leiterbahnen bezeichnet, welche Leiterbahnen insbesondere mäanderförmig ausgestaltet sind. Durch Durchtrennen einzelner Leiterbahnen verringert oder erhöht sich - je nach konkreter Ausgestaltung - sukzessive die Gesamtlänge der Widerstandsstruktur wodurch der Widerstand verändert wird. Hierbei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Leiterbahnen eine zueinander unterschiedliche Länge - und dadurch bedingt einen jeweils unterschiedlichen Widerstandswert - aufweisen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass eine erste Leiterbahn einen ersten Widerstand, bzw. eine erste Länge, aufweist. Mit jeder folgenden Leiterbahn verdoppelt sich die Länge, bzw. der Widerstand. Damit lässt sich der Widerstand sehr genau einstellen, so dass der Trimmvorgang sehr effizient durchgeführt werden kann, wobei gleichzeitig die Anzahl an Leiterbahnen gegenüber einem Design mit Leiterbahnen gleicher Länge reduziert ist.According to one embodiment, the trimming structure is a digital trimming structure. A digital trimming structure is a resistor structure with a plurality of conductor tracks, which conductor tracks are particularly designed in a meandering shape. By severing individual conductor tracks, the total length of the resistor structure is successively reduced or increased - depending on the specific embodiment - thereby changing the resistance. In particular, it is provided that the conductor tracks have a different length from one another - and thus a different resistance value. In particular, it is provided that a first conductor track has a first resistance, or a first length. With each subsequent conductor track, the length, or resistance, doubles. This allows the resistance to be adjusted very precisely, so that the trimming process can be carried out very efficiently, while at the same time the number of conductor tracks compared to a design with conductor tracks of the same length.
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die dritte Schicht eine Grünfolienschicht aus einem keramischen Material ist oder aus einem Glas besteht. Bei Verwendung einer Grünfolienschicht als dritte Schicht ist die Vorrichtung thermisch und chemisch stabiler als bekannte Temperatursensoren, da kein Glas als Deckschicht mehr eingesetzt wird, welches u.U. einen niedrigen Glasübergangspunkt hat. Je nach Anwendung der Vorrichtung kann es dennoch vorteilhaft sein, ein Glas als oberste Schicht einzusetzen. Insbesondere in Anwendungen, welche kein aggressives Medium vorsehen und die Vorrichtung keinen hohen Temperaturen ausgesetzt ist, kann Glas vorteilhaft sein.One embodiment of the device provides for the third layer to be a green film layer made of a ceramic material or glass. Using a green film layer as the third layer makes the device more thermally and chemically stable than known temperature sensors, as it eliminates the need for glass as the cover layer, which may have a low glass transition point. Depending on the device's application, it may nevertheless be advantageous to use glass as the top layer. Glass can be particularly advantageous in applications that do not involve an aggressive medium and the device is not exposed to high temperatures.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
-
1 : einen ersten Verfahrensschritt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; -
2 : einen zweiten Verfahrensschritt; -
3 : einen dritten Verfahrensschritt; und -
4 einen abschließenden vierten Verfahrensschritt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
-
1 : a first method step of an embodiment of the manufacturing method according to the invention; -
2 : a second procedural step; -
3 : a third procedural step; and -
4 a final fourth method step of an embodiment of the manufacturing method according to the invention.
In
Ebenso wird eine zweite Grünfolienschicht MS2 bereitgestellt, deren Material dem Material der ersten Grünfolienschicht S1 entspricht.
Die zweite Grünfolienschicht S2 weist eine Vielzahl von ersten Durchkontaktierungen DK11, ..., DK16 auf. Diese ersten Durchkontaktierungen DK11, ..., DK16 werden durch in die zweite Grünfolienschicht S2 eingestanzte Löcher und durch Auffüllen mit metallischem Material, insbesondere einer metallischen Paste, gebildet. Des Weiteren ist eine zweite metallische Schicht MS2 auf der zweiten Grünfolienschicht S2 aufgetragen. Die zweite metallische Schicht MS2 ist analog zum Auftragungsverfahren der ersten metallischen Schicht MS1 auf der zweiten Grünfolienschicht MS2 aufgetragen. Die zweite metallische Schicht MS2 ist derart strukturiert, dass eine Vielzahl von Leiterbahnen LB, LB' als Trimmstrukturen gebildet sind, welche jeweils zwei der ersten Durchkontaktierungen DK11, ..., DK16 verbinden. Im vorliegenden Fall verbindet die Leiterbahn LB die ersten Durchkontaktierungen DK12 und DK13, wobei die Leiterbahn LB' die ersten Durchkontaktierungen DK14 und DK14 verbindet. Es kann vorgesehen sein, dass die erste metallische Schicht MS1, die zweite metallische Schicht MS2, sowie die ersten Durchkontaktierungen DK11, ..., DK16 aus demselben Material bestehen.The second green film layer S2 has a plurality of first vias DK1 1 , ..., DK1 6 . These first vias DK1 1 , ..., DK1 6 are formed by holes punched into the second green film layer S2 and by filling them with metallic material, in particular a metallic paste. Furthermore, a second metallic layer MS2 is applied to the second green film layer S2. The second metallic layer MS2 is applied to the second green film layer MS2 in a manner analogous to the application method of the first metallic layer MS1. The second metallic layer MS2 is structured such that a plurality of conductor tracks LB, LB' are formed as trimming structures, each of which connects two of the first vias DK1 1 , ..., DK1 6 . In the present case, the conductor track LB connects the first vias DK1 2 and DK1 3 , wherein the conductor track LB' connects the first vias DK1 4 and DK1 4 . It can be provided that the first metallic layer MS1, the second metallic layer MS2, and the first vias DK1 1 , ..., DK1 6 consist of the same material.
Die zweite Grünfolienschicht S2 wird anschließend mit der ersten Grünfolienschicht S1 verbunden. Hierfür wird die zweite Grünfolienschicht S2 auf die erste Grünfolienschicht S1 gelegt und derart angeordnet, dass die ersten Durchkontaktierungen DK11, ..., DK16 die Strukturen der ersten Metallschicht MS1 berühren. Im vorliegenden Fall verkürzen die Trimmstrukturen die effektive Länge der Widerstandsstruktur.The second green foil layer S2 is then connected to the first green foil layer S1. For this purpose, the second green foil layer S2 is placed on the first green foil layer S1 and arranged such that the first vias DK1 1 , ..., DK1 6 touch the structures of the first metal layer MS1. In this case, the trimming structures shorten the effective length of the resistor structure.
Nach dem Auflegen der zweiten Grünfolienschicht S2 auf die erste Grünfolienschicht S1 wird der Schichtverbund in einem nächsten Verfahrensschritt miteinander verpresst und auf eine Sintertemperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer erhitzt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die zweite metallische Schicht MS2 erst nach dem Auflegen der zweiten Grünfolienschicht S2 auf die erste Grünfolienschicht S2 auf der zweiten Grünfolienschicht S2 aufgebracht wird.After the second green film layer S2 is applied to the first green film layer S1, the layered composite is pressed together in a next process step and heated to a sintering temperature for a predetermined period of time. It can also be provided that the second metallic layer MS2 is applied to the second green film layer S2 only after the second green film layer S2 has been applied to the first green film layer S1.
Nach dem erfolgreichen Trimmvorgang wird eine dritte Schicht S3 auf den Schichtverbund aufgetragen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der dritten Schicht S3 um eine weitere Grünfolienschicht, deren Material dem Material der ersten Grünfolienschicht S1 und der zweiten Grünfolienschicht entspricht. Diese dritte Schicht S3 entspricht in den Abmessungen im Wesentlichen den Abmessungen der zweiten Grünfolienschicht S2, können aber auch kleiner gewählt sein. Die Abmessungen der dritten Schicht S3 sind aber derart groß gewählt, dass sich die zweite metallische Schicht MS2 von der dritten Schicht S3 komplett verdecken lässt.
Die dritte Schicht S3 zwei zweite Durchkontaktierungen DK21, DK22 auf. Diese zweiten Durchkontaktierungen DK21, DK22 werden durch in die dritte Schicht S3 eingestanzte Löcher und durch Auffüllen mit metallischem Material, insbesondere einer metallischen Paste, gebildet. Des Weiteren sind zwei Kontaktpads KP1, KP2 als metallische Schicht über den Durchkontaktierungen DK21, DK22 aufgetragen. Diese können aus demselben Material wie die ersten metallische Schicht MS1, bzw. die zweite metallische Schicht bestehen und mit demselben Verfahren aufgebracht sein.The third layer S3 has two second vias DK2 1 , DK2 2 . These second vias DK2 1 , DK2 2 are formed by holes punched into the third layer S3 and by filling them with metallic material, in particular a metallic paste. Furthermore, two contact pads KP1, KP2 are applied as a metallic layer over the vias DK2 1 , DK2 2 . These can be made of the same material as the first metallic layer MS1 or the second metallic layer and can be applied using the same method.
Die dritte Schicht S3 wird anschließend mit dem Schichtverbund verbunden. Hierfür wird die dritte Schicht auf die zweite Schicht gelegt und derart angeordnet, dass die zweite Durchkontaktierung DK21 die ersten Durchkontaktierung DK11 kontaktiert und dass die die zweite Durchkontaktierungen DK21 die erste Durchkontaktierung DK16 kontaktiert. Die Kontaktpads bieten daher die Möglichkeit, die Widerstandsstruktur an beiden Endbereichen elektrisch zu kontaktieren und bspw. deren Widerstandswert mittels einer externen Einheit zu erfassen.The third layer S3 is then connected to the layered composite. For this purpose, the third layer is placed on top of the second layer and arranged such that the second via DK2 1 contacts the first via DK1 1 and the second via DK2 1 contacts the first via DK1 6. The contact pads therefore offer the possibility of electrically contacting the resistor structure at both end areas and, for example, measuring its resistance value using an external unit.
Nach dem Auflegen der dritten Schicht S3 auf die zweite Grünfolienschicht S2 wird der Schichtverbund in einem nächsten Verfahrensschritt miteinander verpresst und auf eine Sintertemperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer erhitzt.
Alternativ kann es vorgesehen sein, anstatt einer weiteren Grünsinterfolie als dritte Schicht S3 eine Glasschicht vorzusehen. Diese kann beispielsweise als Glaspaste per Siebdruckverfahren aufgebracht werden und anschließend ausgeheizt werden. In diesem Fall werden nicht zwingend zweite Durchkontaktierungen benötigt.Alternatively, a glass layer can be provided as the third layer S3 instead of another green sintered film. This can be applied, for example, as a glass paste using a screen printing process and then baked. In this case, second vias are not necessarily required.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- DK11, ..., DK16DK11, ..., DK16
- erste Durchkontaktierungenfirst vias
- DK21, DK22DK21, DK22
- zweite Durchkontaktierungensecond vias
- KP1, KP2KP1, KP2
- KontaktpadsContact pads
- LB, LB'LB, LB'
- Leiterbahnen der TrimmstrukturConductor tracks of the trimming structure
- MS1MS1
- erste metallische Schichtfirst metallic layer
- MS2MS2
- zweite metallische Schictsecond metallic layer
- S1S1
- erste Grünfolienschichtfirst green film layer
- S2S2
- zweite Grünfolienschichtsecond green film layer
- S3S3
- dritte Schichtthird layer
- VV
- Vorrichtungdevice
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 11 2015 004 513 T5 [0005]DE 11 2015 004 513 T5 [0005]
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