热分析传感器和制造该传感器的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热分析传感器和制造所述传感器的方法。
【背景技术】
[0002]热分析传感器被用于用来确定经受温度变化的样品的不同性能和参数的适当设计的热分析仪中。
[0003]现有技术的热分析仪的实例其中包括DSC(差示扫描量热)仪。DSC仪用于确定样品，更精确地说样品取自的材料的化学或物理性能随温度的变化。这例如包括伴随诸如相变的转换以及经受温度变化的样品中的其他作用的放热或者吸热的热流测量。可以通过相对于参考物进行比较来确定样品中发生的变化，其中该参考物可能是未占用的参考测量位置或者合适的参考材料。取决于DSC仪的种类，可以将参考材料或者样品材料放置到相应的测量位置上或者直接放置到合适的接受器中。热分析传感器还可以应用在例如TGA-DSC仪(其中TGA代表热重分析)、或者HP-DSC (高压DSC)仪以及现有技术已知的其他仪器中。
[0004]热分析仪经常按热流操作模式和电力补偿操作模式运行。
[0005]在电力补偿模式中，按如此方式控制和调节供给至加热器的电力和/或供给至补偿加热器的电力，即，使参考位置和样品位置之间的温度差为零。根据该补偿所需的电力，有可能将热流导入到样品内。在理想情况中，消耗的电力相当于进入样品的热流。
[0006]热流原理常常被用于具有用于样品和参考物的公共保持器的热分析仪中。测量位置与加热器之间的热流路径应该是已知的，以便理论上，两个测量位置之间的任何温度差仅是样品变化的结果。根据样品位置和参考位置处的真实温度，可以计算和定量地估算出热流率。
[0007]用于该类仪器的热分析传感器常常是盘形的，具有承载连接至温度传感器单元的至少一个测量位置的一个表面，该温度传感器单元感测相应测量位置处的温度和/或样品位置与参考位置之间的温差。可以从所连接的加热器装置为传感器和与传感器有关的至少一个测量位置供给热量，特别是根据用于产生温度变化的合适温度/时间程序。
[0008]已知的现有技术提供了不同种类的这种热分析传感器。
[0009]例如，在F.X.Eder 的 Arbeitsmethoden der Thermodynamik, Band 2(热力学的加工方法，第2册)，1983年Springer Verlag第2页中公开了一种传感器，其包括由基板上的薄膜蒸汽沉积制成的温度传感器单元。
[0010]在DE 39 16 311C2中，公开了一种传感器，其具有通过使用厚膜技术法沉积在基板上的温度传感器单元。
[0011]这些传感器共同具有在各测量位置上具有直接形成在传感器表面上的许多热电偶或者热电偶接合部的温度传感器单元。
[0012]在EP I 528 392AUDE 10 227 182AUDE 39 16 31 IAl 和 WO 2006/114394A1 中也公开了具有包含许多热电偶的温度传感器单元的传感器。这些参考文件中公开的传感器具有一个或多个测量位置，其中通过使用不同的沉积技术和/或不同的布局方案已经将温度传感器单元沉积到传感器表面上，例如，为了增加各测量位置处的热电偶的数量，或者为了提供利用传感器的几层或几个平面中的热电偶布置来测量更多维度中的温度的能力。
[0013]这些传感器共同具有与温度传感器单元相连的各测量位置，该温度传感器单元在该情况中特别是形成为以薄膜或者厚膜技术沉积在围绕基板顶侧上的测量位置的图案中的热电偶装置。每个热电偶装置经由电接触垫或者至少一个穿过基板的合适导线连接至电子电路。金属线的一端，上端，被从基板的顶侧结合至温度传感器单元的电接触垫上以便在电子电路与温度传感器之间形成结合接头形式的材料上整体连接，其中随着固定各单独的线，在基板的顶侧上形成了线环。
[0014]通过从上方，即从传感器的顶侧将至少一个金属线结合至电路的连接，随着各线形成环，具有以下缺点，强烈地限制了可以获得的连接部或者触点的总数，因为传感器的顶侧上的空间被线环填满了。另外，线环可能容易被损坏和/或拆开，由此传感器变得不起作用。
【发明内容】
[0015]因此，本发明具有提供一种特别稳固且用户友好的传感器的目的，另外，该传感器设计成可以在传感器的顶侧上设置许多触点。
[0016]该任务通过一种制造热分析传感器的方法和一种热分析传感器来解决，该热分析传感器是根据该发明方法制造的并且包括具有顶侧和下侧的基板、至少一个测量位置、至少一个温度传感器单元和至少一个电接触垫。所述至少一个测量位置、至少一个温度传感器单元和电接触垫设置在传感器的顶侧上，利用温度传感器单元来测量测量位置处的温度。温度传感器单元经由电接触垫连接至金属线并且因此被系到电子电路内。该方法包括以下步骤:在已经制备好基板之后，在基板的顶侧上生产出至少一个测量位置、至少一个温度传感器单元和至少一个电接触垫。另外，在基板中制造出用于连接至电接触垫的至少一个通道。其次，从基板的下侧将金属线插入通道内，并且熔化所述线在基板的顶侧处伸出的上端并且因此呈现小金属球的形式。以金属线的上端与电接触垫之间材料上整体连接的形式完成结合。为了形成该连接，通过施加压力和热量来将金属球熔化到接触垫上，由此使该线结合到接触垫上。
[0017]该类结合对于热分析传感器是特别有益的，因为可以从而避免在传感器的顶侧上形成不希望有的线环。传感器的顶侧上的结合连接部具有致密的金属突起的形式，其是非常光滑的并且当将样品放置到传感器上或者从传感器上移除样品时不存在障碍。优选经由两个接触垫通过形成两个结合连接部来将温度传感器单元结合或者连接到两个金属线上。
[0018]通过电接触垫和金属线，可以将温度传感器单元系到电子电路内。
[0019]该方法还包括在传感器的顶侧上形成两个或更多个测量位置和两个或更多个温度传感器单元的过程，其中将单个专用的温度传感器单元分配到各个测量位置。
[0020]另外，该生产方法非常适于制造具有许多测量位置、接触垫的传感器，以用于引出用来确定例如温度、测量位置之间的温差、压力、湿气和/或流速的不同参数的传感器信号和/或用于施加电压以例如供应电阻加热器和/或运行传感器，因为所获得的结合连接部占用更少空间，这使得能够在传感器上设置大量的结合连接部。因此，可以在相同直径的热分析传感器上设置两到三倍的结合连接部并且特别是甚至五倍的结合连接部。
[0021]温度传感器单元可以配置成具有形成在传感器的顶侧上的一个或多个传感器层中的至少两个热电偶的热电偶布置。温度传感器单元还可以包括一个或多个基于电阻的温度传感器，例如，Pt-1OO传感器。
[0022]作为方法更进一步的部分，能在传感器的顶侧上形成至少一个加热电阻器和至少另一电接触垫以及穿过传感器的另一通道，其中用来加热至少一个测量位置的加热电阻器经由电接触垫和另一金属线连接至供电电源，并且其中在电接触垫与形成在另一金属线的上端处的金属球之间形成结合接头形式的材料上整体连接。优选是，加热电阻器经由两个接触垫结合到两个金属线上。
[0023]因此，该方法特别适于生产具有不同元件的传感器，所述元件设置在传感器顶侧上并且必须电地连接。
[0024]温度传感器单元、加热电阻器和/或电接触垫优选按厚膜或者薄膜技术地生产在传感器的顶侧上。
[0025]用于结合的金属线优选包含至少一种下列金属或者其合金:金、钯和铜。由于其材料性质，这些金属或者合金对形成金属球并且随后结合到接触垫上是特别有利的。
[0026]金属线可能具有大致在0.0lmm到0.25mm之间的直径，特别是大约0.1mm的直径。
[0027]金属球优选成形成具有测得的线直径的一到五倍的直径。可以经由实验条件来非常精确地控制金属球的尺寸。对于具有0.1mm直径的金线，形成球需要大约2到5kV的火花放电。
[0028]热分析传感器的电子电路可以如此设计，即，传感器可用于根