包括保护框架的测量分流器的制造方法

包括保护框架的测量分流器的制造方法
【专利摘要】本发明的名称是包括保护框架的测量分流器。本发明涉及一种温度传感器，尤其是高温传感器，其包括基板，至少两个端子触点和至少一个电阻结构，其中所述端子触点和至少一个电阻结构被布置在所述基板的第一面上，以及所述电阻结构的至少一个由所述端子触点电接触，其中至少一个电极被布置在所述基板第一面上靠近所述电阻结构的两个端子触点中的每个上，所述电极被分别电连接到所述端子触点，或至少一个电极被布置在所述基板第一面上靠近所述电阻结构的至少一个端子触点上，其中所述电极或所述多个电极被设计为与所述电阻结构在一个工件中。本发明还涉及包括这样的温度传感器的高温传感器。本发明还涉及用于产生这种温度传感器的方法，其中，至少一个电阻结构被施加于基板的第一面，其中优选地，金属涂层通过这样的方式被施加于所述基板：所述涂层形成所述至少一个电阻结构，至少两个端子触点和至少一个电极，以便所述端子触点电接触所述至少一个电阻结构，以及将至少一个电极与至少一个端子触点电接触。
【专利说明】包括保护框架的测量分流器
【技术领域】
[0001]本发明涉及温度传感器，尤其是高温传感器，其包括基板，至少两个端子触点和至少一个电阻结构，其中所述端子触点以及电阻结构中的至少一个被布置在所述基板的第一面上，以及其中至少一个电阻结构由所述端子触点电接触。
[0002]本发明还涉及用于生产这样温度传感器的方法，其中，至少一个电阻结构被施加于基板的第一面，以及涉及包括这样温度传感器的高温传感器。
【背景技术】
[0003]由钼系金属制成的温度传感器在W092/15101A1是已知的，其包括被施加于陶瓷基板的钼电阻层和施加于其上的钝化层。
[0004]US5202665A公开了用于生产温度传感器的方法，其中利用厚膜技术，钼层被施加于基板上。钼粉与氧化物以及用于此目的的粘合剂混合，并通过丝网印刷被施加。
[0005]而且，用于电阻温度计的电测量电阻结构和生产这样电测量电阻结构的方法在US4050052A 或 DE2527739C3 中是已知的。
[0006]JP57114830A公开了温度传感器，在所述温度传感器中用于确定基板上温度的测量电极被第二电极环绕，以便通过电极之间基板表面的电阻测量确定湿度。
[0007]类似的结构在EP0437325A2中公开，其中，所述基板的表面电阻或内部电阻借助两个附加的电极确定，所述两个附加的电极被布置靠近所述基板上的电阻层或基板的另一面。
[0008]为了生产这样的温度依赖电阻作为温度传感器，Pt电阻层作为厚膜以曲折形状的形式被施加在具有由电绝缘材料制成的表面的基板上，其中所述电阻层的外表面被由电绝缘材料制成的层覆盖，所述层起钝化层的作用。这样的传感器的问题是金属离子可迁移到电阻层，并且会损坏或甚至破坏电阻层，尤其是在高温下。这导致温度传感器的性能被改变。
[0009]用于生产温度依赖电阻的方法包括用钼作为温度传感器，这在EP0543413A1中是已知的，其中，电极被施加在与所述电阻层一定距离处。这是为了防止电流导通造成的离子到所述电阻层的迁移。为此目的，所述电极被电连接到所述电阻层。
[0010]EP0327535B1公开了具有薄膜钼电阻作为测量元件的温度传感器。由钼制成的温度测量电阻被布置在电绝缘基板的表面上，其中所述电阻元件被介电保护层覆盖，所述介电保护层优选由二氧化硅制成，并且具有范围从200到400nm的厚度。而且，扩散阻挡层被提供作为外涂层，所述扩散阻挡层通过钛在氧气氛中的沉积被施加以形成氧化钛。该阻挡层具有范围从600到1200nm的厚度。虽然所述扩散阻挡层允许氧气接近介电层，从而部分地防止自由金属离子从玻璃层扩散出来侵蚀(attack)到钼层上，但是在极端的环境条件下，对钼层的侵蚀可能仍然发生，从而使他们作为温度感应元件的物理行为受到损害。
[0011]根据EP0973020A1，这样的温度传感器可以配有牺牲阴极，并且承受高达1100°C的温度。该技术保护测量分流器免受化学或机械侵蚀。不过，必须确保该传感器的阴极是正确电连接的，这是因为电连接的混乱导致所述传感器的破坏。此外，所述传感器在从700°C开始的温度下经历漂移。
[0012]具有Pt电阻膜的温度传感器在DE102007046900A1中是已知的，所述层被由氧化铝制成的薄膜覆盖。覆盖物(cover)被粘贴到覆盖所述电阻膜的陶瓷膜上。被掺杂金属的玻璃陶瓷被导电连接到所述温度传感器的端面中的一个，形成牺牲阴极，以便保护所述电阻层免受金属阳离子的有害影响，从而减轻所述温度传感器的老化过程或防止所述温度传感器被破坏。电源连接和所述传感器被安装的外壳的极性的影响可能导致所述传感器漂移。
[0013]所有这些温度传感器的缺点是所述温度传感器具有复杂的设计，所述设计包括几个层，其中一些是复杂的。由于所述复杂的设计，生产需要很多工作步骤，其中用于生产这种温度传感器的成本是很高的。
[0014]另外一个相当大的缺点是，在所述温度传感器安装或使用期间，必须观察极性，因为否则的话，温度测量可恶化或所述温度传感器可能不适于使用，或所述温度传感器在其第一次操作的时候，甚至可能被破坏。

【发明内容】

[0015]本发明的目标是克服现有技术的缺点。尤其是，发现了可以被经济有效实施的简单设计，其还可以使大量生产容易进行。
[0016]本发明的另一个目标是进一步提供传感器，其在750°C到1200°C的应用范围的漂移被降低，并且其对电源连接和外壳的极性是不敏感的。
[0017]本发明的目标通过以下实现:将至少一个电极布置在靠近基板第一面上的电阻结构的两个端子触点的每个上，所述电极被电连接到各自的端子触点。
[0018]通过这个设计，实现了在安装期间，不需要观察所述温度传感器的极性，从而保持所述电极作为牺牲电极的功能性。
[0019]可以提供所述电极与电阻结构被设计在一个工件(piece)中。
[0020]通过这样的方式，所述温度传感器的特别简单和紧凑设计可以被实施。所述设计可以在一个工作步骤中被执行，并且是经济有效的。
[0021]本发明的目标还通过以下实现:将至少一个电极布置在靠近基板第一面上的电阻结构的至少一个端子触点上，其中所述电极或多个电极与所述电阻结构被设计在一个工件中。
[0022]所述温度传感器的特别简单和紧凑设计还可以通过这种方式被实施。所述设计可以在一个工作步骤中被执行，并且是经济有效的。
[0023]这对于作为牺牲阴极的电极的功能来说是必不可少的。
[0024]可以为此目的提供是阴极的端子触点，其中所述至少一个电极被连接到所述端子触点。
[0025]可以根据本发明，在所有实施方式中提供电极框架或多个电极框架，至少一些区域中所述电阻结构，尤其是在至少一面由电极框定(frame)，优选地，所述电阻结构的至少两面被至少两个电极框定，特别优选地，所述电阻结构的相反两面由所述电极框定。
[0026]所述电极对电阻结构的框定对电阻结构产生特别好的保护。[0027]可以进一步提供是金属氧化物的基板，其中所述金属氧化物优选被涂布。
[0028]金属氧化物特别适合作为基板。尤其是Al2O3特别适合作为基板。
[0029]当提供的电阻结构具有曲折形状的线性结构时——所述曲折形状的线性结构优选由金属、特别优选由钼制成时，实现本发明的特别有利的实施方式。
[0030]所述曲折形状的电阻层允许紧凑设计得以实施。钼在高温和化学腐蚀环境中特别适合。
[0031]根据本发明的进一步实施方式，至少电阻结构被介电层覆盖，优选地被至少一个陶瓷层、玻璃层或玻璃陶瓷层覆盖，其中所述介电层优选是自我支撑的。
[0032]所述覆盖导致所述温度传感器或由其组成的温度传感器芯片的耐久性明显改善。通过这样的设计，平面、横向布置的电极是特别有效的，尤其是当所述电极至少部分框定所述电阻层时，是很明显的。
[0033]本发明的目标还通过用于产生这种温度传感器的方法实现，其中，至少一个电阻结构被施加于基板的第一面，其中涂层，优选地，金属涂层以如下方式被施加于所述基板:所述涂层形成所述至少一个电阻结构、至少两个端子触点和至少一个电极，以使所述端子触点电接触所述至少一个电阻结构和使至少一个电极与至少一个端子触点电接触。
[0034]所述生产方法可以以特别简单和经济有效的方式被执行。
[0035]本发明的目标由包括这种温度传感器的高温传感器芯片进一步实现。
[0036]可以提供温度传感器的端子触点用电线接触。
[0037]可以进一步提供，至少所述电阻结构被直接覆盖，整个表面区域被陶瓷中间层和/或玻璃陶瓷和/或玻璃层直接覆盖。
[0038]这些层提供对高温传感器芯片的保护，使其免受机械和化学影响。
[0039]覆盖物被优选布置在陶瓷中间层上。电子温度传感器包括电阻层，其被布置在被设计为陶瓷基板的载体的电绝缘表面上，作为设置有电端子的测量分流器，其中所述电阻层被由电绝缘材料制成的至少一个层覆盖，保护所述电阻层免受污染或损坏，根据本发明，被设计为钝化层和/或作为扩散屏障的该层被覆盖物保护，以便承受高于1000°c的温度。
[0040]尤其是，包括玻璃陶瓷的玻璃陶瓷覆盖物或陶瓷覆盖物被粘贴到覆盖所述电阻层的陶瓷层。
[0041]覆盖所述电阻层的陶瓷层被定位在背对所述基板表面的所述电阻层的面上。
[0042]所述基板优选由金属氧化物制成，尤其是由蓝宝石或陶瓷材料制成。
[0043]利用厚膜方法将陶瓷粉末施加到所述电阻层，接着烧结所述粉末，以便形成扩散屏障或钝化层，这也是可能的。有利之处在于该方法是非常经济有效的。
[0044]进一步地，利用等离子喷涂法将陶瓷粉末施加到烧制基板的电阻层，以便形成扩散屏障或钝化层，这也是可能的。其有利之处在于，由于沉积温度，即使在使用期间后来出现的高温下，产生的层也保持其稳定性。
[0045]通过PVD (物理气相沉积)、IAD (离子辅助沉积)、IBAD (离子束辅助沉积)、PIAD(等离子体离子辅助沉积)或CVD (化学气相沉积)或磁控溅射方法的方式，扩散屏障或钝化层可以被额外施加。
[0046]本发明基于令人惊讶的发现，即这样的简单设计足以相当程度地减少金属离子对所述电阻层的负作用。首次发现，所述离子，尤其是移动的离子在高温时，可被与所述电阻层定位在相同水平面的充当牺牲阴极的电极截获。因此，提供作为牺牲阴极的简单电极已经是足够的，所述简单电极被布置靠近所述电阻层。通过这种方式，通过将所述电阻层与充当牺牲阴极的电极或多个电极施加在一起，任选地，也可以与端子触点施加在一起，作为基板上的一个结构，温度传感器的特别简单生产可以被采用。因此根据本发明，单一工作步骤足以生成所述电阻结构，所有电极以及任选地，还有基板上的端子触点。这增加了生产期间的速度，并显著降低制造成本。因此根据本发明，所述电阻结构被屏蔽免受外部电化学的影响，以便实现所述目标。
[0047]本发明的进一步惊奇发现是，当两个电极被连接到不同的端子触点时，被电连接到所述端子触点的极性不重要。所述两个电极中的一个总是被切换为阴极，因此实现了其作为离子吸气(ion getter)的功能，其被称为牺牲阴极，保护所述电阻层。所述离子是如此移动的，尤其是在高温的情况下，使得它们的相当高数量迁移到所述牺牲阴极，即使它们必须扩散到所述电阻层周围，也会如此迁移。为了更好保护电阻层免受离子，根据本发明，可以提供在所述电阻层周围延伸的电极。所述电极还可以在所述电阻层周围延伸，直到它们两个框定所述电阻层的相同侧面。那么一个电极是内侧电极，其被布置在更靠近所述电阻层的外围，以及另一个电极是外侧电极，其被布置在所述内侧电极的外围。
[0048]为了产生高温传感器，各个电阻结构被施加于金属氧化物基板上的一个平面中，根据本发明，端子触点和源于所述端子触点并部分框定所述电阻结构的电极与所述电阻层被结合构造在一起。
[0049]因此根据本发明，所述保护电极可以与所述电阻结构和端子触点一起在一个方法步骤中生产。这对于大量生产是特别有利的。
[0050]根据本发明，还提供了高温传感器芯片，其包括端子触点和毗邻于所述触点并作为电阻被构造在金属氧化物基板上的层，优选由钛酸镁、氧化铝、氧化锆增韧氧化铝(ZTA)、尖晶石或类似材料制成，其中根据本发明，所述电阻结构是被布置在一个平面中的导电结构的一部分，以及源于端子触点的阴极至少部分框定在这个平面中的电阻结构。
[0051]所述至少部分框定保护所述电阻结构的阴极防止其受电化学危害，尤其是当其被额外提供陶瓷薄膜或厚膜时，在耐温特性方面，其与以前的已知温度传感器相比具有更少的漂移，尤其是在更高温度的情况下。
[0052]在包括两个部分框定电极的一个实施方式中，所述框定电极被电连接到两个不同的端子触点，所述组件的极性不再是重要的，因此，所述温度传感器安装期间的复杂性，或实施所述温度传感器的芯片的安装复杂性，以及在缺陷安装的情况下，对所述温度传感器的损坏或破坏的危险大大降低。
[0053]所述测量分流器优选可以是包括钼的电阻层，特别是其可以利用薄膜或厚膜技术实施。所述扩散屏障可以以中间层的形式设计。已经发现，所述温度依赖电阻具有经济有效的生广和闻使用寿命是有利的。
[0054]在一个实际实施方式中，所述中间层的厚度范围从0.2μπι到50 μ m。
[0055]在根据本发明的优选实施方式中，所述载体由Al2O3制成。此外，所述扩散屏障或中间层优选也由Al203、Hf02或这两种材料的混合物制成，其中Al2O3的重量分数范围为20%到 70%ο
[0056]所述扩散屏障或中间层由层系统组成也是可能的，所述层系统包括具有至少两层的层序列，每个层由至少一种氧化物形成，所述至少一种氧化物来自由Al203、Mg0、Hf02以及Ta2O5组成的组；在该点，至少一层可以由这些氧化物中的两种形成，其中优选地，氧化物的物理混合物被采用；不过，使用混合的氧化物也是可能的。
[0057]在本发明的进一步实施方式中，由Al203、Mg0和Ta2O5组成的组可以被扩展到包括
二氧化铪。
[0058]所述扩散屏障或钝化层优选由根据表1的单层系统制成，表1包括在位置I到6指示的材料，或由根据表2的多层系统制成，所述多层系统包括至少两层I和2，其中进一步的层或进一步的多层可以与层2毗邻。不同的层材料由编号7到30的单独位置或线表示。
[0059]表1:单层系统
[0060]
【权利要求】
1.一种温度传感器，尤其是高温传感器，其包括基板(16)，至少两个端子触点(2，3，12，13)以及至少一个电阻结构(1，11)，所述端子触点(2，3，12，13)和电阻结构(1，11)中的至少一个被布置在所述基板(16)的第一面上，以及至少一个电阻结构(1，11)被所述端子触点(2，3，12，13)电接触，其特征在于 至少一个电极(4，5，14，15)被布置在靠近所述基板(16)的第一面上的电阻结构(11)的两个端子触点(2，3，12，13)中的一个上，所述电极被电连接到各个端子触点(2，3，12，13)。
2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于 所述电极(4，5，14，15)和所述电阻结构(1，11)被设计在一个工件中。
3.一种温度传感器，尤其是高温传感器，其包括基板(16)，至少两个端子触点(2，3，12，13)以及至少一个电阻结构(1，11)，所述端子触点(2，3，12，13)和所述电阻结构(1，11)中的至少一个被布置在所述基板(16)的第一面上，以及至少一个电阻结构(1，11)被所述端子触点(2，3，12，13)电接触，其特征在于 至少一个电极(4，5，14，15)被布置在靠近所述基板(16)的第一面上的电阻结构(11)的至少一个端子触点(2，3，12，13)上，所述电极(4，5，14，15)或所述多个电极(4，5，14，15)与电阻结构(1，11)被设计在一个工件中。
4.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于 所述端子触点(2，3)是阴极(2)，至少一个电极(4)被连接到所述端子触点(2，3)。
5.根据前述权利要求中任意一个所述的温度传感器，其特征在于 至少在一些区域中所述电极(4, 5,14,15)框定或所述多个电极(4, 5,14,15)框定电阻结构(1，11)，尤其是至少一个侧面被一个电极(4，5，14，15)框定，优选地，所述电阻结构(1，11)的至少两个侧面被至少两个电极(4，5，14，15)框定，以及特别优选地，所述电阻结构(1,11)的两个相反侧面被框定。
6.根据前述权利要求中任意一个所述的温度传感器，其特征在于 基板(16)是金属氧化物，优选地，所述金属氧化物被涂布。
7.根据前述权利要求中任意一个所述的温度传感器，其特征在于 所述电阻结构(1，11)是曲折形状的线性结构，优选地，其由金属制成，特别优选地，由钼制成。
8.根据前述权利要求中任意一个所述的温度传感器，其特征在于 至少一个电阻结构(1，11)被至少一个介电层(18，19，20)覆盖，优选地，被陶瓷层(18，19，20)、玻璃层或玻璃陶瓷层(19)覆盖，优选地，所述介电层(18，19，20)是自我支撑的。
9.一种用于生产根据前述权利要求中任意一个所述的温度传感器的方法，其中，至少一个电阻结构(1，11)被施加于基板(16)的第一面上，其特征在于 将涂层一优选地金属涂层一以如下方式施加于基板(16)上:所述涂层形成所述至少一个电阻结构(1，11)，至少两个端子触点(2，3，12，13)以及至少一个电极(4，5，14，15)，以便端子触点(2，3，12，13)电接触所述至少一个电阻结构(1，11)，以及使至少一个电极(4，5，14，15)与至少一个端子触点(2，3，12，13)电接触。
10.一种包括根据权利要求1到8中任意一个所述的温度传感器的高温传感器芯片。
11.根据权利要求10所述的高温传感器芯片，其特征在于所述温度传感器的端子触点(2，3，12，13)与电线(21，22)接触。
12.根据权利要求10或11所述的高温传感器芯片，其特征在于至少一个电阻结构(1，11)直接覆盖，整个表面区域被下列直接覆盖-陶瓷中间层(18)和/或-玻 璃陶瓷(19)和/或-玻璃层(20)。
【文档编号】G01K7/18GK103649701SQ201280035006
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年6月27日 优先权日:2011年7月14日
【发明者】卡尔海因茨·维南德, 玛吉特·桑德尔 申请人:贺利氏传感技术有限公司