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包括保護框架的測量分流器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的名稱是包括保護框架的測量分流器。本發(fā)明涉及一種溫度傳感器，尤其是高溫傳感器，其包括基板，至少兩個端子觸點和至少一個電阻結(jié)構(gòu)，其中所述端子觸點和至少一個電阻結(jié)構(gòu)被布置在所述基板的第一面上，以及所述電阻結(jié)構(gòu)的至少一個由所述端子觸點電接觸，其中至少一個電極被布置在所述基板第一面上靠近所述電阻結(jié)構(gòu)的兩個端子觸點中的每個上，所述電極被分別電連接到所述端子觸點，或至少一個電極被布置在所述基板第一面上靠近所述電阻結(jié)構(gòu)的至少一個端子觸點上，其中所述電極或所述多個電極被設(shè)計為與所述電阻結(jié)構(gòu)在一個工件中。本發(fā)明還涉及包括這樣的溫度傳感器的高溫傳感器。本發(fā)明還涉及用于產(chǎn)生這種溫度傳感器的方法，其中，至少一個電阻結(jié)構(gòu)被施加于基板的第一面，其中優(yōu)選地，金屬涂層通過這樣的方式被施加于所述基板：所述涂層形成所述至少一個電阻結(jié)構(gòu)，至少兩個端子觸點和至少一個電極，以便所述端子觸點電接觸所述至少一個電阻結(jié)構(gòu)，以及將至少一個電極與至少一個端子觸點電接觸。
【專利說明】包括保護框架的測量分流器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及溫度傳感器，尤其是高溫傳感器，其包括基板，至少兩個端子觸點和至少一個電阻結(jié)構(gòu)，其中所述端子觸點以及電阻結(jié)構(gòu)中的至少一個被布置在所述基板的第一面上，以及其中至少一個電阻結(jié)構(gòu)由所述端子觸點電接觸。
[0002]本發(fā)明還涉及用于生產(chǎn)這樣溫度傳感器的方法，其中，至少一個電阻結(jié)構(gòu)被施加于基板的第一面，以及涉及包括這樣溫度傳感器的高溫傳感器。
【背景技術(shù)】
[0003]由鉬系金屬制成的溫度傳感器在W092/15101A1是已知的，其包括被施加于陶瓷基板的鉬電阻層和施加于其上的鈍化層。
[0004]US5202665A公開了用于生產(chǎn)溫度傳感器的方法，其中利用厚膜技術(shù)，鉬層被施加于基板上。鉬粉與氧化物以及用于此目的的粘合劑混合，并通過絲網(wǎng)印刷被施加。
[0005]而且，用于電阻溫度計的電測量電阻結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)這樣電測量電阻結(jié)構(gòu)的方法在US4050052A 或 DE2527739C3 中是已知的。
[0006]JP57114830A公開了溫度傳感器，在所述溫度傳感器中用于確定基板上溫度的測量電極被第二電極環(huán)繞，以便通過電極之間基板表面的電阻測量確定濕度。
[0007]類似的結(jié)構(gòu)在EP0437325A2中公開，其中，所述基板的表面電阻或內(nèi)部電阻借助兩個附加的電極確定，所述兩個附加的電極被布置靠近所述基板上的電阻層或基板的另一面。
[0008]為了生產(chǎn)這樣的溫度依賴電阻作為溫度傳感器，Pt電阻層作為厚膜以曲折形狀的形式被施加在具有由電絕緣材料制成的表面的基板上，其中所述電阻層的外表面被由電絕緣材料制成的層覆蓋，所述層起鈍化層的作用。這樣的傳感器的問題是金屬離子可遷移到電阻層，并且會損壞或甚至破壞電阻層，尤其是在高溫下。這導(dǎo)致溫度傳感器的性能被改變。
[0009]用于生產(chǎn)溫度依賴電阻的方法包括用鉬作為溫度傳感器，這在EP0543413A1中是已知的，其中，電極被施加在與所述電阻層一定距離處。這是為了防止電流導(dǎo)通造成的離子到所述電阻層的遷移。為此目的，所述電極被電連接到所述電阻層。
[0010]EP0327535B1公開了具有薄膜鉬電阻作為測量元件的溫度傳感器。由鉬制成的溫度測量電阻被布置在電絕緣基板的表面上，其中所述電阻元件被介電保護層覆蓋，所述介電保護層優(yōu)選由二氧化硅制成，并且具有范圍從200到400nm的厚度。而且，擴散阻擋層被提供作為外涂層，所述擴散阻擋層通過鈦在氧氣氛中的沉積被施加以形成氧化鈦。該阻擋層具有范圍從600到1200nm的厚度。雖然所述擴散阻擋層允許氧氣接近介電層，從而部分地防止自由金屬離子從玻璃層擴散出來侵蝕(attack)到鉬層上，但是在極端的環(huán)境條件下，對鉬層的侵蝕可能仍然發(fā)生，從而使他們作為溫度感應(yīng)元件的物理行為受到損害。
[0011]根據(jù)EP0973020A1，這樣的溫度傳感器可以配有犧牲陰極，并且承受高達1100°C的溫度。該技術(shù)保護測量分流器免受化學(xué)或機械侵蝕。不過，必須確保該傳感器的陰極是正確電連接的，這是因為電連接的混亂導(dǎo)致所述傳感器的破壞。此外，所述傳感器在從700°C開始的溫度下經(jīng)歷漂移。
[0012]具有Pt電阻膜的溫度傳感器在DE102007046900A1中是已知的，所述層被由氧化鋁制成的薄膜覆蓋。覆蓋物(cover)被粘貼到覆蓋所述電阻膜的陶瓷膜上。被摻雜金屬的玻璃陶瓷被導(dǎo)電連接到所述溫度傳感器的端面中的一個，形成犧牲陰極，以便保護所述電阻層免受金屬陽離子的有害影響，從而減輕所述溫度傳感器的老化過程或防止所述溫度傳感器被破壞。電源連接和所述傳感器被安裝的外殼的極性的影響可能導(dǎo)致所述傳感器漂移。
[0013]所有這些溫度傳感器的缺點是所述溫度傳感器具有復(fù)雜的設(shè)計，所述設(shè)計包括幾個層，其中一些是復(fù)雜的。由于所述復(fù)雜的設(shè)計，生產(chǎn)需要很多工作步驟，其中用于生產(chǎn)這種溫度傳感器的成本是很高的。
[0014]另外一個相當(dāng)大的缺點是，在所述溫度傳感器安裝或使用期間，必須觀察極性，因為否則的話，溫度測量可惡化或所述溫度傳感器可能不適于使用，或所述溫度傳感器在其第一次操作的時候，甚至可能被破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目標(biāo)是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點。尤其是，發(fā)現(xiàn)了可以被經(jīng)濟有效實施的簡單設(shè)計，其還可以使大量生產(chǎn)容易進行。
[0016]本發(fā)明的另一個目標(biāo)是進一步提供傳感器，其在750°C到1200°C的應(yīng)用范圍的漂移被降低，并且其對電源連接和外殼的極性是不敏感的。
[0017]本發(fā)明的目標(biāo)通過以下實現(xiàn):將至少一個電極布置在靠近基板第一面上的電阻結(jié)構(gòu)的兩個端子觸點的每個上，所述電極被電連接到各自的端子觸點。
[0018]通過這個設(shè)計，實現(xiàn)了在安裝期間，不需要觀察所述溫度傳感器的極性，從而保持所述電極作為犧牲電極的功能性。
[0019]可以提供所述電極與電阻結(jié)構(gòu)被設(shè)計在一個工件(piece)中。
[0020]通過這樣的方式，所述溫度傳感器的特別簡單和緊湊設(shè)計可以被實施。所述設(shè)計可以在一個工作步驟中被執(zhí)行，并且是經(jīng)濟有效的。
[0021]本發(fā)明的目標(biāo)還通過以下實現(xiàn):將至少一個電極布置在靠近基板第一面上的電阻結(jié)構(gòu)的至少一個端子觸點上，其中所述電極或多個電極與所述電阻結(jié)構(gòu)被設(shè)計在一個工件中。
[0022]所述溫度傳感器的特別簡單和緊湊設(shè)計還可以通過這種方式被實施。所述設(shè)計可以在一個工作步驟中被執(zhí)行，并且是經(jīng)濟有效的。
[0023]這對于作為犧牲陰極的電極的功能來說是必不可少的。
[0024]可以為此目的提供是陰極的端子觸點，其中所述至少一個電極被連接到所述端子觸點。
[0025]可以根據(jù)本發(fā)明，在所有實施方式中提供電極框架或多個電極框架，至少一些區(qū)域中所述電阻結(jié)構(gòu)，尤其是在至少一面由電極框定(frame)，優(yōu)選地，所述電阻結(jié)構(gòu)的至少兩面被至少兩個電極框定，特別優(yōu)選地，所述電阻結(jié)構(gòu)的相反兩面由所述電極框定。
[0026]所述電極對電阻結(jié)構(gòu)的框定對電阻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生特別好的保護。[0027]可以進一步提供是金屬氧化物的基板，其中所述金屬氧化物優(yōu)選被涂布。
[0028]金屬氧化物特別適合作為基板。尤其是Al2O3特別適合作為基板。
[0029]當(dāng)提供的電阻結(jié)構(gòu)具有曲折形狀的線性結(jié)構(gòu)時——所述曲折形狀的線性結(jié)構(gòu)優(yōu)選由金屬、特別優(yōu)選由鉬制成時，實現(xiàn)本發(fā)明的特別有利的實施方式。
[0030]所述曲折形狀的電阻層允許緊湊設(shè)計得以實施。鉬在高溫和化學(xué)腐蝕環(huán)境中特別適合。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的進一步實施方式，至少電阻結(jié)構(gòu)被介電層覆蓋，優(yōu)選地被至少一個陶瓷層、玻璃層或玻璃陶瓷層覆蓋，其中所述介電層優(yōu)選是自我支撐的。
[0032]所述覆蓋導(dǎo)致所述溫度傳感器或由其組成的溫度傳感器芯片的耐久性明顯改善。通過這樣的設(shè)計，平面、橫向布置的電極是特別有效的，尤其是當(dāng)所述電極至少部分框定所述電阻層時，是很明顯的。
[0033]本發(fā)明的目標(biāo)還通過用于產(chǎn)生這種溫度傳感器的方法實現(xiàn)，其中，至少一個電阻結(jié)構(gòu)被施加于基板的第一面，其中涂層，優(yōu)選地，金屬涂層以如下方式被施加于所述基板:所述涂層形成所述至少一個電阻結(jié)構(gòu)、至少兩個端子觸點和至少一個電極，以使所述端子觸點電接觸所述至少一個電阻結(jié)構(gòu)和使至少一個電極與至少一個端子觸點電接觸。
[0034]所述生產(chǎn)方法可以以特別簡單和經(jīng)濟有效的方式被執(zhí)行。
[0035]本發(fā)明的目標(biāo)由包括這種溫度傳感器的高溫傳感器芯片進一步實現(xiàn)。
[0036]可以提供溫度傳感器的端子觸點用電線接觸。
[0037]可以進一步提供，至少所述電阻結(jié)構(gòu)被直接覆蓋，整個表面區(qū)域被陶瓷中間層和/或玻璃陶瓷和/或玻璃層直接覆蓋。
[0038]這些層提供對高溫傳感器芯片的保護，使其免受機械和化學(xué)影響。
[0039]覆蓋物被優(yōu)選布置在陶瓷中間層上。電子溫度傳感器包括電阻層，其被布置在被設(shè)計為陶瓷基板的載體的電絕緣表面上，作為設(shè)置有電端子的測量分流器，其中所述電阻層被由電絕緣材料制成的至少一個層覆蓋，保護所述電阻層免受污染或損壞，根據(jù)本發(fā)明，被設(shè)計為鈍化層和/或作為擴散屏障的該層被覆蓋物保護，以便承受高于1000°c的溫度。
[0040]尤其是，包括玻璃陶瓷的玻璃陶瓷覆蓋物或陶瓷覆蓋物被粘貼到覆蓋所述電阻層的陶瓷層。
[0041]覆蓋所述電阻層的陶瓷層被定位在背對所述基板表面的所述電阻層的面上。
[0042]所述基板優(yōu)選由金屬氧化物制成，尤其是由藍寶石或陶瓷材料制成。
[0043]利用厚膜方法將陶瓷粉末施加到所述電阻層，接著燒結(jié)所述粉末，以便形成擴散屏障或鈍化層，這也是可能的。有利之處在于該方法是非常經(jīng)濟有效的。
[0044]進一步地，利用等離子噴涂法將陶瓷粉末施加到燒制基板的電阻層，以便形成擴散屏障或鈍化層，這也是可能的。其有利之處在于，由于沉積溫度，即使在使用期間后來出現(xiàn)的高溫下，產(chǎn)生的層也保持其穩(wěn)定性。
[0045]通過PVD (物理氣相沉積)、IAD (離子輔助沉積)、IBAD (離子束輔助沉積)、PIAD(等離子體離子輔助沉積)或CVD (化學(xué)氣相沉積)或磁控濺射方法的方式，擴散屏障或鈍化層可以被額外施加。
[0046]本發(fā)明基于令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，即這樣的簡單設(shè)計足以相當(dāng)程度地減少金屬離子對所述電阻層的負作用。首次發(fā)現(xiàn)，所述離子，尤其是移動的離子在高溫時，可被與所述電阻層定位在相同水平面的充當(dāng)犧牲陰極的電極截獲。因此，提供作為犧牲陰極的簡單電極已經(jīng)是足夠的，所述簡單電極被布置靠近所述電阻層。通過這種方式，通過將所述電阻層與充當(dāng)犧牲陰極的電極或多個電極施加在一起，任選地，也可以與端子觸點施加在一起，作為基板上的一個結(jié)構(gòu)，溫度傳感器的特別簡單生產(chǎn)可以被采用。因此根據(jù)本發(fā)明，單一工作步驟足以生成所述電阻結(jié)構(gòu)，所有電極以及任選地，還有基板上的端子觸點。這增加了生產(chǎn)期間的速度，并顯著降低制造成本。因此根據(jù)本發(fā)明，所述電阻結(jié)構(gòu)被屏蔽免受外部電化學(xué)的影響，以便實現(xiàn)所述目標(biāo)。
[0047]本發(fā)明的進一步驚奇發(fā)現(xiàn)是，當(dāng)兩個電極被連接到不同的端子觸點時，被電連接到所述端子觸點的極性不重要。所述兩個電極中的一個總是被切換為陰極，因此實現(xiàn)了其作為離子吸氣(ion getter)的功能，其被稱為犧牲陰極，保護所述電阻層。所述離子是如此移動的，尤其是在高溫的情況下，使得它們的相當(dāng)高數(shù)量遷移到所述犧牲陰極，即使它們必須擴散到所述電阻層周圍，也會如此遷移。為了更好保護電阻層免受離子，根據(jù)本發(fā)明，可以提供在所述電阻層周圍延伸的電極。所述電極還可以在所述電阻層周圍延伸，直到它們兩個框定所述電阻層的相同側(cè)面。那么一個電極是內(nèi)側(cè)電極，其被布置在更靠近所述電阻層的外圍，以及另一個電極是外側(cè)電極，其被布置在所述內(nèi)側(cè)電極的外圍。
[0048]為了產(chǎn)生高溫傳感器，各個電阻結(jié)構(gòu)被施加于金屬氧化物基板上的一個平面中，根據(jù)本發(fā)明，端子觸點和源于所述端子觸點并部分框定所述電阻結(jié)構(gòu)的電極與所述電阻層被結(jié)合構(gòu)造在一起。
[0049]因此根據(jù)本發(fā)明，所述保護電極可以與所述電阻結(jié)構(gòu)和端子觸點一起在一個方法步驟中生產(chǎn)。這對于大量生產(chǎn)是特別有利的。
[0050]根據(jù)本發(fā)明，還提供了高溫傳感器芯片，其包括端子觸點和毗鄰于所述觸點并作為電阻被構(gòu)造在金屬氧化物基板上的層，優(yōu)選由鈦酸鎂、氧化鋁、氧化鋯增韌氧化鋁(ZTA)、尖晶石或類似材料制成，其中根據(jù)本發(fā)明，所述電阻結(jié)構(gòu)是被布置在一個平面中的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的一部分，以及源于端子觸點的陰極至少部分框定在這個平面中的電阻結(jié)構(gòu)。
[0051]所述至少部分框定保護所述電阻結(jié)構(gòu)的陰極防止其受電化學(xué)危害，尤其是當(dāng)其被額外提供陶瓷薄膜或厚膜時，在耐溫特性方面，其與以前的已知溫度傳感器相比具有更少的漂移，尤其是在更高溫度的情況下。
[0052]在包括兩個部分框定電極的一個實施方式中，所述框定電極被電連接到兩個不同的端子觸點，所述組件的極性不再是重要的，因此，所述溫度傳感器安裝期間的復(fù)雜性，或?qū)嵤┧鰷囟葌鞲衅鞯男酒陌惭b復(fù)雜性，以及在缺陷安裝的情況下，對所述溫度傳感器的損壞或破壞的危險大大降低。
[0053]所述測量分流器優(yōu)選可以是包括鉬的電阻層，特別是其可以利用薄膜或厚膜技術(shù)實施。所述擴散屏障可以以中間層的形式設(shè)計。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所述溫度依賴電阻具有經(jīng)濟有效的生廣和聞使用壽命是有利的。
[0054]在一個實際實施方式中，所述中間層的厚度范圍從0.2μπι到50 μ m。
[0055]在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述載體由Al2O3制成。此外，所述擴散屏障或中間層優(yōu)選也由Al203、Hf02或這兩種材料的混合物制成，其中Al2O3的重量分數(shù)范圍為20%到 70%ο
[0056]所述擴散屏障或中間層由層系統(tǒng)組成也是可能的，所述層系統(tǒng)包括具有至少兩層的層序列，每個層由至少一種氧化物形成，所述至少一種氧化物來自由Al203、Mg0、Hf02以及Ta2O5組成的組；在該點，至少一層可以由這些氧化物中的兩種形成，其中優(yōu)選地，氧化物的物理混合物被采用；不過，使用混合的氧化物也是可能的。
[0057]在本發(fā)明的進一步實施方式中，由Al203、Mg0和Ta2O5組成的組可以被擴展到包括
二氧化鉿。
[0058]所述擴散屏障或鈍化層優(yōu)選由根據(jù)表1的單層系統(tǒng)制成，表1包括在位置I到6指示的材料，或由根據(jù)表2的多層系統(tǒng)制成，所述多層系統(tǒng)包括至少兩層I和2，其中進一步的層或進一步的多層可以與層2毗鄰。不同的層材料由編號7到30的單獨位置或線表示。
[0059]表1:單層系統(tǒng)
[0060]
【權(quán)利要求】
1.一種溫度傳感器，尤其是高溫傳感器，其包括基板(16)，至少兩個端子觸點(2，3，12，13)以及至少一個電阻結(jié)構(gòu)(1，11)，所述端子觸點(2，3，12，13)和電阻結(jié)構(gòu)(1，11)中的至少一個被布置在所述基板(16)的第一面上，以及至少一個電阻結(jié)構(gòu)(1，11)被所述端子觸點(2，3，12，13)電接觸，其特征在于 至少一個電極(4，5，14，15)被布置在靠近所述基板(16)的第一面上的電阻結(jié)構(gòu)(11)的兩個端子觸點(2，3，12，13)中的一個上，所述電極被電連接到各個端子觸點(2，3，12，13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度傳感器，其特征在于 所述電極(4，5，14，15)和所述電阻結(jié)構(gòu)(1，11)被設(shè)計在一個工件中。
3.一種溫度傳感器，尤其是高溫傳感器，其包括基板(16)，至少兩個端子觸點(2，3，12，13)以及至少一個電阻結(jié)構(gòu)(1，11)，所述端子觸點(2，3，12，13)和所述電阻結(jié)構(gòu)(1，11)中的至少一個被布置在所述基板(16)的第一面上，以及至少一個電阻結(jié)構(gòu)(1，11)被所述端子觸點(2，3，12，13)電接觸，其特征在于 至少一個電極(4，5，14，15)被布置在靠近所述基板(16)的第一面上的電阻結(jié)構(gòu)(11)的至少一個端子觸點(2，3，12，13)上，所述電極(4，5，14，15)或所述多個電極(4，5，14，15)與電阻結(jié)構(gòu)(1，11)被設(shè)計在一個工件中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫度傳感器，其特征在于 所述端子觸點(2，3)是陰極(2)，至少一個電極(4)被連接到所述端子觸點(2，3)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一個所述的溫度傳感器，其特征在于 至少在一些區(qū)域中所述電極(4, 5,14,15)框定或所述多個電極(4, 5,14,15)框定電阻結(jié)構(gòu)(1，11)，尤其是至少一個側(cè)面被一個電極(4，5，14，15)框定，優(yōu)選地，所述電阻結(jié)構(gòu)(1，11)的至少兩個側(cè)面被至少兩個電極(4，5，14，15)框定，以及特別優(yōu)選地，所述電阻結(jié)構(gòu)(1,11)的兩個相反側(cè)面被框定。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一個所述的溫度傳感器，其特征在于 基板(16)是金屬氧化物，優(yōu)選地，所述金屬氧化物被涂布。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一個所述的溫度傳感器，其特征在于 所述電阻結(jié)構(gòu)(1，11)是曲折形狀的線性結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地，其由金屬制成，特別優(yōu)選地，由鉬制成。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一個所述的溫度傳感器，其特征在于 至少一個電阻結(jié)構(gòu)(1，11)被至少一個介電層(18，19，20)覆蓋，優(yōu)選地，被陶瓷層(18，19，20)、玻璃層或玻璃陶瓷層(19)覆蓋，優(yōu)選地，所述介電層(18，19，20)是自我支撐的。
9.一種用于生產(chǎn)根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一個所述的溫度傳感器的方法，其中，至少一個電阻結(jié)構(gòu)(1，11)被施加于基板(16)的第一面上，其特征在于 將涂層一優(yōu)選地金屬涂層一以如下方式施加于基板(16)上:所述涂層形成所述至少一個電阻結(jié)構(gòu)(1，11)，至少兩個端子觸點(2，3，12，13)以及至少一個電極(4，5，14，15)，以便端子觸點(2，3，12，13)電接觸所述至少一個電阻結(jié)構(gòu)(1，11)，以及使至少一個電極(4，5，14，15)與至少一個端子觸點(2，3，12，13)電接觸。
10.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1到8中任意一個所述的溫度傳感器的高溫傳感器芯片。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高溫傳感器芯片，其特征在于所述溫度傳感器的端子觸點(2，3，12，13)與電線(21，22)接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的高溫傳感器芯片，其特征在于至少一個電阻結(jié)構(gòu)(1，11)直接覆蓋，整個表面區(qū)域被下列直接覆蓋-陶瓷中間層(18)和/或-玻 璃陶瓷(19)和/或-玻璃層(20)。
【文檔編號】G01K7/18GK103649701SQ201280035006
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月14日
【發(fā)明者】卡爾海因茨·維南德, 瑪吉特·桑德爾 申請人:賀利氏傳感技術(shù)有限公司