DE102009028634A1 - Method for manufacturing glass ceramic layer for protecting resistor in e.g. temperature sensor against humidity, involves applying material of protection layer on resistance layer so that layer particles are connected to form porous layer - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht für einen Widerstandssensor, welcher eine auf einem Substrat aufgebrachte metallische Widerstandsschicht enthält. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Widerstandssensor mit einer nach diesem Verfahren hergestellten Schutzschicht, welche über einer auf einem Substrat aufgebrachten metallischen Widerstandsschicht aufgebracht ist. Ein derartiger Widerstandssensor dient beispielsweise der Bestimmung der Temperatur oder der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums oder dient als Gassensor.The present invention relates to a method for producing a protective layer for a resistance sensor which includes a metallic resistance layer deposited on a substrate. Furthermore, the invention relates to a resistance sensor with a protective layer produced by this method, which is applied over a metallic resistance layer applied to a substrate. Such a resistance sensor serves, for example, to determine the temperature or the flow rate of a medium or serves as a gas sensor.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, einen Widerstand aus Metall, insbesondere aus Platin, zur Temperaturmessung zu verwenden. Dieser wird meist mäanderförmig in einer Dünnschicht- oder Dickschichttechnik auf einem Träger aufgebracht. Zur Abschirmung des Widerstands gegen äußere Einflüsse, wie zum Beispiel Feuchtigkeit oder Korrosion, wird dieser mit einer Glas- oder Glaskeramikschicht versehen. Dies ist beispielsweise in der Schrift
Ein Nachteil der Aufbringung einer solchen Glaspassivierung ist, dass fast alle Gläser Silizium enthalten, welches bei hohen Temperaturen aus dem Glas heraus diffundieren kann und den Platinwiderstand vergiftet. Die Folge ist eine geringere Empfindlichkeit des Platinsensors und somit ein falsches Messsignal.A disadvantage of applying such a glass passivation is that almost all glasses contain silicon, which can diffuse out of the glass at high temperatures and poison the platinum resistance. The result is a lower sensitivity of the platinum sensor and thus a false measurement signal.
Ein Lösungsansatz ist in
Ein anderer Lösungsansatz aus dem Stand der Technik ist aus der Schrift
Ein weiteres Problem entsteht, wenn ein Sensor in ein geschlossenes Gehäuse eingebaut wird, wie es in vielen Anwendungen als zusätzlicher Schutz des Sensors vor der Umgebung zum Tragen kommt. Dort kann sich auf Grund hoher Temperaturen eine reduzierende Atmosphäre bilden, sobald Materialien eingeschlossen sind, die oxidiert werden können. Dies können zum Beispiel organische oder metallische Oberflächen sein. Im Fall von organischen Flächen genügen bereits Temperaturen von etwa 400°C, um zur Bildung einer reduzierenden Atmosphäre zu führen.Another problem arises when a sensor is installed in a closed housing, as it is used in many applications as additional protection of the sensor from the environment. There may be a reducing atmosphere due to high temperatures once materials are included that can be oxidized. These may be, for example, organic or metallic surfaces. In the case of organic surfaces temperatures of about 400 ° C are sufficient to lead to the formation of a reducing atmosphere.
Die Folge einer reduzierenden Atmosphäre kann ebenfalls eine Vergiftung des Platinwiderstands sein.The consequence of a reducing atmosphere may also be poisoning of the platinum resistor.
In
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe ist daher, ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht für einen eine metallische Widerstandsschicht enthaltenden Widerstandssensor bereitzustellen, welche die metallische Widerstandsschicht vor Vergiftung schützt. Des Weiteren soll ein Widerstandssensor mit einer nach diesem Verfahren hergestellten Schutzschicht bereitgestellt werden.The object underlying the invention is therefore to provide a method for producing a protective layer for a resistance sensor containing a metallic resistance layer, which protects the metallic resistance layer against poisoning. Furthermore, a resistance sensor with a protective layer produced by this method is to be provided.
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens dadurch gelöst, dass das Material der Schutzschicht derart auf die Widerstandsschicht aufgebracht wird, dass die Partikel der Schutzschicht so miteinander verbunden werden, dass sich eine poröse Schutzschicht ausbildet. Unter einer porösen Schutzschicht ist zu verstehen, dass Lufteinschlüsse in der Schicht enthalten sind und dass aber gleichermaßen sichergestellt ist, dass die unter der Schutzschicht liegende Schicht an keiner Stelle in Kontakt mit der Atmosphäre außerhalb der Schutzschicht steht. Es befinden sich also Hohlräume in der Schutzschicht, die jedoch nicht durchgängig von der Unterseite der Schutzschicht, welche in Kontakt mit der Widerstandsschicht ist, zur Oberseite der Schutzschicht reichen.The object is achieved with respect to the method in that the material of the protective layer is applied to the resistive layer in such a way that the particles of the protective layer are joined together in such a way that a porous protective layer is formed. A porous protective layer is to be understood as meaning that air pockets are contained in the layer, but equally it is ensured that the layer under the protective layer is not in contact with the atmosphere outside the protective layer at any point. There are thus cavities in the protective layer, which however do not extend continuously from the underside of the protective layer, which is in contact with the resistance layer, to the upper side of the protective layer.
Die poröse Ausgestaltung der Schutzschicht mit nur leicht verbundenen Partikeln ermöglicht es, die Widerstandsschicht gleichermaßen vor Korrosion und vor Vergiftung bei hohen Temperaturen zu schützen. Das Verfahren ist einfach umzusetzen und ermöglicht dadurch eine einfache und kostengünstige Methode zum Schutz metallischer Widerstandsschichten.The porous design of the protective layer with only slightly connected particles makes it possible to protect the resistance layer equally against corrosion and against poisoning at high temperatures. The procedure is easy to implement and This enables a simple and cost-effective method for protecting metallic resistance layers.
In einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung wird die Schutzschicht in Form einer Beschichtungspaste aufgebracht. Das Aufbringen kann hierbei mit einer beliebigen Methode erfolgen, beispielsweise in einem Siebdruck-, Tauch- oder Dosierverfahren.In a first embodiment of the solution according to the invention, the protective layer is applied in the form of a coating paste. The application can be carried out by any method, for example in a screen printing, dipping or dosing.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schutzschicht in Form eines Pulvers aufgebracht.According to a development of the method according to the invention, the protective layer is applied in the form of a powder.
Bei einer weiteren Weiterbildung der Erfindung wird die Schutzschicht unterhalb und/oder im Nahbereich oberhalb des Transformationspunktes des Materials/der Materialien der Schutzschicht eingebrannt. Im Nahbereich oberhalb des Transformationspunktes des Materials bedeutet, dass das Material nicht so weit erhitzt wird, bis es vollständig schmilzt. Das Material wird für eine kurze Zeit auf eine Temperatur knapp oberhalb des Transformationspunktes erhitzt, sodass sich die Partikel des Materials zu einer Schicht verbinden ohne vollständig zu schmelzen.In a further development of the invention, the protective layer is baked below and / or in the vicinity above the transformation point of the material / materials of the protective layer. In the near range above the transformation point of the material means that the material is not heated until it melts completely. The material is heated for a short time to a temperature just above the transformation point so that the particles of the material combine to form a layer without completely melting.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Schutzschicht gesintert wird.A development of the method according to the invention provides that the protective layer is sintered.
Die Aufgabe wird weiterhin bezüglich eines Widerstandssensors dadurch gelöst, dass es sich bei dem Material bzw. den Materialien der Schutzschicht um für die metallische Widerstandsschicht ungiftiges Material bzw. ungiftige Materialien handelt, und dass die Schutzschicht des Widerstandssensors in einem Verfahren hergestellt ist, durch welches das Material der Schutzschicht derart auf die metallische Widerstandsschicht aufgebracht ist, dass eine poröse Schutzschicht ausbildet ist.The object is further achieved with respect to a resistance sensor in that the material or materials of the protective layer is non-toxic material or non-toxic materials for the metallic resistance layer, and in that the protective layer of the resistance sensor is produced in a process by which the Material of the protective layer is applied to the metallic resistive layer such that a porous protective layer is formed.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung bleibt die Korngröße des Ausgangsmaterials bzw. der Ausgangsmaterialien der Schutzschicht bei deren Herstellungsprozess im Wesentlichen erhalten.According to a development of the solution according to the invention, the grain size of the starting material or of the starting materials of the protective layer essentially remains intact during its production process.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Widerstandssensors beträgt die Dicke der Schutzschicht zwischen 30 und 120 μm.According to one embodiment of the resistance sensor according to the invention, the thickness of the protective layer is between 30 and 120 microns.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass es sich bei der Schutzschicht um eine Glaskeramik handelt.A further development of the solution according to the invention is that the protective layer is a glass ceramic.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung handelt es sich bei dem Material der Schutzschicht um Al2O3-CaO-SrO oder Al2O3-CaO-BaO.In a development of the solution according to the invention, the material of the protective layer is Al 2 O 3 -CaO-SrO or Al 2 O 3 -CaO-BaO.
In einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung handelt es sich bei dem Material der Schutzschicht um SrO, CaO, BaO, Al2O3 oder MgO. Es ist gleichermaßen Teil der erfindungsgemäßen Lösung, dass zumindest eines dieser Materialien anteilig in der Schutzschicht enthalten ist.In an alternative embodiment of the solution according to the invention, the material of the protective layer is SrO, CaO, BaO, Al 2 O 3 or MgO. It is equally part of the solution according to the invention that at least one of these materials is proportionally contained in the protective layer.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Widerstandssensors sieht vor, dass es sich bei der Widerstandsschicht um eine Platinschicht handelt. Das Platin kann hierbei in hochreiner Form vorliegen, oder gezielt mit Anteilen eines anderen Materials versehen sein.A development of the resistance sensor according to the invention provides that the resistance layer is a platinum layer. The platinum can be present in highly pure form, or be provided specifically with shares of another material.
In einer weiteren Weiterbildung der Lösung handelt es sich bei dem Widerstandssensor um einen Temperatursensor, Strömungssensor oder Gassensor.In a further development of the solution, the resistance sensor is a temperature sensor, flow sensor or gas sensor.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the following figure.
In
Durch den Einschluss des Sauerstoffs wird erreicht, dass etwaig auftretende reduzierende Atmosphäre keine Vergiftung des Sensors nach sich zieht. Ein weiterer Vorteil der porös ausgestalteten Schutzschicht
Die Schutzschicht
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Widerstandssensorresistance sensor
- 22
- Substratsubstratum
- 33
- Metallische WiderstandsschichtMetallic resistance layer
- 44
- Schutzschichtprotective layer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8196 | Reprint of faulty title page (publication) german patentblatt: part 1a6 | ||
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: INNOVATIVE SENSOR TECHNOLOGY IST AG, CH Free format text: FORMER OWNER: INNOVATIVE SENSOR TECHNOLOGY IST AG, WATTWIL, CH |
|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: ANDRES, ANGELIKA, DIPL.-PHYS., DE |
|
| R016 | Response to examination communication | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: KRATT-STUBENRAUCH, KAI, DR., DE |
|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: KRATT-STUBENRAUCH, KAI, DR., DE |
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| R016 | Response to examination communication | ||
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |