熱分析傳感器和制造該傳感器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱分析傳感器和制造所述傳感器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱分析傳感器被用于用來確定經(jīng)受溫度變化的樣品的不同性能和參數(shù)的適當(dāng)設(shè)計(jì)的熱分析儀中。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的熱分析儀的實(shí)例其中包括DSC(差示掃描量熱)儀。DSC儀用于確定樣品，更精確地說樣品取自的材料的化學(xué)或物理性能隨溫度的變化。這例如包括伴隨諸如相變的轉(zhuǎn)換以及經(jīng)受溫度變化的樣品中的其他作用的放熱或者吸熱的熱流測(cè)量?？梢酝ㄟ^相對(duì)于參考物進(jìn)行比較來確定樣品中發(fā)生的變化，其中該參考物可能是未占用的參考測(cè)量位置或者合適的參考材料。取決于DSC儀的種類，可以將參考材料或者樣品材料放置到相應(yīng)的測(cè)量位置上或者直接放置到合適的接受器中。熱分析傳感器還可以應(yīng)用在例如TGA-DSC儀(其中TGA代表熱重分析)、或者HP-DSC (高壓DSC)儀以及現(xiàn)有技術(shù)已知的其他儀器中。
[0004]熱分析儀經(jīng)常按熱流操作模式和電力補(bǔ)償操作模式運(yùn)行。
[0005]在電力補(bǔ)償模式中，按如此方式控制和調(diào)節(jié)供給至加熱器的電力和/或供給至補(bǔ)償加熱器的電力，即，使參考位置和樣品位置之間的溫度差為零。根據(jù)該補(bǔ)償所需的電力，有可能將熱流導(dǎo)入到樣品內(nèi)。在理想情況中，消耗的電力相當(dāng)于進(jìn)入樣品的熱流。
[0006]熱流原理常常被用于具有用于樣品和參考物的公共保持器的熱分析儀中。測(cè)量位置與加熱器之間的熱流路徑應(yīng)該是已知的，以便理論上，兩個(gè)測(cè)量位置之間的任何溫度差僅是樣品變化的結(jié)果。根據(jù)樣品位置和參考位置處的真實(shí)溫度，可以計(jì)算和定量地估算出熱流率。
[0007]用于該類儀器的熱分析傳感器常常是盤形的，具有承載連接至溫度傳感器單元的至少一個(gè)測(cè)量位置的一個(gè)表面，該溫度傳感器單元感測(cè)相應(yīng)測(cè)量位置處的溫度和/或樣品位置與參考位置之間的溫差?？梢詮乃B接的加熱器裝置為傳感器和與傳感器有關(guān)的至少一個(gè)測(cè)量位置供給熱量，特別是根據(jù)用于產(chǎn)生溫度變化的合適溫度/時(shí)間程序。
[0008]已知的現(xiàn)有技術(shù)提供了不同種類的這種熱分析傳感器。
[0009]例如，在F.X.Eder 的 Arbeitsmethoden der Thermodynamik, Band 2(熱力學(xué)的加工方法，第2冊(cè))，1983年Springer Verlag第2頁中公開了一種傳感器，其包括由基板上的薄膜蒸汽沉積制成的溫度傳感器單元。
[0010]在DE 39 16 311C2中，公開了一種傳感器，其具有通過使用厚膜技術(shù)法沉積在基板上的溫度傳感器單元。
[0011]這些傳感器共同具有在各測(cè)量位置上具有直接形成在傳感器表面上的許多熱電偶或者熱電偶接合部的溫度傳感器單元。
[0012]在EP I 528 392AUDE 10 227 182AUDE 39 16 31 IAl 和 WO 2006/114394A1 中也公開了具有包含許多熱電偶的溫度傳感器單元的傳感器。這些參考文件中公開的傳感器具有一個(gè)或多個(gè)測(cè)量位置，其中通過使用不同的沉積技術(shù)和/或不同的布局方案已經(jīng)將溫度傳感器單元沉積到傳感器表面上，例如，為了增加各測(cè)量位置處的熱電偶的數(shù)量，或者為了提供利用傳感器的幾層或幾個(gè)平面中的熱電偶布置來測(cè)量更多維度中的溫度的能力。
[0013]這些傳感器共同具有與溫度傳感器單元相連的各測(cè)量位置，該溫度傳感器單元在該情況中特別是形成為以薄膜或者厚膜技術(shù)沉積在圍繞基板頂側(cè)上的測(cè)量位置的圖案中的熱電偶裝置。每個(gè)熱電偶裝置經(jīng)由電接觸墊或者至少一個(gè)穿過基板的合適導(dǎo)線連接至電子電路。金屬線的一端，上端，被從基板的頂側(cè)結(jié)合至溫度傳感器單元的電接觸墊上以便在電子電路與溫度傳感器之間形成結(jié)合接頭形式的材料上整體連接，其中隨著固定各單獨(dú)的線，在基板的頂側(cè)上形成了線環(huán)。
[0014]通過從上方，即從傳感器的頂側(cè)將至少一個(gè)金屬線結(jié)合至電路的連接，隨著各線形成環(huán)，具有以下缺點(diǎn)，強(qiáng)烈地限制了可以獲得的連接部或者觸點(diǎn)的總數(shù)，因?yàn)閭鞲衅鞯捻攤?cè)上的空間被線環(huán)填滿了。另外，線環(huán)可能容易被損壞和/或拆開，由此傳感器變得不起作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]因此，本發(fā)明具有提供一種特別穩(wěn)固且用戶友好的傳感器的目的，另外，該傳感器設(shè)計(jì)成可以在傳感器的頂側(cè)上設(shè)置許多觸點(diǎn)。
[0016]該任務(wù)通過一種制造熱分析傳感器的方法和一種熱分析傳感器來解決，該熱分析傳感器是根據(jù)該發(fā)明方法制造的并且包括具有頂側(cè)和下側(cè)的基板、至少一個(gè)測(cè)量位置、至少一個(gè)溫度傳感器單元和至少一個(gè)電接觸墊。所述至少一個(gè)測(cè)量位置、至少一個(gè)溫度傳感器單元和電接觸墊設(shè)置在傳感器的頂側(cè)上，利用溫度傳感器單元來測(cè)量測(cè)量位置處的溫度。溫度傳感器單元經(jīng)由電接觸墊連接至金屬線并且因此被系到電子電路內(nèi)。該方法包括以下步驟:在已經(jīng)制備好基板之后，在基板的頂側(cè)上生產(chǎn)出至少一個(gè)測(cè)量位置、至少一個(gè)溫度傳感器單元和至少一個(gè)電接觸墊。另外，在基板中制造出用于連接至電接觸墊的至少一個(gè)通道。其次，從基板的下側(cè)將金屬線插入通道內(nèi)，并且熔化所述線在基板的頂側(cè)處伸出的上端并且因此呈現(xiàn)小金屬球的形式。以金屬線的上端與電接觸墊之間材料上整體連接的形式完成結(jié)合。為了形成該連接，通過施加壓力和熱量來將金屬球熔化到接觸墊上，由此使該線結(jié)合到接觸墊上。
[0017]該類結(jié)合對(duì)于熱分析傳感器是特別有益的，因?yàn)榭梢詮亩苊庠趥鞲衅鞯捻攤?cè)上形成不希望有的線環(huán)。傳感器的頂側(cè)上的結(jié)合連接部具有致密的金屬突起的形式，其是非常光滑的并且當(dāng)將樣品放置到傳感器上或者從傳感器上移除樣品時(shí)不存在障礙。優(yōu)選經(jīng)由兩個(gè)接觸墊通過形成兩個(gè)結(jié)合連接部來將溫度傳感器單元結(jié)合或者連接到兩個(gè)金屬線上。
[0018]通過電接觸墊和金屬線，可以將溫度傳感器單元系到電子電路內(nèi)。
[0019]該方法還包括在傳感器的頂側(cè)上形成兩個(gè)或更多個(gè)測(cè)量位置和兩個(gè)或更多個(gè)溫度傳感器單元的過程，其中將單個(gè)專用的溫度傳感器單元分配到各個(gè)測(cè)量位置。
[0020]另外，該生產(chǎn)方法非常適于制造具有許多測(cè)量位置、接觸墊的傳感器，以用于引出用來確定例如溫度、測(cè)量位置之間的溫差、壓力、濕氣和/或流速的不同參數(shù)的傳感器信號(hào)和/或用于施加電壓以例如供應(yīng)電阻加熱器和/或運(yùn)行傳感器，因?yàn)樗@得的結(jié)合連接部占用更少空間，這使得能夠在傳感器上設(shè)置大量的結(jié)合連接部。因此，可以在相同直徑的熱分析傳感器上設(shè)置兩到三倍的結(jié)合連接部并且特別是甚至五倍的結(jié)合連接部。
[0021]溫度傳感器單元可以配置成具有形成在傳感器的頂側(cè)上的一個(gè)或多個(gè)傳感器層中的至少兩個(gè)熱電偶的熱電偶布置。溫度傳感器單元還可以包括一個(gè)或多個(gè)基于電阻的溫度傳感器，例如，Pt-1OO傳感器。
[0022]作為方法更進(jìn)一步的部分，能在傳感器的頂側(cè)上形成至少一個(gè)加熱電阻器和至少另一電接觸墊以及穿過傳感器的另一通道，其中用來加熱至少一個(gè)測(cè)量位置的加熱電阻器經(jīng)由電接觸墊和另一金屬線連接至供電電源，并且其中在電接觸墊與形成在另一金屬線的上端處的金屬球之間形成結(jié)合接頭形式的材料上整體連接。優(yōu)選是，加熱電阻器經(jīng)由兩個(gè)接觸墊結(jié)合到兩個(gè)金屬線上。
[0023]因此，該方法特別適于生產(chǎn)具有不同元件的傳感器，所述元件設(shè)置在傳感器頂側(cè)上并且必須電地連接。
[0024]溫度傳感器單元、加熱電阻器和/或電接觸墊優(yōu)選按厚膜或者薄膜技術(shù)地生產(chǎn)在傳感器的頂側(cè)上。
[0025]用于結(jié)合的金屬線優(yōu)選包含至少一種下列金屬或者其合金:金、鈀和銅。由于其材料性質(zhì)，這些金屬或者合金對(duì)形成金屬球并且隨后結(jié)合到接觸墊上是特別有利的。
[0026]金屬線可能具有大致在0.0lmm到0.25mm之間的直徑，特別是大約0.1mm的直徑。
[0027]金屬球優(yōu)選成形成具有測(cè)得的線直徑的一到五倍的直徑?？梢越?jīng)由實(shí)驗(yàn)條件來非常精確地控制金屬球的尺寸。對(duì)于具有0.1mm直徑的金線，形成球需要大約2到5kV的火花放電。
[0028]熱分析傳感器的電子電路可以如此設(shè)計(jì)，即，傳感器可用于根