Derzeit werden solche Heizelemente mit Widerstandsdrähten hergestellt, wobei deren Durchmesser im Hinblick auf Erzielung einer hohen Aufheizrate sehr gering gewählt werden muß (etwa lOIlm). Bei einer vorgegebenen Drahtlänge kann für einen bestimmten Widerstandsdraht der Widerstandswert nur über den Drahtquerschnitt variiert werden. Soll ein breites Widerstandswertespektrum abgedeckt werden, so stößt man sehr bald an die technischen Grenzen im Hinblick auf Aufheizrate, Handhabbarkeit und Montagemöglichkeit des Drahtes.

Aus der US 3,998,980 A ist ein Dickschichtwiderstand als Pixelelement mit vorgegebenem Widerstandswert für Thermodruckeranwendungen bekannt, der in mehreren Drucklagen auf ein mit einem kristallisierenden Glas als Wärmebarriere beschichteten Keramiksubstrat aufgebracht wird, wobei die Dicke des Widerstands im Bereich von 12,5 um bis 254um liegt.

Als Widerstandsmaterial wird ein Wismuthruthenat-Pastensystem verwendet. Um die für ein Druckerelement erforderliche plane Widerstandsoberfläche zu erhalten, wird der Widerstand geläppt, wobei der Läppprozeß nach jeder Drucklage oder aber auch als letzter Verfahrensschritt angewandt werden kann. Der Läppprozeß dient auch zum Einstellen des Widerstandswertes und des Widerstandstemperaturkoeffizienten. Ein nachfolgender Temperprozeß soll dazu beitragen, die Ausbildung von Mikrorissen in der Widerstandsschicht zu vermeiden, die im Zuge der Alterung zu einer Widerstandserhöhung ftihren könnte. Nachteilig bei dieser Ausführungsform eines Heizelementes ist es, daß der Widerstand als Dickschichtbauelement und nicht als Dünnschichtstruktur ausgeführt ist, wodurch aufgrund dessen Wärmekapazität eine bestimmte Aufheizrate nicht unterschritten werden kann

Aus der EP 0 471 138 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Meßwiderstands mit einem vorgegebenen Temperaturkoeffizienten bekannt, bei dem ein Aluminiumoxid-Keramiksubstrat mit einem Platin-Dünnfilm versehen wird, auf den anschließend im Siebdruckverfahren eine Schicht aus einem Präparat, das Platin-und Rhodiumresinat enthält aufgebracht wird, wobei dessen Rhodiumgehalt für den angestrebten

Temperaturkoeffizienten mal3geblich ist. Der beschichtete Träger wird einer Wärmebehandlung im Bereich von 1000 bis 1400°C so lange unterzogen, bis sich das Rhodium in der sich bildenden Widerstandsschicht gleichmäßig verteilt hat. Der Rhodiumgehalt der Schicht liegt im Bereich von 0,1% bis 12% bezogen auf den Gehalt von Platin und Rhodium. Durch Variation des Rhodiumgehalts der Widerstandsschicht läßt sich der Temperaturkoeffizient von Meßwiderständen auf der Basis von Platinlegierungen im Bereich von 1600 bis 3850 ppm/K exakt einstellen. Dieses Verfahren ist nicht darauf ausgerichtet, den spezifischen Flächenwiderstand der Widerstandsschicht exakt einzustellen.

In der WO 96/01983 AI ist ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors zum Erfassen von Temperatur und/oder Strömung beschrieben, wobei der Sensor von einer strukturierten Widerstandsschicht auf einem Träger gebildet wird. Diese ist eine Platin-Rhodiumschicht, die aus einer getemperten Platinresinat/Rhodiumresinat-Mischung besteht. So kann beispielsweise durch eine Mischung von 99% Platinresinatpaste und 1% Rhodiumpaste eine Platin-Rhodiumwiderstandsschicht mit einem Temperaturkoeffizienten von 3500 ppm/°C realisiert werden. Auch dieses Verfahren ist nicht darauf ausgerichtet, den spezifischen Flächenwiderstand der Widerstandsschicht exakt einzustellen.

Aus der EP 0 576 017 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes bekannt, wobei eine Dünnfilmschicht ein Heizelement bildet, das in einer Zeitspanne von einigen Mikrosekunden auf eine Temperatur von 300°C erhitzt und sodann wieder auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Die Kontaktflächen für die Dünnfilmheizelemente werden mit Au-oder Pt-Resinatpasten, hergestellt. Diese Kontaktflächen sind nicht lötbar. Der Dünnfilm wird von einer Resinatpaste gebildet, die beispielsweise Metallegierungen wie WNi, ZrCr, Talr, TaFe oder ZrNi enthält. Das Schwergewicht wird auf die Kompatibilität mit der Tinte gelegt, wogegen Möglichkeiten der Variation des spezifischen Flächenwiderstands außer acht gelassen werden.

Aus der DE-OS-2 020 016 ist ein Metallschichtzündmittel bekannt, das auf einem Isolierkörper aus Glas oder Kermaik aufgebaut wird. Auf diesem werden im Siebdruck- verfahren zwei Kontaktierungsflächen beispielsweise mit Palladium-Palladiumsilber-, Palladium-Gold-, Platin-Silber-, Nickel-oder Silber-Aluminium-Dickschichtleiterpaste

aufgebracht, die einem Sinterprozeß bei einer Temperatur zwischen 1000°C und 1100°C unterworfen werden. Anschließend wird eine Tantal-oder Tantalnitridschicht aufgedampft, die in einem photolithograhischen Verfahren zu einer Zündbrücke strukturiert wird, wobei diese die Randzonen der beiden Kontaktflächen überlappt. Die Länge und Breite der Zündbrücke variiern vorzugsweise zwischen 50 und 100 und die Dicke zwischen 0,2um und 1,51lm. Als Nachteil bei diesem Verfahren ist der hohe technologische Aufwand, der durch den Einsatz von zwei unterschiedlichen Technologien, nämlich der Dickschichttechnik (Siebdruckverfahren) und der Dünnschichttechnik (Aufdampftechnik) gegeben ist, zu nennen.

Weiters ist der photolithographische Prozeß zur Strukturierung der Zündbrücke nicht problemlos anzuwenden, da die aufgebrachten Dickschichtkontaktflächen die Planität der Oberfläche beeinträchtigt. Aufgrund dieser Unebenheiten kann es beim Kontaktkopierver- fahren zu Unterstrahlungen kommen, was nachteilige Auswirkungen auf die Strukturwieder- gabetreue des Zündbrückenelements hat.

Für Zündelemente von Treibsätzen für Airbagsysteme ist aufgrund der Vorgaben für den Einbau in Gehäuse die Länge des Heizelements vorgegeben. Eine Erhöhung des Widerstandswertes der Widerstandsbahn ist bei vorgegebener Schichtdicke daher nur über eine Reduktion der Bahnbreite möglich. Der Verringerung der Bahnbreite sind dadurch Grenzen gesetzt, daß für ein zuverlässiges Zünden des Treibsatzes eine Mindestwiderstands- fläche für die Wärmeübertragung nicht unterschritten werden darf.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren für die Herstellung eines Heizelements anzugeben, nach dem eine AuPd-Resinatwiderstandsschicht vorgegebener Schichtstärke durch Dotierung mit PdAtomen so behandelt wird, daß ein Schichtwiderstand mit gewünschtem spezifischem Flächenwiderstand im Bereich von 300mQ bis ca. 3Q einstellbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs I gelöst.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als Träger eine Aluminiumoxidkeramik verwendet ; es ist auch möglich, einen Träger aus einem Stahlsubstrat zu verwenden. Als thermisch bzw. auch als elektrisch isolierende Zwischenschicht wird auf die genannten Träger eine Glas-oder Glaskeramikbeschichtung aufgebracht, wobei letztere aus SiO2, BaO, Al2OI und einer anorganischen Farbstoffverbindung besteht, wie

beispielsweise als Pastensystem unter der Bezeichnung IP 211 bzw. als ungebrannte Keramikfolie unter der Bezeichnung HERATAPE T5 oder T211 bei der W. C. Heraeus GmbH, Hanau, erhältlich. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dal3 im Hinblick auf eine gleichmäßige Schichtherstellung und reproduzierbare naßchemische Strukturierung der Resinatwiderstandsschicht die Glas-oder Glaskeramikbeschichtung, die als Wärmebarriere auf das Keramik-oder Stahlsubstrat aufgebracht wird, gegebenenfalls geläppt und poliert werden muß. Die getrocknete und gesinterte Glas-oder Glaskeramikschicht wird in diesem Fall daher so lange geläppt und poliert, bis eine spiegelnde Oberfläche erzielt wird. Die AuPd-Dünnfilmwiderstandsbeschichtung wird sodann im Siebdruckverfahren auf den Träger aufgebracht. Das aufzubringende Präparat ist vorzugsweise ein Resinatsystem, bestehend aus 22Masse% Au und 1 Masse% Pd, die in einer Lösung von Kunstharz und organischen Bindemitteln verteilt sind, und das unter der Bezeichnung RP 26001/59 bei der W. C. Heraeus GmbH, Hanau erhältlich ist. Nach Auftragen der Resinatschicht im Siebdruckverfahren wird diese bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 150°C getrocknet und anschließend bei einer Temperatur im Bereich zwischen 850 und 900°C gebrannt, wobei die organischen Lösungsmittel verdampfen bzw. verbrennen. Die nach diesem Verfahren hergestellte Schicht weist eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 1,5um auf. In einem anschließenden Verfahrensschritt wird die Widerstandsschicht beispielsweise durch naßchemische Ätzverfahren oder Sputterätzen in Form eines Streifens, die eine Bahnverengung aufweist, strukturiert. Es liegt hiebei der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß entsprechend Anordnung und Ausdehnung der Bahnverengung, die Temperaturverteilung auf der Widerstandsbahn dahingehend gezielt verändert werden kann, daß die Spitzentemperatur sich an gewiinschten Stellen und Bereichen der Widerstandsbahn einstellt. An beiden Enden des Schichtwiderstands sind Kontaktfelder für die äußeren Anschlüsse vorgesehen. Die Kontaktfelder werden ebenfalls im Siebdruckverfahren aufgebracht, wobei hiefiir AgPd-Leiterpasten mit unterschiedlichen Pd-Anteil verwendet werden (Ag : Pd-Verhältnis zwischen 1,7 : 1 und 26 : 1). Es sind dies beispielsweise AgPd-Leiterpasten der Serie C1200 der W. C. Heraeus GmbH, Hanau. Über die AgPd-Kontaktierung erfolgt die Dotierung der Widerstandsbalm mit Pd. Es liegt hiebei der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß der Widerstandswert einer Widerstandsbahn, aufgebaut mit einer AuPd-Resinatschicht durch Kontaktieren mit einer AgPd-Dickschichtleitermetalliserung mit unterschiedlichem Pd-Anteil gezielt modifiziert werden kann. In Abhängigkeit vom Palladium-Anteil in der

AgPd-Leiterpaste kann nach einem Temperprozeß der spezifische Flächenwiderstand der Widerstandsbahn für eine Widerstandslänge Imm im Bereich von 310mOhm bis 30hm eingestellt werden : es wird lediglich der Palladiumanteil der AuPd-Legierung des Dünnfilmwiderstands ohne Änderung der Schichtdicke variiert. Es ist aus technologischen Gründen nicht möglich, eine AuPd-Resinatpaste in ihrer Grundzusammensetzung bereits mit höherem Pd-Anteil herzustellen.

Die Erfindung schafft weiters ein Verfahren zum Herstellen eines Heizelements mit hoher Aufheizrate mit einem Grundkörper, einer thermischen Isolationslage und einer strukturierten Widerstandsschicht mit Kontaktierungen, die auf der Isolationslage angeordnet sind, gelöst durch folgende Verfahrensschritten : * Drucken einer Glas-oder Glaskeramikpaste (Sintertemperatur : 850°C bis 1100°C) mittels Siebdruckverfahrens zur Realisierung einer thermischen Isolationslage auf einem Aluminiumoxid-oder Stahlsubstrat ; * Trocknen der aufgedruckten Paste (bei ca. 150°C) ; * Sintem der Paste ; * Wiederholen der genannten Prozeßschritte auf dem gleichen Trägerkörper bis die gewünschte Gesamtschichtdicke erreicht ist ;

* Bei Bedarf (zu hohe Oberflächenrauhigkeit) Läppen und Polieren der gesinterten Glas-oder Glaskeramikbeschichtung bis eine spiegelnde Oberfläche erreicht ist ; * Tempern des Substrats mit der geläppten und polierten Glas-oder Glaskeramikbeschichtung, um mechanische Spannungen abzubauen, die zu Mikrorissen führen könnten ; * Drucken der Resinatpaste mittels Siebdruckverfahrens auf die Glas-oder Glaskeramikbeschichtung ; * Trocknen der aufgedruckten Paste (bei zwischen 80°C und 150°C) ; * Sintern der Paste (850°C) ; * Strukturieren der Widerstandsbahnen durch naßätztechnische Verfahren oder Sputterätzen ; * Drucken der Pd-hältigen Dickschichtleiterpasten zur Kontaktierung der Resinatwiderstandsbahnen mittels Siebdruckverfahrens auf die geläppte und polierte Glas- bzw. Glaskeramikbeschichtung ; * Trocknen der aufgedruckten Paste (bei ca. 150°C) ; * Sintern der Paste (zwischen 850°C und 950°C) ;

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. I zeigt eine Schnittdarstellung von einem Heizelement mit hoher Aufheizrate gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Das Heizelement (100) umfaßt ein Substrat (101), das mit einer geläppten und polierten Glas-oder Glaskeramikbeschichtung (102) versehen sein kann, auf der eine Resinat-Widerstandsbahn (103) angeordnet ist, die mit einer Dickschichtleiterbahn- metallisierung (104,104') mit aufsitzendem Lötstopdamm (105, 105') kontaktiert wird.

Das Substrat (101) ist in einer Ausfiihrungsform eine Aluminiumoxidkeramik mit einer Reinheit von 96-99%, wobei der Rest aus anderen Oxiden besteht. Auf das Substrat wird eine Glas-oder Glaskeramikbeschichtung (102) mit handelsüblichen Pastensystemen der Firmen HERAEUS oder ESL im Siebdruckverfahren aufgebracht. Es werden vorzugsweise Pasten verwendet, die bei einer Temperatur 850°C gesintert werden können. Durch einen nachfolgenden Läpp-und Poliervorgang wird bei Bedarf die Oberflächenrauhigkeit Ra der Beschichtung von >0,6pm auf < 0,1 um reduziert, um auf ihr die Widerstandsbahn (103) porenfrei und in einheitlicher Schichtdicke aufbauen zu können. Mit dieser Glas-oder Glaskramikbeschichtung wird für das Heizelement eine Wärmebarriere aufgebaut, wobei folgende Prozeßschritte angewendet werden.

* Drucken der Glas oder Glaskeramikpaste mittels eines Siebdruckverfahrens auf ein Aluminiumoxidkeramiksubstrat mit einer Schichtdicke von etwa 801lu.

*Trocknen der aufgedruckten Paste bei 150°C über eine Zeitdauer von ca. l OMinuten.

* Sintem der getrockneten Paste in einem Durchlaufofen bei einer Temperatur von 850°C, wodurch sich eine Schichtdicke der Glas-oder Glaskeramikbeschichtung nach dem ersten Brennzyklus von 15pm ergibt.

* Wiederholen der ersten drei Prozeßschritte auf dem gleichen Substrat, bis eine Gesamtschichtdicke von ca. 45 um erzielt wird. Dies erfordert etwa drei Prozeßdurchläufe.

* Bei Bedarf Läppen und Polieren der Glas-oder Glaskeramikbeschichtung bis eine Oberflächenrauhigkeit <0,1 pm erzielt wird.

* Tempern des Substrats bei einer hohen Temperatur, vorzugsweise bei 850°C über eine 5 Zeitdauer von 1 Stunde.

Die Temperaturbehandlung bewirkt den Abbau der durch den Läpp-und Polierprozeß induzierten mechanischen Spannungen, die zur Ausbildung von Mikrorissen in der Glas-oder Glaskeramikbeschichtung und in der Folge auch in der Resinat-Widerstandsbahn flihren 10 könnte. Die Widerstandsbahn darf im Hinblick auf das schnelle Aufheizverhalten nur eine geringe Wärmekapazität besitzen. Dies wird einerseits durch Auswahl einer Metallisierungsschicht mit einer geringen spezifischen Wärmekapazität bzw. durch Miniaturisierung der Widerstandsbahn erreicht. Zur Herstellung der Widerstandsbahn (103) wird eine AuPd-oder Au-Resinatpaste verwendet, wobei folgende Verfahrensschritte 15 eingehalten werden.

*Drucken der Resinatpaste mittels Siebdruckverfahrens auf die unbearbeitete oder geläppte und polierte Glas-oder Glaskeramikbeschichtung mit einer Schichtdicke von etwa lOum.

20 *Trocknen der aufgedruckten Paste bei 150°C über einer Zeitdauer von 10 Minuten.

*Brennen der Paste in einem Durchlaufofen bei 850°C, wobei sich nach dem Brennzyklus eine Metallisierungsschichtdicke von etwa 0, m ergibt.

25 *Strukturieren der Widerstandsbahn durch naßchemische Ätzverfahren oder durch Sputterätzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Widerstandswert der AuPd-oder Au-Resinatwiderstandsbahn durch Kontaktieren mit Dickschichtleiterpasten 30 (104,104') auf der Basis AgPd in Abhängigkeit des Pd-Gehalts gesteuert werden kann. Es sind hiebei folgende Prozeßschritte einzuhalten :

* Drucken der AgPd-oder PdAu-Dickschichtleiterpaste mittels eines Siebdruckverfahrens überlappend die Widerstandsbahn mit einer Schichtdicke von etwa 30pm.

*Trocknen der aufgedruckten Paste bei 150°C über eine Zeitdauer von ca. lOMinuten.

* Sintern der getrockneten Paste in einem Durchlaufofen bei einer Temperatur von 850°C, wodurch sich für die Kontaktierung eine Schichtdicke von etwa 15 um ergibt.

* Tempern des Substrats bei einer hohen Temperatur, bevorzugterweise 850°C über eine Zeitdauer von etwa I Stunde.

Durch das Tempern wird eine gezielte Veränderung und danach eine Stabilisierung des Widerstandswertes erreicht.

Auf die Dickschichtleiterbahnkontakte (104,104') werden bei Bedarf Lötstopdämme (105, 105') mittels einer Glaspaste aufgebracht. Beim Anlöten von Drahtanschlüssen, sollen die Lotstopdämme ein Benetzen der Widerstandsbahn mit Lot und Flußmittel vermeiden, da dies zum Ablegieren bzw. zum Verschmutzen der Widerstandsbahn ruhren könnte. Für das Aufbringen des Lötstopdamms wird folgender Prozeßablauf eingehalten :

* Drucken einer Glaspaste mittels eines Siebdruckverfahrens als Stegstruktur auf die Leiterbahnkontakte mit einer Schichtdicke von etwa 40um.

*Trocknen der aufgedruckten Paste bei 150°C iiber eine Zeitdauer von ca. l OMinuten.

* Sintern der getrockneten Paste in einem Durchlaufofen bei einer Temperatur von etwa 500°C-600°C, wodurch sich für die Kontaktierung eine Schichtdicke von etwa 25pm einstellt.

Die Erfindung ist nicht auf das oben genannte Ausführungsbeispiel beschränkt. Als Grundkörper (101) kann anstelle der Aluminiumoxidkeramik auch ein ferritischer hochtemperaturfester Stahl verwendet werden. Die Glaskeramikschicht (102) kann nicht nur

im Siebdruckverfahren aufgebracht werden, sondern in Form einer"grünen" (ungebrannten) Keramikfolie auf den Grundkörper auflaminiert und anschließend gesintert werden.

Auf das Aufbringen einer Glas/Glaskeramikschicht kann verzichtet werden, wenn als Grundkörper bereits eine Glaskeramik bzw. eine Keramik mit geringer Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Zirkonoxid oder Magnesiumoxid eingesetzt wird. Die Oberfläche muß jedoch gegebenenfalls geläppt und poliert werden, um eine Oberflächenrauhigkeit <0, lum zu erzielen.