Im Stand der Technik sind Platin-Meßwiderstände in Dünn- schichttechnik für Anwendungen in Temperaturbereichen bis 600°C weit verbreitet. Je nach Temperaturbereich und Ein- satzgebiet wurden unterschiedliche Ausführungsformen ent- wickelt. Besonderes Interesse besteht seit einigen Jahren an Ausführungsformen, die für den Einsatz bei höheren Tempera- turen (z. B. bis 800°C oder sogar bis über 1.000°C) geeignet sind. Solche Platin-Meßwiderstände sind z. B. in den nach- veröffentlichten DE 199 01 183 A und DE 199 01 184 beschrie- ben.

Bei Massenanwendungen ist aber häufig neben einer zuver- lässigen Funktion vor allem auch die kostengünstige Her- stellung von zentraler Bedeutung.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen- den Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige Vorrichtung zur Hochtemperaturerfassung, und ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Hochtemperaturerfassung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Hoch- temperaturerfassung mit einem Hochtemperaturmeßfühler mit einem Hochtemperaturmeßelement, einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß, wobei der erste Anschluß und der zweite Anschluß aus einem hochtemperaturstabilen Material hergestellt sind, einem länglichen Gehäuse mit einem ersten Ende, benachbart zu dem der Hochtemperaturmeßfühler ange- ordnet ist, und einer ersten Leiterbahn und einer zweiten Leiterbahn, die aus einem hochtemperaturstabilen Material hergestellt sind, mit dem ersten Anschluß und dem zweiten Anschluß des Hochtemperaturmeßfühlers verbunden sind und sich in Richtung eines zweiten Endes des Gehäuses er- strecken, und einer Anschlußstelle zum Abgreifen eines durch den Hochtemperaturmeßfühler erzeugten Signals, die benach- bart zu dem zweiten Ende des Gehäuses angeordnet ist.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstel- lung einer Vorrichtung zur Hochtemperaturerfassung, bei dem zunächst ein Hochtemperaturmeßfühler bereitgestellt wird, der ein Hochtemperaturmeßelement, einen ersten Anschluß und einen zweiten Anschluß umfaßt, wobei der erste Anschluß und der zweite Anschluß aus einem hochtemperaturstabilen Mate- rial hergestellt sind und mit dem Hochtemperaturmeßelement verbunden sind. Der Hochtemperaturmeßfühler wird in einer Ausnehmung eines ersten Keramiksubstrats angeordnet, die benachbart zu einem ersten Ende des ersten Keramiksubstrats angeordnet ist. Das erste Keramiksubstrat wird mit einem zweiten Keramiksubstrat verschmolzen, so daß eine auf dem zweiten Keramiksubstrat angeordnete Leiterbahn mit dem er- sten Anschluß des Hochtemperaturfühlers verbunden ist, wobei sich die Leiterbahn zu einem zweiten Ende des zweiten Kera- miksubstrats erstreckt. Abschließend wird das erste Keramik- substrat mit einem dritten Keramiksubstrat verschmolzen, so daß eine auf dem dritten Keramiksubstrat angeordnete Leiter- bahn mit dem zweiten Anschluß des Hochtemperaturmeßfühlers verbunden ist, wobei sich die Leiterbahn zu einem zweiten Ende des dritten Keramiksubstrats erstreckt. Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vor- liegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Platin-SMD-Chip ; Fig. 2a die einzelnen Keramiksubstrate, aus denen das Ge- bis 2d hausse hergestellt wird ; Fig. 3 das aus den Keramiksubstraten zusammengesetzte Ge- häuse ; und Fig. 4 einen Hochtemperatursensor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für gleiche oder ähnliche Elemente in unterschiedlichen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Die vorliegende Erfindung geht aus von sogenannten SMD- Chips, die kostengünstig herstellbar sind und für Anwendun- gen im niedrigen Temperaturbereich, z. B. bis 150°C mit lötbaren Kontakten, bekannt sind. Für den Einsatz bei sehr hohen Temperaturen sind jedoch beträchtliche Modifizierungen notwendig, um einen zuverlässigen Schutz der Platinwider- standsschicht in widrigen Umgebungsbedingungen sicherzustel- len (Verhinderung der Diffusion problematischer Fremdstoffe in das Platin) und um eine sichere Kontaktierung der elek- trischen Zuleitungen für den Meßstrom zu gewährleisten. Ins- besondere ist darauf zu achten, daß nur geeignete Materia- lien verwendet werden, welche durch den notwendigen Meßstrom bei den angestrebten hohen Einsatztemperaturen nicht elek- trochemisch zersetzt werden. Zunächst ist ein geeigneter SMD-Chip zu erstellen, der sich von herkömmlichen Ausführungen dadurch unterscheidet, daß der auf einem Keramiksubstrat aufgebrachte und bereits strukturierte Platinfilm nicht durch eine Schutzglasur abge- deckt ist und die Kontaktierungsflachen nicht aus Silber oder einer Silberlegierung (z. B. Ag/Pd), sondern aus reinem Platin bestehen.

In Fig. 1 ist ein solcher SMD-Chip 100 gezeigt, der ein Ke- ramiksubstrat 102 umfaßt, das beispielsweise aus A1203 her- gestellt ist. Auf einer ersten Hauptoberfläche 104 des Kera- miksubstrats 102 ist ein strukturierter Meßfilm 106 aufge- bracht, der beispielsweise aus Platin oder einem schwach mit Rhodium legierten Platinfilm besteht. Ein erster Anschluß 108 ist gebildet, der mit einem ersten Ende 110 des Meßfilms 106 verbunden ist. Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, erstreckt sich der erste Anschluß 108 von der ersten Hauptoberfläche 104 des Keramiksubstrats 102 über Seitenflächen desselben auf die zweite Hauptoberfläche des Keramiksubstrats 102. Auf gleiche Art ist ein zweiter Anschluß 112 gebildet, der mit einem zweiten Ende 114 des Meßfilms 106 verbunden ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Meßfilm 106, der erste Anschluß 108 und der zweite Anschluß 112 aus dem gleichen, hochtemperaturstabilen Material gebil- det, wie z. B. Platin. Bei einem weiteren Ausführungsbei- spiel können jedoch auch unterschiedliche Materialien ver- wendet werden, sofern diese die erforderliche Hochtempera- turstabilität aufweisen. Mögliche Materialien sind Platinle- gierungen bzw. für einfache Anwendungen (ca. 800°C) Nickel oder Nickellegierungen.

Der in Fig. 1 dargestellte SMD-Chip 100 stellt somit einen Hochtemperaturmeßfühler dar, wobei durch den Film 106 ein Hochtemperaturmeßelement gebildet ist.

Anhand der Fig. 2 werden nachfolgend die einzelnen Keramik- substrate näher beschrieben, aus denen das Gehäuse der er- findungsgemäßen Vorrichtung hergestellt wird.

Fig. 2a zeigt ein erstes bzw. unteres Keramiksubstrat bzw.

Keramikdeckplättchen 200, wobei hier diejenige Oberfläche dargestellt ist, die beim zusammengesetzten Gehäuse dem Hochtemperaturmeßfühler bzw. SMD-Chip gegenüberliegt. Diese Seite wird der Einfachheithalber als"Innenseite"bezeich- net. In Fig. 2a ist derjenige Bereich gestrichelt darge- stellt, in dem das Keramiksubstrat 200 mit dem SMD-Chip 100 überlappend angeordnet ist. Das zweite Ende des Keramiksub- strats 200 ist mit dem Bezugszeichen 204 versehen. Auf der Innenseite des Keramiksubstrats 200 ist eine Leiterbahn 206 aus einem hochtemperaturstabilen Material gebildet, wie z. B.

Platin oder Platinlegierung (z. B. PtRh).

Benachbart zu dem ersten Ende 202 des Keramiksubstrats 200 weist die Leiterbahn 206 eine Kontaktanschlußfläche 208 auf, mittels der beim Zusammenbau die Leiterbahn 206 über den Kontakt 208 mit dem ersten Anschluß 108 (siehe Fig. 1) des SMD-Chips 100 kontaktiert wird. Wie zu erkennen ist, er- streckt sich die Leiterbahn 206 ausgehend von der Kontakt- stelle 208 in Richtung des zweiten Endes 204 des Keramik- substrats 200, wobei an dem Ende der Leiterbahn 206, welches benachbart zum zweiten Ende 204 des Keramiksubstrats 200 an- geordnet ist, eine Durchkontaktierung 210 vorgesehen ist, mittels der die Leiterbahn 206 von der in Fig. 2a darge- stellten"Innenseite"des Keramiksubstrats 200 auf die in Fig. 2b teilweise dargestellte"Außenseite"212 des Keramik- substrats 200 geführt wird. Wie in Fig. 2b zu erkennen ist, ist auf der"Außenseite"212 des Keramiksubstrats 200 eine Anschlußfläche 214 angeordnet.

Bei einer anderen Leiterbahnführung kann auf die Durchkon- taktierung (Fig. 4) verzichtet werden. Hierbei umfaßt das erste (mittlere) Keramiksubstrat am zweiten Ende auf Vorder- und Rückseite eine Metallisierung von ca. 3mm Länge. Die beiden äußeren Keramiksubstrate (zweites und drittes Kera- miksubstrat) werden bei dieser Ausführungsform ca. 2mm kür- zer gehalten. Im Bereich des zweiten Endes des zweiten und dritten Keramiksubstrats liegt dann jeweils eine Überlappung mit der Metallisierung des ersten Keramiksubstrats vor, und außerhalb der Überlappungszone bilden die Metallisierungen des ersten Keramiksubstrats jeweils eine Anschlußfläche, z. B. für das Anschweißen eines Anschlußdrahtes.

Bei einer Ausführung, bei der beide (Draht-) Kontakte auf einer Seite des fertigen Sensorelements liegen sollen, kann eine Kombination der beschriebenen Leiterbahnführungen ver- wendet werden (1 x Durchkontaktierung-1 x Überlappung).

Das Keramiksubstrat 200 ist an seiner Umrandung mit einer Glasur 216 versehen, die beim Zusammenfügen der einzelnen Elemente des Gehäuses für eine hermetische Verschmelzung der einzelnen, teilweise noch zu beschreibenden Keramiksubstrate führt.

In Fig. 2c ist ein zweites Keramiksubstrat 230 gezeigt, das aus dem gleichen Material hergestellt ist, wie das anhand der Fig. 2a und 2b beschriebene erste Substrat 200. Das zweite Keramiksubstrat 230 bzw. das mittlere Keramik- plättchen 230 umfaßt keine Leiterbahnstrukturen, sondern es ist lediglich eine Ausnehmung bzw. ein Ausschnitt 232 vorge- sehen, in den der anhand der Fig. 1 beschriebene SMD-Chip 100 (gestrichelt dargestellt) eingelegt wird. Die Ausnehmung 232 ist benachbart zu einem ersten Ende 234 des zweiten Ke- ramiksubstrats 230 angeordnet, und das zweite Ende des Kera- miksubstrats 230 ist mit dem Bezugszeichen 236 versehen.

Fig. 2d zeigt ein"oberes"Keramikdeckplättchen bzw. ein drittes Keramiksubstrat 260, das bezüglich seines Aufbaus im wesentlichen identisch zu dem anhand der Fig. 2a beschrie- benen Keramikplättchen 200 ist, mit Ausnahme der Tatsache, daß sich die Kontaktfläche 262 zur Kontaktierung des zweiten Anschlusses 112 (siehe Fig. 1) des SMD-Chips 100 weiter von dem ersten Ende 264 des dritten Keramiksubstrats 260 befin- det, was durch die unterschiedliche Anordnung der entspre- chenden Anschlüsse auf dem SMD-Chip 100 hervorgerufen wird.

Wie schon der anhand der Fig. 2a beschriebene Kontakt 208 dient auch der Kontakt 262 zur elektrischen Kontaktierung des SMD-Chips 100 über den zweiten Anschluß 112 (siehe Fig.

1). Ausgehend von dem Kontakt 262 erstreckt sich eine Lei- terbahn 266 in Richtung des zweiten Endes 268 des dritten Substrats 260, wobei die Leiterbahn 266 aus den gleichen Ma- terialien hergestellt sein kann, wie die anhand der Fig. 2a beschriebene. In Fig. 2d ist, ähnlich wie in Fig. 2a, die "Innenseite"des Keramiksubstrats 260 gezeigt, also diejeni- ge Seite, die dem zweiten Substrat 230 nach dem Zusammenbau gegenüber liegt. Benachbart zu dem zweiten Ende 268 des dritten Substrats 260 ist eine Durchkontaktierung 270 vorge- sehen, über die, ähnlich wie bei dem ersten Keramiksubstrat die Leiterbahn 266 auf die"Außenseite"herausgeführt wird und dort mit einem, in Fig. 2d nicht dargestellten, Anschluß verbunden ist.

Wie oben erwähnt, wird der anhand der Fig. 1 beschriebene SMD-Chip 100 in einem speziellen Keramikaufbau, bestehend aus dem ersten bis dritten Keramiksubstrat 200,230,260 gehäust, wobei die Chip-Anschlußflächen bzw.-Kontaktflächen 108,112 mit den vorgesehenen Platinleiterbahnen 206,266 des jeweiligen unteren bzw. oberen Keramikdeckplättchens 200,260 kontaktiert werden. Der Aufbau der Keramikgehäuse besteht somit aus insgesamt drei übereinander gelegten Plättchen 200,230,260, die z. B. eine typische Abmessung von 25 mm x 3 mm x 0,3 mm (Länge, Breite, Dicke) aufweisen können. Das untere und das obere Deckplättchen 200,260 weisen jeweils eine in Längsrichtung geführte Platinleiter- bahn 206,266 auf, die jeweils an einem Ende zu einer äuße- ren Kontaktfläche 214 durchkontaktiert sind, wie dies in Fig. 2a und 2d gezeigt ist. Das mittlere Plättchen 230 weist den rechteckigen Ausschnitt 262 auf, in welchen der SMD-Chip 100 eingelegt werden kann, wie dies in Fig. 2c gezeigt ist.

In Fig. 3 ist das Gehäuse 300 dargestellt, welches sich durch die Verbindung der drei Keramikplättchen 200,230 und 260 ergibt. Neben den bereits anhand der Fig. 2 beschrie- benen Elementen ist in Fig. 3 ferner der Anschluß 302 auf der Außenseite des dritten Substrats 260 zu erkennen, zu dem die Leiterbahn in dem dritten Substrat 260 über die Durch- kontaktierung 270 herausgeführt wird.

In der Prozeßabfolge kann zunächst das untere Keramikdeck- plättchen 260 mit dem mittleren Keramikplättchen 230, z. B. mittels der auf das untere Deckplättchen partiell aufge- brachten Glasurpaste 272 (siehe Fig. 2d), dicht verschmolzen werden. Die Platinleiterbahn 266 auf der Innen-bzw. Ober- seite des unteren Plättchens 260 ist so geführt, daß sie bis zur"vorderen"Kontaktposition des SMD-Chips 100 in den Aus- schnitt 262 des darüber gelegten mittleren Plättchens 230 hineinragt.

Auf dieses Leiterbahnstück innerhalb des Ausschnitts 262 wird nun ein kleiner"Tropfen"Dickschicht-Leiterpaste (z. B. Platin) aufgebracht, und anschließend wird der SMD- Chip 100 so in den Ausschnitt gelegt, daß ein Kontaktan- schluß 112 des SMD-Chips 100 mit dieser unteren Leiterbahn 266 elektrisch verbunden ist. Nun wird der gegenüberliegende Kontaktanschluß 108 des SMD-Chips 110 auf der Oberseite mit einem"Tropfen"Platin-Dickschichtpaste versehen und das obere Kermikdeckplättchen 200 (Leiterbahn 206 nach unten weisend) so auf das mittlere Keramikplättchen 230 gelegt, daß der eingelegte SMD-Chip 100 mittels der vorher aufge- brachten Platin-Paste mit der nach unten weisenden Leiter- bahn 206 des oberen Keramikdeckplättchens 200 elektrisch verbunden ist. Die Unter-bzw. Innenseite des oberen Kera- mikdeckplättchens 200 wurde in einem vorangehenden Prozeß- schritt bereits partiell mit einer Glasurschicht 216 ver- sehen, so daß das Deckplättchen 200 mit dem mittleren Plättchen 230 samt SMD-Chip 100 bei einem Einbrennprozeß dicht verschmolzen werden kann. Der gerade beschriebene Einbrennprozeß erfolgt bei einer Temperatur zwischen 1200°C und 1450°C für eine Zeitdauer von ca. 30min (Peak-Dauer).

Für die Glasurpaste wird vorzugsweise eine Fritte 1 aus Si02 (46, 6%), BaO (39, 2%), A1203 (12,7%), CaO (0,5%), SrO (0,5%) oder eine Fritte 2 aus Si02 (20,5%), A1203 (55,0%), CaO (19,0%), MgO (5,5%) verwendet (Gewichtsprozente in Klammern).

Auf die oben beschriebene Art und Weise ist das SMD-Element innerhalb der drei Keramikplättchen 200,230,260 hermetisch dicht eingeschlossen und die elektrische Verbindung über die Leiterbahnen 206,266 und die Durchkontaktierungen 210,270 auf die äußeren Kontaktflächen 214,302 geführt.

Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gegeben, daß satt des ersten, zweiten und dritten Keramikplättchens eine soge- nannte"grüne Keramik"verwendet wird. Hierbei entfällt das Aufdrucken der zur Verschmelzung der Keramikplättchen not- wendigen Glasurpaste, da die drei grünen Keramikfolien (be- reits mit SMD-Chip bestückt und Pt-Leiterpaste bedruckt) durch einen entsprechenden Brennvorgang der Gesamtschichtung (T > 1200°C) in sich hermetisch dicht versintern.

Dieser Aufbau bietet-bei entsprechender Gesamtlänge des Gehäuses 300-die Möglichkeit, daß der äußere Kontaktan- schluß 214,302 bereits auf einer deutlich geringeren Tem- peratur liegt als die Sensorspitze (SMD-Chip).

Dieser Effekt kann noch weiter unterstützt werden, indem, wie dies nachfolgend anhand der Fig. 4 beschrieben wird, etwa in der Mitte der Vorrichtung eine"Trennwand"wirksam wird. In Fig. 4 ist ein Sensor 400 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, und dieser Sensor umfaßt das anhand der Fig. 3 beschriebene Ge- häuse 300. Wie zu erkennen ist, ist bei dem in Fig. 4 darge- stellten Beispiel an das Ende des Gehäuses 300, welches von dem SMD-Chip 100 beabstandet ist, die entsprechende Zulei- tung angebracht, und zwar in der Form eines ersten und eines zweiten Zuleitungsdrahts 402 und 404.

An einer Position entlang des Gehäuses 300, die näher an den Anschlußflächen 210 und 302 ist, ist eine Trennwand 406 aus Metall (z. B. Cr-Stahl) oder Keramik (z. B. A1203 oder Keramik 221) angeordnet. Zwischen dem Gehäuse 300 und der Trennwand 406 ist eine Dichtungsmasse 408 angeordnet, die z. B. aus einer Glasur mit einem geeigneten thermischen Ausdehnungs- koeffizienten (Fritte 1) oder aus einer Keramikpaste (z. B.

Cotronics 989) hergestellt ist.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Kontaktstellen 210,302 für die elek- trischen Zuleitungen 402,404, die insbesondere bei den vor- liegenden extrem hohen Temperaturen einer erheblichen ther- mischen Belastung ausgesetzt werden, kostengünstig in eine Zone wesentlich niedriger Temperatur gelegt werden können.

Die Kosten für die"langen"Keramikplättchen 200,230,260 der Gehäuse 300 sind pro Fläche wesentlich günstiger als die Kosten der platinbeschichteten Dünnfilm-Keramik für den Tem- peratursensor bzw. den Hochtemperaturmeßfühler 100. Die Größe der SMD-Elemente 100, die das sensitive Teil darstel- len, kann dagegen relativ klein und dadurch kostengünstig gehalten werden.

Ein weiterer, ebenfalls sehr wesentlicher Vorteil kann mit dem beschriebenen Aufbau erreicht werden, wenn eine kurze Ansprechzeit für den Temperatursensor benötigt wird. Hier läßt sich durch günstig gewählte Abmessungen (dünne Keramik- plättchen) einerseits, sowie insbesondere durch den mögli- chen Verzicht auf ein zusätzliches Schutzrohr für den Tempe- raturfühler, das in herkömmlichen Aufbauten normalerweise erforderlich ist, eine optimale Ankopplung an das Meßmedium erreichen.