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Title:
METHOD FOR PRODUCING SELF-SUPPORTING MICRO-STRUCTURES, CONSISTING OF THIN, FLAT SECTIONS OR MEMBRANES, AND USE OF MICRO-STRUCTURES PRODUCED BY SAID METHOD AS A RESISTANCE GRID IN A DEVICE FOR MEASURING WEAK GAS FLOWS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/059824
Kind Code:
A1
Abstract:
Firstly, a supporting frame (1) is produced, whose opening (10) is spanned by an auxiliary layer (3) which lies flush with one side of said opening. Once the micro-structures, flat sections or membranes have been produced on the communal plane of auxiliary layer (3) and supporting frame (1), the auxiliary layer (3) is removed, preferably by using an etching process. In a preferred embodiment, the self-supporting micro-structures which have been produced according to the inventive method are used as an electrically heated resistance grid in a device for measuring weak gas flows.

Inventors:
TRAUSCH GUENTER ELMAR (DE)
Application Number:
PCT/DE2000/000890
Publication Date:
October 12, 2000
Filing Date:
March 23, 2000
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
TRAUSCH GUENTER ELMAR (DE)
International Classes:
G01F1/684; G01F1/692; B81C1/00; (IPC1-7): B81C1/00; G01F1/69
Foreign References:
EP0405637A21991-01-02
DE1573098B11971-12-16
EP0483662A21992-05-06
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 09 30 September 1996 (1996-09-30)
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, DE)
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von freitragenden Mikrostruk turen (51 ; 52 ; 53 ; 54 ; WG1 ; WG2), von dünnen Flachteilen oder von Membranen (71 ; 72), mit folgenden Schritten : a) Herstellung eines mit mindestens einer Öffnung (10) versehenen Trägerrahmens (1 ; TR1 ; TR2) ; b) Bildung einer Hilfsschicht (3), welche die Öffnung (10) des Trägerrahmens (1) einseitig bündig mit dem Träger rahmen (1 ; TR1 ; TR2) überspannt ; c) Ausbildung der Mikrostrukturen (51 ; 52 ; 53 ; 54 ; WG1 ; WG2), der Flachteile oder der Membranen (71 ; 72) auf der gemeinsamen Ebene von Hilfsschicht (3) und Träger rahmen (1 ; TR1 ; TR2) ; d) Entfernung der im Schritt b) gebildeten Hilfsschicht (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass auf den Trägerrahmen (l ; TR1 ; TR2) ; zunächst eine Klebefolie (2) derart aufgebracht wird, dass die Öffnung (10) des Trägerrahmens (1) eben überspannt wird, dass dann die Hilfsschicht (3) auf die Unterseite der Klebefolie (2) und die angrenzenden Bereiche des Trägerrahmens (1 ; TR1 ; TR2) aufgebracht wird und dass dann die Klebefolie (2) wieder ent fernt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass die Klebefolie (2) vor dem Aufbringen auf dem Trägerrahmen (l ; TR1 ; TR2) mit ihrer Rückseite auf einen Hilfsträger (21) aufkaschiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, dass als Klebefolie (2) eine Fotoresistfolie verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass die Fotoresistfolie nach dem Aufbringen auf den Trägerrahmen (1) durch Einwirkung von WStrahlung gehärtet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, dass die Fotoresistfolie nach dem Aufbringen der Hilfsschicht (3) in einem organischen Lösemittel oder in schwacher Lauge gelöst wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h gekennzeichnet, dass die Hilfsschicht (3) durch chemi sche Metallabscheidung und anschließende galvanische Verstär kung auf die Unterseite der Klebefolie (2) und die angrenzen den Bereiche des Trägerrahmens (1 ; TR1 ; TR2) aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h gekennzeichnet, dass die Hilfsschicht (3) durch Auf dampfen von Metall im Vakuum und anschließende galvanische Verstärkung auf die Unterseite der Klebefolie (2) und die an grenzenden Bereiche des Trägerrahmens (1 ; TR1 ; TR2) aufge bracht wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass im Schritt c) Mikrostruk turen (51 ; 52 ; 53 ; 54 ; WG1 ; WG2) additiv durch galvanische Metallabscheidung aufgebaut werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, dass zunächst eine Leitschicht (4) auf die gemeinsame Ebene von Hilfsschicht (3) und Trägerrahmen (1 ; TR1 ; TR2) aufgebracht wird und dass dann die Mikrostrukturen (51 ; 52 ; 53 ; 54 ; WG1 ; WG2) additiv durch galvanische Metallabscheidung auf der Leitschicht (4) aufgebaut werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h gekennzeichnet, dass im Schritt c) Mikrostrukturen (51 ; 52 ; 53 ; 54 ; WG1 ; WG2) substraktiv durch Strukturierung ganz flächig aufgebrachter Schichten erzeugt werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Schritt c) Mikrostruk turen (52 ; 53) unter Verwendung einer Distanzschicht (6) in zwei Ebenen aufgebaut werden und dass die Distanzschicht (6) im Bereich der Öffnung (10) des Trägerrahmens (1 ; TR1 ; TR2) wieder entfernt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durch gekennzeichnet, dass die Hilfsschicht im Schritt d) durch Ätzen entfernt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Distanzschicht (6) durch Ätzen ent fernt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass im Schritt c) eine Membran 871) auf die gemeinsame Ebene von Hilfsschicht (3) und Trägerrahmen (1) aufgebracht wird und dass auf der Membran (71) vor der Entfernung der Hilfsschicht (3) im Schritt d) Schaltungsele mente (81) erzeugt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass auf der gemeinsamen Ebene von Hilfsschicht (3) und Trägerrahmen (1) Schaltungselemente (82) erzeugt werden und dass dann eine Membran (72) aufgebracht wird, welche die Schaltungselemente einbettet.
17. Verwendung von nach einem der Ansprüche 1 bis 14 herge stellten freitragenden Mikrostrukturen (WG1, WG2) als elekt risch beheizbare Widerstandsgitter in einer Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen.
18. Verwendung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Widerstandsgitter (WG1, WG2) mit der Gasströmung in Wärmekontakt stehen und in eine Brückenschal tung eingeschaltet sind, in deren einer Diagonale eine Kon stantstromquelle (KS) und in deren anderer Diagonale mess wertverarbeitende oder messwertanzeigende Geräte (M) liegen.
19. Verwendung nach Anspruch 17 oder 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Widerstandsgitter (WG1, WG2) in einem Verbindungsrohr (R) zwischen einer ersten Kammer (K1) und einer zweiten Kammer (K2) liegen und senkrecht zur Strö mungsrichtung mit einem gegenseitigen Abstand zueinander an geordnet sind.
20. Verwendung nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Widerstandsgitter (WG1, WG2) mander förmig ausgebildet sind.
21. Verwendung nach Anspruch 19 oder 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Abstand zwischen den Widerstands gittern (WG1, WG2) durch ein dazwischen angeordnetes, rahmen förmiges Distanzstück (D) bestimmt ist.
22. Verwendung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Widerstandsgitter (WG1, WG2) auf Trägerrahmen (TR1 ; TR2) aus Glas angeordnet sind.
Description:
Beschreibung Verfahren zur Herstellung von freitragenden Mikrostrukturen, von dünnen Flachteilen oder von Membranen und Verwendung nach diesem Verfahren hergestellter Mikrostrukturen als Wider- standsgitter in einer Einrichtung zur Messung schwacher Gas- strömungen Flachteile mit Dicken unter 20 m bereiten aufgrund ihrer ge- ringen Festigkeit sowohl bei der Herstellung als auch bei der Handhabung und Montage Probleme. Derartige dünne Flachteile werden beispielsweise als optische Blenden, als Blenden für Korpuskularstrahlen oder als Bedampfungsschablonen für Metal- lisierungen im Vakuum verwendet.

Freitragende Mikrostrukturen mit Dicken unter 20 m werden unter anderem als Funktionsteile in Sensoren oder Aktoren verwendet. So werden beispielsweise bei einer aus der DE-C-15 73 098 bekannten Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen freitragende Mikrostrukturen in Form ebener Gitter benötigt, die in einem Rohr senkrecht zur Strömungs- richtung des Gases angeordnet werden.

In elektronischen Schaltungen werden elektrische Signale durch die kapazitive und induktive Wechselwirkung zwischen Leitungen, Isolationsschichten und Schaltungsträgern mit steigender Frequenz zunehmend verzerrt. Aus diesem Grunde sind für Hochfrequenzschaltungen Substrate in Gestalt von we- nigen Mikrometer dicken Membranen erwünscht. Bei der Herstel- lung und Handhabung derartiger Membranen ergeben sich die gleichen Probleme wie bei der Herstellung und Handhabung von freitragenden Mikrostrukturen oder von dünnen Flachteilen.

Düsen, Blenden und Funktionsteile in Sensoren und Aktoren können durch anisotropes und selektives Ätzen von Silizium hergestellt werden. Dabei nutzt man, dass bestimmte Ätzmedien wie heiße Kalilauge eine bevorzugte, an der Kristallstruktur

orientierte Ätzrichtung haben, und dass dotierte Bereiche und Siliziumdioxid ätzresistent sein können. Diese Technik erfor- dert eine teure Ausrüstung und sie ist auf Siliziumwerkstoffe beschränkt. Auch Hochfrequenz-Schaltungen können auf fragilen Silizium-Membranen aufgebaut werden.

Aus der EP-B-0 483 662 ist ein Verfahren zur Herstellung freitragender Mikrostrukturen bekannt, bei welchem auf ein Substrat eine Opferschicht aufgebracht wird und die Mikro- strukturen dann auf dieser Opferschicht aufgebaut werden. Auf die Mikrostrukturen wird dann ein Trägerrahmen aufgebracht, worauf die Opferschicht mit den Mikrostrukturen und dem Trä- gerrahmen vom Substrat abgehoben wird und dann die Opfer- schicht entfernt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass freitragende Mikrostrukturen hergestellt werden können und dass diese Mikrostrukturen bei der Ablösung vom Substrat durch die Opferschicht und den festen Trägerrahmen stabili- siert werden, so dass sich unerwünschte, durch die Ablösung vom Substrat bedingte Veränderungen der Form der Mikrostruk- turen vermeiden lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von freitragenden Mikrostrukturen, von dünnen Flachteilen oder von Membranen zu schaffen, das unter Beibe- haltung der Vorteile eines Trägerrahmens eine einfache und wirtschaftliche Erzeugung der Mikrostrukturen, Flachteile o- der Membranen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merk- male gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Mikro- strukturen, Flachteile oder Membranen direkt auf einem ein- seitig planen Träger erzeugt werden können, welcher aus einem Trägerrahmen und einer die Öffnung des Trägerrahmens über- spannenden Hilfsschicht besteht. Die Hilfsschicht kann dann derart entfernt werden, dass die Mikrostrukturen, Flachteile

oder Membranen ohne jegliche Beeinträchtigung ihrer Maßgenau- igkeit und Kantenqualität direkt auf dem stabilen Trägerrah- men verbleiben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 erleichtert die Herstel- lung der Hilfsschicht durch die temporäre Verwendung einer Klebefolie. Wird dabei gemäß Anspruch 3 die Klebefolie zu- nächst mit ihrer Rückseite auf einen Hilfsträger aufka- schiert, so können auch bei großen Spannweiten Verwölbungen oder Verletzungen der Klebefolie vermieden werden.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 4 betrifft die Verwendung ei- ner Fotoresistfolie als Klebefolie, die sich durch eine gute Haftung auf verschiedenartigen Werkstoffen des Trägerrahmens und durch eine glatte, störungsfreie Oberfläche auszeichnet.

Gemäß Anspruch 5 können derartige Fotoresistfolien nach dem Aufbringen auf den Trägerrahmen auf einfache Weise mittels UV-Strahlung gehärtet werden. Außerdem können Fotoresist- folien gemäß Anspruch 6 ohne Beeinträchtigung der Hilfs- schicht in einem organischen Lösemittel oder in einer schwa- chen Lauge gelöst werden.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 7 ermöglicht eine rasche und wirtschaftliche Erzeugung der Hilfsschicht durch chemische Metallabscheidung und anschließende galvanische Verstärkung.

Eine ähnlich günstige Erzeugung der Hilfsschicht kann gemäß Anspruch 8 auch durch Aufdampfen von Metall im Vakuum und an- schließende galvanische Verstärkung erzielt werden.

Die Weiterbildung nach Anspruch 9 ermöglicht einen einfachen und wirtschaftlichen additiven Aufbau von Mikrostrukturen durch galvanische Metallabscheidung. Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 10 wird dieser additive Aufbau der Mikrostruk- turen auch bei Trägerrahmen ermöglicht, die aus einem elekt-

risch isolierenden Material bestehen. Gemäß Anspruch 11 wird eine wirtschaftliche Erzeugung von Mikrostrukturen aber auch auf substraktivem Wege durch die Strukturierung ganzflächig aufgebrachter Schichten ermöglicht.

Die Weiterbildung nach Anspruch 12 ermöglicht eine Erzeugung von Mikrostrukturen in zwei Ebenen. Auf diese Weise können beispielsweise in geringem Abstand übereinander liegende, ge- kreuzte Stegscharen erzeugt werden.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 13 ermöglicht eine äußerst schonende Entfernung der Hilfsschicht durch Ätzen. Bei Ver- wendung einer Distanzschicht kann diese dann gemäß Anspruch 14 auf ähnliche Weise ebenfalls durch Ätzen schonend entfernt werden.

Die Weiterbildung nach Anspruch 15 ermöglicht eine einfache Herstellung von Schaltungen auf freitragenden dielektrischen Membranen.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 16 betrifft eine alternative Herstellung von Schaltungen auf freitragenden dielektrischen Membranen, bei welcher die Schaltungselemente von drei Seiten her in die dielektrische Membran eingebettet sind. Besteht dann die Schaltung wie üblich aus einem Mehrlagenaufbau, z. B. aus einer Schichtenfolge : Haftschicht, Diffusionssperre und Leitschicht, so können bei dieser Variante eine oder mehrere Schichten wieder abgeätzt werden. Auf diese Weise ist es z. B. möglich, Schaltungselemente aus reinem Gold auf der die- lektrischen Membran zu erzeugen.

Der Anspruch 17 betrifft die Verwendung der nach dem erfin- dungsgemäßen Verfahren hergestellten Mikrostrukturen als e- lektrisch beheizbare Widerstandsgitter in einer Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen. Die derart hergestellten Widerstandsgitter weisen gegenüber konventionell hergestell- ten Wiederstandsgittern eine höhere Gleichmäßigkeit unterein-

ander auf, wodurch beispielsweise die Ansteuerelektronik ver- einfacht werden kann. Die erfindungsgemäß hergestellten Wi- derstandsgitter ermöglichen außerdem stärkere Signale und da- mit genauere Messungen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermög- licht auch eine Herstellung der Widerstandsgitter in Viel- fachanordnung und damit eine erhebliche Reduzierung der Her- stellungskosten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verwendung nach Anspruch 17 sind in den Ansprüchen 18 bis 22 angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar- gestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen Figur 1 bis Figur 4 verschiedene Verfahrensstadien bei der Herstellung eines Trägerrahmens, dessen Öffnung einseitig bündig mit einer Hilfsschicht überspannt ist, Figur 5 eine Variante, bei welcher eine mit einem Hilfsträ- ger verstärkte Klebefolie eingesetzt wird, Figur 6 die Erzeugung von Mikrostrukturen auf einer Leit- schicht, I Figur 7 die Erzeugung von Mikrostrukturen in zwei Ebenen, Figur 8 die Erzeugung von unmittelbar auf den Trägerrahmen aufgebrachten Mikrostrukturen, Figur 9 eine erste Ausführungsform einer auf einer freitra- genden dielektrischen Membran gebildeten Schaltung und

Figur 10 eine zweite Ausführungsform einer auf einer frei- tragenden dielektrischen Membran gebildeten Schal- tung, Figur 11 eine Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmun- gen in stark vereinfachter schematischer Darstel- lung, Figur 12 einen Schnitt durch die beiden in der Einrichtung gemäß Figur 11 eingesetzten Widerstandsgitter, Figur 13 eine Draufsicht auf die mäanderförmige Struktur des ersten Widerstandsgitters gemäß Figur 12, Figur 14 die Einzelheit XIV gemäß Figur 13 und Figur 15 eine Draufsicht auf die mäanderförmige Struktur des zweiten Widerstandsgitters gemäß Figur 12.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Trägerrahmen 1, der aus einer mit einer Öffnung 10 versehenen, dünnen ebenen Platte besteht. Als Ausgangsmaterial können beispielsweise Metallblech, Kunststoff, Glas oder Keramik gewählt werden, wobei die Öffnung 10 beispielsweise durch Fräsen, chemisches Ätzen, Laserschneiden, Stanzen oder dergleichen erzeugt wer- den kann. I Gemäß Figur 2 wird der in Figur 1 dargestellte Trägerrahmen 1 einseitig so mit einer Klebefolie 2 abgedeckt, dass seine Öffnung 10 eben überspannt wird. Als Klebefolie 2 wird eine Fotoresistfolie verwendet, wie sie sonst in der Leiterplat- tentechnik eingesetzt wird. Diese zunächst thermoplastischen Fotopolymerfolien haften gut auf den verschiedensten Werk- stoffen, haben eine glatte, störungsfreie Oberfläche und wer- den durch Einwirkung von W-Strahlung gehärtet. Das Kaschie- ren erfolgt mit marktüblichen Geräten, wobei die beheizte Walze jedoch hart sein sollte, damit die aufgebrachte Fotore-

sistfolie nicht durchgewölbt wird. Geeignet sind beispiels- weise aus Metall bestehende beheizte Walzen.

Auf den in Figur 2 dargestellten Verbund aus Trägerrahmen 1 und Klebefolie 2 wird dann gemäß Figur 3 insbesondere im Be- reich der Öffnung 10 von der Unterseite her durch chemische Metallabscheidung und anschließende galvanische Verstärkung eine selbsttragende, metallische Hilfsschicht 3 aufgebracht.

Es ist ersichtlich, dass die Hilfsschicht 3 die Öffnung 10 (vgl. Figuren 1 und 2) des Trägerrahmens 1 einseitig bündig mit der Oberseite des Trägerrahmens 1 überspannt.

Figur 4 zeigt die aus Trägerrahmen 1 und Hilfsschicht 3 be- stehende Anordnung nach der Entfernung der Klebefolie 2. Die Entfernung der als Klebefolie 2 verwendeten Fotoresistfolie erfolgt in einem organischen Lösemittel oder in einer schwa- chen Lauge.

Damit bei großen Spannweiten der Klebefolie 2 keine Verwöl- bung oder Verletzung auftritt, kann eine beidseitig klebende Klebefolie 2 verwendet werden, die zunächst auf einen ebenen Hilfsträger 21 aufkaschiert und dann mit diesem zusammen ge- mäß Figur 5 auf den Trägerrahmen 1 aufgebracht wird. Auch hier wird als Klebefolie 2 wieder eine Fotoresistfolie ver- wendet. Erweist sich nach dem Aufbringen der Hilfsschicht 3 (vgl. Figur 3) das Ablösen der Klebefolie 2 als unerwünscht langwierig, so kann ein lösemitteldurchlässiger Hilfsträger 21 verwendet werden, z. B. Karton. Er muß dann jedoch bei den vorherigen Naßprozessen geschützt werden, indem man ihn mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten zweiten Folie ab- deckt.

Ist die Hilfsschicht 3 in der Öffnung 10 des Trägerrahmen 1 nicht zu dünn und die Haftung der Klebefolie 2 zum Trägerrah- men 1 nicht zu groß, so kann der Hilfsträger 21 auch mecha- nisch abgehoben werden. So läßt sich die Klebekraft von Foto- resistfolien durch ihren Plastifizierungsgrad beim Kaschie-

ren, also über die Temperatur, steuern. Verminderte Haftung kann auch durch dünne Trennschichten wie Polyvinylalkohol er- reicht werden.

Figur 6 zeigt eine der Figur 4 entsprechende Anordnung aus Trägerrahmen 1 und Hilfsschicht 3, wobei hier der Trägerrah- men 1 aus elektrisch nicht leitendem Material besteht. Die Hilfsschicht 3 kann aus elektrisch leitendem oder aus elekt- risch nicht leitendem Material bestehen. Um die geschilderte Anordnung für die Erzeugung von Mikrostrukturen vorzuberei- ten, wird auf die gemeinsame Ebene von Hilfsschicht 3 und Trägerrahmen 1 eine Leitschicht 4, das heißt eine dünne Schicht aus elektrisch leitendem Material, aufgebracht. An- schließend wird auf die Leitschicht 4 ein in Figur 6 nicht dargestelltes Galvanoresist aufgebracht, welches fotoli- tographisch derart strukturiert wird, dass die Leitschicht 4 im Bereich der späteren Mikrostrukturen frei liegt. Die in Figur 6 dargestellten Mikrostrukturen 51 können dann additiv, das heißt durch galvanische Metallabscheidung aufgebaut wer- den. Die Leitschicht 4 kann dann nach dem Strippen des Galva- noresists und nach der Entfernung der Hilfsschicht 3 durch Ätzen entfernt werden. Dabei bleiben lediglich diejenigen Be- reiche der Leitschicht 4 erhalten, die zwischen den Mikro- strukturen 51 und dem Trägerrahmen 1 liegen.

Bestehen der Trägerrahmen 1 und die Hilfsschicht 3 aus elekt- risch leitenden Materialien, insbesondere aus Metall, so kön- nen die Mikrostrukturen 51 unter Verzicht auf die Leitschicht 4 hergestellt werden. Für den Fall, dass die Mikrostrukturen 51 vom Trägerrahmen 1 elektrisch entkoppelt sein sollen, wird vor dem Aufbringen der Leitschicht 4 eine in Figur 6 nicht dargestellte Isolierschicht auf die gemeinsame Ebene von Hilfsschicht 3 und Trägerrahmen 1 aufgebracht.

Die in Figur 6 dargestellten Mikrostrukturen 51 können als metallische oder nicht metallische Strukturen auch subtraktiv aus ganzflächig aufgebrachten Schichten erzeugt werden. Die

Strukturierung dieser Schichten wird beispielsweise durch Aufbringen eines Ätzresists und nachfolgendes Ätzen vorgenom- men. Eine Laserstrukturierung ist ebenfalls möglich. Beim naßchemischen Ätzen muß entweder die Auswahl der Werkstoffe so erfolgen, dass die Ätzung selektiv möglich ist, oder es muß durch eine Zwischenschicht und durch Abdeckung der Rück- seite der aus Hilfsschicht 3 und Trägerrahmen 1 bestehenden Anordnung diese vor der Ätzlösung geschützt werden.

Es ist auch möglich, frei tragende Mikrostrukturen in mehre- ren Ebenen über einen Trägerrahmen 1 zu spannen. So zeigt Fi- gur 7 eine Anordnung aus Hilfsschicht 3 und Trägerrahmen 1, auf deren gemeinsamer Ebene zunächst in der geschilderten Weise Mikrostrukturen 52 erzeugt wurden. Diese Mikrostruktu- ren 52 verlaufen im dargestellten Beispiel senkrecht zur Zeichnungsebene. Nach der Fertigstellung der Mikrostrukturen 52 wird eine Distanzschicht 6 aufgebracht und auf dieser in einer zweiten Strukturebene Mikrostrukturen 53 erzeugt. Diese Mikrostrukturen 53 verlaufen im dargestellten Ausführungsbei- spiel parallel zur Zeichnungsebene und senkrecht zu den Mik- rostrukturen 52. Die Distanzschicht 6 wird dann nach der Ent- fernung der Hilfsschicht 3 ebenfalls entfernt. Dabei bleiben lediglich diejenigen Bereiche der Distanzschicht 6 erhalten, die zwischen den Mikrostrukturen 53 und dem Trägerrahmen 1 liegen.

Nach der additiven oder subtraktiven Erzeugung von Mikro- strukturen wird die bis dahin unterstützende Hilfsschicht 3 entfernt. Vorzugsweise werden für die Hilfsschicht 3 und den Trägerrahmen 1 Metalle gewählt, die es erlauben, die Hilfs- schicht 3 selektiv zum Trägerrahmen 1 naßchemisch abzuätzen.

Da die Ätzkonturen fest stehen, kann im Tauchbad ohne Bewe- gung und so schonend geätzt werden, dass die jetzt frei-tra- genden Mikrostrukturen unbeschädigt bleiben. Figur 8 zeigt direkt auf den Trägerrahmen 1 gespannte Mikrostrukturen 54 nach dem Entfernen der Hilfsschicht 3.

Zur Herstellung vom Membranen können auf die gemeinsame Ebene der in Figur 4 dargestellten Anordnung aus Hilfsschicht 3 und Trägerrahmen 1 anorganische dielektrische Schichten in be- kannter Weise durch CVD oder PVD abgeschieden werden. Organi- sche Dielektrika können durch Aufschleudern oder Aufsprühen von flüssiger Lösung aus Polyimid, Benzocyclobuten, Polyben- zoxazol oder ähnlichem aufgebracht und anschließend gehärtet werden. Nach dem Abätzen der Hilfsschicht 3 sind dann die derart hergestellten frei tragenden Membranen über den Trä- gerrahmen 1 gespannt.

Sollen Schaltungen auf frei tragenden dielektrischen Membra- nen hergestellt werden, gibt es die in den Figuren 9 und 10 dargestellten Varianten.

Bei der in Figur 9 dargestellten ersten Möglichkeit wird auf die Hilfsschicht 3 (vgl. Figur 4) zunächst eine dielektrische Membran 71 aufgebracht. Nach einer ganzflächigen Metallisie- rung können dann entweder additiv durch galvanische Metallab- scheidung oder subtraktiv durch Ätzen Schaltungselemente 81 hergestellt werden. Zur Fertigstellung der in Figur 9 darge- stellten Schaltung wird dann die Hilfsschicht 3 selektiv zum Trägerrahmen 1 naßchemisch abgeätzt.

Bei der in Figur 10 dargestellten zweiten Möglichkeit werden die hier mit 82 bezeichneten Schaltungselemente direkt auf der Hilfsschicht 3 erzeugt. Die anschließend aufgebrachte dielektrische Membran 72 liegt dann über den Schaltungsele- menten 82 und bettet diese von drei Seiten her ein. Zur Fer- tigstellung der in Figur 10 dargestellten Schaltung wird dann die Hilfsschicht 3 selektiv zum Trägerrahmen 1 naßchemisch abgeätzt.

Bei der in Figur 10 dargestellten Variante können die Schal- tungselemente 82 beispielsweise durch eine Schichtenfolge Haftschicht, Diffusionssperre und Leitschicht aufgebaut wer- den. Nach der Entfernung der Hilfsschicht 3 (vgl. Figur 4)

können dann eine oder mehrere dieser Schichten wieder abge- ätzt werden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, Schaltungselemente 82 aus reinem Gold auf der dielektrischen Membran 72 zu erzeugen.

Beispiel 1 Für eine Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen wer- den freitragende Metallstege über Öffnungen in Dünnglas her- gestellt. Der Trägerrahmen wird aus 0,3 mm dickem Borosili- katglas hergestellt, in welches die Öffnungen durch Sand- strahlen eingebracht werden. Das Format der Vielfachanordnung beträgt 4 x 4 Zoll. Die Öffnungen bzw. die freitragenden Be- reiche besitzen Abmessungen von 1 x 1 mm2. Als Klebefolie wird eine 75 um dicke handelsübliche Trockenresistfolie ver- wendet. Die Hilfsschicht besteht aus 25 um dickem Kupfer. Als freitragende Mikrostrukturen werden durch galvanische Ab- scheidung von Nickel Stege erzeugt, die 13 pm breit sind und 6 um dick sind und eine Teilung von 39 mm aufweisen.

Beispiel 2 Zur Herstellung einer elektrischen Schaltung wird ein Träger- rahmen aus einem 0,3 mm dickem Blech aus Vanadinstahl mit dem Laser geschnitten. Als Klebefolie wird eine 75 um dicke Tro- ckenresistfolie verwendet, die gemäß Figur 5 auf einen Hilfs- träger aus Glas aufgebracht wird. Die Hilfsschicht besteht aus 50 um dickem Kupfer. Die Öffnungen im Trägerrahmen könne beispielsweise Abmessungen von 8 x 13 mm2 oder von 33 x 4 mm2 aufweisen. Die Herstellung der dielektrischen Membran erfolgt durch Aufschleudern von flüssigem PBO (Polybenzoxazol) in ei- ner Dicke von 3 um. Die auf der dielektrischen Membran ge- bildeten Schaltungselemente bestehen aus einer Schichtenfolge Titan, Palladium und Gold.

Die gemäß den Figuren 1 bis 6 und dem Beispiel 1 hergestell- ten Mikrostrukturen können als elektrisch beheizbare Wider-

standsgitter in einer Einrichtung zur Messung schwacher Gas- strömungen eingesetzt werden. Eine derartige, aus der DE-C-15 73 098 bekannte Einrichtung ist in Figur 11 darge- stellt. Bei dieser Einrichtung handelt es sich um ein nach dem Wechsellichtprinzip arbeitendes Infrarot-Gasanalysegerät, welches zwei Empfängerkammern K1 und K2 aufweist, wobei die Kammer Kl im Messstrahlengang, die Kammer 2 im Vergleichs- strahlengang liegt. Die Kammern K1 und K2 sind mit gleichar- tigem Gas gefüllt und stehen miteinander über ein Rohr R in Verbindung. Die bei dem Messverfahren nach dem Wechsellicht- prinzip in den Kammern Kl und K2 auftretenden periodischen Druckschwankungen haben eine pendelnde Gasströmung in dem Verbindungsrohr R zur Folge, wobei die Frequenz der pulsie- renden Gassäule gewöhnlich in der Größenordnung von 10 Hz liegt. In dem Verbindungsrohr R sind senkrecht zur Strömungs- richtung zwei ebene Widerstandsgitter WG1 und WG2 aus tempe- raturempfindlichem, elektrisch leitendem Material angeordnet.

Die Abmessungen der beiden Widerstandsgitter WG1 und WG2 betragen 1 um x 1 um, ihr Abstand etwa 200 um. Die beiden Wi- derstandsgitter WG1 und WG2 bilden Zweige einer Brückenschal- tung, die außerdem noch die einstellbaren Widerstände W1 und W2 aufweist. Eine in der einen Brückendiagonale liegende Kon- stantspannungsquelle KS heizt die Widerstandsgitter WG1 und WG2 auf eine Temperatur von beispielsweise ca. 200°C auf. An die Messdiagonale der Brücke ist ein Verstärker V einfacher Bauart angeschlossen, dessen Ausgang mit einem anzeigenden oder auswertenden Messgerät M in Verbindung steht.

Die beiden in Figur 11 nur schematisch dargestellten Wider- standsgitter WG1 und WG2 werden entsprechend den Figuren 1 bis 6 und dem Beispiel 1 als freitragende Mikrostrukturen auf entsprechenden Trägerrahmen TR1 und TR2 hergestellt. Aus dem in Figur 12 dargestellten Schnitt ist ersichtlich, dass die beiden Trägerrahmen TR1 und TR2 über ein rahmenförmiges Dis- tanzstück D miteinander verbunden werden, wobei die Dicke dieses Distanzstückes D den Abstand zwischen den Widerstands- gittern WG1 und WG2 festlegt. Im dargestellten Ausführungs-

beispiel wurde das Distanzstück D aus einer 200 um dicken Trockenresistfolie hergestellt. Die beiden über das Distanz- stück D verbundenen Trägerrahmen TR1 und TR2 bilden zusammen mit den Widerstandsgittern WG1 und WG2 einen in das Verbin- dungsrohr R gemäß Figur 11 einfügbaren Einsatz. Das durch das Widerstandsrohr R strömende Messgas ist in Figur 12 durch Pfeile MG angedeutet.

Figur 12 zeigt ferner, dass der Trägerrahmen TR1 und das Dis- tanzstück D mit nicht näher bezeichneten Aussparungen verse- hen sind, die eine leichte elektrische Kontaktierung der ent- sprechenden Kontaktierflächen der Widerstandsgitter WG1 und WG2 ermöglichen. Diese elektrische Kontaktierung ist in Figur 12 durch Pfeile KO1 und K02 angedeutet.

Die tatsächliche Ausgestaltung der Kontaktierflächen KF1 des Widerstandsgitters WG1 und der Kontaktierflächen KF2 des Wi- derstandsgitters WG2 ist aus den Figuren 13 und 15 ersicht- lich. Neben der rechteckförmigen Gestalt der Kontaktierflä- chen KF1 und KF2 geht aus diesen beiden Figuren auch der mä- anderförmige Verlauf der Stege ST der Widerstandsgitter WG1 und WG2 hervor, wobei die Figur 14 als Einzelheit XIV der Fi- gur 13 die Ausbildung der Stege ST sehr deutlich zeigt. Bei den im Einbauzustand spiegelbildlich zueinander angeordneten Widerstandsgittern WG1 und WG2 sind jeweils fünfundzwanzig aus Nickel bestehende Stege ST vòrhanden, die jeweils eine Breite von 18 um und eine senkrecht zur Zeichnungsebene ge- messene Höhe von 4,2 um aufweisen. Der Teilungsabstand der Stege ST beträgt 39 um.

Gemäß Figur 12 stehen sich die geheizten Widerstandsgitter WG1 und WG2 in einem geringen Abstand von beispielsweise 200 um gegenüber. Die vom durchströmenden Messgas abgeführte Wär- me bewirkt eine elektrische Widerstandsänderung in den Wi- derstandsgittern WG1 und WG2. Diese Änderung ist ein Maß für den Massenstrom und für die Art des Gases.

Neben dem Temperaturkoeffizienten des für die Widerstandsgit- ter WG1 und WG2 verwendeten Materials ist für die Größe und die Genauigkeit des Messsignals vor allem die geometrische Präzision des Aufbaues verantwortlich. Das beschriebene Her- stellungsverfahren für die Widerstandsgitter WG1 und WG2 er- möglicht daher ein starkes Signal und eine genaue Messung.

Durch die hohe Gleichmäßigkeit der Widerstandsgitter unter- einander kann auch die Ansteuerelektronik vereinfacht werden.

Schließlich ist auch noch hervorzuheben, dass das beschrie- bene Herstellungsverfahren eine kostengünstige Herstellung in Vielfachanordnung erlaubt, beispielsweise die Herstellung von 500 Widerstandsgittern auf 4 Zoll x 4 Zoll.