Beschreibung

NTC-Dünnschichtthermistor und Verfahren zur Herstellung eines NTC-Dünnschichtthermistors

Die Erfindung betrifft einen NTC-Dünnschichtthermistor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines NTC- Dünnschichtthermistors .

Auf Grund der Miniaturisierung ist es von hohem Interesse die Größe von elektronischen Bauteilen, Komponenten und Sensoren zur verringern, um so eine möglichst große Anzahl an

elektronischen Bauteilen in den Endgeräten unterzubringen und diese leistungsfähiger zu machen. Insbesondere werden eine immer größer werdende Anzahl an Sensoren in den Endgeräten mit dem Ziel eingebaut diese intelligenter und sicherer zu gestalten .

NTC-Thermistoren sind Widerstände mit negativen

Temperaturkoeffizienten, die häufig als Sensoren zur

Temperaturmessung in elektronischen Geräten eingesetzt werden. In der Patentschrift US 20090179732 Al werden vorteilhafte Keramiken für einen NTC-Ther istor vorgestellt. In den Beispielen werden typische NTC-Thermistoren in einer Mehrschichtbauweise aufgezeigt, bei denen die Keramiken zu Folien verarbeitet werden, die eine Dicke von 20 bis 50 pm haben, und die fertigen mehrschichtigen NTC-Thermistoren eine Ausdehnung von einigen Millimetern in alle drei

Raumrichtungen aufweist. Eine solche Größe ist für viele Anwendungen nicht geeignet. Indem deren Abmessung deutlich verkleinert wird, kann nicht nur Platz für andere Bauteile in den Anwendungen geschaffen werden, sondern darüber hinaus vollkommen neue Einsatzmöglichkeiten und Felder erschlossen werden .

Indem NTC-Thermistoren beispielsweise äußerst dünn gestaltet werden, können sie flexibel und daher mechanisch

zerstörungsfrei biegbar sein. Wird darüber hinaus ein NTC- Thermistor mit geringer Ausdehnung realisiert, erniedrigt dies womöglich seine thermische Masse und verbessert somit die Ansprechzeit und die Sensitivität des NTC-Thermistors .

Daher ist es wünschenswert, ein NTC-Thermistor mit einer geringen Dimension in alle Raumrichtungen sowie einen besonders flachen NTC-Thermistor herzustellen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen

vorteilhaften NTC-Dünnschichtther istor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines NTC-Dünnschichtther istors

bereitzustellen.

Die vorliegende Aufgabe wird durch den NTC- Dünnschichtthermistor nach Anspruch 1 sowie durch ein

Verfahren zur Herstellung eines NTC-Dünnschichtthermistors gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen, potentielle Anordnungen und mögliche Verfahrensschritte sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen .

Es wird ein NTC-Dünnschichtthermistor beschrieben, der aus mindestens einer ersten Dünnschichtelektrode, mindestens einer NTC-Dünnschicht und mindestens einer zweiten

Dünnschichtelektrode besteht. Die Ausbildung der Elektroden sowie der funktionalen NTC-Schicht als Dünnschicht ermöglicht es, einen NTC-Thermistor mit einer äußerst kleinen Ausdehnung, vor allem hinsichtlich der Dicke, zu realisieren. Unter einer Dünnschicht können dabei insbesondere Schichten verstanden werden, die aus festen Stoffen im

Mikrometerbereich bestehen. Alternativ oder ergänzend kann unter einer Dünnschicht eine Schicht mit einer Dicke von weniger als 10 mih verstanden werden. Ein NTC- Dünnschichtther istor nach der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise ausschließlich Dünnschichtelektroden und

Dünnschichten und keine andersartigen Schichten aufweisen.

Indem Abmessungen eines NTC-Thermistors deutlich verkleinert werden, kann nicht nur Platz für andere Bauteile in den Anwendungen geschaffen werden, sondern darüber hinaus vollkommen neue Einsatzmöglichkeiten und Felder erschlossen werden. Dadurch, dass NTC-Thermistoren beispielsweise äußerst dünn gestaltet werden, können sie flexibel und daher

mechanisch zerstörungsfrei biegbar sein. Wird darüber hinaus ein NTC-Thermistor mit geringer Ausdehnung realisiert, erniedrigt dies seine thermische Masse und kann somit die Ansprechzeit und die Sensitivität eines Sensors, der den NTC- Thermistor aufweist, verbessern.

Die NTC-Dünnschicht kann eine ein- oder polykristalline funktionelle Keramik aufweisen, die eine Spinellstruktur oder eine Perowskitstruktur aufweisen kann. Solche Materialien weisen einen charakteristischen nichtlinearen

Temperaturkoeffizienten auf, mit dem eine genaue

Temperaturmessung ermöglicht werden kann. Darüber hinaus sind vor allem funktionale Keramiken mit einer Perowskitstruktur für einen Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet, da die elektrischen Eigenschaften von Perowskitstrukturen gegenüber Spinellstrukturen bei hohen Temperaturen weniger

beeinträchtigt werden. Die NTC-Dünnschichten können zumindest die Elemente Mn und Ni sowie zumindest eines der Elemente Zn, Fe, Co, Cu, Zr, Y, Cr, Ca, Al aufweisen. Diese Elemente sind geeignet eine

funktionelle Keramik mit einer Spinell-, oder

Perowskitstruktur auszubilden. Indem die Anteile von den unterschiedlichen Elementen in der funktionellen Keramik verändert werden, kann der B-Wert der NTC-Dünnschicht so angepasst werden, dass die Steigung des

Temperaturkoeffizienten in dem für eine Anwendung

interessanten Temperaturbereich besonders steil ist und damit eine präzise Temperaturmessung ermöglicht.

Ferner können die Dünnschichtelektroden aus einer leitenden Keramik bestehen. Eine leitende Keramik haftet stärker an einer funktionellen Keramik als alternative Materialien, wie beispielsweise ein Metall. Überdies weist eine

Dünnschichtelektrode aus einer leitenden Keramik einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf wie eine

funktionelle Keramik, wodurch mechanische Verspannungen im NTC-Dünnschichtthermistor bei Temperaturänderung vermieden werden können.

Alternativ können die Dünnschichtelektroden aus einer oder mehreren Lagen von Metallen wie Cu, Pt, Cr, Ni, Ag, Pd, Au,

Ti oder einer Mischung, einer intermetallischen Verbindung sowie einer Legierung dieser Elemente bestehen.

Dünnschichtelektroden aus Metall weisen eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf, wodurch der NTC-Dünnschichtthermistor einen geringeren elektrischen Anschlusswiderstand aufweisen kann . In einer Ausführungsform können die erste und zweite

Dünnschichtelektrode auf einer Oberfläche der NTC-Dünnschicht angeordnet sein. Somit kann der NTC-Dünnschichtthermistor dünner ausgebildet werden als in einer Ausführungsform in der die NTC-Dünnschicht zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnet ist. Außerdem verläuft in einer Ausführungsform, in der die Elektroden auf einer Oberfläche angeordnet sind, ein Messstrom entlang der NTC-Dünnschicht und nicht senkrecht zu der Schicht. Da die Ausdehnungen der Oberfläche der funktionalen NTC-Dünnschicht ein Vielfaches der Dicke der NTC-Dünnschicht betragen kann, kann ein solch ausgeführter NTC-Dünnschichtthermistor eine präzisere Messgenauigkeit demonstrieren .

Weiterhin können die erste und zweite Dünnschichtelektrode in einer interdigitalen Kammstruktur auf einer Oberfläche angeordnet sein. Da die Elektroden in einer üblichen

Kammstruktur einen äquidistanten Abstand voneinander haben, wirkt bei gegebener Messspannung das gleiche elektrische Feld zwischen den Elektroden. Daher weist der Messstrom eines NTC- Dünnschichtthermistors , der mit Elektroden versehen ist, die eine interdigitale Kammstruktur aufweisen, eine vorteilhafte Linearität bezüglich einer angelegten Messspannung auf.

In einer weiteren Ausführungsform kann der NTC- Dünnschichtthermistor mehrere erste und zweite

Dünnschichtelektroden aufweisen, wobei jeweils eine NTC- Dünnschicht zwischen den ersten Dünnschichtelektroden und den zweiten Dünnschichtelektroden angeordnet ist. In einer solchen Ausführungsform verläuft der Messstrom senkrecht zur Oberfläche der NTC-Dünnschichten . Daher kann die laterale Ausdehnung des gesamten NTC-Dünnschichtthermistors im

Gegensatz zu einem NTC-Dünnschichtthermistor, der erste und zweite Elektrode auf einer Oberfläche der NTC-Dünnschicht aufweist, viel geringer ausfallen. Indem mehrere NTC- Dünnschichten aufeinander gestapelt werden kann zusätzlich die Messgenauigkeit des NTC-Dünnschichtthermistors erhöht werden .

Ferner können die ersten und zweiten Dünnschichtelektroden in einem Bereich, in dem sie gegenüber der NTC-Dünnschicht Überhängen, auf einer jeweils darunter liegenden ersten oder zweiten Dünnschichtelektrode, die ebenfalls gegenüber der NTC-Dünnschicht überhängt, aufliegen. Die aufliegende

Dünnschichtelektrode kann formangepasst an die darunter liegende Dünnschichtelektrode sein. Durch bereits

aufgetragene Dünnschichtelektroden kann die

Oberflächenbeschaffenheit bzw. Topografie in den Bereichen, die gegenüber der NTC-Dünnschichtelektrode Überhängen,

Unebenheiten oder Neigungen aufweisen. Indem die

Dünnschichtelektroden formangepasst auf den darunter

liegenden Dünnschichtelektroden auffliegt, werden diese Unebenheiten bzw. Neigungen nachvollzogen und die elektrische Kontaktfläche sowie die Adhäsion zwischen benachbarten

Dünnschichtelektroden erhöht. Somit ist sichergestellt, dass jede der Dünnschichtelektroden elektrisch kontaktiert wird. Bei Vielschichtbauteilen kann es leicht Schwierigkeiten mit der elektrischen Kontaktierung von inneren

Elektrodenschichten geben, insbesondere wenn die

Elektrodenschichten am Rand des Vielschichtbauteils bündig mit dem Bauteil abschließen. Bei solchen Vielschichtbauteilen können lediglich die Querschnittsflächen der

Elektrodenschichten, die am Rand des Vielschichtbauteils offen liegen, als Kontaktfläche für die weitere elektrische Kontaktierung genutzt werden. Da der Querschnitt der

Elektrodenschichten, vor allem auch bei Dünnschichtelektroden, sehr gering ausfallen kann, kann der elektrische Widerstand des Bauteils ungewollt hoch werden, oder es können sogar einzelne Elektrodenschichten elektrisch komplett isoliert bleiben. Indem die Dünnschichtelektroden gegenüber den NTC-Dünnschichten herausragen und for angepasst aufeinander aufliegen, wird eine elektrische Kontaktierung jeder einzelnen Dünnschichtelektrode begünstigt.

Darüber hinaus können die ersten und zweiten

Dünnschichtelektroden in einem Bereich, in dem sie gegenüber der NTC-Dünnschicht Überhängen, kürzer sein als darunter liegenden ersten oder zweiten Dünnschichtelektroden, die gegenüber der NTC-Dünnschicht Überhängen. Infolge einer solchen Ausgestaltung bildet sich eine Treppenform durch die Dünnschichtelektroden aus, die das Bauteil in der

Dickenrichtung verjüngt. Jede Dünnschichtelektrode bildet hierbei eine Treppenstufe. Da jede Dünnschichtelektrode eine Kontaktoberfläche, analog zur Treppenstufe, ausbildet, kann jede einzelne Dünnschichtelektrode direkt elektrisch

kontaktiert werden. Diese mindert die Gefahr, dass eine im Inneren des NTC-Sensors angeordnete Innenelektrode elektrisch isoliert bleibt und nicht funktionsfähig ist. Die

Kontaktoberfläche der einzelnen Dünnschichtelektroden und auch vom gesamten NTC-Sensor kann erhöht werden, indem die Dünnschichtelektroden jeweils noch weiter gegenüber einer darunter liegenden Dünnschichtelektroden verkürzt werden. Somit bleibt eine größere Oberfläche der unter liegenden Dünnschichtelektrode, die als Kontaktoberfläche für eine elektrische Kontaktierung genutzt werden kann. Durch die Erhöhung der Kontaktoberfläche des NTC-Dünnschichtsensors wird der Kontaktwiderstand des Bauteils erniedrigt. Auf Grund der Charakteristik eines NTC-Widerstands , nach dem der

Widerstand bei steigender Temperatur sinkt, ist ein geringer Kontaktwiderstand besonders für genaue Messungen in hohen Temperaturbereichen vorteilhaft.

Des Weiteren können die ersten Dünnschichtelektroden auf einer ersten Seite des NTC-Dünnschichtthermistors gegenüber der NTC-Dünnschicht Überhängen und die zweiten NTC- Dünnschichtelektroden auf der ersten Seite gegenüber der NTC- Dünnschicht verkürzt sein, und die zweiten

Dünnschichtelektroden können auf einer zweiten Seite des NTC- Dünnschichtthermistors, die der ersten Seite gegenüberliegt, gegenüber der NTC-Dünnschicht Überhängen und die ersten Dünnschichtelektroden auf der zweiten Seite gegenüber der NTC-Dünnschicht verkürzt sein. Infolge einer solchen

Ausgestaltung bildet sich auf einer ersten und zweiten Seite des NTC-Dünnschichtthermistors eine Treppenform, die das Bauteil in der Dickenrichtung verjüngt. Indem auf einer der zwei Seiten eine Elektrode gegenüber der NTC-Dünnschicht verlängert ist, überlappen die einzelnen

Dünnschichtelektroden an dieser Seite und können so gemeinsam kontaktiert werden. Da die andere Elektrode an dieser Seite verkürzt gegenüber der NTC-Dünnschicht ist, liegt immer eine NTC-Dünnschicht zwischen den Elektroden und verhindert somit einen Kurzschluss zwischen den ersten und zweiten Elektroden.

Die an der ersten und zweiten Seite überstehenden

Teilbereiche der ersten und zweiten Dünnschichtelektrode können mit einer metallisierten Paste oder einem anderen leitenden Medium verstärkt sein. Auch wenn an den

überstehenden Teilbereich der Dünnschichtelektroden mehrere Lagen der Dünnschichtelektroden überlappen, sind die

Elektroden in diesen Teilbereichen trotzdem äußerst dünn und fragil ausgebildet. Auf den überlappenden Teilbereich kann beispielsweise eine metallisierte Paste aufgetragen werden, um die Elektroden zu verstärken und eine Kontaktierung der Elektroden zu erleichtern.

Ferner können die NTC-Dünnschichten auf einer dritten und vierten Seite, die senkrecht zur ersten und zweiten Seite sind und sich gegenüberliegen, gegenüber den

Dünnschichtelektroden Überhängen. Ein Überhang der

nichtleitenden NTC-Dünnschicht sorgt dafür dass die ersten und zweiten Dünnschichtelektroden auch in den Randbereichen voneinander abgekapselt sind. Auf diese Weise kann

sichergestellt werden, dass trotz des geringen Abstands zueinander erste und zweite Elektroden nicht kurz schließen.

Die NTC-Dünnschichten können in einem Bereich, in dem sie gegenüber den Dünnschichtelektroden Überhängen, kürzer sein als darunter liegenden NTC-Dünnschicht. Hierdurch bildet sich an den Seiten, an denen die NTC-Dünnschicht überhängt, ein diagonaler Rand des NTC-Dünnschichtthermistors . Eine

pyramidenstumpfförmige Ausgestaltung des NTC- Dünnschichtthermistors bietet einen niedrigen Schwerpunkt, wodurch das Bauteil stabiler aufliegt.

Der NTC-Dünnschichtthermistor kann zusätzlich auf einem Trägermaterial angeordnet sein. Das Trägermaterial kann die mechanische Stabilität des NTC-Dünnschichtthermistors erhöhen. Insbesondere für den Transport und den Einbau des Bauteils ist eine hohe mechanische Stabilität wichtig, um Beschädigungen zu vermeiden. Deswegen kann das Bauteil auf einem Trägermaterial angeordnet sein.

Das Trägermaterial kann bereits als eine erste Elektrode ausgebildet sein. Eine dickere leitende keramische Schicht oder eine stabile Metallschicht können hierzu als Trägermaterial dienen. Somit kann das Bereitstellen eines zusätzlichen Trägermaterials vermieden werden.

In das Trägermaterial kann ein Schaltkreis oder ein

mikroelektronisches mechanisches System integriert sein, oder das Trägermaterial kann ein Bestandteil eines elektronischen Bauteils sein. Auf diese Weise kann der NTC- Dünnschichtther istor integrativ mit einer elektrischen Komponente verbunden und kontaktiert werden. Neben

elektrischen Komponenten, die aus Halbleitern wie

beispielsweise Silizium bestehen, eignen sich elektrische Komponenten aus Keramiken außerordentlich für eine

Integration von einem NTC-Dünnschichtthermistors , da sie einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der NTC- Dünnschichtther istor besitzen.

Des Weiteren kann auf dem NTC-Dünnschichtther istor eine Schutzschicht aufgetragen oder das gesamte Bauteil in einer Schutzschicht eingebettet sein, um das Bauteil vor

mechanischen, chemischen und anderen Umwelteinflüssen zu schützen. Als Material für die Schutzschicht können sich Glas, Silikon oder andere Polymere eignen.

Die NTC-Dünnschicht kann in einer vorteilhaften Ausführung dünner als 3 pm sein. Somit ist eine dünne Ausgestaltung des NTC-Dünnschichtthermistors, selbst mit mehreren NTC- Dünnschichten, möglich. Es sei noch darauf hingewiesen, dass die NTC-Dünnschicht dick genug sein muss, um einen

Kurzschluss zwischen Elektroden zu vermeiden. Eine Dicke von über 0,01 pm ist daher bei typischen Spannungsbereichen und Materialien ratsam. In einer weiteren Ausführungsform können die

Dünnschichtelektroden dünner als 10 g sein. Wären die

Dünnschichtelektroden sehr viel dicker ausgebildet, könnte eine dünne Ausgestaltung des NIC-Dünnschichtthermistors verhindert werden.

Der gesamte NTC-Dünnschichtther istor kann dünner als 100 gm sein. Somit ist dafür gesorgt, dass der Vorteil der einzelnen sehr dünnen Dünnschichten sich auf das gesamte Bauteil überträgt, und der gesamte NTC-Dünnschichtthermistor sehr dünn bleibt.

Der NTC-Dünnschichtthermistor kann dafür geeignet sein, in ein Substrat oder eine Leiterplatte integriert zu werden. Substrate und auch Leiterplatten können oft nur eine Dicke von einigen 100 gm aufweisen. Da ein NTC-

Dünnschichtthermistor nach der vorliegenden Erfindung dünner sein kann, kann er nicht nur als SMD-Bauteil auf einem

Substrat oder ein Leiterplatte montiert werden, sondern auch darin integriert werden.

Eine vorteilhafte Anordnung kann eine Leiterplatte und einen NTC-Dünnschichtthermistor aufweisen, wobei der NTC- Dünnschichtthermistor in der Leiterplatte integriert ist. Folglich kann nicht nur Platz auf der Leiterplatte eingespart werden, der für andere Bauteile genutzt werden kann, sondern die Integration des NTC-Dünnschichtthermistors in die

Leiterplatte erweitert gleichzeitig deren Funktionalität.

In einer weiteren vorteilhaften Anordnung können mehrere NTC- Dünnschichtthermistoren in einer Matrix angeordnet sein.

Durch die geringe Ausdehnung der NTC-Dünnschichtthermistoren, vor allem auch bezüglich ihrer benötigten Oberfläche, sind die NTC-Dünnschichtthermistoren ausgezeichnet für

Sensoranwendungen geeignet, bei denen eine ortsaufgelöste Temperaturmessung durchgeführt werden soll. Hierzu werden mehrere NTC-Dünnschichtthermistoren nebeneinander auf einer Matrix angeordnet.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines NTC-Dünnschichtther istors . Bei dem NTC-Dünnschichtthermistor kann es sich insbesondere um den vorher beschriebenen NTC-Dünnschichtthermistor handeln .

Das Verfahren umfasst die Schritte:

a) Bereitstellen eines nicht leitenden Trägermaterials;

b) Aufbringen von mindestens einer ersten

Dünnschichteiektrode ;

c) Aufbringen von mindestens einer NTC-Dünnschicht

d) Aufbringen von mindestens einer zweiten

Dünnschichtelektrode .

Ein nicht leitendes Trägermaterial kann als ebene Grundfläche benötigt werden, um die weiteren Schichten darauf zu bilden. Erst nachdem mindestens eine NTC-Dünnschicht und mindestens eine erste und zweite Dünnschichtelektrode fertiggestellt wurden, ist der NTC-Dünnschichtthermistor funktionsfähig.

In dem Trägermaterial kann ein Schaltkreis oder ein

mikroelektronisches mechanisches System integriert sein, oder das Trägermaterial kann ein Bestandteil eines elektronischen Bauteils sein. So kann eine elektrische Komponente mit einem NTC-Dünnschichtthermistor aufgewertet werden. Durch die integrative Bauweise kann die elektrische Komponente direkt mit dem NTC-Dünnschichtthermistor verbunden und elektrisch kontaktiert werden. Insbesondere elektrische Komponenten aus Keramiken eignen sich als Trägermaterial, da sie einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der NTC- Dünnschichtthermistor besitzen und der NTC- Dünnschichtthermistor darauf gut haftet. Elektrische

Komponenten, Schaltkreise und mikroelektronische mechanische Systeme, die aus Halbleitern wie beispielsweise Silicium bestehen, können ebenfalls als Trägermaterial genutzt werden.

In dem Verfahren können die ersten und zweiten

Dünnschichtelektroden auf einer Oberfläche der NTC- Dünnschicht angeordnet sein. Ein NTC-Dünnschichtthermistor nach einem solchen Verfahren kann dünner ausgestaltet werden als in einer Bauweise, in der die NTC-Dünnschicht zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnet ist. In einer Anordnung in der beide Dünnschichtelektroden auf einer

Oberfläche liegen, verläuft der Messstrom entlang der NTC- Dünnschicht und nicht senkrecht durch die Schicht. Auf Grund der lateralen Ausdehnungen des NTC-Dünnschichtthermistors, die ein Vielfaches der Dicke der NTC-Dünnschicht sein kann, kann ein solcher NTC-Dünnschichtthermistor eine präzisere Messgenauigkeit aufzeigen.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann jeweils eine NTC-Dünnschicht zwischen den ersten

Dünnschichtelektroden und den zweiten Dünnschichtelektroden angeordnet sein. In einem NTC-Dünnschichtthermistor der nach einem Verfahren dieser Ausführungsform ausgebildet worden ist, verläuft der Messstrom senkrecht zur Oberfläche durch die NTC-Dünnschichten . Die laterale Ausdehnung eines solchen NTC-Dünnschichtthermistors beeinflusst im Gegensatz zu einem NTC-Dünnschichtthermistor, der erste und zweite Elektrode auf einer Oberfläche der NTC-Dünnschicht aufweist, die Messgenauigkeit nicht im sehr hohen Maße. Daher kann ein NTC- Dünnschichtther istor nach diesen Verfahren eine viel geringere Ausdehnung aufweisen. Darüber hinaus können die NTC-Dünnschichten aufeinander gestapelt werden um die

Messgenauigkeit des NTC-Dünnschichtthermistors zu verbessern.

Das Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass im Schritt b) die ersten Dünnschichtelektroden auch in einen ersten Bereich aufgebracht werden, in dem keine NTC-Dünnschicht darunter liegt, und dass im Schritt d) die zweiten

Dünnschichtelektroden auch in einen zweiten Bereich

aufgebracht werden, in dem keine NTC-Dünnschicht darunter liegt, wobei der erste und zweite Bereich nicht miteinander überlappen und das Verfahren eine Schrittfolge enthält, in der erst eine erste Dünnschichtelektrodenschicht aufgetragen wird, folgend eine NTC-Dünnschicht aufgetragen wird, dann eine zweite Dünnschichtelektrode aufgetragen wird, worauf wieder eine NTC-Dünnschicht aufgetragen, und im Anschluss wieder eine erste Dünnschichtelektrode aufgetragen wird.

Somit liegen der Dünnschichtelektroden in den zwei Bereichen, in denen sie gegenüber der NTC-Dünnschicht Überhängen, formangepasst auf einer jeweils darunter liegenden ersten oder zweiten Dünnschichtelektroden. Ein NTC- Dünnschichtthermistor, der auf Basis dieses Verfahrens hergestellt worden ist, hat den Vorteil, dass die

Dünnschichtelektroden, die im Inneren des NTC- Dünnschichtthermistors angeordnet sind, zuverlässiger elektrisch kontaktiert werden und das gesamte Bauteil dadurch robuster wird.

Zusätzlich können im Schritt b) und d) , die

Dünnschichtelektroden in den zwei Bereichen auch jeweils auch kürzer aufgebracht werden als die darunter liegenden ersten oder zweiten Dünnschichtelektroden. Auf diese Weise bildet sich im ersten und zweiten Bereich jeweils eine Treppenform aus, wobei die einzelnen Treppenstufen aus den

Dünnschichtelektroden gebildet werden. Je nachdem, wie stark die Dünnschichtelektrode gegenüber der darunter liegenden Dünnschichtelektrode verkürzt wurde, kann die Kontaktflache der Dünnschichtelektroden vergrößert und damit der

Kontaktwiderstand verringert werden. Ein solcher NTC- Dünnschichtther istor ist besonders für präzise

Temperaturmessungen bei hohen Temperaturen geeignet, da ein NTC-Widerstand mit steigender Temperatur sinkt.

Die NTC-Dünnschichten können in jedem der aufgeführten

Verfahren mit einem CSD-Verfahren (Chemical Solution

Deposition) aufgebracht werden. Abhängig von der Geometrie und der verwendeten Materialien kann dazu Spin Coating, Dip Coating oder Ink Jet Printing, was jeweils ein CSD-Verfahren darstellt, benutzt werden. Ink Jet Printing hat den Vorteil, dass die NTC-Dünnschichten modular angepasst werden können und das Verfahren variabler ist.

Alternativ können sowohl die ersten und zweiten

Dünnschichtelektroden als auch die NTC-Dünnschichten in den genannten Verfahren mit einem PVD-, oder CVD-Verfahren aufgebracht werden. Somit kann gewährleistet werden, dass alle Schichten als Dünnschichten ausgebildet werden können.

Weiterführend zu den genannten Verfahrensschritten kann der NTC-Dünnschichtther istor, in einem weiteren

Verfahrensschritt, einem Sinterprozess unterzogen werden. Durch den Sinterprozess wird die NTC-Dünnschicht, die meist als funktionelle Keramik vorliegt, mechanischer belastbar und verformungsresistent. Darüber hinaus kann eine Perowskit-, oder Spinellstruktur, abhängig vom Abscheidungsverfahren, oft erst bei einem Abkühlvorgang entstehen.

Im Anschluss an die Verfahren kann der NTC-

Dünnschichtther istor vom Trägermaterials gelöst werden, oder das Trägermaterial kann mittels eines Schleifprozesses oder Ätzprozesses ausgedünnt oder komplett entfernt wird. Folglich kann bei jedem NTC-Dünnschichtthermistor abgewogen werden, ob eine geringe Dicke oder aber eine gewisse mechanische

Stabilität des NTC-Dünnschichtthermistors vorrangig ist. Je nach Präferenz kann die Dicke des Trägermaterials auf ein gewünschtes Maß reduziert werden, oder der NTC- Dünnschichtthermistor kann direkt vom Trägermaterial gelöst werden .

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Darstellungen näher beschrieben.

Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung

Figur 2 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels, in dem Trägermaterial als erste Elektrode dient.

Figur 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels

Figur 4 zeigt eine schematische Draufsicht des dritten

Ausführungsbeispiels Figur 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines vierten Ausführungsbeispiels

Figur 6 zeigt eine räumliche Ansicht eines vierten

Ausführungsbeispiels

Figur 7 zeigt eine räumliche Ansicht des vierten

Ausführungsbeispiels mit zusätzlichen Kontaktpads

Gleiche Elemente, ähnliche oder augenscheinlich gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse in den Figuren sind nicht maßstabsgetreu.

In Figur 1 wird eine Querschnittsansicht eines NTC- Dünnschichtthermistors 1 gezeigt. Auf einem Trägermaterial 4 sind eine erste Dünnschichtelektrode 3a, darüber eine NTC- Dünnschicht 2 und über dieser eine zweite

Dünnschichtelektrode 3b angeordnet.

Das Trägermaterial 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel elektrisch isolierend und eben. Eine gewisse thermische Stabilität des Trägermaterials 4 wird für mögliche thermische Prozessschritte zur Herstellung der Dünnschichten, bei denen Temperatur von über 500 °C erreicht werden können, benötigt. Passende isolierende und thermisch stabile Materialien für das Trägermaterial 4 sind poly- oder einkristalline

Keramiken, passivierte Halbleiter, Polymere oder ein Glass. Bei den poly- oder einkristallinen Keramiken kann es sich beispielsweise um YSZ, A1N, ZnO, Aluminiumoxid oder Saphir, bei den passivierten Halbleitern beispielsweise um ein einkristallines Silizium mit einer SiOx Passivierung, und bei den Polymeren beispielweise um ein Polyimid handeln. Vorzugsweise ist das Trägermaterial 4 sehr dünn, mit einer Dicke von nicht mehr als 100 g und nicht weniger als 1 gm, es kann jedoch auch wesentlich dicker sein. Als Dicke wird hier und im Folgenden die Ausdehnung in Stapelrichtung, also senkrecht zur Oberfläche der Schichten, bezeichnet. Die erste Dünnschichtelektrode 3a, die NTC-Dünnschicht 2 und die zweite Dünnschichtelektrode 3b sind in Stapelrichtung übereinander angeordnet. Der NTC-Dünnschichtthermistor 1 kann nach der Herstellung vom Trägermaterial 4 gelöst werden oder das Trägermaterial 4 kann ausgedünnt werden. Dazu können bekannte Ätz-oder Schleifprozesse verwendet werden.

Darüber hinaus kann das Trägermaterial 4 auch funktionale Eigenschaften aufweisen und z.B. ein integrierter Schaltkreis (IC) oder ein mikroelektrisches mechanisches System (MEMS) umfassen. Auf diese Weise kann der NTC-Dünnschichtthermistor 1 mit mindestens einem anderen elektrischen Bauelement, zum Beispiel einem Drucksensor oder einem piezoelektrischer Sensor, verbunden werden und somit unterschiedliche

Funktionen in einem elektrischen Bauteil zusammengefügt werden .

Die ersten und zweiten Dünnschichtelektroden 3a, 3b sind im Ausführungsbeispiel aus Figur 1 über und unter der aktiven NTC-Dünnschicht 2 angeordnet. Die Dünnschichtelektroden 3a,

3b sind vorzugsweise sehr dünn, mit einer Dicke von weniger als 10 gm, ausgeführt. Chemische und physikalische

Abscheidungsprozesse für Dünnschichten, wie PVD-, CVD-, CSD- oder galvanische Verfahren, sind abhängig vom benutzten Material für das Ausbilden der Dünnschichtelektroden 3a, 3b geeignet. Die Elektroden können aus einer oder mehreren Schichten sowie aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein. Unterschiedliche Elektroden und Elektrodenschichten können, müssen aber nicht aus demselben Material bestehen. Geeignete leitende Materialien für die Elektroden sind Metalle, Legierungen, intermetallische

Verbindungen oder leitende Keramiken. Bei den Metallen kann es sich beispielsweise um Cu, Ni, Ag, Au, Pt, Mo oder Wo handeln. Bei den Legierungen kann es sich etwa um Cr/Ni/Ag oder Cr/Au handeln. Bei den intermetallischen Verbindungen kann es sich um Titan-, Nickel- oder Molybdänsilicide handeln. Bei den leitenden Keramiken kann es sich

beispielsweise um LNO oder ITO handeln.

Die NTC-Dünnschicht 2 ist dünner als 3 pm, vorzugsweise sogar dünner als 1 pm, und wird über einen oder mehrere

Beschichtungs- sowie thermischen Prozessschritten

aufgebracht. Ein geeignetes Beschichtungsverfahren für NTC- Dünnschichten 2 ist ein CSD-Verfahren bei dem die Schicht beispielsweise über Spin Coating, Dip Coating, Spray Coating oder Ink Jet Printing aufgetragen wird. Eine Abscheidung der NTC-Dünnschicht 2 über ein PVD-Verfahren ist ebenfalls möglich. Die NTC Dünnschicht 2 besteht aus einer ein- oder mehrphasigen funktionellen Keramik, die eine Spinell- oder Perowskitstruktur aufweist. Geeignete Elemente für eine NTC- Dünnschicht 2 mit Spinellstruktur sind Ni, Mn, Co, Fe, Cu und Zr. Beispielsweise kann 80 at% Mn mit 20 at% Ni ein

geeignetes Mischverhältnis für eine funktionelle Keramik mit Spinellstruktur sein, die als NTC-Dünnschicht 2 verwendet wird. Eine Perowskitstruktur kann mit den Elementen Y, Cr,

Ca, Al und/oder Mn realisiert werden.

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches dem Beispiel aus Figur 1 ähnelt. Auch in diesem Beispiel sind drei Schichten auf einem Trägermaterial 4 übereinander aufgetragen. Im Gegensatz zum ersten Beispiel ist das Trägermaterial 4 hier jedoch auch gleichzeitig eine erste Elektrode bzw. Bottom-Elektrode . Auf dem Trägermaterial 4, das auch als erste Elektrode fungiert, sind übereinander eine NTC-Dünnschicht 2, eine zweite Dünnschichtelektrode 3b sowie eine Schutzschicht 5, aufgetragen.

Das Trägermaterial 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausreichend leitend um als Bottom-Elektrode zu dienen.

Geeignete Materialien sind Metalle, Legierungen oder

hochdotierte Halbleiter. Mit leitenden Material beschichtete Isolatoren können ebenfalls verwendet werden. Insbesondere kann das Trägermaterial 4 auch als eine leitende Keramik vorliegen. Somit ist es besonders einfach den NTC- Dünnschichtthermistor 1 mit einem anderen elektrischen

Bauelement, welches selbst eine leitende Keramik aufweist, zu verbinden. Auf diese Weise können zwei oder mehr Funktionen von unterschiedlichen Bauelementen kombiniert und integrativ in einem Bauteil verschmolzen werden.

Die Schutzschicht 5 ist eine elektrische passive Schicht, die den NTC-Dünnschichtthermistor 1 vor mechanischen, chemischen und anderen Umwelteinflüssen schützt. Bei einer einseitigen Beschichtung des NTC-Dünnschichtthermistors 1 mit einer Schutzschicht 5 kann ein Dünnschichtverfahren wie bei den anderen Dünnschichten, vor allem auch ein PVD-Verfahren, verwendet werden. Alternativ kann der NTC-Dünnschichtsensor 2 auch in einer Folie verklebt oder verschweißt werden.

Geeignete Materialien für die Schutzschicht 5 können Glas, Silikon oder andere Polymere eignen. Die Schutzschicht 5 muss nicht unbedingt, wie in Figur 2 gezeigt, einseitig auf dem NTC-Dünnschichtthermistor 1 aufgebracht werden, sondern kann den NTC-Dünnschichtthermistor 1 umschließen. Besonders vorteilhaft ist ein gesamter Einschluss des NTC- Dünnschichtthermistors 1 in einer Schutzschicht 5, falls dieser vom Trägermaterial 4 abgelöst wird oder besonders dünn gestaltet ist.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches dem Beispiel aus Figur 2 ähnelt. Drei Schichten sind auf einem Trägermaterial 4 übereinander gestapelt. Im

Gegensatz zum vorherigen Beispiel ist das Trägermaterial 4 hier jedoch nicht leitend und wirkt daher nicht als

Elektrode. Auf dem Trägermaterial 4 wurde eine NTC- Dünnschicht 2 aufgetragen. Auf die NTC-Dünnschicht 2 wurden direkt beide, die ersten und zweiten, Dünnschichtelektroden 3a, 3b aufgetragen, wobei in Figur 3 nur eine

Dünnschichtelektrode 3a, 3b sichtbar ist. Die

Dünnschichtelektroden 3a, 3b und die NTC-Dünnschicht 2 wurden hier ebenfalls durch eine Schutzschicht 5 gegen

Umwelteinflüsse gesichert.

In Figur 4 wird eine Draufsicht auf einen NTC- Dünnschichtther istor 1 gezeigt, bei dem wie im

Ausführungsbeispiel aus Figur 3 beide Elektroden auf der NTC- Dünnschicht 2 angeordnet sind. Die ersten und zweiten

Dünnschichtelektroden 3a, 3b sind in einer interdigitalen Kammstruktur angeordnet. Da die Dünnschichtelektroden 3a, 3b einen äquidistanten Abstand voneinander haben, wirkt bei einer angelegten Messspannung das gleiche elektrische Feld zwischen den Dünnschichtelektroden 3a, 3b. Daher weist der Messstrom eines NTC-Dünnschichtther istors 1, der mit

Dünnschichtelektroden 3a, 3b versehen ist, die eine

interdigitale Kammstruktur aufweisen, eine vorteilhafte Linearität bezüglich einer angelegten Messspannung auf. Die Elektrodenstruktur kann entweder direkt beim Abscheiden der Dünnschichtelektroden 3a, 3b auf die NTC-Dünnschicht 2 mittels einer Schattenmaske oder über ein lithographisches Verfahren im Nachhinein realisiert werden. Abhängig vom gewünschten Widerstand und der Gestaltung des NTC- Dünnschichtther istors 1 kann eine andere Anordnung der Dünnschichtelektroden 3a, 3b ansprechender sein.

Dank der Anordnung der ersten und zweiten

Dünnschichtelektroden 3a, 3b auf einer Oberfläche der NTC- Dünnschicht 2 kann der NTC-Dünnschichtthermistor 1 mit einer Dicke von weniger als 50 pm besonders dünn gestaltet werden. Darüber hinaus kann die Anforderung an die Qualität der NTC- Dünnschicht 2 geringer sein, da der Messstrom relativ weit entlang der Oberfläche fliest und vertikale Defekte der NTC- Dünnschicht 2 wenig Einfluss auf diesen haben.

In Figur 5 wird eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels gezeigt. In diesem Beispiel ist der NTC- Dünnschichtthermistor 1 ein Mehrschichtbauteil . Die ersten und zweiten Dünnschichtelektroden 3a, 3b sind alternierend auf dem nicht leitenden Trägermaterial 4 aufgebracht worden, wobei immer eine NTC-Dünnschicht 2 zwischen ihnen liegt. In den Randbereichen von einer ersten und zweiten Seite hängt jeweils eine Art der Dünnschichtelektroden 3a, 3b gegenüber der NTC-Dünnschicht 2 über, wogegen die andere Art gegenüber der NTC-Dünnschicht 2 verkürzt ist. Auf diese Weise können die Dünnschichtelektroden 3a, 3b einer Art einfach

miteinander verbunden und gleichzeitig einen Kurzschluss mit der Gegendünnschichtelektrode verhindert werden. Durch das for angepasste Aufliegen der jeweiligen Dünnschichtelektroden 3a, 3b aufeinander, wird über die gesteigerte

Kontaktoberfläche zwischen den benachbarten

Dünnschichtelektroden die elektrische Kontaktierung verbessert und die Gefahr, dass eine der

Dünnschichtelektroden elektrisch nicht kontaktiert wird, gemindert .

Es kann vorteilhaft sein die Innenelektroden des

mehrschichtigen NTC-Dünnschichtthermistors 1 aus einer leitenden Keramik zu bilden, da diese gut an den

funktionellen keramischen NTC-Dünnschichten 2 haftet und das gesamte aktive Element des NTC-Dünnschichtthermistors 1 vollkeramisch ausgebildet ist. In diesem Fall kann es trotzdem vorteilhaft sein eine unterste und eine oberste Elektrode des Mehrschichtaufbaus aus einem Metall oder einem anderen leitenden Materialien zu bilden.

Auf Grund des Schichtaufbaus und den Überhängen bildet sich auf einer ersten und zweiten Seite des NTC-

Dünnschichtthermistors 1 eine Treppenform, die das Bauteil in der Dickenrichtung verjüngt. Die Dünnschichtelektroden 3a,

3b, in können in dem Bereich in dem sie gegenüber der NTC- Dünnschicht 2 Überhängen, gegenüber der darunter liegenden Dünnschichtelektrode 3a, 3b verkürzt sein. Somit kann

Kontaktoberfläche der Dünnschichtelektroden 3a, 3b vergrößert und der Kontaktwiderstand des NTC-Dünnschichtthermistors 1 verringert werden. Ein NTC-Dünnschichtthermistor 1 mit geringen Kontaktwiderstand ist speziell für präzise Messungen in hohen Temperaturbereichen geeignet, da ein NTC-Widerstand mit steigender Temperatur sinkt.

Der Bereich in der Mitte, in der alle drei Schichtarten überlappen, ist der aktive Messbereich des NTC- Dünnschichtthermistors 1. Die Bereiche in denen nur einer Art Dünnschichtelektrode sich mit der NTC-Dünnschicht 2

abwechselt sind messtechnisch irrelevant und sollten möglichst klein gehalten werden. An den Rändern, an denen die Dünnschichtelektroden 3a, 3b zusammengeführt werden, können die Elektroden kontaktiert werden.

Figur 6 zeigt eine räumliche Darstellung eines NTC- Dünnschichtther istors 1, der ebenfalls einen mehrschichtigen Aufbau wie der NTC-Dünnschichtthermistor 1 aus Figur 5 aufweist und auf einem Trägermaterial 4 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel hängen die NTC-Dünnschichten 2 auf einer dritten und vierten Seite, die senkrecht zur ersten und zweiten Seite sind, gegenüber den Dünnschichtelektroden 3a,

3b über. Das überhängende NTC-Material bildet abfallende Schrägen auf der dritten und vierten Seite in Figur 6. Der Überhang der NTC-Dünnschichten 2 sorgt dafür, dass die ersten und zweiten Dünnschichtelektroden 3a, 3b auch in den

Randbereichen voneinander abgekapselt sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass trotz des geringen Abstands zueinander erste und zweite Dünnschichtelektroden 3a, 3b nicht miteinander kurzschließen. Da die Dünnschichtelektroden 3a, 3b an den Rändern, obwohl mehrere Schichten überlagern, immer noch sehr dünn sind, ist es ratsam die Elektroden mit einer metallischen Paste, Kontaktpads, einem

Siebdruckverfahren, einem Dünnschichtverfahren oder einem galvanischen Prozess zu verstärken. In der Figur 7 wird der NTC-Dünnschichtthermistor 1 aus Figur 6 mit zusätzlichen Kontaktpads gezeigt.

Der beschrieben Schichtaufbau hat zur Folge, dass der

Messstrom in diesen Ausführungsbeispielen, im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel, bei dem die Dünnschichtelektroden 3a, 3b auf einer Oberfläche der NTC-Dünnschicht 2 angeordnet sind, vertikal durch die NTC-Schicht fließt. Einerseits wird dadurch der Anspruch an die Qualität der NTC-Dünnschicht 2 erhöht, da Defekte eine größere Auswirkung auf den Messstrom haben, andererseits ist die Messgenauigkeit nicht von der Größe der Oberfläche der NTC-Dünnschicht 2 abhängig. Daher lassen sich mit dem Schichtaufbau NTC-Dünnschichtthermistoren 1 realisieren, die mit einer Grundfläche, deren Seitenlänge zwischen 80 und 120 gm liegen, und einer Dicke von weniger als 100 gm nicht nur ausgesprochen dünn sind, sondern auch eine kleine Oberfläche aufweisen. Sensoren, die eine so kleine Oberfläche besitzen, können beispielsweise in ortauflösenden Messungen eingesetzt werden. Werden mehrere NTC-Dünnschichtthermistoren 1 nach einem der Ausführungsbeispiele in einer Matrix angeordnet, kann man mit dieser Anordnung eine ortsaufgelöste Temperaturmessung vorgenommen werden. Darüber hinaus sind elektrische Bauteile mit einer so geringen Größe prädestiniert dafür, mit anderen elektrischen Bauteilen verbunden oder in diese integriert zu werden. Insbesondere können die NTC-Dünnschichtthermistoren 1 nach der vorliegenden Erfindung auch in Leiterplatten, die häufig nur noch eine Dicke von einigen 100 gm besitzen, integriert werden und müssen nicht auf diese montiert werden.

Bezugszeichenliste

1 NTC-Dünnschichtthermistor

2 NTC-Dünnschicht

3a erste Dünnschichtelektrode 3b zweite Dünnschichtelektrode

4 Trägermaterial

5 Schutzschicht