Ein bekannter Platintemperatursensor ist in Fig. 3 darge- stellt. Bei diesem bekannten Platintemperatursensor ist ein Platindünnfilmwiderstand 2 auf ein Keramiksubstrat 4, das üblicherweise aus Aluminiumoxid A1203 besteht, aufgebracht.

In dem Bereich, in dem der Platindünnfilmwiderstand 2 ge- bildet ist, ist auf der Oberfläche des Keramiksubstrats 4 eine Schutzglasur 6 vorgesehen. Die Platinschicht, in der der Platindünnfilmwiderstand 2 üblicherweise meanderförmig gebildet ist, ist ferner strukturiert, um Anschlußflächen 8 aufzuweisen, mit denen Anschlußdrähte 10 zur Entnahme des Sensorsignals elektrisch leitfähig verbunden sind. Zur Fi- xierung der Anschlußdrähte 10 ist eine Glasur 12 vorgesehen.

Der in Fig. 3 dargestellte Platintemperatursensor in Dünn- schichttechnik ist in seinem Anwendungsbereich normalerweise auf 600°C beschränkt. Nach einer Ausführungsform für höhere Einsatztemperaturen, die bei über 1000°C liegen können, be- steht jedoch bereits seit einigen Jahren ein steigendes In- teresse. Auf dem Gebiet der Hochtemperaturfühler wurden des- halb beträchtliche Anstrengungen unternommen, um Platintem- peraturfühler verfügbar zu machen, die für einen Einsatz in derart hohen Temperaturbereichen geeignet sind. Durch ge- zielte Auswahl der Zusammensetzung der Schutzglasur 6 konn- ten bereits zufriedenstellende Lösungen für einige Anwendun- gen gefunden werden, wohingegen in sehr anspruchsvollen Ein- satzgebieten, beispielsweise bei speziellen Einsätzen im Kfz-Bereich, die Ergebnisse nicht alle Anforderungen erfül- len. Beispielsweise ist die Langzeitstabilität von Tempera- turfühlern der oben beschriebenen Art insbesondere bei Be- aufschlagung mit einem gewissen Meßstrom, der beispielsweise bei 5 mA liegen kann, bei den auftretenden hohen Temperatu- ren im Bereich von 800°C bis 1000°C nicht ausreichend ge- währleistet, da die verwendeten Schutzglasuren bei diesen hohen Temperaturen durch den notwendigen Meßstrom elektro- chemisch zersetzt werden können. Die dabei auftretende Mate- rialwanderung beeinflußt die Eigenschaften des Platins nega- tiv, so daß dadurch die Stabilität der Fühler und somit die Meßgenauigkeit beeinträchtigt wird.

Durch eine gezielte Auswahl der Zusammensetzung der Schutz- glasuren konnten in einem gewissen Umfang Verbesserungen er- reicht werden, wobei jedoch keine Schutzglasuren gefunden wurden, die bei Dauerbelastungen in einem Temperaturbereich von 1000°C oder darüber der elektrochemischen Zersetzung durch den Meßstrom widerstehen.

Aus dem Artikel"Fügen von Technischen Keramiken mit Kera- mik-Grünfolien"von M. Neuhäuser, u. a., cfi/Ber. DKG 72 (1995) Nr. 1-2, sind Verfahren zum Fügen von technischen Ke- ramiken bekannt, bei denen die Keramik-Grünfolien verwendet werden, um zwei Keramikschichten miteinander zu verbinden.

Voraussetzung für das dort beschriebene Fügeverfahren ist, daß die Sintertemperatur der Keramik-Grünfolie unter der Sintertemperatur der zu fügenden Keramik liegt.

Ein Temperatursensor, der eine Platinwiderstandsschicht auf- weist, die auf ein Keramiksubstrat aufgebracht ist und durch eine Glasur eingekapselt ist, ist in der DE 7629727 U1 of- fenbart.

Aus der DE 37 33 192 Cl ist ein PTC-Temperaturfühler be- kannt, bei dem ein mittels einer Platindickschichttechnik gebildeter Platinwiderstand zwischen zwei Keramik-Grün- schichtfolien und einer interlaminaren Binderschicht ange- ordnet wird, woraufhin die beiden Folien unter Anwendung ei- nes Drucks und einer erhöhten Temperatur zusammenlaminiert und daraufhin gesintert werden.

In der DE 4445243 A1 ist ein Temperaturfühler beschrieben, bei dem drei rohe Keramiksubstrate zusammenlaminiert, ge- preßt und bei 1.600°C gebrannt werden, um ein einheitliches Stück zu bilden. Vor dem Laminieren wird dabei zwischen zwei der Keramiksubstrate ein Platinwiderstand angeordnet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Platintemperatursensor zu schaffen, der auch bei Dauerbela- stungen in einem hohen Temperaturbereich zuverlässige Meßer- gebnisse liefert, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Platintemperatursensors zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch Platintemperatursensoren nach An- spruch 1 und 5 und ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Keramikmaterialien, insbesondere Aluminiumoxid A1203, gegen die oben beschriebene strombedingte Zersetzung unemp- findlich ist, und somit dieses Material, das zudem bei Dünn- schicht-Platintemperatursensoren üblicherweise als Substrat- material für den Platinfilm verwendet wird, vorteilhaft auch als Schutzmaterial zur Kapselung der Platinfilmschicht ver- wendet werden kann. Somit können die Probleme der elektro- chemischen Zersetzung und der damit verbundenen Verschlech- terung der Eigenschaften des Platintemperatursensors verhin- dert werden, wenn auch die Schutzabdeckung aus einem Kera- mikmaterial realisiert wird.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Platintemperatursen- sor, bei dem ein Platindünnfilmwiderstand auf ein gebranntes Keramiksubstrat aufgebracht ist. Eine gebrannte Keramikab- deckschicht ist mittels einer durch eine Druck-und Tempera- turbehandlung aus einer Keramikgrünschicht erzeugten Verbin- dungsschicht derart mit dem Keramiksubstrat verbunden, daß der Platindünnfilmwiderstand gegenüber der Umgebung abge- dichtet eingekapselt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Platintemperatursensor ist daher der strukturierte Platinfilm zum einen ausreichend gegen me- chanische und chemische Umwelteinflüsse geschützt. Zum ande- ren liefert der erfindungsgemäße Platintemperatursensor auch bei Dauerbelastungen in einem hohen Temperaturbereich, bei- spielsweise um oder über 1000°C, zuverlässige Meßergebnisse, da die oben beschriebenen nachteiligen Zersetzungserschei- nungen bei dem erfindungsgemäßen Platinfilmtemperatursensor nicht auftreten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Platintemperatursensors wird eine Verbindungsschicht auf die Hauptoberfläche eines gebrannten Keramiksubstrats aufge- bracht, auf der ein Platindünnfilmwiderstand vorgesehen ist.

Auf die Verbindungsschicht wird nachfolgend eine gebrannte Keramikabdeckschicht aufgebracht, derart, daß der Platin- dünnfilmwiderstand gegenüber der Umgebung abgedichtet einge- kapselt ist. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Verbindungsschicht eine Keramikgrünschicht verwendet, die unter Ausübung eines Drucks einer Temperaturbehandlung un- terzogen wird, um dadurch die Keramikabdeckschicht mit dem Keramiksubstrat zu verbinden.

Bei dem erfindungsgemäßen Platintemperatursensor ist die Verbindungsschicht entweder ganzflächig auf das mit dem Pla- tindünnfilmwiderstand versehene Keramiksubstrat aufgebracht oder alternativ lediglich auf eine Umrandungsfläche dessel- ben, so daß der Platindünnfilmwiderstand von der Verbin- dungsschicht umgeben ist. Ist die Verbindungsschicht nur auf der Umrandungsfläche vorgesehen, ist es bevorzugt, auf den seitlichen Kanten der sich ergebenden Schichtstruktur eine Versiegelungsschicht, die beispielsweise aus Glas bestehen kann, vorzusehen. Eine solche Schicht kann jedoch auch vor- gesehen werden, wenn die Verbindungsschicht ganzflächig auf- gebracht ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich- nungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 : eine schematische Querschnittansicht eines erfin- dungsgemäßen Platintemperatursensors ; Fig. 2 : eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Platintemperatursensors ; und Fig. 3 : eine schematische Querschnittansicht eines bekannten Platintemperatursensors.

Zunächst wird bezugnehmend auf Fig. 1 ein erstes Ausfüh- rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Platintemperatursen- sors näher beschrieben. Der Platintemperatursensor besitzt ein Keramiksubstrat 4, daß bei bevorzugten Ausführungsbei- spielen aus A1203 besteht, auf das eine strukturierte Pla- tinschicht aufgebracht ist, die eine Platinwiderstandsbahn 2 und Anschlußflächen 8 definiert. Mit den Anschlußflächen 8 kann ein Anschlußdraht 10 elektrisch leitfähig verbunden werden. Mittels einer Verbindungsschicht 14, die bei bevor- zugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ebenfalls aus A1203 besteht, ist auf die Oberfläche des Ke- ramiksubstrats 4, auf der die Platinwiderstandsbahn vorgese- hen ist, eine Keramikabdeckschicht 16, die bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ebenfalls aus A1203 gebildet ist, aufgebracht. Ferner ist in Fig. 1 eine Glaskeramik 18 dargestellt, die zur Fixierung des An- schlußdrahts dient.

Es ist bevorzugt, für die Abdeckschicht 16 das gleiche Mate- rial zu verwenden, das für das Keramiksubstrat 4 verwendet ist. Jedoch kann auch ein ähnliches Material verwendet wer- den. Die Abdeckschicht 16 kann die gleiche Dicke aufweisen, wie die Keramikschicht oder eine geringere Dicke, beispiels- weise 10 bis 20% dünner, solange durch die Dicke der Abdeck- schicht eine ausreichende Schutzwirkung gegen widrige Umge- bungseinflüsse erreicht werden kann. Die Verbindungsschicht kann eine geringe Dicke besitzen, da die Schutzwirkung für den Platinfilm gegen die äußere Atmosphäre durch die dickere Abdeckschicht 16 erreicht wird.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Platintemperatursen- sors wird zunächst das gebrannte Keramiksubstrat 4, das bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein A1203-Substrat ist, mit der darauf vorgesehenen Platin- widerstandsbahn 2 bereitgestellt. Nachfolgend wird zumindest im Bereich der Platinwiderstandsbahn 2 eine sehr dünne Kera- mik-Grünschicht einer Dicke von beispielsweise 0,1 bis 0,2 mm aufgebracht. Vorzugsweise handelt es sich bei dieser Ver- bindungsschicht um eine Al203-Grünschicht. Nachfolgend wird auf die Grünschicht die gebrannte Abdeckschicht 16, vorzugs- weise ebenfalls eine A1203-Schicht aufgebracht. Dieser Ge- samtschichtaufbau wird dann bei sehr hohen Temperaturen un- ter einem zusätzlichen äußeren Druck, der beispielsweise durch eine zusätzliche Keramikplatte erzeugt werden kann, gebrannt. Durch diesen Brennvorgang werden die beiden Kera- mikplatten, d. h. das Keramiksubstrat 14 und die Abdeck- schicht 16, mittels der Folie 14 fest miteinander verbunden. Somit wird der Platindünnfilmwiderstand 2 dicht gegen die äußere Atmosphäre verschlossen.

Somit schafft die vorliegende Erfindung einen Platintempera- tursensor, der einen sicheren Schutz des Platindünnfilmwi- derstands gegen das Eindringen von Fremdmaterial aus der Um- gebung auch in hohen Temperaturbereichen gewährleistet, wo- bei keine chemischen Zersetzungseinflüsse durch den zum Be- treiben des Temperatursensors erforderlichen Meßstrom zu be- fürchten sind.

Es ist nicht möglich, die Keramikabdeckschicht mittels Sieb- druck direkt auf das Keramiksubstrat aufzubringen, wie dies beispielsweise bei Verwendung von Glasuren als Schutzschicht durchgeführt wird. Wird A1203 als Abdeckschicht verwendet, kann diese Vorgehensweise nicht angewendet werden, da der Schmelzpunkt für A1203 viel zu hoch liegt, nämlich über dem Schmelzpunkt des Platins und überdies auch das Trägersub- strat schmelzen würde.

Auch wenn die gesamte Abdeckschicht als Grünschicht aufge- bracht wird, wobei unter Grünschicht eine Keramik mit sich beim Brennvorgang verflüchtigenden Bindemitteln zu verstehen ist, ergeben sich Probleme, da diese Grünschicht beim Brenn- vorgang einer gewissen Schwindung unterliegt, wobei die Ab- deckschicht aufgrund von Schrumpfungsrissen nicht die gefor- derte Dichtheit aufweisen würde. Die oben genannte Schwin- dung macht sich umso mehr bemerkbar, je dicker die Folie ist. Andererseits ist aber eine gewisse Dicke notwendig, im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm, um bei den angesprochenen hohen Temperaturen von 800°C bis 1000°C oder darüber hinaus eine ausreichende Schutzwirkung gegen widrige Umgebungseinflüsse zu erreichen.

In Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht eines alternati- ven Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Platintem- peratursensors dargestellt. In Fig. 2 ist wiederum das Kera- miksubstrat 4, das als Träger dient, und die auf demselben strukturierte Platinschicht, die einen Platindünnfilmwider- stand 2 und Anschlußflächen 8 definiert, gezeigt. Ferner sind zwei jeweils mit einer der Anschlußflächen 8 verbundene Anschlußdrähte 10 dargestellt. Bei dem in Fig. 2 dargestell- ten Ausführungsbeispiel ist jedoch die Verbindungsschicht 20 nicht ganzflächig auf die Oberfläche des Keramiksubstrats 4 und des Platindünnfilmwiderstands 2 aufgebracht, sondern le- diglich in einem den Platindünnfilmwiderstand 2 umgebenden Randbereich. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Platin- dünnfilmwiderstand durch die Verbindungsschicht nicht be- deckt. Mittels dieser, den Platindünnfilmwiderstand 2 umge- benden Verbindungsschicht 20 wird nunmehr eine Abdeckschicht (in Fig. 2 nicht gezeigt) mit dem Keramiksubstrat 4 verbun- den, so daß wiederum der Platindünnfilmwiderstand 2 gegen- über der Umgebung abgedichtet eingekapselt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es bevorzugt, auf den senkrechten äußeren Kanten, die durch die Schichtstruktur gebildet sind, eine zusätzliche Versiegelungsschicht vorzusehen, die bei- spielsweise aus Glas besteht.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann als Verbindungsschicht 20 entweder ebenfalls eine A1203-Folie verwendet werden, während alternativ als Verbindungsschicht anstelle der Folie eine Schutzglasur zur abdichtenden Ver- bindung, d. h. Verschmelzung des Trägersubstrats mit der Ab- deckfolie verwendet werden kann. Auch bei Verwendung der Schutzglasur als Verbindungsschicht 20 besitzt die stromfüh- rende Platinwiderstandsbahn 2 keinerlei Kontakt zu der Gla- surschicht 20, so daß die oben beschriebenen Zersetzungser- scheinungen in diesem Fall nicht auftreten. die Verwendung einer Glasur für die Verbindungsschicht 20 kann Vorteile bei der Herstellung bringen und ist bis 1000°C einsetzbar, wenn eine hochschmelzende Glasur mit einer Schmelztemperatur von mehr als 1.300°C verwendet wird.

Die erfindungsgemäß verwendete Verbindungsschicht, 14 in Fig. 1 und 20 in Fig. 2, kann alternativ durch eine im Sieb- druckverfahren aufgedruckte Keramikpaste ersetzt sein. Hier- bei wird auf das mit dem strukturierten Platinfilm beschich- tete und strukturierte Keramiksubstrat eine Keramikpaste im Siebdruck aufgedruckt und nach einer Vortrocknung mit der Keramikabdeckplatte abgedeckt. Nachfolgend wird unter Aus- übung eines Drucks ein Brennen durchgeführt, um Keramiksub- strat und Keramikabdeckschicht zu verbinden. Die Keramikpa- ste kann aus einem angepasteten Gemenge aus mehreren Kera- mikpulvern und Quarzmehl, beispielsweise A1203, MGO, Si02, bestehen.

Die vorliegende Erfindung schafft somit einen Platintempera- tursensor, der auf der einen Seite einen sicheren Schutz des Platinfilmwiderstands vor äußeren Einflüssen liefert und zum anderen auch bei einer Dauerbelastung in hohen Temperaturbe- reichen keine Verschlechterung der Genauigkeit besitzt.

Der erfindungsgemäße Platintemperatursensor kann mit Ausnah- me des Anbringens der Anschlußdrähte und des Fixierens der- selben vorzugsweise im Waferverbund hergestellt werden, der- art, daß aus einem Keramikwafer eine Mehrzahl von Platintem- peratursensoren hergestellt werden. Nach dem Vereinzeln der einzelnen Platintemperatursensoren kann dann auf die jewei- ligen senkrechten Schnittkanten die oben genannte Versiege- lungsschicht aufgebracht werden.