SENSORELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SENSORELEMENTS

Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Sensorelement , insbesondere einen Temperatursensor . Die vorliegende Erfindung betri f ft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Sensorelements , vorzugsweise eines Temperatursensors .

Um passive Bauelemente , wie zum Beispiel Sensoren, Kondensatoren, Schutzbauelemente oder Hei zer in elektrische Systeme zu integrieren, müssen die Dimensionen für moderne Packaging- Designs angepasst sein, die im mikrometer- und sogar nanome- terskaligen Bereich liegen . Um diesen Miniaturisierungsgrad zu erreichen, werden die Bauelemente als dünne Filme auf Trägerstrukturen mit elektrischen Anschlüssen abgeschieden und als diskretes Bauelement beschrieben . Diese neuartigen Bauelemente lassen sich unter anderem in MEMS (Mikro Elektro Mechanisches System) oder SESUB ( Semiconductor Embedded in Substrate ) Strukturen integrieren .

Die steigenden Anforderungen an die Genauigkeit der Temperaturmessung erfordern enge Toleranzen in der Widerstandsstreuung solcher Sensorelemente . Jedoch haben mit immer kleiner werdenden Strukturen die Fertigungstoleranzen einen immer größer werdenden Einfluss , wodurch die resultierende Streuung der Widerstände die geforderten Toleranzen überschreitet . Uber die Prozess führung ist die Widerstandsstreuung nur begrenzt reduzierbar .

Nach dem Stand der Technik werden Temperaturen für die Überwachung und Regelung in unterschiedlichsten Anwendungen vor- wiegend mit keramischen Heißleiter-Thermistorelementen

(NTC ) , Sili zium-Temperatursensoren (KTY) , Platin- Temperatursensoren ( PRTD) oder Thermoelementen ( TC ) gemessen . Dabei sind auf Grund der geringen Herstellungskosten die NTC- Thermistoren am weitesten verbreitet . Ein weiterer Vorteil gegenüber Thermoelementen und metallischen Widerstandselementen, wie z . B . Pt-Elementen, besteht in der ausgeprägten negativen Widerstands-Temperatur-Charakteristik .

Für den Einsatz in Leistungsmodulen werden vorwiegend SMD ( „surface mounted device" - oberflächenmontierte ) NTC- Temperatursensoren verwendet , die aufgelötet werden . Bei Steuermodulen für geringe Leistungen werden alternativ dazu auch NTC-Chips eingesetzt , die an der Unterseite mittels Ag-Sinterpaste , Löten oder Kleben montiert sind und die Oberseite über einen Bonddraht kontaktiert wird .

Für eine elektrische Kontaktierung der NTC-Chips müssen metallische Elektroden aufgebracht werden . Nach dem Stand der Technik werden dazu Dickschichtelektroden vorwiegend aus Silber- bzw . Gold-Pasten über einen Siebdruckprozess mit anschließendem Einbrand aufgebracht .

Für die Integration von elektronischen Bauelementen in beispielsweise MEMS oder SESUB Strukturen sind sehr kleine Elemente notwendig, die darüber hinaus noch mit geeigneten Kontaktierungsverfahren integrierbar sein müssen . Klassische Montagetechnologien für SMD Bauformen oder NTC Chips können dafür nicht verwendet werden .

Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2020 122 923 Al , deren Inhalt durch Referenz Bestandteil dieser Anmeldung ist , be- schreibt ein Sensorelement zur Temperaturmessung mit einem Dünnfilm NTC Thermistor .

Bislang konnten Dünnfilm NTC Temperatursensoren nicht mit ähnlich engen Toleranzen wie klassische Bauformen ( SMD NTC und NTC Chips ) gefertigt werden .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Sensorelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements zu beschreiben, welche die oben stehenden Probleme lösen .

Diese Aufgabe wird durch ein Sensorelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst .

Gemäß einem Aspekt wird ein Sensorelement beschrieben . Das Sensorelement 1 ist zur Messung einer Temperatur geeignet .

Das Sensorelement ist ein Temperatursensor . Bevorzugt ist das Sensorelement ein Dünnfilm NTC Temperatursensor . Eine Betriebstemperatur des Sensorelements liegt zwischen -40 ° C und 125 ° C, wobei die Grenzen eingeschlossen sind .

Das Sensorelement weist wenigstens einen Träger auf . Vorzugsweise weist das Sensorelement genau einen Träger auf . Der Träger weist ein Trägermaterial auf , vorzugsweise Silicium, Siliciumcarbid, GaN oder Glas ( silicatisches oder borosilica- tisches Glas ) . Alternativ dazu kann das Trägermaterial auch SisN AIN oder AI2O3 aufweisen .

Der Träger weist eine Oberseite und eine Unterseite auf . Die Oberseite ist elektrisch isolierend ausgebildet . Vorzugsweise ist eine isolierende Schicht , beispielsweise AI2O3, AIN, SiO2 oder SisN4 oder Kombinationen von Schichten dieser Materia- lien, auf der Oberseite des Trägers ausgebildet . Die isolierende Schicht ist unmittelbar auf der Oberseite des Trägers ausgebildet und kann aus einer oder mehreren Schichten aufgebaut sein .

Das Sensorelement weist ferner wenigstens eine Funktionsschicht auf . Die Funktionsschicht ist auf dem Träger angeordnet . Insbesondere ist die Funktionsschicht auf der elektrisch isolierenden Oberseite des Trägers angeordnet .

Der Träger stabilisiert die Funktionsschicht mechanisch . Die Funktionsschicht kann unmittelbar auf dem Träger ausgebildet sein . Alternativ dazu können auch weitere Komponenten des Sensorelements , beispielsweise Elektroden, zwischen dem Träger und der Funktionsschicht ausgebildet sein .

Ein Widerstand des Sensorelements wird durch eine Struktur, beispielsweise durch eine Abmessung bzw . eine Breite und/oder durch eine spezi fische Form, der Funktionsschicht beeinflusst . Die Breite der Funktionsschicht kann variieren .

Eine Dicke der Funktionsschicht liegt zwischen 50 nm und 1 pm, bevorzugt zwischen 100 nm und 500 nm, besonders bevorzugt zwischen 250 nm und 400 nm . Die Funktionsschicht weist ein Material auf ( Funktionsmaterial ) , das eine spezielle elektrische Charakteristik aufweist . Die Funktionsschicht weist ein Material mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand auf . Beispielsweise liegt der spezi fische Widerstand der Funktionsschicht bei einer Betriebstemperatur von 25 ° C bei p = 3 Qm .

Vorzugsweise weist die Funktionsschicht eine NTC Keramik auf .

Bevorzugt ist die Funktionsschicht ein Dünnfilm mit NTC Cha- rakteristik . Bevorzugt basiert die NTC Keramik auf einem oxidischen Material im Perowskit oder Spinell Strukturtyp . Alternativ dazu kann die Funktionsschicht basierend auf einem carbidischen oder einem nitridischen Material aufgebaut sein . Eine weitere Alternative stellen Dünnschichten aus Vanadiumoxid oder SiC dar .

Das Sensorelement weist ferner wenigstens zwei Elektroden auf . Die Elektroden sind vorzugsweise als Dünnschichtelektroden ausgebildet . Die Elektroden sind zueinander beabstandet auf dem Träger ausgebildet . Vorzugsweise ragen die Elektroden nicht bis zu einem Randbereich des Trägers . Insbesondere sind die Elektroden bevorzugt in einem Mittel- bzw . Innenbereich auf dem Träger ausgebildet . Die j eweilige Elektrode weist eine Mehrzahl von Elektrodenfingern auf . Die Elektrodenfinger der beiden Elektroden sind alternierend zueinander angeordnet . Die Elektroden bilden folglich eine Interdigitalstruktur .

Der Widerstand des Sensorelements wird durch eine Struktur der Elektroden, beispielsweise eine Länge und/oder Anzahl der Elektrodenfinger und/oder durch einen Abstand zwischen den Elektrodenfingern ( Lückenbreite ) , beeinflusst .

Das Sensorelement weist ferner wenigstens zwei Kontaktpads zur elektrischen Kontaktierung des Sensorelements auf . Vorzugsweise weist das Sensorelement genau zwei Kontaktpads auf . Die Kontaktpads sind direkt elektrisch und mechanisch mit den Elektroden verbunden . Jeweils ein Kontaktpad ist unmittelbar auf einem Teilbereich einer der Elektroden angeordnet . Die Montage des Sensorelements kann auch mittels Dünndraht- Bonding über die Kontaktpads erfolgen . Das Sensorelement ist sehr kompakt ausgeführt . Insbesondere ist das Sensorelement dazu ausgebildet als diskretes Bauelement direkt in ein elektrisches bzw . elektronisches System eingebettet zu werden . Beispielsweise weist das Sensorelement eine maximale Kantenlänge von 1000 pm, bevorzugt < 800 pm, besonders bevorzugt < 500 pm auf . Eine Dicke des Sensorelements ist < 100 pm, bevorzugt < 80 pm, besonders bevorzugt < 50 pm . Besonders bevorzugt betragen die Abmessungen des Sensorelements 300 pm x 500 pm x 50 pm . Bevorzugt ist das Bauelement zur direkten Integration in eine MEMS Struktur und / oder in eine SESUB Struktur ausgebildet .

Das Sensorelement weist ferner eine enge Widerstandstoleranz auf . Das bedeutet , dass das Sensorelement einen sehr geringen Abweichungsbereich von einem Sollwiderstand (Nennwert des Widerstands ) aufweist .

Die wenigstens eine Funktionsschicht und / oder wenigstens eine der wenigstens zwei Elektroden sind zur Einstellung des Widerstandswerts strukturiert ausgebildet . Die wenigstens eine Funktionsschicht und / oder wenigstens eine der wenigstens zwei Elektroden sind zur Einstellung des Widerstandswerts trimmbar . Insbesondere ist zumindest ein Teilbereich der wenigstens einen Funktionsschicht und / oder zumindest ein Teilbereich wenigstens einer der beiden Elektroden zur Widerstandseinstellung durchtrennt .

Sofern der Widerstand bei dem zu trimmenden Bauelement bereits dem Zielwert entspricht , erfolgt keine Durchtrennung der strukturierten / trimmbaren Bereiche .

Durch die Erzielung einer engen Widerstandstoleranz weist das

Sensorelement eine sehr hohe Genauigkeit bei der Temperatur- messung auf. Bevorzugt weist das Sensorelement eine Widerstandstoleranz auf, die vergleichbar ist zur engen Widerstandstoleranz klassischer Bauformen wie SMD NTCs oder NTC Chips .

Eine elektrische Charakterisierung des Sensorelements ist ähnlich wie bei einem Standard-NTC-Chip :

- R(25°C) = 10 kQ bis 100 kQ;

- B(25/100) = 2000 K bis 4000 K, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Bei einem Widerstands-Nennwert von R(25°C) < 100 kQ liegt im optimierten Sensorelement die Dicke der Funktionsschicht bei 300 nm und der spezifische Widerstand der Funktionsschicht beträgt p = 3 Qm.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel bedeckt die Funktionsschicht den Träger bzw. die isolierende Schicht auf der Oberseite des Trägers nur teilweise. Ferner überdeckt die Funktionsschicht die Elektrodenfinger der beiden Elektroden nur teilweise.

Eine Geometrie / Anordnung der Funktionsschicht ist zunächst so gewählt, dass die Funktionsschicht den Träger / die isolierende Schicht nur im Bereich der Fingerstruktur der Elektroden abdeckt. Alternativ dazu kann die Funktionsschicht aber auch über die Fingerstruktur der Elektroden herausragen. Vorzugsweise ist die Funktionsschicht lediglich in einem Mittelbereich des Trägers ausgebildet. Insbesondere ragt die Funktionsschicht nicht bis zu einem Randbereich des Trägers. Ferner ist die Struktur der Funktionsschicht, beispielsweise eine Breite der Funktionsschicht, so gewählt, dass damit ein bestimmter Widerstand (Sollwert) des Sensorelements eingestellt werden kann. Damit ist das Sensorelement besonders flexibel einsetzbar und besonders präzise. Gemäß einem Aus führungsbeispiel weist die Funktionsschicht eine Mehrzahl von Strei fen auf . Mit anderen Worten, die Funktionsschicht besteht aus diskreten Einzelelementen . Die Strei fen sind beabstandet zueinander angeordnet . Die Strei fen sind parallel zueinander angeordnet .

Der Aufbau des Sensorelements basiert auf dem Prinzip einer Parallelschaltung einzelner Widerstände . Die Strei fen sind senkrecht zu den Elektrodenfingern ausgeführt und werden über diese kontaktiert . Damit ergeben sich mehrere Einzelwiderstände , die zwischen den Elektrodenfingern parallelgeschalten sind .

Eine Breite der Strei fen kann für alle Strei fen der Funktionsschicht gleich sein . Alternativ dazu kann die Breite der Strei fen aber auch variieren . Beispielsweise können sehr schmale , mittlere und breite Strei fen kombiniert vorhanden sein . Dadurch ist eine größere Varianz in der Widerstandseinstellung gegeben . Bei einer Parallelschaltung, bei der die einzelnen Widerstände als Kehrwerte addiert werden, bedeutet dies , dass das Trimmen größerer Widerstände eine kleine Widerstandsänderung am gesamten Sensorelement bewirkt . Damit ist eine Feineinstellung des Sollwerts des Widerstands auf einfache Weise möglich .

Das Trimmen kann auf zwei Weisen erfolgen . Es können entweder die Funktionsschicht oder die Elektrodenfinger durchtrennt werden . Insbesondere ist zur Einstellung des Widerstandswerts des Sensorelements wenigstens ein Strei fen der Funktionsschicht und / oder wenigstens ein Elektrodenfinger durchtrennt , bevorzugt mittels eines Lasers ( Lasertrimmen) . Gemäß einem Aus führungsbeispiel ist die Funktionsschicht oder zumindest ein Teilbereich der Funktionsschicht treppenförmig, trapez förmig oder dreieckig ausgebildet . Die Funktionsschicht weist folglich keine diskrete Einzelelemente auf , sondern ist einstückig ausgebildet . Die Funktionsschicht bedeckt die Elektroden, insbesondere die Elektrodenfinger, dabei aber nur teilweise .

Durch die spezi fische Struktur der Funktionsschicht und die nur teilweise Überdeckung der Elektrodenfinger ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände , die zwischen den Elektrodenfingern parallel geschaltet sind . Damit ist das Trimmen auf einen gewünschten Zielwiderstand ( Sollwiderstand) auf einfache Art und Weise ermöglicht . Zur Einstellung des Widerstandswerts ist wenigstes ein Elektrodenfinger durchtrennt , insbesondere mittels eines Lasers ( Lasertrimmen) . Eine weitere mögliche Variante zur Einstellung des Widerstandswerts ist die Durchtrennung der Funktionsschicht entlang eines Elektrodenfingers ( also zwischen den Elektrodenfingern) mittels eines Lasers .

Gemäß einem Aus führungsbeispiel ist wenigstens ein Elektrodenfinger strukturiert ausgebildet . Insbesondere weist wenigstens einer der Elektrodenfinger eine andere Form auf als die übrigen Elektrodenfinger . Bevorzugt ist wenigstens einer der Elektrodenfinger trapez förmig oder dreieckig ausgebildet . Im Vergleich dazu weisen die übrigen Elektrodenfinger eine viereckige Form auf . Damit ergibt sich eine noch feinere Einstellungsmöglichkeit des Widerstands durch eine breitere Sprei zung der trimmbaren Einzelwiderstände zwischen zwei benachbarten Elektrodenfingern . Gemäß einem Aus führungsbeispiel sind die Elektrodenfinger wenigstens einer der wenigstens zwei Elektroden unterschiedlich lang ausgebildet . Anders ausgedrückt weist wenigstens eine , vorzugsweise genau eine , der beiden Elektroden Elektrodenfinger unterschiedlicher Länge auf .

Damit ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände der Elektrodenfinger, die zwischen den Elektrodenfingern paral- lelgeschalten sind und damit das Trimmen auf den gewünschten Zielwiderstand ermöglichen . Zur Einstellung des Widerstandswerts ist wenigstens einer der unterschiedlich langen Elektrodenfinger durchtrennt , insbesondere mit Hil fe eines Lasers .

Gemäß einem Aus führungsbeispiel variiert ein Abstand zwischen benachbarten Elektrodenfingern . Damit sind zusätzliche Bereiche mit variiertem Abstand zum Trimmen verfügbar, wodurch sich eine noch feinere Abstufung der Widerstandseinstellung ergibt . Zur Einstellung des Widerstandswerts ist wenigstens einer der Elektrodenfinger durchtrennt , insbesondere mit Hil fe eines Lasers .

Gemäß einem Aus führungsbeispiel weist wenigstens einer der Elektrodenfinger einen kammförmigen Bereich auf . Der kammförmige Bereich weist eine Mehrzahl von Zähnen auf . Die Zähne zeigen in Richtung des nachfolgenden Elektrodenfingers . Der kammförmige Bereich ist bevorzugt an einem der äußeren Elektrodenfinger ausgebildet .

Die Zähne des kammförmigen Bereichs können unterschiedlich lang und / oder unterschiedlich breit ausgebildet sein . Dadurch ist eine größere Varianz in der Widerstandseinstellung gegeben . Insbesondere ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände , die damit das Trimmen auf den gewünschten Zielwiderstand ermöglichen . Zur Einstellung des Widerstandswerts des Sensorelements ist wenigstens einer der Zähne durchtrennt .

Gemäß einem Aus führungsbeispiel sind die Elektroden unmittelbar auf einer Oberseite der Funktionsschicht ausgebildet . Mit anderen Worten, die Funktionsschicht ist zwischen den Elektroden und dem Träger ausgebildet . Diese Aus führung erlaubt ein Trimmen der Elektrode nach dem Aufbringen und einem Test des Sensorelements . Außerdem muss die Elektrode bei dieser Aus führung den Bedingungen des Sinterprozesses der Funktionsschicht nicht standhaf ten . Alternativ können die Elektroden aber auch unmittelbar an einer Unterseite der Funktionsschicht angeordnet sein .

Gemäß einem Aus führungsbeispiel weist das Sensorelement eine Schutzschicht auf . Die Schutzschicht kann als Material Oxide , Nitride , Keramiken, Gläser oder Kunststof f aufweisen . Die Schutzschicht bedeckt eine Oberseite des Sensorelements mit Ausnahme der Kontaktpads vollständig . Zu diesem Zweck weist die Schutzschicht Aussparungen an der Stelle der Kontaktpads auf . Die Schutzschicht weist eine Dicke < 10 pm, vorzugsweise < 5 pm, idealerweise < 1 pm auf . Durch die Schutzschicht wird die Langzeitstabilität des Sensorelements verbessert .

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Sensorelements , insbesondere einer Viel zahl von Sensorelementen, beschrieben . Es ist zu beachten, dass durch das Verfahren bevorzugt viele Sensorelemente parallel erzeugt und abschließend voneinander separiert werden . Der Einfachheit halber wird im Folgenden im Wesentlichen auf ein Sensorelement Bezug genommen . Vorzugsweise wird durch das Verfahren das oben beschriebene Sensorelement hergestellt. Alle Eigenschaften, die in Bezug auf das Sensorelement oder das Verfahren offenbart sind, sind auch entsprechend in Bezug auf den jeweiligen anderen Aspekt offenbart und umgekehrt, auch wenn die jeweilige Eigenschaft nicht explizit im Kontext des jeweiligen Aspekts erwähnt wird. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

A) Bereitstellung eines Trägermaterials zur Ausbildung eines Trägers. Vorzugsweise weist das Trägermaterial Si, SiC, GaN oder Glas auf. Alternativ dazu kann das Trägermaterial SisN^ AIN oder AI2O3 aufweisen. Der Träger weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Auf der Oberseite des Trägermaterials kann ferner eine elektrisch isolierende Schicht, vorzugsweise SiO2, ausgebildet werden.

B) Ausbilden bzw. Abscheiden von wenigstens zwei Elektroden auf dem Träger. Das Abscheiden erfolgt durch einen PVD („physical vapour deposition") Prozess, einen CVD („chemical vapour deposition") Prozess oder galvanisch. Alternativ dazu kann das Abscheiden auch durch ein ALD (Atomic Layer Deposition) Verfahren erfolgen.

Die Elektroden werden zueinander beabstandet ausgebildet. Insbesondere sind die Elektroden räumlich und elektrisch voneinander isoliert. Die Elektroden weisen Elektrodenfinger auf. Die Elektroden greifen in Form von Interdigitalstrukturen ineinander. Bevorzugt werden die Elektroden direkt auf der Oberseite des Trägers bzw. auf der isolierenden Schicht ausgebildet. Alternativ können die Elektroden aber auch auf der Oberseite der Funktionsschicht ausgebildet werden. Die Elektroden sind derart ausgebildet, dass sie von einem Randbereich des Trägers beabstandet sind. Die Elektroden können strukturiert ausgebildet werden zur Einstellung des Widerstands des Sensorelements ( siehe Schritt E ) ) .

C ) Aufbringen, vorzugsweise Aufsputtern, eines Funktionsmaterials auf einen Teilbereich der Elektroden zur Ausbildung einer Funktionsschicht . Das Funktionsmaterial weist vorzugsweise eine NTC Keramik basierend auf einem oxidischen Material im Perowskit oder Spinell Strukturtyp auf . Alternativ kann das Funktionsmaterial auch auf einem carbidischen oder einem nitridischen Material basieren . Alternativ kann das Funktionsmaterial eine Dünnschicht aus Vanadiumoxid oder SiC umfassen oder darstellen .

Die Funktionsschicht wird als Dünnfilm ausgebildet . Die Funktionsschicht bedeckt den Träger bzw . die Elektroden nur teilweise . Insbesondere wird die Funktionsschicht so ausgebildet , dass sie vom Randbereich des Trägers beabstandet und auf dem Bereich der Fingerstrukturen ( Interdigitalstrukturen) der Elektrode ausgebildet ist . Dabei kann die Funktionsschicht auch über die Interdigitalstruktur der Elektroden herausragen . Die Funktionsschicht wird als voll flächige Dünnschicht abgeschieden und erst durch einen weiteren Prozessschritt z . B . mittels nasschemischem Ätzen oder Trockenätzen, strukturiert . Nach der Abscheidung ist die NTC Schicht noch nicht aus kristallisiert .

Die Funktionsschicht kann strukturiert ausgebildet werden zur Einstellung des Widerstands des Sensorelements ( siehe Schritt E ) ) . D) Temperaturbehandlung der Funktionsschicht . Dies dient zur Ausbildung der NTC Eigenschaften des Funktionsmaterials und wird bei Temperaturen bis zu 1000 ° C durchgeführt .

Anschließend wird die Funktionsschicht gemessen . Hierbei wird der initiale Toleranzbereich des Widerstandswerts ermittelt . Dieser liegt in diesem Verfahrensstadium beispielsweise beim Nennwert des Widerstands ± 5% .

E ) Einstellung des Widerstandswerts des Sensorelements . Dies erfolgt durch Trimmen wenigstens einer der Elektroden und / oder der Funktionsschicht mittels eines Lasers . Der Widerstandswert wird dabei auf einen vorbestimmten Nennwert ( Sollwert ) eingestellt . Durch das genaue Einstellen des Widerstandswerts weist das fertige Sensorelement eine sehr enge Widerstandstoleranz auf . Die Widerstandstoleranz des Nennwertes des fertigen Sensorelements ist maximal ± 5% , vorzugsweise maximal ± 1 % , besonders bevorzugt maximal ± 0 . 5% .

Die Funktionsschicht und / oder wenigstens eine der Elektroden, beispielsweise wenigstens ein Elektrodenfinger, werden zur Widerstandseinstellung strukturiert ausgebildet . Mit anderen Worten, die Funktionsschicht und / oder wenigstens ein Teilbereich der Elektroden weisen einen strukturierten Bereich auf . Ein initialer Widerstand der Funktionsschicht ist so gewählt , dass dieser sich in einem Toleranz fenster bei niedrigen Widerstandswerten befindet .

Zur finalen Einstellung des Widerstandswerts erfolgt das Trimmen des strukturierten Bereichs . Insbesondere werden wenigstens einer der Elektrodenfinger und / oder wenigstens ein Teilbereich der Funktionsschicht mit Hil fe des Lasers durchtrennt . Mit anderen Worten, es wird Material von wenigstens einem Elektrodenfinger und / oder von wenigstens einem Teil- bereich der Funktionsschicht abgetragen, wodurch sich der Widerstand der betref fenden Komponente und damit der Gesamtwiderstand des Sensorelements ändert . Der Widerstand des Sensorelements wird durch das Trimmen der strukturierten Bereiche auf den Sollwert erhöht .

Sofern der Widerstand des Sensorelements bereits dem Sollwert entspricht , erfolgt hingegen keine zusätzliche Einstellung des Widerstandswerts mehr .

Gemäß einem Aus führungsbeispiel weist das Verfahren die folgenden weiteren Schritte auf :

F) Aufbringen einer Schutzschicht auf die Oberseite des Sensorelements . Die Schutzschicht bedeckt die Oberseite bis auf zwei Teilbereiche vollständig . Die Teilbereiche sind über einen flächigen Endbereichen der Elektroden angeordnet , auf die im nachfolgenden Prozessschritt die Kontaktpads aufgebracht werden können . Die Schutzschicht wird zur Strukturierung entweder

( a ) voll flächig aufgebracht und die freien Teilbereiche durch einen Folgeprozess wie nasschemisches Ätzen oder Trockenätzen oder Laserstrukturierung erzeugt oder

(b ) durch Verwendung einer Maske beim Abscheidungsprozess direkt strukturiert aufgebracht .

G) Ausbilden von Kontaktpads in den von der Schutzschicht freien Teilbereichen zur elektrischen Kontaktierung des Sensorelements . Jeweils ein Kontaktpad wird dabei unmittelbar auf einem flächigen Endbereich einer der Elektroden ausgebildet . Die Kontaktpads können über die strukturierte Schutzschicht hinausragen . Die Kontaktpads können Cu, Au, Ni, Cr, Ag, Ti, Ta, W, Pd oder Pt aufweisen. Wird das Sensorelement in eine SESUB Struktur integriert, weisen die Kontaktpads bevorzugt Cu auf. Vorzugsweise weisen die Kontaktpads dann eine Dicke von > 5 pm auf. Die Kontaktpads werden so ausgestaltet, dass die über eine Oberfläche des fertiggestellten Sensorelements hinausragen.

Alternativ zu den Kontaktpads können auch Bumps oder dünne Elektroden vorgesehen werden. All diese möglichen Kontaktelemente weisen mindestens ein Metall, beispielsweise Cu, Au o- der eine lötbare Legierung auf.

H) Trennen bzw. Vereinzeln der Sensorelemente.

Das Vereinzeln erfolgt in zwei Schritten:

(1) Vereinzeln in x-/y- Richtung (Länge & Breite) . Dies kann beispielsweise durch Plasmaätzen oder Sägen erfolgen. Der Träger wird hierbei nicht durchgesägt, sondern nur bis auf eine definierte Dicke eingesägt.

(2) Vereinzeln in z-Richtung (Höhe) . Das Grinding erfolgt von der Rückseite. Durch einen Schleifprozess wird von der Unterseite des Trägers Material bis zu einer definierten finalen Bauteildicke abgetragen.

I) Ist ein dickeres Design des Sensorelements gewünscht, ist das Abdünnen (Grinding) des Trägers nicht erforderlich. Das Trennen erfolgt in diesem Fall alleine durch Sägen oder Plasmaätzen .

J) Optionales Plasmaätzen der heruntergeschliffenen Unterseite des Trägers zur Reduktion von beispielsweise Mikrorissen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Funktionsmaterial strukturiert aufgebracht. Mit anderen Worten, die Funktions- schicht wird zur Einstellung des Widerstandswerts strukturiert ausgebildet . Die Funktionsschicht kann eine Mehrzahl von Strei fen aufweisen . Alternativ dazu kann ein Teilbereich der Funktionsschicht treppenförmig, trapez förmig oder dreieckig ausgebildet werden . Damit ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände , die zwischen den Elektrodenfingern paral- lelgeschalten sind und damit das Trimmen auf den gewünschten Zielwiderstand ermöglichen .

Gemäß einem Aus führungsbeispiel werden die Elektroden zur Einstellung des Widerstandswerts strukturiert ausgebildet . Die Elektrodenfinger wenigstens einer der beiden Elektroden können eine unterschiedliche Länge aufweisen . Alternativ oder zusätzlich können benachbarte Elektrodenfinger einen unterschiedlichen Abstand zueinander aufweisen . Alternativ oder zusätzlich können die Elektrodenfinger eine unterschiedliche Form aufweisen . Beispielsweise ist wenigstens einer der Elektrodenfinger trapez förmig ausgebildet oder wenigstens einer der Elektrodenfinger kann einen kammförmigen Bereich aufweisen . Der kammförmige Bereich kann eine Mehrzahl von Zähnen aufweisen, die bevorzugt in Richtung des nachfolgenden Elektrodenfingers zeigen .

Durch die strukturierte Ausbildung der Elektroden und / oder der Funktionsschicht entstehen einzelne lasertrimmbare Bereiche , wodurch die Möglichkeit zur Widerstandseinstellung gegeben ist . Durch das entsprechende Trimmen erfolgt eine Erhöhung des Widerstands auf den Sollwert . Die einzelnen trimmbaren / strukturierten Bereiche haben einen größeren Widerstand im Vergleich zu den nicht strukturierten Bereichen . Bei einer Parallelschaltung, bei der die einzelnen Widerstände als Kehrwerte addiert werden, bedeutet dies , dass das Trimmen größerer Widerstände eine kleine Widerstandsänderung am ge- samten Sensorelement bewirkt . Damit kann ein Sensorelement mit einer besonders engen Widerstandstoleranz zur Verfügung gestellt werden .

Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu auf zufassen . Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert , verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein .

Elemente , die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen, sind mit gleichen Bezugs zeichen bezeichnet .

Es zeigen :

Figur 1 eine Explosions-Darstellung eines Sensorelements gemäß dem Stand der Technik,

Figur 2 eine Schnittdarstellung des Sensorelements nach Figur 1 ( Stand der Technik) ,

Figur 3a eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines Sensorelements gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel ,

Figur 3b eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines Sensorelements gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel ,

Figur 4 eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines Sensorelements gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel , Figur 5 eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines Sensorelements gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel ,

Figur 6 eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines Sensorelements gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel ,

Figur 7 eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines Sensorelements gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel .

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Darstellung eines Sensorelements 1 nach dem Stand der Technik . Das Sensorelement 1 dient zur I llustrierung eines Basisaufbaus des weiter unten beschriebenen Sensorelements 100 . Hinsichtlich der wesentlichen Merkmale des Sensorelements 1 gemäß Figuren 1 und 2 wird auf die deutsche Patentanmeldung DE 10 2020 122 923 Al Bezug genommen .

Das Sensorelement 1 ist ein NTC Dünnfilm Temperatursensor und weist einen Träger 2 mit einer Oberseite 11 und einer Unterseite 12 auf . Die Oberseite 11 des Trägers 2 weist eine isolierende Schicht 3 beispielsweise aufweisend SiO2 auf . Das Sensorelement 1 weist ferner wenigstens zwei Elektroden 4a, 4b auf . Die beiden Elektroden 4a, 4b sind zueinander beab- standet auf der isolierenden Schicht 3 des Trägers 2 ausgebildet und weisen dünne Metall filme auf .

Die Elektroden 4a, 4b sind als interdigitale Dünnschichtelektroden ausgebildet . Insbesondere weisen die Elektroden 4a, 4b j eweils einen flächigen Endbereich 6 sowie einen Bereich mit Elektrodenfingern 5 auf . Der Bereich mit den Elektrodenf in- gern 5 ist j eweils in einem Mittelbereich des Trägers 2 ausgebildet . Der flächige Endbereich 6 und der Bereich mit den Elektrodenfingern 5 gehen ineinander über . Die beiden Elektroden 4a, 4b grei fen j eweils in dem Bereich der Elektrodenfinger 5 im Mittelbereich des Trägers 2 ineinander und bilden dort eine Interdigitalstruktur aus . Die Elektrodenfinger 5 der Elektroden 4a, 4b sind alternierend angeordnet .

Das Sensorelement 1 weist ferner eine Funktionsschicht 7 mit einer Oberseite 14 und einer Unterseite 15 auf . Die Funktionsschicht 7 ist ein NTC Dünnfilm . Die Funktionsschicht 7 bedeckt die isolierende Schicht 3 auf der Oberseite 11 des Trägers 2 lediglich teilweise . Bevorzugt ist die Funktionsschicht 7 zumindest teilweise auf den Elektroden 4a, 4b aufgebracht . Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist , sind die Elektroden 4a, 4b dabei zwischen dem Träger 2 und der Funktionsschicht 7 , insbesondere an einer Unterseite 15 der Funktionsschicht 7 ausgebildet . Die Funktionsschicht 7 liegt unmittelbar auf dem Bereich mit den Elektrodenfingern 5 auf .

Das Sensorelement 1 weist ferner wenigstens zwei Kontaktpads 10a, 10b auf zur elektrischen Kontaktierung des Sensorelements 1 .

Das Sensorelement 1 kann ferner eine Schutzschicht 8 aufweisen . Die Schutzschicht 8 bedeckt eine Oberseite des Sensorelements 1 mit Ausnahme der Kontaktpads 10a, 10b vollständig . Die Schutzschicht 8 weist Aussparungen 9 auf , aus welchen die Kontaktpads 10a, 10b zur elektrischen Kontaktierung des Sensorelements 1 herausragen . Durch die kompakte Bauweise der einzelnen Komponenten des Sensorelements 1 ist das Sensorelement 1 hervorragend zur Integration in MEMS oder SESUB Strukturen geeignet .

Die Aus führung des Basisaufbaus gemäß der Figuren 1 und 2 basiert auf dem Prinzip einer Parallelschaltung einzelner Widerstände . Bei dem Aufbau des Sensorelements 1 gemäß den Figuren 1 und 2 kann der Widerstand j edoch nicht bauteilspezifisch angepasst werden . Die Streuung des Widerstands lässt sich daher nicht innerhalb der geforderten Toleranzen einstellen .

Die Figuren 3a, 3b und 4 bis 7 zeigen j eweils einen Teilbereich eines Sensorelements 100 . Das Sensorelement 100 weist im Wesentlichen die gleichen Komponenten auf wie das Sensorelement 1 gemäß der Figuren 1 und 2 . Der Basisaufbau des Sensorelements 100 entspricht dem Aufbau des Sensorelements 1 der Figuren 1 und 2 , wie bereits weiter oben erwähnt wurde . Bezüglich der Einzelheiten der Komponenten und der Funktionsweise des Sensorelements 100 wird daher auf obige Beschreibung bzw . auf das Dokument DE 10 2020 122 923 Al verwiesen .

Das erfindungsgemäße Sensorelement 100 weist eine Betriebstemperatur zwischen -40 ° C und 125 ° C auf , wobei die Grenzen eingeschlossen sind . Eine Abmessung des Sensorelements 100 beträgt bevorzugt 300 pm x 500 pm x 50 pm . Das Sensorelement 100 weist einen Widerstandswert R auf , für welchen gilt : 10 kQ < R ( 25 ° C ) < 100 kQ .

Im Gegensatz zu Sensorelement 1 lässt sich bei dem Sensorelement 100 gemäß der Figuren 3 bis 7 der Widerstand bauteilspezi fisch einstellen . Dies kann durch verschiedene Varianten des Schichtaufbaus des Sensorelements 100 realisiert werden, die nachfolgend im Detail beschrieben werden . Insbesondere ist im Vergleich zu Sensorelement 1 die Struktur der Funktionsschicht 7 und / oder der Elektroden 4a, 4b angepasst / modi fi ziert .

Eine Breite und / oder Form der Funktionsschicht 7 und / oder eine Länge der Elektrodenfinger 5 und / oder ein Abstand ( Lückenbreite ) zwischen den Elektrodenfingern 5 und / oder eine Anzahl der Elektrodenfinger 5 bzw . der Abstände ( Lücken) zwischen den Elektrodenfingern 5 beeinflusst dabei den Widerstandswert des Sensorelements 100 .

Der Zusammenhang zwischen dem Widerstand und der Interdigitalstruktur der Elektroden 4a, 4b ist insbesondere in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt :

Tabelle 1 : Zusammenhang zwischen der Struktur der Elektroden und dem Widerstandswert .

Aus der Tabelle geht hervor, dass der Widerstand des Sensorelements 100 bei einer Betriebstemperatur von 25 ° C mit steigender Zahl der Elektrodenfinger 5 / Zahl der Lücken zwischen den Elektrodenfingern 5 sowie zunehmender Länge der Elektrodenfinger 5 und sinkendem Abstand ( Lückenbreite ) zwischen den Elektrodenfingern 5 abnimmt . So ist in Variante B mit größerer Länge und Anzahl der Elektrodenfinger 5 sowie kleinerem Abstand zwischen den Elektrodenfingern 5 ein Widerstand von R ( 25 ° C ) = 12 kQ zu erwarten . In Variante A mit geringerer Länge , Anzahl und größerem Abstand liegt ein Widerstand von R ( 25 ° C ) = 50 kQ vor .

So lässt sich durch gezielte Strukturierung der Interdigitalstruktur der Elektroden 4a, 4b bzw . der Funktionsschicht 7 der Widerstandswert spezi fisch beeinflussen . Dies wird in Zusammenhang mit den Figuren 3A bis 7 nochmals genauer beschrieben .

Durch die strukturierte Ausbildung der Elektroden 4a, 4b und / oder der Funktionsschicht 7 entstehen einzelne lasertrimmbare Bereiche , wodurch die Möglichkeit zur Widerstandseinstellung gegeben ist . Ein initialer Widerstand der Funktionsschicht 7 ist dabei so gewählt , dass dieser sich im Toleranzfenster bei niedrigen Widerstandswerten befindet . Durch das entsprechende Trimmen erfolgt eine Erhöhung des Widerstands auf den Sollwert .

Die einzelnen trimmbaren / strukturierten Bereiche haben einen größeren Widerstand im Vergleich zu den nicht strukturierten Bereichen des Basisaufbaus ( Sensorelement 1 ) . Bei einer Parallelschaltung, bei der die einzelnen Widerstände als Kehrwerte addiert werden, bedeutet dies , dass das Trimmen größerer Widerstände eine kleine Widerstandsänderung am gesamten Sensorelement 100 bewirkt . Das Trimmen erfolgt dabei mit einem geeigneten Laser .

Bei dem Aus führungsbeispiel gemäß Figur 3a ist die Funktionsschicht 7 strukturiert ausgebildet . Insbesondere ist im Gegensatz zum Basisaufbau die Funktionsschicht 7 derart struk- turiert , dass sich einzelne Strei fen ergeben 7a, welche senkrecht zu den Elektrodenfingern 5 ausgeführt sind und über diese kontaktiert werden . Damit ergeben sich mehrere Einzelwiderstände , die zwischen den Elektrodenfingern 5 parallelgeschaltet sind .

Eine Breite b der Strei fen 7a kann für alle Strei fen 7a gleich sein oder variieren, so dass z . B . ( sehr ) schmale , mittlere und breite Strei fen 7a kombiniert vorhanden sind und damit eine größere Varianz in der Widerstandseinstellung gegeben ist . Die Strei fen 7a können dabei die Elektrodenfinger 5 nur teilweise abdecken, wie in Figur 3a dargestellt . Alternativ dazu können die Strei fen 7a auch noch in zumindest einem Teil des flächigen Endbereichs 6 der Elektroden 4a, 4b ausgebildet sein (nicht expli zit dargestellt ) .

Das Trimmen erfolgt mit Hil fe eines Lasers . Es kann auf zwei Arten erfolgen . Abhängig von der Art des verwendeten Lasers kann entweder die Funktionsschicht 7 ( insbesondere einzelne Strei fen 7a der Funktionsschicht 7 ) oder einer bzw . mehrere Elektrodenfinger 5 durchtrennt werden .

Ein Durchtrennen der Elektrodenfinger 5 ist bei dieser Ausgestaltung sowohl im Übergangsbereich der Elektrodenfinger 5 zu den flächigen Endbereichen 6 der Elektrode 4a, 4b als auch in einem Bereich zwischen den einzelnen Strei fen 7a der Funktionsschicht 7 möglich .

In dem Aus führungsbeispiel gemäß der Figur 3b ist zusätzlich ein Elektrodenfinger 5 einer der Elektroden 4a, 4b strukturiert ausgebildet . Insbesondere ist in diesem Aus führungsbeispiel ein äußerer Elektrodenfinger 5 der Elektrode 4a trapezförmig ausgebildet . Ferner können auch mehrere Elektrodenf in- ger 5 strukturiert ausgebildet sein oder es kann alternativ oder zusätzlich einer der inneren Elektrodenfinger 5 strukturiert sein (nicht expli zit dargestellt ) .

Durch die spezi fische Ausgestaltung wenigstens eines Elektrodenfingers 5 ergibt sich eine noch feinere Einstellungsmöglichkeit des Widerstands durch eine breitere Sprei zung der trimmbaren Einzelwiderstände zwischen benachbarten Elektrodenfingern 5 .

Auch hier kann das Trimmen ( anhängig vom verwendeten Laser ) durch Durchtrennen einzelner Strei fen 7a der Funktionsschicht 7 oder der Elektrodenfinger 5 erfolgen . Das Durchtrennen der Elektrodenfinger 5 ist sowohl im Übergangsbereich der Elektrodenfinger 5 zu den flächigen Endbereichen 6 der Elektrode 4a, 4b als auch in einem Bereich zwischen den einzelnen Strei fen 7a der Funktionsschicht 7 möglich .

In dem Aus führungsbeispiel gemäß Figur 4 ist die Funktionsschicht 7 strukturiert ausgebildet . Insbesondere weist die Funktionsschicht 7 eine treppenförmige Struktur auf . Alternativ dazu kann die Funktionsschicht auch trapez förmig oder dreieckig ausgebildet sein (nicht expli zit dargestellt ) . Anders als in den Aus führungsbeispielen, die in den Figuren 3a und 3b dargestellt sind, weist die Funktionsschicht hierbei keine Mehrzahl an diskreten Einzelelementen auf , sondern ist einstückig ausgebildet .

Trotz der flächigen Ausgestaltung überdeckt die Funktionsschicht 7 lediglich einen Teilbereich, insbesondere unterschiedlich große Teilbereiche , der einzelnen Elektrodenfinger 5 . Dabei kann sich die Funktionsschicht 7 auch bis in den flächigen Endbereich 6 der Elektroden 4a, 4b erstrecken (nicht expli zit dargestellt ) , das heißt eine Gesamtbereite der Funktionsschicht 7 kann variieren .

Damit ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände , die zwischen den Elektrodenfingern 5 parallelgeschaltet sind und damit das Trimmen auf den gewünschten Zielwiderstand ermöglichen . Das Trimmen erfolgt durch ein Trennen von wenigstens einem Elektrodenfinger 5 mittels eines Lasers .

In dem Aus führungsbeispiel gemäß Figur 5 ist eine der Elektroden 4a, 4b strukturiert ausgebildet . Insbesondere weist hier die Elektrode 4a unterschiedlich lange Elektrodenfinger 5 auf , wobei die Strukturierung alternativ oder zusätzlich auch bei der Elektrode 4b ausgebildet sein kann .

Dabei ist der in Figur 5 ganz unten dargestellte Elektrodenfinger (unterer äußerer Elektrodenfinger 5 ) der kürzeste Elektrodenfinger 5 . Der in Figur 5 ganz oben dargestellte Elektrodenfinger ( oberer äußerer Elektrodenfinger 5 ) ist der längste Elektrodenfinger 5 . Selbstverständlich kann auch ein anderer Elektrodenfinger 5 , beispielsweise ein mittlerer Elektrodenfinger 5 kürzer oder länger als die übrigen Elektrodenfinger 5 ausgebildet sein . Mit anderen Worten, eine Länge der Elektrodenfinger 5 sowie eine Anordnung der unterschiedlich langen Elektrodenfinger 5 ist - abhängig vom gewünschten Widerstandswert - frei wählbar .

In diesem Aus führungsbeispiel ist die Funktionsschicht 7 flächig bzw . rechteckig ausgebildet analog zu dem in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen Basisaufbau . Die Funktionsschicht 7 kann sich aber auch bis in den flächigen Endbereich 6 der Elektroden 4a, 4b erstrecken (nicht expli zit dargestellt ) . Mit anderen Worten, die Breite der Funktions- schicht 7 bzw . eine Breite des durch die Funktionsschicht 7 abgedeckten Bereichs der Elektroden 4a, 4b kann variieren . Durch ein Variieren der Breite kann der Widerstandswert beeinflusst werden, wie bereits oben erwähnt wurde .

Durch die unterschiedlich lange Ausgestaltung der Elektrodenfinger 5 ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände , die zwischen den Elektrodenfingern 5 parallelgeschalten sind und damit das Trimmen auf den gewünschten Zielwiderstand ermöglichen .

Auch hier erfolgt das Trimmen durch ein Trennen von wenigstens einem Elektrodenfinger 5 mittels eines Lasers . Anders als bei den Aus führungen mit strukturierter Funktionsschicht 7 ist das Durchtrennen der Elektrodenfinger 5 hierbei lediglich im Übergangsbereich der Elektrodenfinger 5 zu den flächigen Endbereichen 6 der Elektrode 4a, 4b möglich (nicht durch die Funktionsschicht 7 verdeckter Bereich der Elektrodenfinger 5 ) .

In dem Aus führungsbeispiel gemäß Figur 6 weisen die Elektrodenfinger 5 unterschiedliche Abstände zueinander auf . Insbesondere kann durch die spezi fische Ausgestaltung der Elektroden 4a, 4b ein Abstand A zwischen benachbarten Elektrodenfingern 5 variiert werden . Wie oben beschrieben, wird durch die Veränderung des Abstands A zwischen den Elektrodenfingern 5 der Widerstandswert des Sensorelements 100 beeinflusst ( siehe Tabelle 1 ) .

So weisen die Elektrodenfinger 5 , die in Figur 6 unten dargestellt sind, einen größeren Abstand A zueinander auf , als die übrigen Elektrodenfinger 5 . Dabei beschränkt sich diese Ausgestaltung nicht auf diese spezielle Aus führung, sondern der Abstand A zwischen benachbarten Elektrodenfingern 5 kann beliebig vergrößert bzw . verkleinert sein, j e nachdem welche Widerstandswerte erzielt werden sollen . Dabei kann der Abstand A nur eines benachbarten Elektrodenfingerpaares oder auch mehrerer Elektrodenfingerpaare variiert werden .

Durch diese spezielle Ausgestaltung können zusätzliche Bereiche mit variiertem Abstand zum Trimmen geschaf fen werden . Dadurch ergibt sich die Option einer noch feineren Abstufung der Widerstandseinstellung .

In dem Aus führungsbeispiel gemäß Figur 7 ist wenigstens ein Elektrodenfinger 5 strukturiert ausgebildet . Insbesondere weist ein Elektrodenfinger 5 ( in diesem Aus führungsbeispiel ein äußerer Elektrodenfinger 5 der Elektrode 4b ) einen kammförmigen Bereich auf . Ein entsprechender kammförmiger Bereich kann aber auch an weiteren oder anderen äußeren Elektrodenfingern 5 vorgesehen sein (nicht expli zit dargestellt ) .

Der kammförmige Bereich weist eine Mehrzahl von Zähnen 20 auf . Diese zeigen in Richtung des nachfolgenden Elektrodenfingers 5 . Die Zähne 20 sind unterschiedlich lang ausgestaltet . Alternativ oder zusätzlich können die Zähne 20 auch unterschiedlich breit ausgebildet sein .

Die Funktionsschicht 7 erstreckt sich nicht komplett über den strukturierten Elektrodenfinger 5 , wie aus Figur 7 ersichtlich ist . Vielmehr überdeckt die Funktionsschicht 7 den strukturierten Elektrodenfinger 5 lediglich teilweise . In diesem Aus führungsbeispiel kann die Funktionsschicht auch noch breiter ausgebildet sein und sich insbesondere bis zu den flächigen Endbereichen 6 hin und sogar teilweise über die flächigen Endbereiche 6 der Elektroden 4a, 4b erstrecken ( siehe gestrichelt angedeutete Funktionsschicht 22 ) . Wie bereits oben erwähnt , wird durch ein Variieren der Breite der Funktionsschicht 7 der Widerstandswert beeinflusst .

Durch den kammförmig strukturierten Bereich des Elektrodenfingers 5 ist eine größere Varianz in der Widerstandseinstellung gegeben . Damit ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände , die damit das Trimmen auf den gewünschten Zielwiderstand ermöglichen . Das Trimmen erfolgt dabei durch ein Trennen des strukturierten Elektrodenfingers 5 mit Hil fe eines Lasers ( siehe beispielhafter Trennbereich 21 ) .

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Sensorelements 100 beschrieben . Vorzugsweise wird durch das Verfahren eine Viel zahl an Sensorelementen 100 gemäß einem der oben beschriebenen Aus führungsbeispiele ( siehe Figuren 3a, 3b und 4 bis 7 ) hergestellt . Alle Merkmale die in Zusammenhang mit dem Sensorelement 100 beschrieben wurden, finden daher auch für das Verfahren Anwendung und umgekehrt .

In einem ersten Schritt A) wird ein Trägermaterial zur Ausbildung des oben beschriebenen Trägers 2 bereitgestellt . Vorzugsweise weist das Trägermaterial Si , SiC, GaN oder Glas auf . Alternativ dazu kann das Trägermaterial SißN AIN oder AI2O3 aufweisen . Der Träger 2 weist eine Oberseite 11 und eine Unterseite 12 auf . Vorzugsweise weist der Träger 2 eine maximale Kantenlänge L von weniger als 500 pm auf .

Anschließend erfolgt das Ausbilden einer elektrisch isolierenden Schicht 3 auf der Oberseite 11 des Trägers 2 . Beispielsweise weist die isolierende Schicht 3 SiO2 auf . Idealerweise wird eine isolierende Schicht 3 mit einer Dicke von bis zu 1 , 5 pm auf der Oberseite 11 des Trägers 2 erzeugt . In einem weiteren Schritt B ) erfolgt das Ausbilden / Abscheiden von wenigstens zwei Elektroden 4a, 4b auf dem Träger 2 . Das Abscheiden erfolgt durch einen PVD oder CVD Prozess oder galvanisch .

Die Elektroden 4a, 4b können einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein und weisen beispielsweise Cu, Au, Ni , Cr, Ag, Ti , Ta, W, Pd oder Pt auf . Die Elektroden 4a, 4b sind als Dünnschichtelektroden ausgebildet . Die Elektroden 4a, 4b weisen j eweils einen flächigen Endbereich 6 sowie eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 5 auf .

Die Strukturierung der Elektroden 4a, 4b erfolgt in einem Folgeprozess , dies kann beispielsweise nasschemisches Ätzen oder Trockenätzen oder Laserstrukturierung sein . Die Elektrodenfinger 5 wenigstens einer der beiden Elektroden 4a, 4b können eine unterschiedliche Länge aufweisen ( Figur 5 ) . Alternativ oder zusätzlich können benachbarte Elektrodenfinger 5 einen unterschiedlichen Abstand A zueinander aufweisen ( Figur 6 ) . Alternativ oder zusätzlich können die Elektrodenfinger 5 eine unterschiedliche Form aufweisen ( Figuren 3b, 7 ) . Beispielsweise ist wenigstens einer der Elektrodenfinger 5 trapez- oder stufenförmig ausgebildet oder wenigstens einer der Elektrodenfinger 5 kann einen kammförmigen Bereich mit Zähnen 20 aufweisen . Durch die Strukturierung wird der Widerstandswert des Sensorelements 100 beeinflusst . Durch die Strukturierung entsteht ein lasertrimmbarer Bereich zur Einstellung des Widerstandswerts des Sensorelements 100 . Zusätzlich oder alternativ kann auch die Funktionsschicht 7 eine Strukturierung aufweisen ( Figuren 3a, 3b, 4 ) . Auch durch die Strukturierung der Funktionsschicht 7 wird der Widerstand des Sensorelements 100 beeinflusst . In einem weiteren Schritt C ) erfolgt das Aufbringen eines Funktionsmaterials zur Ausbildung einer Funktionsschicht 7 . Dies erfolgt beispielsweise durch Sputtern oder einen Spin- coating Prozess . Das Funktionsmaterial wird zunächst voll flächig aufgebracht und in einem weiteren Prozess (beispielsweise durch nasschemisches Ätzen oder Trockenätzen oder Laserstrukturierung) strukturiert . Vorzugsweise weist die Funktionsschicht 7 eine Dicke zwischen 250 nm und 400 nm auf .

Alternativ dazu kann Schritt C ) auch vor Schritt B ) ausgeführt werden, so dass das Funktionsmaterial 7 unmittelbar auf der isolierenden Schicht 3 des Trägers 2 auf gesputtert wird und anschließend die Elektroden 4a, 4b auf die Funktionsschicht 7 aufgebracht werden .

Das Funktionsmaterial weist eine NTC Keramik basierend auf einem oxidischen Material im Perowskit oder Spinell Strukturtyp auf . Alternativ kann das Funktionsmaterial auch auf einem carbidischen oder einem nitridischen Material basieren . In einer weiteren Alternative umfasst das Funktionsmaterial Dünnschichten aus Vanadiumoxid oder SiC oder besteht daraus .

Die Funktionsschicht 7 bedeckt die Oberseite des Trägers 2 bzw . die Elektroden 4a, 4b lediglich teilweise . Die Funktionsschicht 7 kann strukturiert werden zur Einstellung des Widerstandswerts des Sensorelements 100 . Die Funktionsschicht 7 kann beispielsweise strei fenförmig ausgebildet werden ( Figuren 3a, 3b ) . Alternativ dazu kann die Funktionsschicht 7 treppenförmig, trapez förmig oder dreieckig ausgebildet werden ( Figur 4 ) . Alternativ oder zusätzlich kann die Breite der Funktionsschicht variiert werden . Damit ergeben sich unterschiedliche Einzelwiderstände , die zwischen den Elektrodenfingern 5 parallelgeschalten sind und damit das Trimmen auf den gewünschten Zielwiderstand ermöglichen . Der initiale Widerstand der Funktionsschicht 7 wird dabei so gewählt , dass dieser sich im Toleranz fenster bei niedrigen Widerstandswerten befindet .

In einem weiteren Schritt D) wird die Funktionsschicht 7 zur Ausbildung der Struktur bzw . der Eigenschaften einer Wärmebehandlung unterzogen .

Im Anschluss wird die Funktionsschicht 7 vermessen . Hierbei wird der initiale Wert des Widerstandswerts ermittelt , so dass im nächsten Schritt die Einstellung des Widerstands auf den Sollwert erfolgen kann .

In einem nächsten Schritt E ) erfolgt die Einstellung des Widerstandswerts durch Trimmen wenigstens einer der Elektroden 4a, 4b und / oder der Funktionsschicht 7 mittels eines Lasers . Das Trimmen wird vorzugsweise in situ durchgeführt .

Der Widerstandswert wird auf einen vorbestimmten Nennwert ( Sollwert ) eingestellt . Durch das genaue Einstellen des Widerstandswerts weist das fertige Sensorelement 100 eine sehr enge Widerstandstoleranz auf . Zur Einstellung des Widerstandswerts werden wenigstens einer der Elektrodenfinger 5 und / oder wenigstens ein Teilbereich der Funktionsschicht 7 mit Hil fe des Lasers durchtrennt . Insbesondere werden die vorher beschriebenen strukturierten Bereiche durchtrennt .

In einem nächsten Schritt F) erfolgt das Ausbilden einer Schutzschicht 8 . Die Schutzschicht 8 kann Oxide , Nitride , Keramiken, Gläser oder Polymere aufweisen und wird mittels eines PVD oder CVD Prozesses erzeugt und mittels nasschemischem Ätzen oder Trockenätzen strukturiert . Die Schutzschicht 8 weist eine Dicke < 10 gm, vorzugsweise < 5 gm, besonders bevorzugt < 1 gm auf . Idealerweise weist die Schutzschicht 8 eine Dicke < 1 , 5 gm auf und bedeckt die Oberseite des Sensorelements 100 mit Ausnahme der Kontaktpads 10a, 10b vollständig .

Anschließend erfolgt in Schritt G) das Ausbilden von Kontaktpads 10a, 10b auf wenigstens einem Teilbereich der Elektroden 4a, 4b . Jeweils ein Kontaktpad 10a, 10b wird dabei unmittelbar auf dem flächigen Endbereich 6 einer Elektrode 4a, 4b ausgebildet . In einer Aus führung weisen die Kontaktpads 10a, 10b Metalle wie Cu, Al oder Au auf und haben eine Dicke von > 5 gm . Insbesondere ragen die Kontaktpads 10a, 10b bei dem fertigen Sensorelement 100 über die Oberfläche 13 des Sensorelements 100 heraus . Alternativ dazu können Bumps statt der Kontaktpads ausgebildet werden .

In einem weiteren Schritt H) erfolgt das Vereinzeln der Sensorelemente 100 . Dies kann beispielsweise durch Plasmaätzen oder Sägen erfolgen . Der Träger 2 wird hierbei nicht durchgesägt , sondern nur bis auf eine definierte Dicke eingesägt .

Durch anschließendes optionales Grinding von der Rückseite ( ein Schlei fprozess ) wird in einem letzten Schritt I ) von der Rückseite des Trägers 2 Material bis zu einer definierten finalen Bauteildicke abgetragen . Durch diesen Schritt kommt es zur tatsächlichen Vereinzelung der Sensorelemente 100 . I st ein dickeres Design des Sensorelements 100 gewünscht , kann Schritt I ) auch entfallen . Das Vereinzeln der Sensorelemente 100 erfolgt in diesem Fall alleine durch Sägen oder Plasmaätzen . Die Montage der vereinzelten Sensorelemente 100 kann auf der Oberseite über Dünndraht-Bonding auf den Kontakt-Pads erfolgen . Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Aus führungs formen beschränkt .

Vielmehr können die Merkmale der einzelnen Aus führungs formen - soweit technisch sinnvoll - beliebig miteinander kombiniert werden .

Bezugs zeichenliste

1 , 100 Sensorelement

2 Träger

3 I solierende Schicht

4a, b Elektrode

5 Elektrodenfinger

6 Endbereich

7 Funktionsschicht

7a Strei fen

8 Schutzschicht

9 Aussparung

10a, b Kontaktpad

11 Oberseite des Trägers

12 Unterseite des Trägers

13 Oberfläche des Sensorelements

14 Oberseite der Funktionsschicht

15 Unterseite der Funktionsschicht

20 Zahn

21 Trennbereich

22 Funktionsschicht

D Dicke des Sensorelements

L Kantenlänge des Trägers

A Abstand zwischen benachbarten Elektrodenfingern b Breite der Strei fen