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Stand der
Technik
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Die Erfindung geht aus von einem
Verfahren zum Abgleichen des elektrischen Widerstands einer zwischen
zwei Schichten angeordneten, in Mäanderwindungen verlaufenden
Widerstandsbahn auf einen Vorgabewert nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Schichtverbunde mit eingebetteter
Widerstandsbahn werden in verschiedenen Applikationen eingesetzt,
so in Temperaturfühlern,
z.B. zur Messung der Abgastemperatur in Brennkraftmaschinen, wie
sie aus der
DE 37 33
192 C1 bekannt sind, oder in Heizeinrichtungen zur Erhöhung der
Meßgenauigkeit
von Lambdasonden für
die Messung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine,
wie sie z.B. aus der
DE
198 38 466 A1 oder
DE 199 41 051 A1 bekannt sind. Bei solchen
Temperaturfühlern
ist es erforderlich, daß der
meist hochohmige PTC-Widerstand der Widerstandsbahn, die zwischen
Keramikfolien aus Aluminiumoxid oder einem Festelektrolyt, wie Zirkoniumoxid,
eingebettet ist, fertigungsbedingt in einem extrem kleinen Toleranzbereich
liegt, um in der Serie immer eine möglichst genaue Temperaturmessung
sicherzustellen. Bei Heizeinrichtungen für Lambdasonden erfordert eine
ausreichende Meßgenauigkeit
eine Regelung der Heizeinrichtung, um die Betriebstemperatur der
Lambdasonde konstant zu halten. Auch hierfür ist es notwendig, daß der meist
niederohmige Widerstand der Widerstandsbahn sich fertigungsbedingt
in einem engen Toleranzbereich bewegt, um eine Über- bzw. Untersteuerung der
Heizeinrichtung zu vermeiden.
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In beiden Fällen ist daher ein nachträglicher Abgleich
des Widerstandswerts der Widerstandsbahn, also ein Abgleichen, Trimmen
oder Kalibrieren nach Fertigstellung des Schichtverbundes mit einliegender
Widerstandsbahn, durch geeignete Maßnahmen erforderlich.
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Bei einem bekannten Verfahren zum
Abgleichen des Widerstands einer in einem Schichtverbund eines Meßfühlers eingebetteten
Widerstandsbahn auf einen Vorgabewert (
DE 198 51 966 A1 ) wird
in einer der die Widerstandsbahn überziehenden Schichten eine
Aussparung freigelassen, durch die hindurch die Behandlung der Widerstandsbahn
zum Abgleich von deren Innenwiderstand vorgenommen wird. Die Widerstandsbahn
weist im Bereich der Aussparung Verzweigungen und/oder geschlossene
Flächen, sog.
Brennstrecken, auf, und der Abgleich wird dadurch vorgenommen, daß die Verzweigungen und/oder
geschlossenen Flächen,
z.B. mittels eines Lasers, aufgetrennt werden, wodurch sich der
Widerstand der Widerstandsbahn erhöht. Dies wird solange fortgesetzt,
bis der gewünschte
Vorgabewert erreicht ist. Der Widerstand wird über eine an die Widerstandsbahn
angeschlossene Schaltungsanordnung fortlaufend gemessen. Bei Heizeinrichtungen, bei
welcher die elektrische Widerstandsbahn noch von einer Isolierung
umgeben wird, bevor sie mit den Schichten des Schichtverbundes belegt
wird, wird entweder die Aussparung durch die Isolierung hindurch
bis auf die Ebene der Widerstandsbahn hindurchgeführt oder
aber die Isolierung so ausgestaltet, daß der Laser die Isolierung
durchdringen kann.
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In beiden Fällen wird nach dem Laserabgleich
die Aussparung durch einen Füllstoff
verschlossen, um die Widerstandsbahn vor mechanischen oder chemischen
Einflüssen
zu schützen.
Als Füllstoff
wird vorzugsweise eine Glaskeramik verwendet, die nach dem Füllen durch
thermische Einwirkung des Lasers verglast wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß zum Auftrennen der Brennstrecken
zwecks Abgleichen oder Trimmen der Widerstandsbahn keine Öffnung in eine
der die Widerstandsbahn abdeckenden Schichten erforderlich ist.
Dies macht den zusätzlichen
Prozeßschritt
zum Verschließen
der Öffnung
entbehrlich und vermeidet alle mit dem Verschließen zusammenhängende Nachteile
beim Einsatz des Meßfühlers im Abgas
von Brennkraftmaschinen infolge chemischer oder thermischer Degradation
des Verschlußmaterials;
denn chemische Degradation kann infolge steigender elektrischer
Leitfähigkeit
des Verschlußmaterials
zu parasitären
Leckströmen
und damit zu einer Abflachung der Kennlinie des Sensorelements und thermische
Degradation kann zum Ausfall des Sensorelements durch Zerrüttung des
Verschlußmaterials
führen.
Das Auftrennen der Brennstrecke erfolgt durch energiekontrollierte
Stromimpulse, die ein elektrisches Verdampfen der aus dem gleichen
Material wie die Widerstandsbahn gefertigten Brennstrecken bewirken,
so daß bei
geeigneter Abstufung der Widerstände
der Mäanderwindungen
oder -schleifen, z.B. einer binären
Abstufung, der Widerstandswert der Widerstandsbahn schrittweise
mit jedem Auftrennen einer weiteren Brennstrecken erhöht werden kann.
Durch die Energiekontrolle wird dabei das Aufbrennen der Widerstandsbahn
selbst zuverlässig ausgeschlossen.
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Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch
1 angegeben Verfahrens möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung werden direkt an die Verbindungsstellen der Brennstrecken
mit den Mäanderwindungen Leiterbahnen
geführt,
und zum Auftrennen einer ausgewählten
Brennstrecke wird der Stromimpuls auf die an die ausgewählte Brennstrecke
führenden
beiden Leiterbahnen aufgeschaltet. Vorteilhaft werden die Leiterbahnen
zwischen den beiden zu der Widerstandsbahn führenden Anschlußleiterbahnen
angeordnet und wie letztere in den sog. kalten Bereich des Sensorelements,
der nicht dem Meßgas
oder Abgas ausgesetzt ist, geführt.
Durch Kontaktierung der Leiterbahnen in diesem Bereich können die
Stromimpulse an die ausgewählten
Brennstrecken angelegt werden. Aufgrund der hochohmigen Isolation
der Leiterbahnen zur Führung
der Stromimpulse bleibt die Beeinflussung der abzugleichenden, niederohmigen Widerstandsbahn
durch parasitäre
Leckströme auch bei
hohen Temperaturen gering, so daß die Leiterbahnen keinen die
Kennlinie des Sensorelements negativ beeinflussenden Effekt haben.
Aus diesem Grund kann die Werkstoffauswahl für die Leiterbahnen hinsichtlich
hoher spezifischer Leitfähigkeit,
kleinem Temperaturkoeffizienten und der damit verbundenen hohen
Strombelastbarkeit, niedriger Kosten und Anpassung an die Sintertemperatur
und Sinteratmophäre
des Sensorelements optimiert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung werden als Stromimpulse Konstantstromimpulse verwendet,
deren Impulsdauer gesteuert wird. Dadurch läßt sich die für das Auftrennen
einer Brennstrecke erforderliche Energie hochgenau einstellen, so
daß die
der Brennstrecke parallelgeschaltete Mäanderwicklung nicht beschädigt oder
gar aufgebrannt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung wird die Impulsdauer dadurch gesteuert, daß die an
der ausgewählten
Brennstrecke abfallende Spannung überwacht und bei Detektion
eines überproportionalen
Spannungsanstiegs der Stromimpuls abgeschaltet wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung wird die Brennstrecke tailliert ausgeführt, wodurch erreicht wird,
daß die
größte Leistungsumsetzung
des Brennimpulses genau an der dünnsten
Stelle der Brennstrecke erfolgt und dort das Material zum Aufschmelzen
bringt. Da die der Brennstrecke parallelgeschaltete Mäanderwindung
hochohmiger ist und durch die beidseitige Einbettung in eine elektrische
Isolation eine bessere Wärmekopplung
besitzt, wird bei dem Aufbrennen der Brennstrecke der Mäanderwiderstand
durch den energiereichen Stromimpuls nicht angeschmolzen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung wird das aufgeschmolzene Material der Brennstrecke in
einem Hohlraum aufgenommen, der in einer der die Widerstandsbahnen überdeckenden
beiden Schichten ausgebildet ist. Der Hohlraum wird bei der Herstellung
des Sensorelements durch das Überdrucken
der Brennstrecken mit kohlenstoffhaltiger Siebdruckpaste, die beim
Sintern vollständig oxidiert
und in die Gasphase übergeht,
hergestellt.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der
Erfindung wird eine der Brennstrecken mit einer von zwei Anschlußleiterbahnen
verbunden, die an das Ende der Widerstandsbahn geführt sind.
Zum Aufbrennen einer ausgewählten
Brennstrecke wird die ausgewählte
Brennstrecke erwärmt
und der Stromimpuls auf die Anschlußleiterbahnen der Widerstandsbahn
aufgeschaltet. Durch die lokale Erwärmung der ausgewählten Brennstrecke
von außen, was
vorzugsweise mittels eines Laserimpulses um 200°C vorgenommen wird, wird der
spezifische Widerstand der Brennstrecke, z.B. um den Faktor zwei, erhöht. Im erwärmten Punkt
wird an der schmalsten Stelle der Brennstrecke durch den in einem
Teil der Widerstandsbahn und in der Brennstrecke fließenden Stromimpuls
zusätzlich
Energie eingebracht, die die lokale Erwärmung weiter verstärkt, wodurch
eine weitere Erwärmung
in Gang gesetzt wird, die zum Aufschmelzen der ausgewählten Brennstrecke
führt. Das
Aufschmelzen anderer Brennstrecken durch den Stromimpuls ist durch
die fehlende lokale Erwärmung verhindert.
Diese Ausgestaltung des Verfahrens hat den Vorteil, daß auf das
Anbringen von zusätzlichen Leiterbahnen
zu den einzelnen Brennstrecken verzichtet werden kann, was die Fertigungskosten senkt.
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Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform
der Erfindung wird mindestens eine erste Brennstrecke mit einer
von zwei Anschlußleiterbahnen
verbunden, die an die beiden Enden der Widerstandsbahn geführt sind,
und mindestens eine letzte Brennstrecke mit einer herausgeführten Zusatz-Leiterbahn verbunden.
Zum Auftrennen einer ausgewählten Brennstrecke
wird diese erwärmt
und der Stromimpuls zwischen Anschlußleiterbahn und herausgeführter Zusatz-Leiterbahn
aufgeschaltet. Das Vorsehen einer zusätzlichen Leiterbahn für die Impulsleitung von
der Brennstrecke nach außen
hat den Vorteil, daß die
Spannung, die zur Aufrechterhaltung des Konstantstromimpulses erforderlich
ist, deutlich abgesenkt wird.
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Die Erfindung ist anhand von in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematischer
Darstellung:
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1 einen
Temperatursensor zum Messen der Abgastemperatur in Explosionsdarstellung
in Verbindung mit einer Vorrichtung zum Abgleichen des Meßwiderstands,
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2 eine
Draufsicht des Meßwiderstands im
Temperatursensor gemäß 1 vergrößert dargestellt,
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3 eine
vergrößerte Darstellung
des Ausschnitts III in 2,
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4 ausschnittweise
eine Draufsicht des Temperatursensors in 1 bei entfernter Deckschicht,
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5 eine
gleiche Darstellung wie in 4 mit
einer Modifizierung des Temperatursensors,
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6 eine
Explosionsdarstellung eines Temperatursensors gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
in Verbindung mit einer Vorrichtung zum Abgleichen des Meßwiderstands,
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7 eine
Draufsicht des Meßwiderstands im
Temperatursensor gemäß 6, vergrößert dargestellt,
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8 der
zeitliche Verlauf von Strom und Spannung an einer Brennstrecke beim
Abgleichen des Meßwiderstands
in 1 bzw. 6.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Der in 1 in
Explosionsdarstellung skizzierte Temperatursensor oder Temperaturmeßfühler zur
Messung der Abgastemperatur von Brennkraftmaschinen als Ausführungsbeispiel
für einen
allgemeinen Gasmeßfühler weist
einen Träger 10,
der z.B. aus einer Keramikfolie auf Festelektrolytbasis, beispielsweise
aus Zirkoniumoxid (ZrO2) bestehen kann,
und eine Deckschicht 11 auf, die ebenfalls eine Keramikfolie
auf Festelektrolytbasis sein kann. Zwischen Träger 10 und Deckschicht 11 ist
ein Meßwiderstand
in Form einer Widerstandsbahn 12 aus PCT-Widerstandsmaterial angeordnet,
der eine Mäanderstruktur
mit einer Vielzahl von Mäanderschleifen
oder Mäanderwindungen 121 (2) aufweist und im sog. "heißen", dem Abgas ausgesetzten
Bereich des Sensorelements liegt. Von den beiden Enden der Widerstandsbahn 12 erstrecken
sich zwei parallele Anschlußleiterbahnen 13, 14 bis
in den "kalten", nicht dem Abgas
ausgesetzten Bereich des Sensorelements. Dort sind auf die Unterseite
des Trägers 10 zwei
elektrische Kontaktflächen 15, 16 aufgedruckt,
von denen die Kontaktfläche 15 durch den
Träger 10 hindurch
mit der Anschlußleiterbahn 13 und
die Kontaktfläche
durch den Träger 10 hindurch
mit der Anschlußleiterbahn 14 verbunden
ist. Die Kontaktflächen 15, 16 dienen
im Betrieb des Temperaturmeßfühlers zur
Zuführung
des Meßstroms.
Die Widerstandsbahn 12 einschließlich der beiden Anschlußleiterbahnen 13, 14 sind
in eine elektrischen Isolierung, z.B. aus Al2O3, eingebettet, wozu auf die Oberseite des
Trägers 10 eine
untere Isolierschicht 17 und auf die Unterseite der Deckschicht 11 eine
obere Isolierschicht, die in 1 nicht zu
sehen ist, aufgedruckt ist. Die Widerstandsbahn 12 mit
den Anschlußleiterbahnen 13, 14 sind
auf die untere Isolierschicht 17, z.B. im Siebdruckverfahren, aufgedruckt.
Träger 10 und
Deckschicht 11 liegen aufeinander und sind zusammenlaminiert.
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Bei der Fertigung des Sensorelements
wird die Geometrie der Widerstandsbahn 12 so gestaltet, daß der gemessene
Kaltwiderstand kleiner ist als ein geforderter Vorgabewert des elektrischen
Widerstands. In einem Abgleichprozeß wird nunmehr der elektrische
Widerstand der Widerstandsbahn 19 so vergrößert, daß er in
extrem engen Toleranzgrenzen dem Vorgabewert entspricht.
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Die Widerstandsbahn 19 ist
in 2 in Draufsicht vergrößert dargestellt.
Sie besitzt eine Vielzahl von Mäanderwindungen 121,
die zwischen den Anschlußleiterbahnen 13, 14 hintereinander
geschaltet sind. Ein Teil der Mäanderwindungen 121 auf der
linken und rechten Seite des in 2 zu
sehenden Layout der Widerstandsbahn 12, im Ausführungsbeispiel
insgesamt acht Mäanderwindungen 121,
sind jeweils mit einer Brennstrecke 18 so überbrückt, daß die gesamte
Mäanderwindung 121 der Brennstrecke 18 parallelgeschaltet
ist. Die nebeneinanderliegenden, jeweils von einer Brennstrecke 18 überbrückten Mäanderwindungen 121 sind
in ihrem Widerstandswert, z.B. binär, abgestuft, so daß bei Aufbrennen
einer ausgewählten
Brennstrecke 18 der Widerstand der Widerstandsbahn 12 um
einen bestimmten Widerstandswert, nämlich den der nunmehr in Reihe
geschalteten Mäanderwindung 121, definiert
vergrößert wird.
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Das Aufbrennen der Brennstrecke 18 zum Abgleich,
Trimmen oder Kalibrieren der Widerstandsbahn 12 erfolgt
durch energiekontrollierte Stromimpulse, die durch ausgewählte Brennstrecken 18 hindurchgeschickt
werden. Die Stromimpulse sind Konstantstromimpulse, deren Impulsdauer
gesteuert wird.
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Um die Stromimpulse an die Brennstrecken 18 führen zu
können,
werden bei der Fertigung des Sensorelements an die Verbindungsstellen
von Mäanderwindung 121 und
Brennstrecken 18 Leiterbahnen 19 geführt, die
bis in den Kaltbereich des Sensorelements reichen und dort kontaktiert
werden können.
In dem in 2 vergrößert dargestellten
Ausführungsbeispiel
der Widerstandsbahn 12 mit insgesamt acht Brennstrecken 18 sind
insgesamt acht Leiterbahnen 19 erforderlich, die zwischen
den beiden Anschlußleiterbahnen 13, 14 für die Widerstandsbahn 12 verlaufen.
Zum Aufschalten eines Stromimpulses auf die beiden äußersten
Brennstrecken 18 werden auch die beiden Anschlußleiterbahnen 13, 14 herangezogen.
Für die
Kontaktierung der Leiterbahnen 19 ist in dem "kalten" Bereich des Sensorelements
eine Aussparung 20 in der Deckschicht 11 und der
darunterliegenden oberen Isolierschicht vorgesehen, die nach Abschluß des Abgleichprozesses
ggf. verschlossen wird. Wie 4 zeigt
sind in dem von der Aussparung 20 freigegebenen Bereich
der Leiterbahnen 19 Kontaktierungsflächen 21 angeordnete, von
denen jeweils eine mit einer Leiterbahn 19 verbunden ist.
Wie am deutlichsten in 3 zu
erkennen ist, sind die Brennstrecken 18, die aus dem gleichen
Material wie die Widerstandsbahn 12 gefertigt sind, z.B.
aus Platin, mit einer sehr viel kleineren Breite gegenüber der
Widerstandsbahn 12 ausgeführt. Beispielsweise beträgt die Breite
einer Mäanderwindung 121 30 – 40μm und die
Breite einer Brennstrecke 18 15 – 20μm. Durch die wesentlich größere Länge einer
Mäanderwindung 121 ist
diese sehr viel hochohmiger als die Brennstrecke 18. Außerdem sind
die Brennstrecken 18 tailliert, so daß sie mittig wesentlich dünner sind.
Die Leiterbahnen 19 sind wesentlich breiter ausgeführt als
die Brennstrecken 18, im Ausführungsbeispiel beispielsweise
mit ca. 60μm.
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Der elektrische Widerstand der Widerstandsbahn 12 des
so vorbereiteten, endgefertigten und gesinterten Sensorelements
wird in einem dem Fertigungsprozeß nachgeschalteten Abgleich- oder Trimmprozeß wie folgt
an den höheren
Vorgabewert angeglichen:
Der Widerstandswert der kalten Widerstandsbahn 12 wird
gemessen und anhand der Widerstandsdifferenz zu dem Vorgabewert
diejenigen Brennstrecken 18 festgelegt, die aufgetrennt
werden müssen,
um den geforderten Widerstandswert zu erreichen. Da die gestuften
Widerstandswerte der Mäanderwindungen 121 im
Layout der mäanderförmigen Widerstandsbahn 12 bekannt
sind, können
die erforderlichen Brennstrecken 18 problemlos festgestellt
werden. Die festgelegten Brennstrecken 18 werden nacheinander
durch Anlegen eines Konstantstromimpulses aufgebrannt. Hierzu ist
eine Abgleichelektronik 22 vorgesehen, die – wie hier
nicht weiter dargestellt ist – eine
Konstantstromquelle, einen Schalttyristor und eine Steuerelektronik
zum Ein- und Abschalten des Schalttyristors aufweist. Zur Erzeugung des
die ausgewählte
Brennstrecke 18 aufbrennenden Konstantstromimpulses werden
die beiden zu der ausgewählten
Brennstrecke 18 führenden
Leiterbahnen 19 durch die Aussparung 20 hindurch
kontaktiert und an die Abgleichelektronik 22 angeschlossen.
Mit Aufsteuern des Schaltthyristors wird die Konstantstromquelle
an die Brennstrecke 18 angeschlossen. Sobald die Brennstrecke 18 aufgeschmolzen
ist, bewirkt der Schaltthyristor eine sofortige Trennung der Konstantstromquelle
von den Leiterbahnen 19. Der während des Schließens des
Schaltthyristors und nach dem Wiederöffnen des Schaltthyristors
auftretende Strom- und Spannungsverlauf an der Brennstrecke 18 ist
im Diagram der 8 dargestellt,
wobei die durchgezogene Linie den Stromverlauf I(t) und die gestrichelte
Linie den Spannungsverlauf U(t) über
der Zeit t darstellt. Die Steuerung der Impulsdauer des Konstantstromimpulses
erfolgt derart, daß die
an der Brennstrecke 18 abfallende Spannung U mit Beginn
des Durchsteuern des Schaltthyristors überwacht wird. An der Brennstrecke 18 steigt
die Spannung zunächst
linear und dann beim Aufbrennen der Brennstrecke 18 infolge
des Lastwechsels exponentiell an, was dazu genutzt wird, den Schaltthyristor
zu sperren. Der Schaltthyristor, der eine sehr hohe Abschaltempfindlichkeit,
z.B. 1,5V/100nsek., aufweist trennt die Konstantstromquelle von
den Leiterbahnen 19, so daß der Stromimpuls auf Null
abfällt.
Durch diese Steuerung der Impulsdauer hat der Stromimpuls nur eine
solche Energie, die zum Aufschmelzen der taillierten Brennstrecke 18 ausreicht,
nicht aber die parallelgeschaltete Mäanderwindung 121 beschädigt oder
deren Widerstand verändert.
Das aus der Brennstrecke 18 ausgeschmolzene Material wird
in einem hier nicht zu sehenden Hohlraum in der Deckschicht 11 bzw.
in der auf diese aufgedruckte Isolationsschicht aufgenommen. Der
Hohlraum wird bei der Fertigung des Sensorelement durch das Überdrucken
der Brennstrecke 18 mit kohlenstoffhaltiger Siebdruckpaste
hergestellt, die dann durch das Sintern des Sensorelements vollständig oxidiert
und in die Gasphase übergeht.
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Der beschriebene Abgleichvorgang
läßt sich sowohl
bei bekannter Raumtemperatur als auch bekannter Hochtemperatur oder
in einem flüssigen
Medium durchführen,
da der gesamte Bereich der Widerstandsbahn 12 hermetisch
dicht ist. Zur Erzielung einer höheren
Thermoschockresistenz sowie geringeren Stromdichten bei hochohmigeren
Brennstrecken 18 ist es vorteilhaft, das Abgleichen der
Widerstandsbahn 12 bei höheren Temperaturen durch Eigen-
oder Fremdbeheizung vorzunehmen.
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Will man die Aussparung 20 in
der Deckschicht 11 für
die Kontaktierung der Leiterbahnen 19 vermeiden, die zur
Verhinderung von die Kennlinie des Sensorelements beeinflussenden
Ablagerungen auf den Kontaktierungsflächen 21 (z.B. elektrisch
leitfähigem
Ruß) mit
isolierendem, gasdurchlässigem Material
verschlossen wird, so werden – wie
dies in 5 skizziert
ist – bei
der Fertigung des Sensorelements die Leiterbahnen 19 bis
in einen hinter dem Ende der Anschlußleiterbahnen 13, 14 liegenden
Bereich des Trägers 10 geführt, der
nicht von der Deckschicht 11 überdeckt ist. In diesem Bereich
ist wiederum jede Leiterbahn 19 mit einer Kontaktierungsfläche 21 verbunden.
Nach dem Trimmen des Sensorelements, also dem Abgleich des elektrischen
Widerstands der Widerstandsbahn 12 auf den erforderlichen
Vorgabewert, wird der nicht von der Deckschicht 11 überdeckte
Bereich des Trägers 10 einschließlich der
Leiterbahnenden und Kontaktierungsflächen 21 abgetrennt.
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Eine Abwandlung des beschriebenen
Abgleichverfahrens läßt die Notwendigkeit,
an alle Brennstrecken 18 eine Leiterbahn 19 zu
führen,
entfallen. Von den bei der Fertigung des Sensorelements an die Widerstandsbahn 12 angebrachten,
die entsprechenden Mäanderwindungen 121 überbrückenden
Brennstrecken 18 werden die beiden ersten Brennstrecken 18,
die links und rechts des Mäanders je
einer Mäanderwindung 121 parallelgeschaltet
sind (7) mit je einer
der Anschlußleiterbahnen 13, 14 der
Widerstandsbahn 12 verbunden. Im Abgleichprozeß wird nunmehr
die Abgleichelektronik 22 an die beiden Kontaktflächen 15, 16 der
Anschlußleiterbahnen 13, 14 angeschlossen,
wie dies in 6 dargestellt
ist. Sind nach Messen des Widerstandswerts der Widerstandsbahn 12 des endgefertigten
Sensorelements die entsprechenden Brennstrecken 18 festgelegt,
die aufgetrennt werden müssen,
um den Vorgabewert der Widerstandsbahn 12 zu erreichen,
so wird von der Abgleichelektronik 22 ein wie vorstehend
beschriebener Konstantstromimpuls auf die beiden Anschlußleiterbahnen 13, 14 aufgeschaltet. Vor
Aufschaltung des Stromimpulses wird aber diejenige Brennstrecke 18,
die aufgetrennt werden soll, mittels eines Laserimpulses lokal erwärmt. Der
Laserimpuls wird von einem Laser 23 im Infrarotbereich mit
einer Wellenlänge λ < 2,5μm erzeugt.
Der Laserimpuls wird durch den Träger 10 und durch die
untere Isolierschicht 17 hindurch auf die ausgewählte Brennstrecke 18 gerichtet,
damit eine gute Ankopplung an der Isolierschicht 17 vorliegt.
Eine Einbringung des Laserimpulses durch die Deckschicht 11 hindurch
ist unvorteilhaft, da hier der über
den Brennstrecken 18 eingebrachte Hohlraum in der Deckschicht 11 und
der darunterliegenden Isolierschicht vorhanden ist. Aufgrund der
Laser-Erwärmung
erhöht
sich der spezifische Widerstand der Brennstrecke 18 gegenüber den
anderen Brennstrecken 18, z.B. um dem Faktor zwei. Der
nunmehr durch die Widerstandsbahn 12 geschickte Konstantstromimpuls verstärkt mit
seiner Energie die lokale Erwärmung,
so daß die
in die bestrahlte Brennstrecke 18 vom Stromimpuls eingetragene Leistung
um z.B. den Faktor zwei größer ist
als bei den übrigen
Brennstrecken 18. Dadurch kommt eine weitere Erwärmung in
Gang, die bis zum Aufschmelzen der erwärmten Brennstrecke 18 führt. Die
Brennstrecken 18 werden in Länge, Breite und Höhe so dimensioniert,
daß ein
um ca. 50% höherer
Energieumsatz stattfindet als in der zur Brennstrecke 18 in
Reihe bzw. parallelgeschalteten Mäanderwindung 121.
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Da bei einem hohen Widerstand der
Widerstandsbahn 12 zur Aufrechterhaltung des Konstantstromimpulses
eine recht hohe Abgleichspannung von der Abgleichelektronik 22 aufzubringen
ist, werden ein oder zwei zusätzliche
Leiterbahnen 24, 25 an die Brennstrecken 18 geführt, wie
dies in 7 dargestellt
ist. Von den insgesamt vier Mäanderwindungen 121,
die im Außenbereich
auf der linken und rechten Seite der Widerstandsbahn 12 mittels
einer Brennstrecke 18 überbrückt sind,
ist die erste Brennstrecke 18 nach wie vor mit der Anschlußleiterbahn 13 bzw. 14 verbunden.
An die letzte der hintereinanderliegenden Brennstrecken 18 ist
die Zusatz-Leiterbahn 24 bzw. 25 geführt. Die
Abgleichelektronik 22 wird nunmehr an die Anschlußleiterbahn 13 bzw. 14 und
an die Zusatz-Leiterbahn 24 bzw. 25 angeschlossen.
Die Zusatz-Leiterbahnen 24, 25 werden
in gleicher Weise kontaktiert, wie dies mit Bezug auf 4 und 5 für
die Leiterbahnen 19 beschrieben worden ist. Nach lokaler
Erwärmung
der ausgewählten Brennstrecke 18 wird
der Stromimpuls über
die Anschlußleitung 13 bzw. 14,
durch einen Teil der Widerstandsbahn 12 und über die
Zusatz-Leiterbahn 24 bzw. 25 geschickt und die
erwärmte
Brennstrecke 18 wird aufgetrennt. Da der Gesamtwiderstand
der im Ausführungsbeispiel
vier parallel bzw. in Reihe geschalteten Mäanderwindungen 121 wesentlich
kleiner ist als der Gesamtwiderstand der Widerstandsbahn 12 ist
eine deutlich geringere Abgleichspannung beim Anlegen der Stromimpulse
erforderlich.
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Grundsätzlich ist eine einzige Zusatz-Leiterbahn 24 ausreichend,
wenn die Brennstrecken 18 so angeordnet werden, daß die letzte
aller Brennstrecken 18 an die einzige Zusatz-Leiterbahn 24 angeschlossen
ist. Die beiden zusätzlichen Leiterbahnen 24, 25 sind
bei dem in 7 gezeigten
symmetrischen Layout der Widerstandsbahn 12 von Vorteil.
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Die beschriebenen Abgleichverfahren
sind nicht auf das beispielhaft beschriebene Abgleichen des Meßwiderstands
eines Temperaturmeßfühlers beschränkt. Es
kann ebensogut zum Abgleich des elektrischen Widerstandsheizers
einer Sonde zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente in
einem Meßgas,
z.B. der Sauerstoff- oder Stickoxidkonzentration im Abgas von Brennkraftmaschinen, herangezogen
werden, bei denen eine mäanderförmige Widerstandsbahn
niederohmig ausgelegt ist. Darüber
hinaus kann das Verfahren auch bei Multilayer-Hybridschaltungen eingesetzt werden,
da auch hier Abgleichwiderstände
zwischen den Schichten angeordnet sind.