175885. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és készülék fizikai, kémiai folyamatok követésére és hőinek meghatározására
13 175885 14 renciál termoelem előállításához szükséges maszk két szegmensének alakját és kölcsönös helyzetét. A megjelölt a szög, jelen esetben 45°, általános alakban a = 360°/n, ahol n a termoelempárok, illetve a differenciál termoelemek számát jelenti és így a teljes maszk n számú szegmenst tartalmaz. Az első vákuumpárlási ciklusban, a termooszlop egyik anyagából a nyolc darab termoelemvezeték vékony rétegeit alakítjuk ki a hordozó 5 lapkán. A geometriai szimmetria miatt, a második vákuumpárlási ciklusban nincs szükség új maszkra, hanem a 32 termoelemvezeték rétegei, a termoelem másik anyagából, az előző maszk megfordítása és pozicionálása után rögtön elkészíthetők. A vákuumpárolt, két különböző minőségű fémréteg átfedési területein alakulnak ki a referencia, valamint az aktív 3 és 4 hőmérsékletérzékelő felületek. A jelkivezetéshez az így felépített zárt áramkört alkalmas helyen meg kell szakítani és kivezető huzalokkal ellátni. A példánkban a 32 termoelemvezeték egy lehetséges 8 megszakítását és a 6 kivezető huzalok elhelyezését, továbbá ezek 7 mechanikai bekötését tüntettük fel. A 8 megszakítás létesítésére, valamint a vákuumpárlás esetleges hibáinak egyidejű kiigazítására a kémiai maratás és a mikroelektronikai áramkörök előállításánál gyakran alkalmazott homokfúvásos módszer használható. Ügyelni kell, hogy. a jelkivezetés huzaljai a megszakított réteggel azonos összetételűek legyenek, és így tulajdonképpen a kivezetés nem egyéb mint ezen réteg meghosszabbítása. Ezen intézkedés két célt szolgál, egyrészt a parazita termofeszültségek kiküszöbölését, másrészt a kivezetéseknél levő referencia hőmérsékletérzékelő működésének biztosításával, a precíz működésű differenciál termooszlop szimmetriafeltételének (azonos számú termoelemérzékelő a különböző hőmérsékletű helyeken) biztosítását. Könnyen belátható, hogy a szenzor geometriai szimmetriája miatt a kivezetések számára, a tizenhat termoelemvezeték közül bármelyik megszakítható az előbbi feltételek könnyű teljesítése mellett. Bár egyetlen termoelempárral, illetve egyetlen differenciál termoelemmel is megvalósítható az ismertetett szenzor típus, azonban a termoelempárok számának növelése a szenzor érzékenysége és körszimmetriája szempontjából kedvező. A mikroelektronika fejlett technológiáinak alkalmazása, valamint a számításba vehető szerkezeti anyagok széles köre, lehetővé teszi a megfelelő tulajdonságú, precíz működésű szenzorok reprodukálható, de mégis egyszerű előállítását. A rétegfelviteli technológiákról, a jelkivezető huzalok bekötési eljárásairól és az ezekkel kapcsolatos tervezési szempontokról, továbbá a hordozókra vonatkozó alapvető ismeretekről, C.A. Harper: Elektronikus szerkezetek konstrukciója és gyártása. Kézikönyv, Műszaki Könyvkiadó, Bp. (1972) 257—274, 181 — 194, 216—234 valamint a 34 és 277—281. oldalakon ad összefoglalást. A rétegfelviteli eljárásokkal nemcsak tiszta fémek (pl.: arany, nikkel) hanem ötvözetek (pl.: chromel, alumel) vékony rétegei is reprodukálhatóan felvihetők a hordozóra. Az új szenzor termoelem huzalokból is kialakítható, az 5/a ábrán bemutatott példa szerint, amelyen a jelölések a 4/a ábrán használtakkal azonosak, és így felépítése az előzőek alapján érthető. Amíg a vékonyrétegű differenciál termoelemek előállítása és rögzítésük a hordozókhoz egyetlen technológiai folyamatban történt, addig itt ez kettőt igényel. A rögzítés, a 31 és 32 termoelemhuzalokból a már említett hegesztési eljárások valamelyikével elkészített differenciál termooszlopnak a hordozóba történő részleges vagy teljes beágyazásával oldható meg, amint ez az 5/b és 5/c ábrákon metszetben személtetve van. A beágyazást a hordozó szilárd kötésének kialakítása előtt célszerű elvégezni, így például kerámia, üveg vagy műanyag hordozó lapok esetében a kerámia masszába, üvegolvadékba, a kerámikus kötés kialakítása, az üvegolvadék lehűtése vagy a műanyag megkötése előtt. A pontos szenzor geometriája csiszolással alakítható ki, előnyösen a hordozólap és a termooszlop is egy síkba csiszolható. A hordozólap előre is elkészíthető, ha ennek megfelelő kialakításával a differenciál termooszlop utólagos rögzítése biztosítható. Erre az esetre az 5/d ábra ad egy megoldási lehetőséget, amely szerint a rögzítés, a hordozón kialakított 12 tüskék és a termoelem csúcsain kialakított 13 horgok segítségével könnyen megvalósítható. Az 5/a ábra szerinti szenzorral teljesen hasonló, előnyös szenzorfelépítés érhető el a pontozott vonalakkal jelzett 9 termoelem huzalozással, a 10 fémlemezek vagy fémrétegek kialakításával, illetve ezek együttes alkalmazásával. A hordozólap két részből, a referencia 3 hőmérsékletérzékelők alatti körgyűrű és az aktív 4 hőmérsékletérzékelők alatti kör alakú lapokból is felépíthető, amint ez a 11 szaggatott vonalakkal jelölve van. A termoelempárok számának változtatására vonatkozó megállapítások ezen szenzor típusnál is érvényesek, azonban egyetlen differenciál termoelem alkalmazása és a körszimmetria megőrzése az 5/a ábra szerinti felépítéstől eltérőt követel meg. Amikor is a Du Pont szenzorhoz hasonlóan, a termoelem egyik anyagából készült termoelektromos lap egyedül alkotja a szenzor síkját. Ekkor ennek centrumában, az aktív hőmérsékletérzékelőt és a szélén egy kör kerületén a referencia hőmérsékletérzékelőt alakítjuk ki, oly módon, hogy a termoelem másik anyagából készült huzalt a középpontban és a megadott kör teljes kerületén, a lap alsó oldalán mechanikailag úgy rögzítjük, hogy a tökéletes elektromos csatlakozás is biztosítva legyen. A jelkivezetésre ezen meghosszabbított huzalok szolgálnak. A referencia hőmérsékletérzékelő vékonyrétegű kialakítása előnyös. Bár az aktív hőmérsékleti ponthoz csatlakozó huzal nem illeszkedik a hővezető lap síkjába, a szenzor működését nem zavarja, mert a körszimmetriát nem bontja meg. Ezen szimmetrikus szenzor ellenállás, illetve félvezetős (termisztoros) hőmérsékletérzékelőkkel is kialakítható, amelyre célszerű a mikroelektronika vékonyrétegfelviteli technológiáit alkalmazni. A 6. ábra egy ilyen lehetséges megoldást ad meg. Az 5 lapkán, a referencia 3 hőmérsékletérzékelő ellenállás vékonyrétegű vezetékét a hordozó széléhez közeli kör kerületén, az aktív 4 hőméisékletérzékelő ellenállás vezetékét pedig egy kisebb sugarú 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 7
