本發(fā)明涉及一種傳感器元件，尤其溫度傳感器。本發(fā)明還涉及一種用于制造至少一個傳感器元件，優(yōu)選溫度傳感器的方法。

背景技術(shù)：

1、為了將諸如傳感器、電容器、保護(hù)器件或加熱器的無源器件集成到電系統(tǒng)中，必須將尺寸針對處于微米和甚至納米級范圍內(nèi)的現(xiàn)代封裝設(shè)計進(jìn)行適配。為了實現(xiàn)這種小型化程度，器件作為薄膜沉積在具有電接口的載體結(jié)構(gòu)上并且被描述為分立器件。這些新型器件尤其可以集成到不同的電路板，mems(mikro?elektro?mechanisches?system(微機(jī)電系統(tǒng)))或sesub(semiconductor?embedded?in?substrate(半導(dǎo)體嵌入襯底))結(jié)構(gòu)中。

2、對溫度測量精度的提高的要求需要在這種傳感器元件的電阻離散方面嚴(yán)格的公差。然而，隨著這些結(jié)構(gòu)越來越小，制造公差有越來越大的影響，由此產(chǎn)生的電阻的離散超過所要求的公差。經(jīng)由工藝控制只能有限地減少電阻離散。

3、根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，針對不同應(yīng)用中的監(jiān)控和調(diào)節(jié)的溫度主要借助陶瓷熱導(dǎo)體熱敏電阻元件(ntc)、硅溫度傳感器(kty)、鉑溫度傳感器(prtd)或熱電偶(tc)來測量。在此，ntc熱敏電阻由于制造成本低而得到最廣泛使用。與熱電偶和金屬電阻元件，諸如pt元件相比，另一個優(yōu)點是明顯的負(fù)電阻-溫度特性。

4、對于在功率模塊中的使用，主要使用被焊接的smd(“surface?mounteddevice”——表面貼裝的)ntc溫度傳感器。在用于低功率的控制模塊中，對此替選地也使用ntc芯片，其借助于ag燒結(jié)膏、焊接或膠粘安裝在下側(cè)處并且經(jīng)由鍵合線接觸上側(cè)。

5、為了電接觸ntc陶瓷，必須施加金屬電極。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，為此將主要由銀膏或金膏制成的厚層電極經(jīng)由絲網(wǎng)印刷工藝施加，接著進(jìn)行燒結(jié)。

6、為了將電子器件集成到例如mems或sesub結(jié)構(gòu)中，需要非常小的元件，所述元件此外還必須借助適合的接觸方法集成。為此不能使用用于smd結(jié)構(gòu)形式或ntc芯片的傳統(tǒng)的安裝技術(shù)。

7、文件wo?2021/004957a1，其內(nèi)容通過參引是本技術(shù)的組成部分，描述了ntc薄層熱敏電阻，其由至少一個第一薄層電極、至少一個ntc薄層和至少一個第二薄層電極構(gòu)成。

8、迄今為止，薄膜ntc溫度傳感器不能以與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式(smd?ntc和ntc芯片)類似的嚴(yán)格的公差制成。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是描述一種傳感器元件和一種用于制造傳感器元件的方法，其解決上述問題。

2、所述目的通過根據(jù)獨立權(quán)利要求的傳感器元件和用于制造傳感器元件的方法實現(xiàn)。

3、根據(jù)一個方面描述傳感器元件。傳感器元件適合于測量溫度。傳感器元件是溫度傳感器。傳感器元件是薄膜ntc溫度傳感器。

4、傳感器元件非常緊湊地實施。尤其，傳感器元件構(gòu)成用于作為分立器件直接嵌入到電系統(tǒng)中。優(yōu)選地，傳感器元件構(gòu)成用于直接集成到mems結(jié)構(gòu)中和/或直接集成到sesub結(jié)構(gòu)中。為了該目的，傳感器元件必須具有非常小的尺寸并且還可以借助適合的接觸方法集成。例如，傳感器元件具有1000μm，優(yōu)選＜800μm，特別優(yōu)選＜500μm的最大邊長。傳感器元件的厚度＜100μm，優(yōu)選＜80μm，特別優(yōu)選＜50μm。

5、傳感器元件具有至少一個載體。優(yōu)選地，傳感器元件具有剛好一個載體。載體具有載體材料，優(yōu)選硅、氮化硅或玻璃(硅酸鹽或硼硅酸鹽玻璃)。對此替選地，載體也可以由陶瓷材料如aln、si3n4或al2o3構(gòu)成。

6、載體優(yōu)選具有矩形底面，然而也可以方形地實施。在這兩種情況下，載體的最大邊長是1000μm，有利地＜800μm，理想地＜500μm。

7、載體具有上側(cè)和下側(cè)。上側(cè)電絕緣地構(gòu)成。尤其，絕緣層構(gòu)成在載體的上側(cè)處。絕緣層直接設(shè)置在載體的上側(cè)處。絕緣層可以由一層或多層構(gòu)造。絕緣層例如可以具有al2o3、aln、sio2或si3n4，或具有這些材料的層的組合。絕緣層的厚度≤1.5μm。

8、傳感器元件還具有至少兩個電極。傳感器元件當(dāng)然也可以具有多于兩個電極，例如四個、六個或八個電極。

9、電極優(yōu)選構(gòu)成為薄層電極。進(jìn)一步，電極也可以稱作為電極層。這應(yīng)當(dāng)表達(dá)為，使得電極是傳感器元件的各個層。在此，表述電極和電極層分別指的是傳感器元件的相同部件。

10、傳感器元件還具有至少一個功能層。傳感器元件當(dāng)然可以具有多于一個功能層，例如兩個、三個或四個功能層。在此情況下，功能層橫向于傳感器元件的主伸展方向疊置地設(shè)置或堆疊。

11、至少一個功能層設(shè)置在載體上。功能層至少部分地在至少兩個電極中的一個電極上構(gòu)成。尤其，電極(所述電極可以在下文中也稱作為“最下方的電極”)直接在絕緣層上構(gòu)成。功能層至少部分地直接在最下方的電極上構(gòu)成。至少兩個電極中的另外的電極至少部分地直接設(shè)置在功能層上。因此，至少一個功能層至少部分地設(shè)置在電極之間(夾層結(jié)構(gòu))。

12、功能層的厚度在50nm和1μm之間，優(yōu)選在100nm和500nm之間，特別優(yōu)選在250nm和400nm之間。功能層具有帶有特殊的電學(xué)特性的材料(功能材料)。功能層具有帶有溫度相關(guān)的電阻的材料。優(yōu)選地，功能層具有ntc陶瓷。優(yōu)選地，功能層是具有ntc特性的薄膜。

13、優(yōu)選地，ntc陶瓷基于鈣鈦礦或尖晶石結(jié)構(gòu)類型的氧化物材料。對此替選地，功能層可以基于碳化物材料或氮化物材料構(gòu)造。

14、尤其，以下功能層是可行的：

15、-氧化的：例如鈣鈦礦(基于組合物camno3的混合晶體，其中ca可以完全地或部分地由例如y、cr、al或la取代)或尖晶石(基于nimn2o4的混合晶體，其中ni和mn可以借助例如fe、co、al完全地或部分地取代)；

16、b)碳化的，例如(si，ti)c，六方的或立方sic；

17、c)氮化的，例如(ai，ti)n、crn。

18、另一替選方案是由氧化釩構(gòu)成的薄層。

19、傳感器元件還具有用于電接觸傳感器元件的至少兩個接觸盤。優(yōu)選地，傳感器元件具有剛好兩個接觸盤。接觸盤直接與電極電地和機(jī)械地連接。

20、此外，傳感器元件具有至少兩個中間層。傳感器元件也可以具有多于兩個中間層，例如四個、五個或六個中間層。相應(yīng)的中間層絕緣地構(gòu)成。尤其，相應(yīng)的中間層具有絕緣材料，例如al2o3、aln、sio2或si3n4。

21、通過構(gòu)成中間層例如可以保證不同極性的電極在被接觸的傳感器元件中的電分離。此外，中間層用于防止傳感器元件有階梯形狀。換言之，傳感器元件(尤其由于有中間層)具有平滑的表面，尤其平滑的側(cè)面，即盡可能沒有階梯的側(cè)面。由此可以有效地避免電散射效應(yīng)。

22、對應(yīng)的傳感器元件具有嚴(yán)格的電阻公差。這意味著，相應(yīng)的傳感器元件具有與期望電阻(電阻的標(biāo)稱值)非常小的偏差范圍。

23、至少兩個電極中的至少一個電極結(jié)構(gòu)化地構(gòu)成用于設(shè)定相應(yīng)的傳感器元件的電阻值。至少一個電極是可調(diào)整的，用于設(shè)定電阻值。尤其，所述電極的至少一個子區(qū)域是切斷的，用于設(shè)定電阻。相反，只要電阻在要調(diào)整的器件中已經(jīng)對應(yīng)于目標(biāo)值，則不進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的/可調(diào)整的區(qū)域的切斷。

24、通過實現(xiàn)與期望電阻的小的偏差范圍，傳感器元件具有在溫度測量方面非常高的精度。優(yōu)選地，對應(yīng)的傳感器元件具有電阻公差，所述電阻公差與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型如smdntc或ntc芯片的嚴(yán)格的電阻公差是類似的。

25、根據(jù)一個實施例，傳感器元件具有上側(cè)和下側(cè)。上側(cè)和下側(cè)彼此相對置地設(shè)置并且通過傳感器元件的側(cè)面彼此連接。傳感器元件的下側(cè)在此表示通過載體封閉的側(cè)。尤其，傳感器元件的下側(cè)通過載體形成。

26、傳感器元件具有最下方和最上方的電極。最上方的電極在此是最接近傳感器元件的上側(cè)的電極。最下方的電極是最接近傳感器元件的下側(cè)的電極。最下方的電極直接構(gòu)成在絕緣層上。在此，最下方的電極不必完全覆蓋絕緣層。絕緣層的子區(qū)域優(yōu)選不具有最下方的電極的導(dǎo)電材料。

27、最接近傳感器元件的上側(cè)的電極(即最上方的電極)結(jié)構(gòu)化地構(gòu)成用于設(shè)定電阻值。因此，在最上方的電極上得出可調(diào)整的區(qū)域。尤其，最上方的電極具有一個或多個可調(diào)整的區(qū)域?？烧{(diào)整的區(qū)域是切斷的，優(yōu)選借助于激光(激光調(diào)整)，優(yōu)選用于設(shè)定傳感器元件的電阻值。多個可調(diào)整的區(qū)域也可以是切斷的。

28、通過將可調(diào)整的區(qū)域分離得出總電極面和由此電阻的變化。由此，最終的傳感器元件的電阻公差可以被優(yōu)化。

29、根據(jù)一個實施例，相應(yīng)的中間層設(shè)置為，使得在最終被接觸的傳感器元件中防止在不同極性的電極和接觸盤之間的電的和機(jī)械的接觸。換言之，中間層構(gòu)成和設(shè)置為不同極性的電極或接觸盤之間的分離層或緩沖區(qū)。相應(yīng)的中間層的厚度(即垂直于傳感器元件的主伸展方向的伸展)可以大于或等于相應(yīng)的電極的厚度。

30、優(yōu)選地，相應(yīng)的中間層構(gòu)成為相應(yīng)的電極沿著傳感器元件的主伸展方向的延長部。換言之，中間層延長了電極平行于載體或平行于功能層的伸展。由此實現(xiàn)，每個(電極)層具有沿著載體的相同的伸展。因此，實現(xiàn)傳感器元件的盡可能沒有棱邊或階梯的平滑的側(cè)面。以這種方式避免在電極的重疊區(qū)域中在外部區(qū)域處由于不同路程長度的對角的電流路徑引起的散射效應(yīng)。

31、替選地或附加地，相應(yīng)的中間層設(shè)置為，使得阻止至少一個功能層和接觸盤之間的直接接觸。因此，中間層可以構(gòu)成和設(shè)置為至少一個功能層和接觸盤之間的分離層或緩沖區(qū)。

32、電極具有重疊區(qū)域。在重疊區(qū)域中，電極疊置地構(gòu)成。至少一個功能層構(gòu)成為，使得阻止功能層伸展超出重疊區(qū)域。換言之，功能層僅設(shè)置在重疊區(qū)域之內(nèi)。功能層不從重疊區(qū)域中伸出。更確切地說，在功能層和接觸盤之間的區(qū)域中實施有中間層。

33、所述中間層不僅用于接觸盤和功能層的機(jī)械/電分離，而且也保證各個層(電極、功能層)具有平行于載體的相同的伸展。因此，中間層延長功能層和電極，使得所有層具有平行于載體的相同的伸展。由此實現(xiàn)，傳感器器件的側(cè)面盡可能沒有棱邊或階梯。散射效應(yīng)被有效地避免。

34、根據(jù)一個實施例，相應(yīng)的中間層圍繞至少一個功能層環(huán)繞地構(gòu)成。相應(yīng)的中間層還可以圍繞相應(yīng)的電極u形地構(gòu)成。由此可以有效保護(hù)相應(yīng)的層免受外部影響。

35、根據(jù)一個實施例，傳感器元件還具有絕緣部。通過絕緣部保護(hù)傳感器元件免受外部影響。絕緣部構(gòu)成和設(shè)置為，使得其完全地包覆傳感器元件的至少一個子區(qū)域。優(yōu)選地，至少將至少一個功能層以及至少兩個中間層由絕緣部完全環(huán)繞地包圍。此外，至少兩個電極的至少一個子區(qū)域由絕緣部包覆。優(yōu)選地，電極完全地由絕緣部包覆。接觸盤構(gòu)成為，使得其在傳感器元件的上側(cè)處從絕緣部中伸出，用于電接觸傳感器元件。

36、根據(jù)一個實施例，傳感器元件具有第一或上部的子區(qū)域。傳感器元件還具有第二或下部的子區(qū)域。第一子區(qū)域具有寬度b1。第二子區(qū)域具有寬度b2。在上下文中，將寬度理解為相應(yīng)的子區(qū)域沿著傳感器元件的主伸展方向的伸展。尤其，將寬度理解為平行于載體的伸展。

37、這兩個子區(qū)域疊置地設(shè)置。第一子區(qū)域尤其包括功能層、電極、中間層和接觸盤。第一子區(qū)域也可以將絕緣部包括在內(nèi)。第二子區(qū)域尤其包括載體和絕緣層。第一子區(qū)域和/或第二子區(qū)域的側(cè)面，優(yōu)選所有側(cè)面沒有階梯。換言之，相應(yīng)的子區(qū)域的外面是平滑的。

38、子區(qū)域構(gòu)成為，使得b1≤b2。換言之，第一子區(qū)域可以與第二子區(qū)域同樣寬。在此情況下，在傳感器元件的側(cè)面處完全不存在階梯/棱邊。替選地，第一子區(qū)域的寬度也可以小于第二子區(qū)域的寬度。在此情況下，在傳感器元件的側(cè)面，在第一和第二子區(qū)域之間的過渡部處構(gòu)成(唯一的)階梯/棱邊。

39、根據(jù)另一方面描述一種用于制造至少一個傳感器元件的方法。要注意的是，通過所述方法優(yōu)選并行地產(chǎn)生多個傳感器元件，例如20000個傳感器元件并且最后將所述傳感器元件彼此分開。下面，出于簡潔性原因，在看似適宜的地方基本上參照傳感器元件。

40、優(yōu)選地，通過所述方法制造上文所描述的傳感器元件。相應(yīng)的傳感器元件僅具有與期望電阻的小的偏差范圍。通過所述方法制造的傳感器元件在其整體上具有嚴(yán)格的電阻公差。

41、關(guān)于傳感器元件或方法所公開的所有特性也對應(yīng)地關(guān)于相應(yīng)的另一方面公開，并且反之亦然，即使相應(yīng)的特征并未詳盡地在相應(yīng)的方面的上下文中被提到也如此。所述方法具有以下步驟：

42、a)提供載體材料，用于構(gòu)成載體。載體用于機(jī)械地穩(wěn)定傳感器元件。優(yōu)選地，載體材料具有si、sic或玻璃。對此替選地，載體材料也可以具有aln或al2o3。

43、b)在載體的上側(cè)上構(gòu)成絕緣層。絕緣層可以具有al2o3、aln、sio2或si3n4或這些材料的層的組合。優(yōu)選地，絕緣層完全地覆蓋載體的上側(cè)。只要載體材料是電絕緣的，則也可以取消根據(jù)步驟b)構(gòu)成絕緣層(可選的步驟，材料相關(guān))。

44、c)將第一電極(最下方的電極)施加在絕緣層/載體的上側(cè)上。電極材料的沉積通過pvd(“physical?vapour?deposition(物理氣相沉積)”)工藝、cvd(“chemical?vapourdeposition(化學(xué)氣相沉積)”)工藝或電鍍地進(jìn)行。對此替選地，沉積也可以通過ald(atomic?layer?deposition(原子層沉積))方法進(jìn)行。優(yōu)選地，將電極僅沉積到絕緣層的子區(qū)域上。換言之，絕緣層/載體的子區(qū)域保持沒有最下方的電極的金屬材料。

45、d)將至少一個中間層施加到絕緣層上。尤其，將中間層施加到子區(qū)域上，所述子區(qū)域保持沒有最下方的電極的金屬材料。中間層和最下方的電極可以具有相同的厚度/高度。在此情況下，中間層和最下方的電極形成平面。替選地，中間層然而也可以更厚地構(gòu)成。

46、e)將至少一個功能層施加到最下方的電極的至少一個子區(qū)域上。這例如通過濺鍍或旋涂工藝進(jìn)行。

47、功能層可以在平面上構(gòu)成，所述平面通過中間層和最下方的電極形成。對此替選地，功能層然而也可以僅在所述平面的子區(qū)域上構(gòu)成。在此情況下，在另一步驟中構(gòu)成附加的中間層，作為功能層和上文深入描述的接觸盤之間的緩沖區(qū)。

48、f)施加至少一個另外的電極。電極直接施加到功能層的至少一個子區(qū)域上。換言之，功能層的子區(qū)域可以保持沒有電極的金屬材料。

49、g)施加至少一個另外的中間層。中間層可以在功能層的保持沒有另外的電極的金屬材料的子區(qū)域中構(gòu)成。替選地或附加地，可以構(gòu)成中間層作為功能層和上文深入描述的接觸盤之間的緩沖區(qū)。

50、h)將電極中的至少一個電極結(jié)構(gòu)化，用于構(gòu)成至少一個可調(diào)整的區(qū)域，以設(shè)定電阻。這例如可以通過濕化學(xué)蝕刻或干蝕刻或激光結(jié)構(gòu)化進(jìn)行。優(yōu)選地，如上文所描述，最上方的電極結(jié)構(gòu)化地構(gòu)成。

51、i)構(gòu)成接觸盤，用于電接觸傳感器元件。在最終接觸的傳感器元件中，相同極性的電極豎直地(即沿堆疊方向)與金屬材料連接。優(yōu)選地，接觸盤具有金屬如cu、al或au。

52、接著測量功能層。在此，確定傳感器元件的電阻值的初始公差范圍，使得隨后可以將相應(yīng)的傳感器元件的電阻設(shè)定到期望值。

53、j)通過調(diào)整至少一個結(jié)構(gòu)化的電極來設(shè)定電阻值。調(diào)整優(yōu)選借助于激光進(jìn)行。電阻值設(shè)定到預(yù)定的標(biāo)稱值(期望值)。通過準(zhǔn)確地設(shè)定相應(yīng)的傳感器元件的電阻值，制成的傳感器元件在其整體上具有非常嚴(yán)格的電阻公差。

54、根據(jù)一個實施方式，還在傳感器元件的表面的至少一個子區(qū)域上構(gòu)成絕緣部。由此，保護(hù)傳感器元件免受外部影響。所述步驟可以在步驟j)之前或之后實施。如果絕緣部的構(gòu)成在步驟j)之前實施，則結(jié)構(gòu)化的電極保持沒有絕緣部，以便后續(xù)可以執(zhí)行調(diào)整。

55、下文所描述的附圖不應(yīng)理解為符合比例的。更確切地說，為了更好的示出可以夸大、縮小或也變形地示出個別尺寸。