(57)【要約】      （修正有）【課題】ＤＳＣセンサ及び製造方法を提供する。【解決手段】温度センサユニット２０４は、測定位置の温度を検知し、また、電気接触パッドを介して金属ワイヤ２０７に接続され、それにより電子回路に結合される。基板２０２を用意するステップと、少なくとも１つの測定位置、少なくとも１つの温度センサユニット２０４、２０５、および少なくとも１つの電気接触パッド２０６、２１３を基板の上面上に作製するステップと、電気接触パッド２０６、２１３への接続のために基板に通路を作るステップと、金属ワイヤ２０７を基板２０２の下面から通路に挿入するステップと、ワイヤ２０７の上端部を融解させ、それによりワイヤ２０７を小さな金属球の形態にさせるステップと、金属球に圧力および熱を加えることにより、金属ワイヤ２０７の上端部と電気接触パッド２０６、２１３との間にボンディングされた接合部として物質的に一体の接続を形成するステップを含む。【選択図】図２
2015179084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面および下面を有する基板と、少なくとも１つの測定位置と、少なくとも１つの温度センサユニットと、少なくとも１つの電気接触パッドとを含む、熱分析センサ、具体的には示差走査熱分析センサであって、前記少なくとも１つの測定位置、前記少なくとも１つの温度センサユニット、および前記電気接触パッドが、前記センサの前記上面上に配置され、前記温度センサユニットが前記測定位置において温度を測定し、また、前記温度センサユニットが、前記電気接触パッドを介して金属ワイヤに接続され、それにより電子回路に結合される、熱分析センサの製造方法であって、
ａ．  前記基板を用意するステップと、
ｂ．  前記基板の前記上面上に、少なくとも１つの測定位置、少なくとも１つの温度センサユニット、および少なくとも１つの電気接触パッドを作製するステップと、
ｃ．  前記電気接触パッドへの接続のために、前記基板に通路を作るステップと、
ｄ．  金属ワイヤを前記基板の前記下面から前記通路に挿入するステップと、
ｅ．  前記ワイヤの上端部を融解させ、それにより金属球を形成するステップと、
ｆ．  前記金属球への圧力および熱の印加を通じて、前記金属ワイヤの前記上端部と前記電気接触パッドとの間に物質的に一体の接続の形でボンディングを完了させるステップと
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記センサの前記上面上に２つ以上の測定位置および２つ以上の温度センサユニットを形成するステップをさらに含み、個々に専用化された温度センサユニットが各測定位置に割り当てられることを特徴とする、方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、前記温度センサユニットが、前記センサの前記上面上の１つまたは複数の層に形成された少なくとも２つの熱電対を含む熱電対配列部として構成されることを特徴とする、方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の方法であって、前記センサの前記上面上に少なくとも１つの加熱抵抗器および少なくとも１つのさらなる電気接触パッドを形成するステップと、前記センサを通してさらなる通路を形成するステップとをさらに含み、前記少なくとも１つの測定位置を加熱する働きをする前記加熱抵抗器が、前記接触パッドおよびさらなる金属ワイヤを介して電力供給源に接続され、また、前記電気接触パッドと前記さらなる金属ワイヤの上端部に形成された金属球との間に、ボンディングされた接合部の形態をなす物質的に一体の接続が形成されることを特徴とする、方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の方法であって、前記温度センサユニット、前記加熱抵抗器、および／または前記電気接触パッドが、前記センサの前記上面上に厚膜技術または薄膜技術で作製されることを特徴とする、方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の方法であって、前記金属ワイヤが、金、パラジウム、および銅といった金属のうちの少なくとも１つ、またはそれらの合金を含むことを特徴とする、方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の方法であって、前記金属ワイヤのおおよその直径が、０ｍｍから１ｍｍの間、好ましくは０ｍｍから０．５ｍｍの間であり、特には約０．１ｍｍの直径を有することを特徴とする、方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の方法であって、前記金属球が、おおよそ０．０１ｍｍから０．２５ｍｍの直径を有することを特徴とする、方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の方法であって、前記電子回路が、電力補償原理および／または熱流束原理に従ったＤＳＣ測定のために前記センサを使用することができるように設計されることを特徴とする、方法。
【請求項１０】
上面および下面を有する基板を含み、少なくとも１つの測定位置、１つの温度センサユニット、および少なくとも１つの電気接触パッドが、前記上面上に形成され、前記測定位置の温度を検出する前記温度センサユニットが、前記電気接触パッドを介して少なくとも１本の金属ワイヤに接続されそれにより電子回路に結合される、熱分析センサ、具体的にはＤＳＣセンサであって、前記金属ワイヤが、前記基板の前記下面から前記基板に形成された通路に入ること、および、前記ワイヤがその上端部において金属球によって終端処理され、前記金属球が、圧力および温度の印加を通じて、前記金属ワイヤの前記上端部と前記電気接触パッドとの間に、ボンディングされた接合部の形態をなす物質的に一体の接続を形成することを特徴とする、熱分析センサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の熱分析センサであって、前記センサの前記上面上に形成された少なくとも１つの加熱抵抗器および少なくとも１つのさらなる電気接触パッドをさらに含み、前記少なくとも１つの測定位置を加熱する働きをする前記加熱抵抗器が、前記電気接触パッドおよびさらなる金属ワイヤを介して電力供給源に接続されることを特徴とする、熱分析センサ。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の熱分析センサであって、前記基板が、酸化アルミニウム、ステアタイト、亜硝酸アルミニウム、もしくはガラスセラミックスといった非導電性材料のうちの少なくとも１つ、またはそれらの混合物を含むことを特徴とする、熱分析センサ。
【請求項１３】
請求項１０または１１に記載の熱分析センサであって、前記基板が、鋼鉄、もしくは硬質金属といった導電性材料のうちの少なくとも１つ、またはそれらの混合物を含むことを特徴とする、熱分析センサ。
【請求項１４】
請求項１０から１３のいずれか１項に記載の熱分析センサであって、前記基板が実質的に円板状であることを特徴とする、熱分析センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、熱分析センサおよび該センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]熱分析センサは、温度変化を受けるサンプルの様々な特性およびパラメータを判定するための適切に設計された熱分析装置で使用される。
[0003]最新式の熱分析装置の例には、とりわけＤＳＣ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ、示差走査熱分析）装置が含まれる。ＤＳＣ装置は、サンプルの、というよりもそのサンプルを採取した材料の化学的または物理的な特性の温度依存変化を判定するために使用される。これには例として、温度変化を受けるサンプルに生じる例えば相転移などの転移に伴う発熱事象または吸熱事象、ならびに他の作用の熱流測定が含まれる。サンプルに生じる変化は、基準との比較を通じて判定することができ、基準は、空いている基準測定位置かまたは適切な基準材料のどちらかとすることができる。基準材料またはサンプル材料は、ＤＳＣ装置のタイプに応じて、直接にまたは適当な入れ物に入れられて、それぞれの測定位置に配置されうる。熱分析センサはまた、例えばＴＧＡ−ＤＳＣ装置（ＴＧＡとは、Ｔｈｅｒｍｏ−Ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ  Ａｎａｌｙｓｉｓ、熱重量分析のことである）またはＨＰ−ＤＳＣ（Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＤＳＣ、高圧ＤＳＣ）装置などの他の装置、ならびに従来技術のさらなる装置で用いられうる。
【０００３】
[0004]熱分析装置は、熱流束動作モードおよび電力補償動作モードで作動されることが多い。
[0005]電力補償モードでは、加熱器に供給される電力および／または補償加熱器に供給される電力は、基準位置とサンプル位置との間の温度差がゼロになるように制御されかつ調節される。この補償に必要とされる電力に基づいて、サンプルへの熱流量を推定することが可能である。理想的な状況では、消費される電力は、サンプルへの熱流量に相当する。
【０００４】
[0006]熱流束原理は、サンプルおよび基準に共通の保持器を有する熱分析装置においてしばしば使用される。測定位置と加熱器との間の熱流経路は既知であるはずなので、理論上、２つの測定位置間の温度差は、試料における変化の結果のみとなる。サンプル位置および基準位置における実温度に基づき、熱流量を計算して定量的に評価することができる。
【０００５】
[0007]このタイプの装置のための熱分析センサは、少なくとも１つの測定位置を片面に備えた円板状のものであることが多く、測定位置は、それぞれの測定位置の温度および／またはサンプル位置と基準位置との間の示差温度を検知する温度センサユニットに接続される。センサおよびセンサに関連付けられた少なくとも１つの測定位置には、接続された加熱デバイスから、具体的には温度変化を発生させるための適切な温度／時間プログラムに従って、熱が供給されうる。
【０００６】
[0008]従来技術は、様々なタイプのそのような熱分析センサを提供する。
[0009]例えば、Ｆ．Ｘ．Ｅｄｅｒ、Ａｒｂｅｉｔｓｍｅｔｈｏｄｅｎ  ｄｅｒ  Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｋ，Ｂａｎｄ  ２（Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ２）、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ、１９８３年、２頁には、薄膜蒸着によって作製された温度センサユニットを基板上に含むセンサが開示されている。
【０００７】
[0010]ＤＥ３９１６３１１Ｃ２には、厚膜技術法を使用して基板上に温度センサユニットを被着させたセンサが開示されている。
[0011]これらのセンサには、温度センサユニットが、センサ表面上に直接形成された複数の熱電対または熱的接合部を各測定位置に有するという共通点がある。
【０００８】
[0012]複数の熱電対を含む温度センサユニットを備えたセンサは、ＥＰ１５２８３９２Ａ１、ＤＥ１０２２７１８２Ａ１、ＤＥ３９１６３１１Ａ１、およびＷＯ２００６／１１４３９４Ａ１にも開示されている。これらの参照文献で開示されているセンサは、１つまたは複数の測定位置を有するものであり、温度センサユニットは、例えば各測定位置における熱電対の数を増やすために、またはセンサのいくつかの層もしくは平面に熱電対を配置することによるより広い範囲での温度測定能力を提供するために、様々な被着技法および／または様々な配置パターンを使用することによりセンサ表面上に被着されている。
【０００９】
[0013]これらのセンサは、各測定位置が温度センサユニットに接続されるという共通点を持ち、温度センサユニットは、この場合は具体的には、基板の上面上の測定位置を包囲するパターンで薄膜技術または厚膜技術により被着される熱電対配列部として形成される。各熱電対配列部は、電気接触パッド、および基板を通り抜ける少なくとも１本の適切なワイヤを介して電子回路に接続される。金属ワイヤの一端部、上端部は、電子回路と温度センサとの間にボンディングされた接合部の形態で物質的に一体の接続を確立するために、基板の上面から温度センサユニットの電気接触パッドにボンディングされ、そこで、各ワイヤの締結に伴い、基板の上面上にワイヤループが作られる。
【００１０】
[0014]各ワイヤがループを形成する形で少なくとも１本の金属ワイヤを上方すなわちセンサの上面からボンディングすることによる回路への接続は、センサの上面上の空きがワイヤループでいっぱいになるので、実現可能な接続または接触の総数が著しく制限されるという欠点を有する。さらに、ワイヤループは、容易に損傷しかつ／または引きちぎられる恐れがあり、それによりセンサが動作不能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＤＥ３９１６３１１Ｃ２
【特許文献２】ＥＰ１５２８３９２Ａ１
【特許文献３】ＤＥ１０２２７１８２Ａ１
【特許文献４】ＤＥ３９１６３１１Ａ１
【特許文献５】ＷＯ２００６／１１４３９４Ａ１
【特許文献６】ＥＰ０９９０８９３Ａ１
【特許文献７】ＥＰ１８７５１８１Ａ１
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｆ．Ｘ．Ｅｄｅｒ、Ａｒｂｅｉｔｓｍｅｔｈｏｄｅｎ  ｄｅｒ  Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｋ，Ｂａｎｄ  ２（Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ２）、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ、１９８３年、２頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
[0015]したがって本発明は、非常に頑丈でかつ使い勝手が良くさらにはセンサの上面上に多数の接点を配置できるように設計されたセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
[0016]この課題は、熱分析センサの製造方法によって解決され、また、本発明の方法に従って製造され、かつ、上面および下面を有する基板と、少なくとも１つの測定位置と、少なくとも１つの温度センサユニットと、少なくとも１つの電気接触パッドとを含む熱分析センサによって、解決される。少なくとも１つの測定位置、少なくとも１つの温度センサユニット、および電気接触パッドは、センサの上面上に配置されて、温度センサユニットが測定位置の温度を測定する。温度センサユニットは、電気接触パッドを介して金属ワイヤに接続され、それにより電子回路に結合される。本方法は、以下のステップを含む：基板を用意した後、少なくとも１つの測定位置、少なくとも１つの温度センサユニット、および少なくとも１つの電気接触パッドを基板の上面上に作製する。さらに、電気接触パッドへの接続のために、少なくとも１つの通路を基板に作る。次に、金属ワイヤを基板の下面から通路に挿入し、基板の上面から突出するワイヤの上端部を融解させ、それにより小さな金属球の形態にする。金属ワイヤの上端部と電気接触パッドとの間に、物質的に一体の接続の形態でボンディングが完了する。この接続を形成するために、圧力および熱の印加を通じて金属球を接触パッドと融合させ、それによりワイヤを接触パッドにボンディングする。
【００１５】
[0017]この種のボンディングは、センサ上面での望ましくないワイヤループの形成を回避することができるので、熱分析センサに特に好都合である。センサ上面上のボンディングされた接続部は、非常に滑らかでかつセンサ上へのサンプルの設置またはセンサからのサンプルの取り外しの際に邪魔にならない、コンパクトな金属の突起の形態を有する。温度センサユニットは、ボンディングされた２つの接続部の形成を通じて、２つの接触パッドを介して２本の金属ワイヤにボンディングまたは接続されることが好ましい。
【００１６】
[0018]温度センサユニットは、電気接触パッドおよび金属ワイヤを通じて、電子回路に結合されうる。
[0019]本方法はさらに、２つ以上の測定位置および２つ以上の温度センサユニットをセンサの上面上に形成する工程を含むことができ、個別に専用化された温度センサユニットが、各測定位置に割り当てられる。
【００１７】
[0020]さらに、この作製方法は、結果として生じるボンディングされた接続部が占める空間がはるかに少なく、それによりボンディングされた接続部をセンサ上に多数配置することが可能になるので、多数の測定位置と、例えば温度、測定位置間の示差温度、圧力、湿度および／もしくは流量などの様々なパラメータを判定するために使用されるセンサ信号を傍受するための、ならびに／または例えば抵抗加熱器に供給するためかつ／もしくはセンサを作動させるために電圧を印加するための接触パッドとを含むセンサの製造に、非常に適している。したがって、同一の直径の熱分析センサ上に、２倍から３倍もの数のボンディングされた接続部を、また特には５倍もの数のボンディングされた接続部すら配置することができる。
【００１８】
[0021]温度センサユニットは、センサの上面上の１つまたは複数のセンサ層内に形成された少なくとも２つの熱電対を含む熱電対配列部として構成されうる。温度センサユニットはまた、例えばＰｔ−１００センサなどの抵抗に基づいた温度センサを１つまたは複数含むことができる。
【００１９】
[0022]本方法のさらなる部分として、少なくとも１つの加熱抵抗器および少なくとも１つのさらなる電気接触パッドを、センサの上面上に形成することができ、同様にセンサを通るさらなる通路も形成することができ、そこで、少なくとも１つの測定位置を加熱する働きをする加熱抵抗器は、電気接触パッドおよびさらなる金属ワイヤを介して電力供給源に接続され、また、電気接触パッドと先のさらなる金属ワイヤの上端部に形成された金属球との間に、ボンディングされた接合部の形で、物質的に一体の接続が形成される。加熱抵抗器は、２つの接触パッドを介して２本の金属ワイヤにボンディングされることが好ましい。
【００２０】
[0023]したがって、本方法は、センサの上面上に配置されかつ電気的に接続されなければならない様々な要素を含むセンサの作製に、特に適している。
[0024]温度センサユニット、加熱抵抗器、および／または電気接触パッドは、センサの上面上に厚膜技術または薄膜技術で作製されることが好ましい。
【００２１】
[0025]ボンディングのために使用される金属ワイヤは、金、パラジウム、および銅といった金属のうちの少なくとも１つ、またはそれらの合金を含むことが好ましい。これらの金属または合金は、その材料特性のため、金属球の形成とそれに続く接触パッドへのボンディングに特に好都合である。
【００２２】
[0026]金属ワイヤは、おおよそ０．０１ｍｍから０．２５ｍｍの間の直径を有し、具体的には約０．１ｍｍの直径を有しうる。
[0027]金属球は、ワイヤの直径の１倍から５倍の直径で形成されることが好ましい。金属球のサイズは、実験条件を通じて非常に正確に制御することができる。直径０．１ｍｍの金のワイヤの場合、球の形成は、約２ｋＶから５ｋＶの火花放電を必要とする。
【００２３】
[0028]熱分析センサの電子回路は、電力補償原理および／または熱流束原理に従ったＤＳＣ測定のためにセンサを使用することができるように設計されうる。
[0029]本発明はさらに、上述の方法に従って製造された熱分析センサ、具体的には、上面および下面を含む基板を有し、少なくとも１つの測定位置、１つの温度センサユニット、および少なくとも１つの電気接触パッドが上面上に形成される、ＤＳＣセンサを含む。温度センサユニットは、測定位置の温度を検出する。温度センサユニットは、電気接触パッドを介して少なくとも１本の金属ワイヤに接続され、それにより電子回路に結合される。金属ワイヤは、基板の下面から、基板に形成された通路に入る。ワイヤはその上端部において金属球によって終端処理され、この金属球は、圧力および温度の印加を通じて、金属ワイヤの上端部と電気接触パッドとの間に、ボンディングされた接合部の形で、物質的に一体の接続を形成する。
【００２４】
[0030]センサは、センサの上面上に形成された少なくとも１つの加熱抵抗器と少なくとも１つのさらなる電気接触パッドとをさらに含むことができ、その場合、少なくとも１つの測定位置を加熱する働きをする加熱抵抗器は、電気接触パッドおよびさらなる金属ワイヤを介して、電力供給源に接続される。
【００２５】
[0031]基板は、例えば金属またはセラミックスなどの、導電性または非導電性の材料を含むことができる。導電性材料の例には、とりわけ鋼鉄および／または他の硬質金属が含まれる。使用可能な非導電性材料には、例えば酸化アルミニウム、ステアタイト、亜硝酸アルミニウム、およびガラスセラミックスといった材料か、またはそれらの混合物が含まれる。
【００２６】
[0032]さらに、基板は、基本的に円板状の構造のものであり、また、少なくとも１つの測定位置がその上に形成される、基本的に平坦な上面を有する。
[0033]以下、図面を参照しながら、本発明の方法、およびこの方法に従って製作された熱分析センサの様々な例についてより詳細に説明する。各図面にわたって同一の要素は、同一のまたは類似の参照記号によって識別されている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】２つの測定位置を含む現在の技術水準の熱分析センサを示す、立体図および側面図である。
【図２】２つの測定位置を含む本発明による熱分析センサを示す、立体図および側面図である。
【図３】図３Ａは、金属ワイヤが挿入された、２つの電気接触パッドを含む本発明による熱分析センサの概略的な断面図である。図３Ｂは、金属ワイヤが挿入され、かつワイヤ端部に金属球が形成された、２つの電気接触パッドを含む本発明による熱分析センサの概略的な断面図である。図３Ｃは、電気接触パッドと金属ワイヤとの間に物質的に一体の接続を含む、２つの電気接触パッドを含む本発明による熱分析センサの概略的な断面図である。
【図４】１つの測定位置を含む第１の熱分析センサの上面図である。
【図５】２つの測定位置を含む第２の熱分析センサの上面図である。
【図６】２つの測定位置を含む第３の熱分析センサの上面図である。
【図７】４つの測定位置を含む第４の熱分析センサの上面図である。
【図８】本発明による熱分析センサを含む示差熱量計の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
[0034]図１は、最新式の熱分析センサ１を立体図および側面図で概略的に示している。熱分析センサ１は、例えばセラミック材料で作られた、上面および下面を含む円板状の基板２を有する。上面は、２つの測定位置１０、１１および２つの温度センサユニット４、５を担持し、これらはこの図では概略的にのみ示されている。温度センサユニット４、５は、可能な限り高い精度で温度変化を測定することができるように、各温度センサがそれぞれの測定位置１０、１１を同心で実質的に包囲するように配置される。測定位置１０、１１の温度センサユニット４、５は、例えば、連続的に組み合わされて熱電対配列部を形成する多数の熱電対接合部を含むことができる。これらの熱的接合部または熱電対は、側面図において膜層５０として示される厚膜技術または薄膜技術を使用して、基板２上に被着されうる。さらに、温度センサユニット４、５のそれぞれは接触パッド６を含み、この接触パッド６は、この図に示されるように、基板２にある通路８を通って基板２の下面に延びる細い金属ワイヤ７に接続される。全ての金属ワイヤ７は、基板２の下面から突出する軸の形態を有するスリーブ３に納められる。スリーブ３は、各金属ワイヤを互いに絶縁状態に保つことができるように、複数の毛細導管で構成されることが好ましい。スリーブ３から出ているワイヤ７の自由端は、測定データの読取りを可能にする適切な制御デバイスに温度センサユニット４、５を接続することができるように、電子回路（図２参照）に結合される。この構成における金属ワイヤ７は、共通の回路に接続されてもよいし、別々の回路に接続されてもよい。
【００２９】
[0035]同じく図１に示されている側面図では、金属ワイヤ７のそれぞれが接触パッドと通路８との間でループを形成することが明らかである。実際には、サンプルもしくはサンプル容器が所定の位置に置かれるかまたは取り外されるときに、金属ワイヤ７のこの部分は容易に損傷するかあるいは引きちぎられる場合すらあり、それによりセンサ１の機能が喪失されるかあるいはセンサ１が破壊される場合すらあるので、このループは非常に不都合であることが分かっている。
【００３０】
[0036]図２は、本発明によるセンサ２０１の概略的な立体図および側面図を示し、このセンサ２０１は同様に、基板２０２と、基板上に配置された２つの測定位置２１０、２１１とを含む。
【００３１】
[0037]測定位置２１０、２１１のそれぞれは、温度センサユニット２０４、２０５、および加熱抵抗器２１２、２１４を含み、これらは例えば、センサが電力補償モードで動作されるときに補償加熱器として機能することができる。この実例においても、温度センサユニット２０４、２０５は、連続的に接続されて熱電対配列部を形成する多数の熱電対で構成される。
【００３２】
[0038]加熱抵抗器２１２、２１４、および温度センサユニット２０４、２０５は、層２５０として示されている厚膜技術または薄膜技術で基板２０２の上面上に形成され、加熱抵抗器および温度センサユニットのそれぞれは、接触パッド２０６、２１３、２１５を含む。図１に関連して既に説明したように、これらの要素は、それぞれの接触パッド２０６、２１３、２１５および適切な金属ワイヤを介して、１つまたは複数の電子回路２０９に結合される。接触パッド２０６、２１３、２１５とそれぞれのワイヤ２０７との間の電気的接触は、この場合も同様にボンディングによって確立されるが、基板の上面上にループを形成することはない。金属ワイヤ２０７が接触パッドに接続された後、接触パッド２０６、２１５は、わずかな突起として側景に現れる。
【００３３】
[0039]数ある特徴の中でも特に薄膜技術または厚膜技術で被着された少なくとも１つの接触パッドと、少なくとも１つの測定位置と、少なくとも１つの温度センサユニットとを含む層３５０を担持する基板３０２を備えた、本発明によるこの種の熱分析センサの作成方法が、図３Ａ〜図３Ｃに概略的に示されている。
【００３４】
[0040]図３Ａに示されるように、基板３０２は、センサの下面から金属ワイヤ３０７および３１６がそれぞれ挿入される２つの通路３０８、３１７を有する。各ワイヤ３０７、３１６の上端部は、適切な工具３１９および制御された温度状態により、球３２０、３２１に融解される（図３Ｂ参照）。この工程は、電気エネルギーを加えることによって行われることが好ましい。
【００３５】
[0041]約０．１ｍｍの細さのワイヤの上端部に直径約０．４ｍｍの金属球を形成するためには、ワイヤが基本的に金から成る場合には、約２ｋＶから５ｋＶの火花放電が必要とされる。所要電圧は、ワイヤの材料、その太さ、および所望される球の直径に適合することが必要とされる。金属ワイヤは、金、パラジウム、銅といった金属のうちの１つ、および／またはそれらの合金を含むことが好ましい。基本的に金から成るワイヤを使用することが特に好ましい。
【００３６】
[0042]さらなるステップでは、上記の説明に従って作り出された金属球３２１、３２０は、圧力および温度の影響下で融点に達せられて、接触パッドに押し付けられ、それにより、金属ワイヤ３１６、３０７（図３参照）と基板３０２の上面上に配置された温度センサユニットの接触パッド（図２参照）との間に、物質的に一体の接続が形成される。ここでワイヤ３０７、３１６は、接触パッド３２３、３２５にボンディングされる。この種のボンディング方法は、熱圧着ボンディングとも呼ばれる。続いて、基板３０２の下面から出ているワイヤ３０７、３１６は、所望の長さに切り込まれて、スリーブ３０３で包囲される。スリーブ３０３は、その中で各金属ワイヤが互いに電気的および熱的に絶縁された状態に保たれる複数の毛細導管で構成されることが好ましい。
【００３７】
[0043]上述の寸法を有するワイヤの場合、物質的に一体の接続を作り出すためには、約１０Ｎから１００Ｎの範囲内の圧縮力と約３００℃の温度とが必要とされるが、必要とされる温度は、ワイヤの材料に依存する。
【００３８】
[0044]図４〜図７は、本発明による熱分析センサの様々な実例を平面図で示す。
[0045]図４は、基板４０２の上面上に単一の測定位置４１０を有するセンサ４０１を示し、測定位置４１０は、星状配置の温度センサユニット４０４によって囲まれている。温度センサユニット４０４は、基板４０２上に交互に被着された２つの異なる熱電対材料で作られた多数の熱電対４３０、４３１から成る。２つの熱電対材料が交わる位置のそれぞれにおいて、熱電対接合部が形成される。温度センサユニット４０４は、両端部において、それぞれ接触パッド４２３および４２４を介して、この平面図では不可視である金属ワイヤにボンディングされる。同様の温度センサユニットが、例えばＥＰ０９９０８９３Ａ１に開示されている。
【００３９】
[0046]図５は、基板５０２上に形成された２つの測定位置５１０、５１１を含む熱分析センサのさらなる実例を示す。
[0047]基板５０２は、上述の材料のうちの１つから成る、基本的に円形のディスクである。基板は、その上面上に、厚膜技術で作製された温度センサユニットを担持し、この温度センサユニットは、そのそれぞれが２つの異なる貴金属から成る個別的な多数の−この例では２０個の−連続的に接続された熱電対５３０、５３１から成る。熱電対５３０、５３１は、２つの測定位置５１０、５１の周りに円を形成するように配置され、接触パッド５２３、５２４が、２つの測定位置５１０、５１１にそれぞれ隣接して、温度センサユニット５０４の端部に配置される。温度センサユニット５０４は、接触パッドとそれらにボンディングされた適切な金属ワイヤとを介して、電子回路に結合される。熱電対５３０、５３１は、測定位置５１０、５１１の間で半円を形成し、この半円は、ここで示されるように滑らかに湾曲していてもよく、または、多角形の構成のものであってもよい。熱電対５３０、５３１は、それらの間に十分な絶縁状態を維持しながら互いに並行に延びることができるように、互いに十分な距離を置いて配置される。熱電対５３０、５３１は、それらの外側に向いた面または上面が電気絶縁被覆層（図示せず）によって覆われることが好ましく、この電気絶縁被覆層は、例えば、透明なものとすることができ、また、熱電対センサの上面全体を覆って延在してもよい。このタイプの熱分析センサのさらなる実施形態は、例えばＤＥ３９１６３１１Ａ１で説明されている。
【００４０】
[0048]図６は、熱分析センサのさらなる実施形態を平面図で示す。円板状のセラミック基板６０２の上面上に厚膜技術で被着された温度センサユニット６０４が、示差熱分析の実施に適切な測定信号を生成する働きをする。サンプル位置６１０および基準位置６１１とも称されうる測定位置６１０、６１１が、中心点から等しい半径方向距離のところで、円形の基板の直径上に位置する。測定位置６１０は、連続的に接続された熱電対６３０から成る熱電対列によって包囲される。熱電対６３０のそれぞれは、２つの異なる熱電対材料から成り、この熱電対材料は、直線トレースの形態で、トレースの両終端における測定箇所間または熱電対接合部間におおよそ半径方向に延在し、それにより、測定箇所は、測定位置６１０の中心から小さい径方向距離位置と大きい径方向距離位置とに交互に配置される。さらに、熱電対６３０によって形成された２つの円のうちの内側の円の内側には、第１の熱電対材料６３２が、測定位置６１０を同心円状に包囲するリングの形状で基板６０２上に配置される。第２の測定位置６１１、すなわち基準位置は、第１の測定位置６１０と基本的に同一の配置を有し、かつ、さらなる温度センサユニット６０５を備える。
【００４１】
[0049]２つの温度センサユニット６０４、６０５の電気的に等価な２つの終端は、基板６０２上に形成された接触パッド６２３において互いに結合される。他の２つの終端のそれぞれは、コネクタトレースにより、さらなる接触パッド６２４、６２５に接続される。接触パッド６２３、６２４、６２５は、上述のように適切な金属ワイヤにボンディングされ、この金属ワイヤは、接触パッド６２３、６２４、６２５の下にそれぞれ位置する通路を通って、基板６０２の下面から出る。ワイヤは、例えば温度測定信号を検出するための電子回路に温度センサデバイスを結合する働きをする。
【００４２】
[0050]さらに、基板６０２は、２つの測定位置６１０、６１１の間に鏡面対称に配置された２つの接触パッド６２７、６２８から成るさらなる回路構造を担持する。コネクタトレースが、接触パッド６２７、６２８から第１の熱電対材料６３２、６３３へと同様に鏡面対称にかつおおよそ半径方向に延在して、第１の熱電対材料６３２、６３３と接触パッド６２７、６２８との間の電気的接続を確立する。この接触パッド構造と、接触パッド構造が交差する熱電対回路構造との間に必要とされる絶縁は、厚膜作製工程において考慮される。
【００４３】
[0051]基板６０２上には、さらなる共有の接触パッド６２６も配置される。コネクタトレースが、接触パッド６２６からＹ字状の接合点へ延び、そこでコネクタトレースは、２つの温度センサユニットを乗り越えてリング状の第１の熱電対材料６３２、６３３内に延在する鏡面対称の分岐に分かれ、分岐トレースは絶縁層により温度センサユニットから隔てられる。コネクタトレースおよび分岐トレースは、第１の熱電対材料６３２、６３３とそれぞれ熱電対を形成する第２の熱電対材料から成る。これらの熱電対で生じる信号は、共有の接触パッド６２６と接触パッド６２７、６２８のそれぞれとの間で絶対温度信号として傍受されうる。この種の温度センサユニットのさらなる実施形態は、例えばＤＥ１０２２７１８２Ａ１で説明されている。
【００４４】
[0052]図７では、基板７０２上に４つの測定位置７１０、７１１、７４０、７４１が配置された熱分析センサのさらなる実施形態が、平面図で示されている。
[0053]測定位置７１０、７１１、７４０、７４１は、基本的に同等のものであり、代表的な位置７１０の例を通じて説明される。
【００４５】
[0054]基板７０２は、やはり円板状のものであり、上述の材料のうちの１つから成る。測定位置７１０は、厚膜技術で被着された温度センサユニット７０４を含む。温度センサユニットは、交互するトレースセグメントとして基板４０２上に被着された２つの異なる熱電対材料から成る多数の熱電対７４２、７４３で構成される。熱電対７４２、７４３は、温度センサユニット７０４が測定位置７１０を包囲するように、二重星形パターンに配置されて、４つの同心円上に配置された測定点が測定位置を取り囲む。この熱電対の配置は、多数の測定点を収容することができるので、特に有利である。
【００４６】
[0055]各熱電対は、直列に接続されて、基板７０２の中央領域において２つの接触パッド７２３、７２４で終わる。接触パッド７２３、７２４は、上述のように、基板７０２の下面から通路を通って延びる適切な金属ワイヤにボンディングされる。この種の温度センサユニットのさらなる実施形態は、例えばＥＰ１５２８３９２Ａ１で説明されている。
【００４７】
[0056]図６および図７から明らかなように、本発明による熱分析センサは、全ての接触パッドをセンサの中央領域に比較的互いに近接させて配置することができるので、また、より適切に言えば、さらなる接触パッドのためのしたがってさらなる電子的要素を含むセンサのための空間を残し、かつ／または基板上に４つよりも多くの測定位置を実現させることを可能にするので、非常に有利である。前述のように、熱分析センサの上面上の回路構造は、厚膜技術または薄膜技術で実現することができる。さらなる可能性として、基板は、いわゆるＬＴＣＣ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−Ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ、低温同時焼成セラミックス）技術を使用して製造することができる。
【００４８】
[0057]ＬＴＣＣプロセスでは、結果的に均一の構造が生成されるように、セラミック材料の板がいわゆる未焼結状態で互いに積み重ねられて、互いに焼結される。個々の板の各々は、未焼結状態において加工または印刷することができ、それにより、完成したセンサの複数の層またはレイヤを含む構成にわたって、薄膜技術または厚膜技術で被着された温度センサユニットまたは他の電子要素を実現することができる。一方では、これにより、個々の測定位置の周りにより多くの測定点を配置することが可能になる。さらに、これにより、３次元的な温度センサ構成の作製すら可能になる。このタイプの構造のセンサは、上述のボンディング法を使用することにより、同様に電気的に接触されうる。ＬＴＣＣプロセスによって作製された温度センサユニットを含む熱分析センサの例は、例えばＥＰ１８７５１８１Ａ１に開示されている。
【００４９】
[0058]図８は、本発明による熱分析センサを使用することができるＤＳＣ装置の垂直断面を概略的に示す。ＤＳＣ装置は、平らな抵抗加熱器８０２によって加熱することが可能な、銀で作られた中空円筒形の炉ブロック８０１を含む。炉ブロック８０１は、カバー装置８０３により、その上端部において閉鎖され、カバー装置８０３は、炉ブロック８０１の内部８０４にアクセスしてサンプルを中に置けるようにするために、外すことができる。
【００５０】
[0059]炉ブロック８０１に熱的に結合された円板状の基板８０５を含む熱分析センサが、炉ブロックの内部空間８０４内に延在する。
[0060]円板状の基板８０５の上面上の水平径方向面は、サンプルるつぼ８０６のための第１の測定位置と、第１の測定位置に対して熱対称的に配置されかつ基準位置として機能する第２の測定位置とを担持し、第２の測定位置は、ここで示されているように、基準るつぼ８０７のための台座として機能することができる。サンプルるつぼ８０６および基準るつぼ８０７の位置は、それぞれ温度センサユニットを含む。示された実施形態では、２つの温度センサユニットの電気的に逆な２つの端部は、基板上で互いに接合されるが、他の２つの端部は、炉ブロック８０１の外側に延びる概略的に示された２本の導線８０８に接続される。２本の導線８０８は、前述の温度センサユニットにボンディングされる金属ワイヤである。これにより、２本の導線８０８は、サンプル位置と基準位置との間の温度差に対応する熱電信号を伝えることになる。この熱電信号は、一方では炉ブロック８０１とサンプルるつぼ８０６との間にまた他方では炉ブロック８０１と基準るつぼ８０７との間に存在するそれぞれの熱流量間の差異に、既知の方法で対応する。
【００５１】
[0061]抵抗加熱器８０２は、電熱エネルギーを供給する制御された電源（図示せず）に接続される。制御は、指定された動的温度プロファイルが時間の関数として展開されるようにプログラムされる。この温度プロファイルは、炉ブロック８０１内に配置された温度センサ８０９で記録され、そして温度センサ８０９の出力信号は、概略的に示された信号線８１０を通じて炉ブロック８０１の外に伝えられる。したがって、信号線８１０は、指定された温度プロファイルに対応する信号を伝える。
【００５２】
[0062]参照記号８１１、８１２、および８１３は、それぞれ、パージガス流入導管、パージガス流出導管、および乾性ガス供給導管を識別する。さらに、参照記号８１４、８１５、および８１６は、それぞれ、冷却フランジ、冷却フィンガ、および温度センサを識別する。冷却機構８１４、８１５と抵抗加熱器８０２との間に、遮熱層８１７が配置される。
【００５３】
[0063]この示差熱量計では、炉ブロック８０１内でサンプルるつぼ８０６内のサンプルがさらされる温度プロファイルは、励起を表す。温度プロファイルを示す信号線８１０における信号は、十分に高い更新頻度を有する処理デバイスによって記録される。微分法により温度プロファイルの時間導関数が計算されて、加熱速度が得られる。この過程に同期して、信号線８０８によって伝えられる温度差信号が記録され、それにより、励起に応じて生じる示差熱流が表される。
【００５４】
[0064]特定の例の提示を通じて本発明を説明してきたが、例えば個々の実施形態の特徴を互いに組み合わせることにより、または個々の実施形態の個々の機能ユニットを互いに交換することにより、本発明の教示から多数のさらなる変形実施形態を開発できることは、読者には明らかであろう。
【符号の説明】
【００５５】
１、２０１、４０１  センサ
２、２０２、３０２、４０２、６０２、７０２  基板
３、２０３、３０３  スリーブ
４、２０４、４０４、５０４、６０４、７０４  温度センサユニット
５、２０５、６０５  温度センサユニット
６、２０６、３０６  接触パッド
７、２０７、３０７  ワイヤ
８、３０８  通路
１０、２１０、４１０、５１０、６１０、７１０  測定位置
１１、２１１、６１１、７１１  測定位置
５０、２５０、３５０  層
２０９  回路
２１２  加熱抵抗器
２１３  接触パッド
２１４  加熱抵抗器
２１５  接触パッド
３１６  ワイヤ
３１７  通路
３１９  工具
３２０  金属球
３２１  金属球
３２３、４２３、５２３、６２３、７２３  接触パッド
３２５、４２４、５２４、６２４、７２４  接触パッド
６２５  接触パッド
６２６  接触パッド
６２７  接触パッド
６２８  接触パッド
４３０、５３０、６３０  熱電対
４３１、５３１  熱電対
６３２  熱電対材料
６３３  熱電対材料
７４０  測定位置
７４１  測定位置
７４２  熱電対
７４３  熱電対
８０１  炉ブロック
８０２  抵抗加熱器
８０３  カバー装置
８０４  炉ブロック内部
８０５  基板
８０６  サンプルるつぼ
８０７  基準るつぼ
８０８  導線
８０９  温度センサ
８１０  信号線
８１１  パージガス流入導管
８１２  パージガス流出導管
８１３  乾性ガス供給導管
８１４  冷却フランジ
８１５  冷却フィンガ
８１６  温度センサ
８１７  遮熱層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015179084.tif 000009
【図８】
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【外国語明細書】
2015179084000001.pdf