Планарный нагревательный элемент с резисторной структурой с положительным ткс - заявка 2017100894 на патент на изобретение в РФ

1. Планарный нагревательный элемент (1) с резисторной структурой (2) с положительным ТКС, расположенной на заданной площади (3) первой поверхности (4) подложки (5),
- причем резисторная структура (2) с положительным ТКС снабжена соединительными электроконтактами (6) для подключения к источнику (7) электрического напряжения,
- причем резисторная структура (2) с положительным ТКС включает, по меньшей мере, внутреннюю токопроводящую дорожку (8) и подключенную параллельно к ней внешнюю токопроводящую дорожку (9),
- причем сопротивления внутренней токопроводящей дорожки (8) и внешней токопроводящей дорожки (9) рассчитаны таким образом, чтобы при подведении напряжения обеспечить главным образом равномерное распределение температуры в границах заданной площади (3) поверхности.
2. Нагревательный элемент по п. 1, причем посредством резисторной структуры (2) с положительным ТКС предоставляются температурные измеренные параметры, так что резисторная структура (2) с положительным ТКС служит в качестве нагревательного элемента и в качестве температурного датчика.
3. Нагревательный элемент по п. 1 или 2
- причем внутренняя токопроводящая дорожка (8) и внешняя токопроводящая дорожка (9) выполнены из одинакового материала и
- причем разница сопротивлений обеспечивается разницей площади поперечного сечения и/или протяженности внутренней токопроводящей дорожки (8) и внешней токопроводящей дорожки (9).
4. Нагревательный элемент по любому из пп. 1, 2 или 3, причем внутренняя токопроводящая дорожка (8) и внешняя токопроводящая дорожка (9) выполнены из разного материала с различным удельным сопротивлением.
5. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-4, причем резисторная структура (2) с положительным ТКС разделена на три подзоны:
- первую оконечную подзону (10), подсоединенную к электрическим фидерам (15),
- центральную подзону (11), подсоединенную к первой оконечной подзоне (10), и
- вторую оконечную подзону (12), подсоединенную к центральной подзоне (11)
6. Нагревательный элемент по любому из пп. 1, 2 или 3, причем внутренняя токопроводящая дорожка (8) и подключенная параллельно внешняя токопроводящая дорожка (9) проходят в центральной подзоне (11) главным образом параллельно друг другу.
7. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-6, причем внутренняя токопроводящая дорожка (8) и внешняя токопроводящая дорожка (9) в первой оконечной подзоне (10) выполнены со схождением и контактируют с ответствующими соединительными электроконтактами (6).
8. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-7, причем сопротивление внутренней токопроводящей дорожки (8) и/или сопротивление внешней токопроводящей дорожки (9) в первой оконечной подзоне (10) и/или во второй оконечной подзоне (12) больше, чем сопротивление внутренней токопроводящей дорожки (8) и/или сопротивление внешней токопроводящей дорожки (9) в центральной подзоне (11).
9. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-8, причем, по меньшей мере, один геометрический параметр, например ширина линии и толщина наполнения, внутренней токопроводящей дорожки (8) и/или внешней токопроводящей дорожки (9), по меньшей мере, на участке, по меньшей мере, одной из подзон (10, 11, 12) варьируется таким образом, чтобы компенсировать локально возникающее отклонение от равномерного распределения температуры на соответствующем участке, по меньшей мере приближенно.
10. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-9, причем подложка (5) выполнена из материала с теплопроводностью ниже заданного порогового значения, так что между нагреваемой заданной площадью (3) поверхности и соединительными контактами (6) возникает перепад температур выше заданного порогового значения, предпочтительно более 50°C/mm.
11. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-10, причем на или в подложке (5) выполнен, по меньшей мере, один главным образом электроизолированный разделяющий слой (14), предпочтительно из стекла.
12. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-11, причем подложка (5) снабжена, по меньшей мере, одним пассивирующим слоем (13), нанесенным предпочтительно на поверхность подложки (5).
13. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-12, причем резисторная структура (2) с положительным ТКС выполнена из электропроводящего материала, пригодного для использования в высокотемпературной зоне, предпочтительно из платины.
14. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-13, причем соединительные электроконтакты (6) выполнены из благородного металла или сплава благородного металла, причем благородным металлом является предпочтительно серебро, а сплавом благородного металла является предпочтительно серебряный сплав.
15. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-14, причем между соединительными электроконтактами (6) и первой оконечной подзоной (10) резисторной структуры (2) с положительным ТКС выполнены электрические фидеры (15) из благородного металла, предпочтительно из золота, предпочтительно 99,9%-ной пробы.
16. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-15, причем как фидеры (15) и токопроводящие дорожки (8, 9) в первой оконечной подзоне (10) резисторной структуры (2) с положительным ТКС, так и фидеры (15) и соединительные электроконтакты (6) выполнены с заданным взаимным перекрытием (16а, 16b).
17. Нагревательный элемент по п. 16, причем взаимное перекрытие (16а) между фидерами (15) и токопроводящими дорожками (8, 9) в первой оконечной подзоне (10) резисторной структуры (2) с положительным ТКС выполнено относительно его геометрических параметров таким образом, чтобы физические нагревательные свойства резисторной структуры (2) с положительным ТКС оставались, по меньшей мере, приближенно неизменными.
18. Нагревательный элемент по п. 16 или 17, причем взаимное перекрытие (16а) между фидерами (15) и токопроводящими дорожками (8, 9) в первой оконечной подзоне (10) резисторной структуры (2) с положительным ТКС выполнено V-образным, прямоугольным или в виде перемычки.
19. Нагревательный элемент по любому из пп. 16-18, причем ширина взаимного перекрытия (16а) между фидерами (15) и токопроводящими дорожками (8, 9) в первой оконечной подзоне (10) резисторной структуры (2) с положительным ТКС больше промежутка между внутренней токопроводящей дорожкой (8) и внешней токопроводящей дорожкой (9).
20. Нагревательный элемент по любому из пп. 16-19, причем глубина взаимного перекрытия (16а) между фидерами (15) и токопроводящими дорожками (8, 9) в первой оконечной подзоне (10) резисторной структуры (2) с положительным ТКС при линейчатой форме или V-образной составляет более 100 μιη.
21. Нагревательный элемент по любому из пп. 16-20, причем соотношение длины и глубины взаимного перекрытия (16а) между фидерами (15) и токопроводящими дорожками (8, 9) в первой оконечной подзоне (10) резисторной структуры (2) с положительным ТКС составляет приближенно более, чем 5:1.
22. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-21, причем толщина (d) резисторной структуры (2) с положительным ТКС, выполненной предпочтительно из платины, составляет, по меньшей мере, в первой подзоне (10) от 5 до 1 Ομιη.
23. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-22, причем толщина фидеров (15), выполненных предпочтительно из золота, составляет от 3 до 1 Ομιη.
24. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-23, причем толщина соединительных контактов (6), выполненных предпочтительно из серебра, составляет от 10 до 30 μιη.
25. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-24, причем диапазон температуры на заданной площади (3) поверхности с главным образом равномерным распределением температуры составляет предпочтительно от 300°C до 750°C.
26. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-25, причем сопротивление резисторной структуры (2) с положительным ТКС составляет при комнатной температуре без подключения напряжения нагрева ниже 3 Ω, предпочтительно ниже 1 Ω.
27. Нагревательный элемент по любому из пп. 1-25,
- причем имеется источник (7) электронапряжения, обеспечивающий энергоснабжение резисторной структуры (2) с положительным ТКС, и
- блок (17) регулировки и обработки данных, настраивающий резисторную структуру (2) с положительным ТКС на заданный параметр температуры.
28. Нагревательный элемент по п. 27, причем источник (7) электронапряжения является источником напряжения с ограниченным энергозапасом, предпочтительно аккумуляторной батареей с напряжением менее, чем 3V.
29. Нагревательная схема по п. 27 или 28,
- причем имеется резисторная структура (18) для определения температуры и для нагревания рабочей среды, а
- резисторная структура (18) нанесена на вторую поверхность (19) положки (5), противоположную первой поверхности (4).
30. Применение нагревательного элемента (1) по любому из пп. 1-26 или 27-29 в компактном газовом датчике на основе полупроводников, в компактном нагревателе карманных устройств или в калориметрическом датчике массового расхода.
31. Способ изготовления планарного нагревательного элемента по любому из пп. 1-26, включающий следующие технологические этапы:
- нанесение на поверхности (4, 19) подложки (5) соответственно по одному разделительному слою (14),
- нанесение резисторной структуры (2) с положительным ТКС на разделительный слой (14) на поверхности (4),
- нанесение электрических фидеров (15),
- нанесение соединительных контактов (6),
- нанесение пассивирующего слоя (13) в зоне обеих поверхностей (4, 19).
32. Способ по п. 31, причем для изготовления планарного нагревательного элемента (1) применяют толстослойную или тонкослойную технологию.
Наверх