【技术实现步骤摘要】
具有层结构的膜装置
[0001]本专利技术涉及一种膜装置，其具有一个至少施加在膜的部段上的层结构。
技术介绍
[0002]在这里，层结构一般是指由不同材料构成的层的堆叠或序列，所述堆叠或序列例如可以通过薄膜技术或厚层技术方法来生产。相应方法，如物理或化学气相沉积，以及其他用于加工相应层的方法，如光刻或激光修整在现有技术中是已知的。
[0003]在示例性的设计方案中，该层结构是薄膜层结构。这是有利的，因为可以通过薄膜技术方法以特别有针对性的方式实现在后续段中阐述的特征和示例。
[0004]在此上下文中和尤其在该文件的范围内，施加或涂覆有层结构的膜部段也被称作基底。
[0005]具有层结构的膜装置用于例如测量
例如，在DE 10 2007 047 707中已知了压力测量单元，其具有基底，在该基底上涂覆有至少一个绝缘层。在绝缘层之后是带有印制导线的测量层，最后至少部分地通过钝化层或保护层覆盖所述测量层。在这种情况下，压力测量单元的柔性膜部段被称作基底，所述柔性膜部段完全被压力测量单元的刚性边缘部分承载。
[0006]这种膜装置经常被用于工业加工设备的压力测量。在此，柔性膜部段背离层结构的一侧暴露于工艺介质，如加压气体或加压液体。工艺介质的压力变化导致柔性膜部段不同程度偏转。由偏转引起的柔性膜部段的膨胀或收缩在此可以通过集成在层结构中的膨胀阻力来检测。
[0007]尤其是，如果工艺介质含有挥发性和/或反应性成分，在此会损害在层结构中的膜或测量电路。
技术实现思路
>[0008]在此背景下，本专利技术的目的是提供一种膜装置，其不易受工艺介质和/或其他环境影响造成的损害，或能更好受保护以免因工艺介质和/或其他环境影响造成的损害。本专利技术的任务同样提供一种压力传感器以及膜装置的用途，通过其同样实现了这些优点。
[0009]该任务在膜装置方面通过权利要求1的特征的膜装置来实现。该膜装置的有利的改进方案是从属权利要求的主题。
[0010]在压力传感器方面，该任务通过根据权利要求14的相应装置解决，在用途方面该任务通过根据权利要求15的装置解决。
[0011]本专利技术的第一方面涉及一种膜装置，其具有一个柔性膜部段，其中该膜部段的第一侧暴露于工艺介质，或设置为暴露于工艺介质，和其中该膜部段的第二侧具有层结构。也就是说，层结构施加、设置在该柔性膜部段的第二侧的表面上或嵌入到该侧的表面中。该膜部段的第一面和第二面是该膜部段的对置的侧。该柔性膜部段也可以被称为基底，在所述基底上设置或施加有层结构，例如通过如针对现有技术阐述的沉积方法设置或施加。
[0012]该层结构至少包括一个第一层和一个第二层。所述第一层具有热膨胀系数，该热膨胀系数的值在膜部段的热膨胀系数的值和第二层的热膨胀系数的值之间。热膨胀系数，在实践中有时也被称为热的膨胀系数或只称为膨胀系数，在此是材料特征值，其描述了由相应的材料构成的物体在加热时的膨胀程度。热膨胀系数通常以[K
‑1]为单位给出。高热膨胀系数意味着，相应的材料在加热时强烈地膨胀或在冷却时强烈地收缩。例如，如果第二层具有的热膨胀系数比柔性膜部段的材料具有的热膨胀系数低，那么第一层具有的热膨胀系数应大于第二层的热膨胀系数，但同时又小于柔性膜部段的热膨胀系数。
[0013]第二层对工艺介质或工艺介质的至少一种成分的渗透性低于膜部段对相同工艺介质或工艺介质的相同成分的相应渗透性。渗透性在此是材料特征值，其描述了由相应的材料构成的物体对特定气体或特定液体的原子或分子有何种程度的渗透性，这些原子或分子关于物体的两侧(例如在物体之前和之后)具有浓度梯度或压力梯度。其原子或分子渗透材料(即穿透材料)的物质，即气体或液体，在此上下文中也被称为渗透物；该过程也被称为渗透。在具有给定厚度的材料层的渗透性方面，对于大多数材料来说，可以确定：渗透随着材料层厚度增加而减少，但随着层的两侧之间的压力或渗透物的浓度差增加而升高。此外，材料的渗透性可能与温度有关。此外，对于不同的渗透物，渗透性可以是不同的，这通常被称为选择性的渗透性。由于渗透性的这些不同的相关性—渗透性部分也借助所谓的渗透系数来量化
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在实践中，所述渗透性以许多不同的单位给出，这些单位通常取决于按照何种方法确定材料指数。因此，绝对值很可能视来源而定地不同，而如果根据相同方法确定所述值，则较高相关性归因于不同材料的值之比。在本文中，对涉及渗透物的原子或分子的表达省略地和简化地表达，例如渗透物渗透或穿透该材料，或材料或层对特定的渗透物具有特定的渗透性。因此，如果根据本专利技术，第二层的材料选择为使第二层对工艺介质或对工艺介质的一种成分的渗透性低于柔性膜部段的渗透性，这意味着：工艺介质或工艺介质的成分的原子或分子通过第二层与通过柔性膜部段相比只能更缓慢地或只能更低程度地渗透。
[0014]根据本专利技术，第一层在此直接或间接地施加在膜部段上，而第二层在此直接或间接地施加在第一层上。就本文而言，如果一层直接施加在另一层上，这意味着：这两者之间没有其他层或片层存在。如果一个层被间接地施加在另一层上，就本文而言，这又意味着：在这两个层之间设置有其他层或片层。
[0015]根据本专利技术的膜结构可以有利地实现对因工艺介质造成的损害的高耐受性。工艺介质或工艺介质的成分的渗透实际上可以被防止，至少显著被减慢或控制；此外经在柔性膜部段的表面上的不均匀渗透可以被防止，或者渗透至少在由层结构覆盖的柔性膜部段的面上显著更均匀地进行。因此，避免了局部不同程度的损害，否则可能会损害膜结构的耐受性或其他功能。
[0016]这些优点得以实现，因为本专利技术以一种创新的方式将多种效果相互关联：通过合适选择第一层的热膨胀系数，第一层有效地作为柔性膜部段和第二层之间的热膨胀效应的缓冲区起作用。如果第一层未设置在柔性膜部段与第二层之间，在温度变化时在柔性膜部段与第二层之间由于它们的热膨胀系数通常明显不同而可能会出现机械应力，上述机械应力因第一层的设置得到极大减小。这种机械应力在下文中也被称为热应力。邻接的层或材料的热膨胀系数的差异越大，则机械应力表现得越明显。由于第一层，柔性膜部段和第二层之间的热膨胀系数的总差几乎划分为两个界面，所述界面分别具有更小的差异并且因此具
有更小的热应力。结合所选择的第二层的渗透性，这种效果导致了特别有效地减少由于工艺介质或工艺介质的成分的渗透造成的损害。由于通过第一层对热应力进行缓冲，第二层可以长期保持高质量，即第二层不受或至少明显更少地受微裂纹或其他损伤损害，这些损伤可能会因热应力长期或在层结构的制造过程中也已经形成。这种微裂缝或损伤可能会导致在层结构的面上不均匀显现的渗透。因此，第一层从根本上有助于第二层能够实现均匀地在层结构的整个面上的低的渗透性。
[0017]在膜装置的一个示例性设计方案中，膜部段的相应渗透性第二层或第二层所包括的子层对工艺介质或工艺介质的一种成分的渗透性比膜部段的相应渗透性低至少100倍，优选至少1000倍，特别优选至少106倍。通过该设计方案，可以特别有效地实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种膜装置(100)，其具有一个柔性膜部段(110)，所述膜部段的一个第一侧(111)暴露于工艺介质(200)或设置用于暴露于工艺介质(200)，以及其中所述膜部段的一个第二侧(112)具有一个层结构(120)，其特征在于，所述层结构(120)至少包括一个第一层(121)和一个第二层(122)，其中
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所述第一层(121)具有热膨胀系数，所述热膨胀系数的值在所述膜部段(110)的热膨胀系数的值和第二层(122)的热膨胀系数的值之间，并且
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所述第二层(122)对所述工艺介质(200)或所述工艺介质(200)的一个成分的渗透性低于所述膜部段(110)的相应渗透性以及
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所述第一层(121)直接或间接地施加到所述膜部段(110)上，和所述第二层(122)直接或间接地施加到所述第一层(121)上。2.根据权利要求1所述的膜装置(100)，其中所述第二层(122)或所述第二层(122)所包括的一个子层(122'、122”、122”')对所述工艺介质(200)或所述工艺介质(200)的一个成分的渗透性比所述膜部段(110)的相应渗透性低至少100倍，优选至少1000倍，特别优选至少106倍。3.根据上述权利要求中任一项所述的膜装置(100)，其中所述第一层(121)或所述第一层(121)所包括的子层(121'、121”、121”')具有结构常数，所述结构常数的值位于所述膜部段(110)的相同结构常数的值和所述第二层(122)的相同结构常数的值之间，其中所述结构常数尤其是晶格常数或一个平均原子间距。4.根据上述权利要求中任一项所述的膜装置(100)，其中所述第一层(121)或所述第一层(121)所包括的子层(121'、121”、121'
’
')对所述工艺介质(200)或所述工艺介质(200)的一个成分的渗透性低于所述膜部段(110)的相应渗透性，其中所述第一层(121)或所述第一层(121)所包括的一个子层(121'、121”、121”')对所述工艺介质(200)或所述工艺介质(200)的一个成分的渗透性比所述膜部段(110)的相应渗透性和/或所述第二层(122)的相应渗透性低尤其至少100倍，优选至少1000倍，特别优选至少106倍。5.根据权利要求1至3中任一项所述的膜装置(100)，其中所述第一层(121)或所述第一层(121)所包括的子层(121'，121”，121”')对所述工艺介质(200)或所述工艺介质(200)的一个成分的渗透性高于所述膜部段(110)的相应渗透性，其中所述第一层(121)或所述第一层(121)所包括的子层(121'，121”，121”')对所述工艺介质(200)或所述工艺介质(200)的一个成分的渗透性比所述膜部段(110)的相应渗透性和/或所述第二层(122)的相应渗透性高尤其至少100倍，优选至少1000倍，特别优选至少106倍。6.根据上述权利要求中任一项所述的膜装置(100)，其中所述第一层(121)包括至少两个子层(121'、121”、121”')，所述第二子层的热膨胀系数位于所述膜部段(110)的热膨胀系数的值和所述第二层(122)的热膨胀系数的值之间，并且其中所述各个子层(121'、121”、121”')相继地施加在所述膜部段(110)上，使得最靠近所述膜部段的所述第二侧(112)的所述子层(121')与所述膜部段在其热膨胀系数方面的差异最小，并且每个后续的子层(121”、121”')与所述膜部段(110)在其热膨胀系数方面的差异比分别在前的子层更大。
7.根据上述权利要求中任一项所述的膜装置(100)，其中所述第一层(121)具有的厚度在10nm和5000nm之间，优选在10nm和500nm之间，特别优选在20nm...
【专利技术属性】
技术研发人员：康拉德，
申请(专利权)人：威卡亚力山大维甘德欧洲两合公司，
类型：发明
国别省市：
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