Herstellung eines optischen Sensorkopfes zur Gasanalyse mittels spanender, ablativer und planarer Fertigungsverfahren

Wir berichten über die Realisierung eines mikrosystemtechnischen Architekturkonzepts für einen Sensorkopf zur chemischen Gasanalyse auf Basis der Plasma-Emissions-Spektroskopie. Um das zu analysierende Gas anzuregen wird im Sensorkopf eine elektrische Mikro-Hohlkathoden-entladung in Gang gesetzt. Die emittierte charakteristische Strahlung wird dann von einer integrierten Kollektoroptik erfasst. Kernstück des Sensorkopfes ist ein sub-mm dünnes planares und mit metallischen Elektroden versehendes Glassubstrat mit einem Durchgangsloch von ca. 0,1mm, in dem das Mikroplasma brennt. Die Emissionsstrahlung wird im Substrat geführt und über den Rand durch fokussierende Profile per optischer Abbildung in Glasfasern eingekoppelt, die zum Spektrometer führen. Eine besondere Herausforderung ist die Mikroperforierung der heterogenen Metall-Glas-Metall Schichtstruktur. Dafür wurde ein ps-Laser eingesetzt. Die Metallisierung des Glassubstrats erfolgte durch thermisches Bedampfen und Galvanik, die fokussierenden Profile wurden mit Diamant-werkzeugen auf einer Präzisions-fräsmaschine hergestellt. Vorgestellt werden der Fertigungs-prozess im Detail und eine Funktionsdemonstration des Sensorkopfes