DE3146020C2 - Temperaturabhängiger Widerstand, insbesondere für Widerstandsthermometer - Google Patents

Temperaturabhängiger Widerstand, insbesondere für Widerstandsthermometer

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DE3146020C2 DE19813146020 DE3146020A DE3146020C2 DE 3146020 C2 DE3146020 C2 DE 3146020C2 DE 19813146020 DE19813146020 DE 19813146020 DE 3146020 A DE3146020 A DE 3146020A DE 3146020 C2 DE3146020 C2 DE 3146020C2
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Abstract

Bei einem temperaturabhängigen Widerstand, insbesondere für Widerstandsthermometer, mit einem Träger aus einem isolierenden Metalloxid und einer dünnen Platinschicht aus Widerstandsmaterial, wobei der Widerstand nach dem Aufbringen des Widerstandsmaterials in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre getempert ist, ist zwischen dem Träger (1) und der Platinschicht (3) eine Zwischenschicht (2) aus einem den Träger (1) und die Platinschicht (3) verbindenden Metall auf dem Träger (1) aufgebracht, um die Festigkeit der Ver bindung zwischen Platinschicht und Träger zu erhöhen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen temperaturabhängigen Widerstand., insbesondere für Widerstandsthermometer, ir·>. einem Träger aus einem isolierenden Metalloxid und einer dünnen Platinschicht als Widerstandsmaterial, wobei der Widerstand nach dem Aufbringen des Widerstandsmaterials in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre getempert ist
Bei einem bekannten temperaturabhängigen Widerstand dieser Art (DE-AS 25 07 731) ist die dünne Platin-
schicht unmittelbar auf dem isolierenden Träger in einer Dicke von 1 bis 10 Mikrometer in Vakuum aufgedampft
oder durch Katodenzerstäubung (Sputtern) aufgebracht. Zur Erzeugung von Mäandermustem wird auf dem
Platinfilm ein Photolack aufgebracht und teilweise abgedeckt, belichtet und entwickelt Durch Ionenätzen oder
andere Verfahren wird dann die gewünschte Leiterbahn hergestellt Das Abgleichen dieser Leiterbahnen auf
einen bestimmten Widerstandswert erfolgt mittels eines Laserstrahls. Zur Erzielung bf:sondt:T hoher Tempera-
turkoeffizienten des elektrischen Widerstands wird die dünne Platinschicht in einem Argon-Sauerstoff-Gemisch
durch Katodenzerstäubung aufgebracht und bei Temperaturen oberhalb 8000C, vorzugsweise im Bereich von
1000— 1200° C, nachgetempert
Bei einem derart ausgebildeten Widerstand besteht die Gefahr, daß der Platinfilm leicht abreißt So wird er beispielsweise durch Ziehen an einem angelöteten Draht vom Träger abgerissen. Selbst das Abziehen eines aufgeklebten herkömmlichen Klebebandes kann zum Abreißen der Platinschicht führen.
Sodann ist es bekannt (G B- PS 12 48 142), eine als Kontakt dienende Edelmetallschicht mittels einer Zwischen-
schicht aus Chrom oder Titan mit einer Dicke von 2 bis 10 Nanometer auf einer Widerstandsschicht aus einer
Nickel-Chrom-Legierung mit einer Dicke von 30 Nanometer zu befestigen. Hierbei ist die Widerstandsschicht
ebenfalls unmittelbar an einem isolierenden Träger (aus Glas) befestigt so daß die Gefahr des Abreißens der
Widerstandsschicht vom Träger besteht
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen temperaturabhängigen Widerstand der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei dem die Platinschicht besser an der Unterlage haftet
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem Träger und der Platinschicht eine Zwischenschicht aus einem den Träger und die Platinschicht verbindenden Metall auf dem Träger in einer solchen Dicke aufgebracht ist, daß das Verhältnis von Platin- zu Zwischenschichtdicke etwa 80 bis 600 beträgt
Hierbei hält die Platinschicht mindestens solchen Kräften stand, wie sie zum Abreißen eines an der Platinschicht angelöteten Drahtes erforderlich sind.
Vorzugsweise weist die Zwischenschicht Titan auf. Diese stellt besonders hohe Bindekräfte sicher. Vorzugsweise ist die Zwischenschicht auf dem Träger aufgedampft, um sie innig mit dem Träger zu verbinden. Dabei kann die Zwischenschicht eine Dicke von etwa 2 bis 5 Nanometer, vorzugsweise etwa 2,5 Nanometer, aufweisen. Eine derart geringe Dicke ist ausreichend, um einen sicheren Halt der Platinschicht an der Zwischenschicht zu gewährleisten.
Die Platinschicht kann eine Dicke von etwa 0,4 bis 1,2 Mikrometer, vorzugsweise etwa 1 Mikrometer,
aufweisen. Eine Schichtdicke in diesem Bereich ermöglicht nicht nur die erforderliche Festigkeit einer Lötver-
bindung an der Platinschicht, sondern auch einen verhältnismäßig hohen Widerstandswert, wie er häufig zur
Messung über längere Leitungen erforderlich ist, ohne daß Änderungen des Leitungswiderstands merklich ins Gewicht fallen. Sodann kann die Platinschicht auf der Zwischenschicht durch Aufdampfen oder Katodenzerstäubung aufge-
bracht sein. Auch hierbei wird eine verhältnismäßig hohe Festigkeit der Verbindung zwischen der Platinschicht und der Zwischenschicht, insbesondere der Titan-Zwischenschicht, sichergestellt
Vorzugsweise ist das Trägermaterial Aluminiumoxid. Dieses Material wirkt nicht nur als guter Isolator, sondern stellt ebenfalls eine hohe Festigkeit der Verbindung zwischen Träger und Zwischenschicht, insbesondere Titan, sicher.
Sodann kann der Widerstand in Luft getempert sein. Auf diese Weise werden vornehmlich temperaturabhängige oder alterungsbedingte Abweichungen des Widerstandswertes vom Nennwert bei der jeweiligen Temperatur weitgehend verhindert
Besonders geringe Abweichungen des Widerstandswertes vom Nennwert ergeben sich, wenn der Widerstand bei einer Temperatur von etwa 1200 bis 1425°C, vorzugsweise bei etwa 13000C, getempert ist.
Hierbei genügt eine Wärmebehandlungsdauer von nur etwa einer Stunde.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Darin ist
F i g. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Widerstands,
F i g. 2 eine Draufsicht des Widerstands nach F i g. 1 und F i g. 3 ein Fehlerdiagramm für verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Widerstands.
Nach den F i g. 1 und 2 besteht der temperaturabhängige Widerstand aus einem elektrisch isolierenden Träger (Substrat) 1, einer Zwischenschicht 2 und einer Platinschicht 3.
Der Träger 1 besteht aus einer isolierenden Metalloxidschicht die vorzugsweise aus Aluminiumoxid besteht, statt dessen aber auch aus anderen Metalloxiden, wie Magnesiumoxid, bestehen kann.
Die Zwischenschicht 2 besteht aus einem Metall, vorzugsweise Titan, kann statt dessen abei a>ich Kupfer aufweisen. Sie hat eine Dicke von etwa 2 bü, 5 Nanometer, vorzugsweise etwa 2,5 Nanometer, und ist vorzugsweise auf dem Träger 1 nach einer Erwärmung des Trägers 1 auf etwa 2500C aufgedampft, kann statt dessen aber auch durch Katodenzerstäubung aufgebracht sein.
Die Platinschicht bildet das temperaturabhängige Widerstandsmaterial und hat eine Dicke von etwa 0,4 bis 1,2 Mikrometer, vorzugsweise 0,5 bis 1 Mikrometer. Sie ist ebenso wie die Zwischenschicht 2 mäanderförmig nach dem Photoresistverfahren ausgebildet und auf der Zwischenschicht 2 aufgedampft oder durch Katodenzerstäubung aufgebracht Die Mäanderform kann aber auch durch Wegbrennen mittels Laserstrahl ausgebildet sein.
Der bis zur Ausbildung der Mäanderform fertige Widerstand wird zunächst noch in sauerstofrhrJtiger Atmosphäre, vorzugsweise Luft, getempert (wärmebehandelt), und zwar bei einer Temperatur von etwa 1100 bis 14250C, vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 1200 bis 13000C, wobei die günstigste Temperatur bei etwa 13000C liegt, um Abweichungen seines Widerstandswertes vom Nennwert bei der jeweiligen Betriebstemperatur sehr gering zu halten. Nach dem Tempern wird die Mäanderform ausgebildet, und danach folgt noch ein Feinabgleich des Widerstandswertes ebenfalls durch Wegbrennen mittels Laserstrahl. Anschließend wird nochmals nachgetempert
Die nachstehende Tabelle! enthält verschiedene Ausführungsbeispiele von Widerständen, die den in den F i g. 1 und 2 dargestellten, prinzipiellen Aufbau aufweisen und sich in der Temperatur beim Tempern, der Platinschichtdicke und dem Zwischenschicht-Metall unterscheiden und deren Nennwiderstandswert bei 00C bei 100 Ohm liegt Die Zwischenschichtdicke liegt bei 2,5 Nanometer. Das Tempern fand in atmosphärischer Luft etwa eine Stunde lang statt Der Träger 1 besteht aus Aluminiumoxid.
Tabelle I
F i g. 3 stellt die Abweichung des Widerstandswertes der verschiedenen Beispiele nach Tabelle I in Abhängig- eo keit von der Betriebstemperatur dar. In dem Diagramm sind ferner zwei nach der DIN 43 760 vorgesehene Toleranzbereiche ±A und ±B gestrichelt bzw. strichpunktiert eingezeichnet, wobei der Toleranzbcreich ±A enger als der Toleranzbereich ± B ist.
Wie F i g. 3 zeigt, überschreiten die Abweichungen vom Nennwert bei den Beispielen a, b und c sehr rasch die Toleranzbereiche A und B, während sie bei den Beispielen d und e zwischen wenigstens — 500C und + 140°C im engeren Toleranzbereich ± A liegen und bei den Beispielen f. g und h zumindest oberhalb von 0°C noch geringer sind und über einen noc'f größeren Temperaturbereich innerhalb des Toleranzbereiches ±A bleiben, wobei die Abweichungen im Beispiel h, zumindest bis zu etwa 1450C, am geringsten sind. In einem sehr häufig interessie-
Beispiel Temperungs- Platinschicht Zwischenschicht
temperatur dicke
CC) (μπι)
a 500 0.38-0,5 CU, durch Kathodenzerstäubung
aufgebracht
b 850 0,38-0,5 CU, durch Kathodenzerstäubung
aufgebracht
C 1200 038-0,5 CU, durch Kathodenzerstäubung
ausbracht
d 1400 038-0,5 Titan, aufgedampft
e 1375 0,5 Titan, aufgedampft
f 1425 1 Titan, aufgedampft
g 1375 1 Titan, aufgedampft
h 1300 1 Titan, aufgedampft
render) Temperaturmeßbereich von etwa —30°C bis etwa +180°C erweist sich daher das Beispiel h als das günstigste.
Die Festigkeit, mit der die Platinschichi 2 und der Träger 1 verbunden sind, ist bei allen Beispielen so hoch, daß beim Ziehen an einer an der Platinschicht 2 angelöteten Leitung das Lötmittel zerrissen wird und jedenfalls das Abreißen eines auf die Piatinschicht 2 geklebten, herkömmlichen Klebebandes nicht zum Abreißen der Platinschicht 2 führt.
Nachstehende Tabelle II stellt zusammenfassend zwei vorteilhafte, prinzipielle Beispiele für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Widerstands dar, die sich im wesentlichen nur in der Art der Ausbildung des Musters (zum Beispiel Mäanderform) durch die Lasertechnik einerseits und die Photoresisttechnik andererseits unterscheiden.
Tabelle II Lasertechnik Photoresisttechnik
1. Reinigen des Trägers
2. Aufdampfen von Titan. Schichtdicke etwa 2.5 Nanometer
3. Aufdampfen von Platin. Schichtdicke etwa 0,5 bis 1 Mikrometer
4. Tempern bei etwa 1100 bis 1425°C. vorzugsweise 1300° C.
Dauer: etwa 1 Std.
5. Ausbilden des Musters durch teilweises Wegbrennen der Titan- und Platinschichten
6. Nachtempern
7. Feinabgleichen durch Laser
8. Zertrennen der Schichtanordnung in kleinere Widerstandsbauelemente
9. Anbringen von Anschlüssen 10. Einkapseln
1. Reinigen des Trägers
2. Auftragen von Photolack
3. Belichten durch Maske
4. Entfernen des Photolacks an belichteten Stellen
5. Aufdampfen von Titan.
Schichtdicke etwa 2,5 Nanometer
6. Aufdampfen von Platin.
Schichtdicke etwa 0,5 bis 1 Mikrometer
7. Tempern bei etwa 1100 bis 1425°C, vorzugsweise etwa 1300° C.
Dauer etwa 1 Stunde
8. Entfernen des unbelichteten Photolacks zur Ausbildung des Musters
9. Digitales und/oder analoges Abgleichen des Widerstandswertes mittels Laser
10. Zertrennen der Schichtanordnung in kleinere Widerstandsbauelemente
11. Anbringen von Anschlüssen
12. Einkapseln
Anstelle von Kupfer oder Titan kann für die Zwischenschicht 2 auch Zirkon verwendet werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Temperaturabhängiger Widerstand, insbesondere für Widerstandsthermometer, mit einem Träger aus einem isolierenden Metalloxid und einer dünnen Platinschicht als Widerstandsmaterial, wobei der Wider stand nach dem Aufbringen des Widerstandsmaterials in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre getempert ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Träger (1) und der Platinschicht (3) eine Zwischenschicht (2) aus einem den Träger (1) und die Platinschicht (3) verbindenden Metall auf dem Träger (1) in einer solchen Dicke aufgebracht ist, daß das Verhältnis von Platiß- zu Zwischenschichtdicke etwa 8ö bis 600 beträgt
    ίο 2. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (2) Titan aufweist
    3. Widerstand nach Anspruch 1 oder Z dadurch gekennzeichnet daß die Zwischenschicht (2) auf dem Träger (1) aufgedampft ist
    4. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Zwischenschicht (2) eine Dicke von etwa 2 bis 5 Nanometer, vorzugsweise etwa 2$ Nanometer, aufweist
    5. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Platinschicht (3) eine
    Dicke von etwa 0,4 bis 1,2 Mikrometer, vorzugsweise etwa 1 Mikrometer, aufweist
    6. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Platinschicht (3) auf der Zwischenschicht (2) durch Aufdampfen oder Katodenzerstäubung aufgebracht ist
    7. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß das Trägermaterial Aluminiumoiüd ist
    8. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er in Luft getempert ist.
    9. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß er bei einer Temperatur von etwa 1200 bis 1425"C, vorzugsweise bei etwa 13000C, getempert ist
    10. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er während etwa einer Stunde getempert ist
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