EP1217635A2 - Elektrischer Widerstand mit Platinmetall oder einer Platinmetallverbindung sowie Sensoranordnung - Google Patents

Elektrischer Widerstand mit Platinmetall oder einer Platinmetallverbindung sowie Sensoranordnung Download PDF

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EP1217635A2
EP1217635A2 EP01126269A EP01126269A EP1217635A2 EP 1217635 A2 EP1217635 A2 EP 1217635A2 EP 01126269 A EP01126269 A EP 01126269A EP 01126269 A EP01126269 A EP 01126269A EP 1217635 A2 EP1217635 A2 EP 1217635A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
resistor
resistance
platinum
metal
measuring resistor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01126269A
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English (en)
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EP1217635A3 (de
Inventor
Karlheinz Dr. Wienand
Martin Dr. Turwitt
Thomas Loose
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heraeus Electro Nite International NV
Original Assignee
Heraeus Electro Nite International NV
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Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Electro Nite International NV filed Critical Heraeus Electro Nite International NV
Publication of EP1217635A2 publication Critical patent/EP1217635A2/de
Publication of EP1217635A3 publication Critical patent/EP1217635A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/06—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material including means to minimise changes in resistance with changes in temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C3/00—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids
    • H01C3/005—Metallic glasses therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C3/00—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids
    • H01C3/04—Iron-filament ballast resistors; Other resistors having variable temperature coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/141—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds

Definitions

  • the invention relates to an electrical resistor with a platinum metal or a platinum metal compound having resistive layer on an electrically insulating surface of a substrate is applied, and a sensor arrangement.
  • the sensor should, in particular, be mountable as a flip-chip element, such as, for example DE 44 42 960 C1 is known. Furthermore, a contact arrangement is known from EP 0 588 609 B1 known for flip chip elements.
  • DE 31 45 583 A1 describes a paste for printing on substrates by means of an elastic deformable stamp known, the paste for applying surface patterns to predetermined Areas of a preferably uneven substrate is proposed, which is particularly suitable for printing processes where the application is by means of an elastically deformable Stamp is done.
  • the mixing ratio of solid to organic is in the paste Carrier, based on the weight proportions, between 6: 4 and 8: 2 and the organic carrier from 4 to 14% by weight of ethyl cellulose, 73 to 83% by weight of ⁇ -terpineol and up to 5 to 17% by weight Benzyl alcohol.
  • Metal powder and / or ceramic powder and / or glass powder are the solids usable; accordingly are electrically conductive pastes, resistance pastes or insulating Pastes can be produced with which surface patterns of appropriate conductivity can be produced.
  • DE 40 25 715 C1 describes a temperature sensor and a method for the production known from temperature sensor elements made of ceramic films.
  • the temperature sensor elements are designed such that a PTC resistor consists of several, stacked one above the other applied resistance tracks, and thus a small area expansion having.
  • the stacked arrangement enables sufficiently high measuring resistance values and a substantial independence of the same from the temperature gradient in the exhaust gas can be achieved.
  • the construction of several resistance tracks arranged one above the other appears relatively expensive.
  • US Pat. No. 3,565,682 describes an electrical resistance arrangement which has powdery dielectric material and electrically conductive palladium oxides of the formula PdMO 2 , where M stands for cobalt, chromium, rhodium or a mixture of chromium with rhodium.
  • PdCrO 2 or PtRhO 2 are preferably used as palladium oxides.
  • the construction of such resistor arrangements appears to be relatively complex.
  • DE 197 57 258 A1 describes a temperature-dependent measuring resistor of a temperature sensor known, which is connected in series with a reference resistor, this series connection is flowed through by a constant, impressed current; one between the two Resistance connecting point is with the N input of a first negative feedback Operational amplifier connected, its P input to one of a voltage divider tapped DC voltage is supplied; with a temperature increase in the area of the measuring resistor increases the potential at the output of the measuring resistor connected first operational amplifier, which the impressed constant current delivers while the potential at the output of the operational amplifier changes with falling temperature lowers; the temperature-dependent voltage signal delivered to the operational amplifier becomes the P input of a downstream second operational amplifier in a subtracting circuit fed, its output with a measuring device for measuring the temperature characteristic voltage is connected.
  • the temperature sensor has a compact Design and can be used up to a temperature of approx. 300 ° C.
  • the relatively complex structure proves to be problematic, on the other hand is the accuracy of the temperature measurement including the reference resistance dependent.
  • the object of the invention is to improve the combination of materials and thin-film methods to create a resistance that even under thermal stress largely constant resistance temperature coefficient (TCR). Furthermore poses the task of using this resistor as a pre or reference resistor in a network to integrate an electrical temperature measuring resistor in a sensor arrangement, so that an accuracy of approx. 0.1% and also long-term stability in a temperature range above 100 ° C is possible.
  • TCR constant resistance temperature coefficient
  • the object is achieved in that the resistance layer is designed as a thin-film element with a layer thickness in the range from 0.1 ⁇ m to 2 ⁇ m and has a physical mixture of finely dispersed ceramic and platinum metal, wherein the weight ratio of ceramic to metal is in the range from 5:95 to 50:50.
  • the resistance layer is preferably iridium or an iridium-based alloy.
  • the preferred ratio of finely dispersed ceramic to metal is in the range of 5 up to 35% by weight.
  • Advantageous refinements of the resistor are in claims 2 and 3 specified.
  • the object is achieved in that the resistance layer formed as a thin-film element with a layer thickness in the range from 0.1 ⁇ m to 2 ⁇ m and is a physical mixture of finely dispersed ceramic and a platinum metal compound having.
  • platinum silicide has proven to be particularly advantageous.
  • Another advantage is the fact that the resistance together with a temperature-dependent Resistance is to be applied to a substrate.
  • SiO, SiO 2 , Ta 2 O 5 , MgO, Al 2 O 3 or a mixture thereof is preferably used as the finely dispersed ceramic.
  • the substrate is designed as an electrically insulating ceramic.
  • the ceramic of the substrate preferably has Al 2 O 3 .
  • the resistance layer has a resistance-temperature coefficient (TCR) in the range from -500 to +1000 ppm / K.
  • TCR resistance-temperature coefficient
  • the resistance-temperature coefficient (TCR) is at one value is adjustable in the range of 0 ppm / K, as is particularly desirable for reference resistors is.
  • the electrical resistance is according to claims 1 to 10
  • Reference resistor together with a temperature-dependent electrical measuring resistor the one with a connection contact field to an electrical circuit for output a temperature signal is connected, is arranged, a falling across the measuring resistor Voltage signal is determined that is at least approximately linearly proportional related to its temperature;
  • the measuring resistor is via a further connection contact field electrically connected to the electrical circuit, still a center tap a series connection of the measuring resistor and the reference resistor with the electrical circuit is connected;
  • the temperature-dependent measuring resistance and the Reference resistors are each common on a substrate with an electrically insulating Surface arranged and the connection contact fields for the measuring resistor and the connection contact fields for the reference resistor are each via conductor tracks or wire connections connected to the electrical circuit, except for the reference resistor the measuring resistor is also applied as a thin-film element containing platinum metal;
  • the metal layer of the measuring resistor has a resistance temperature coefficient in Range from 3500 ppm / k to 3920 ppm / K
  • the reference resistor is preferably integrated in a network of the sensor arrangement with the measuring resistor.
  • the measuring resistor has a resistance layer made of platinum or a platinum-based alloy.
  • the value of the resistance temperature coefficient is preferably 3850 ppm / K.
  • the connected evaluation circuit is implemented in silicon technology.
  • circuit board for the sensor whereby the associated network in a housing, for example an SMD component with three connections or housed in a typical component package, such as SOT or TO package is.
  • the measuring resistor has a resistance layer Platinum, the metal layer of the reference resistor being temperature-independent Resistance course.
  • the associated evaluation circuit is preferably implemented in silicon technology.
  • FIG. 1 shows an SMD network as a flip chip component with three connections.
  • Figure 2 shows the sensor as a SOT component with a plastic-molded leadframe, which the Network that is connected by means of thin wire drilling includes.
  • FIG. 3 shows a dual in-line housing, to which a temperature sensor network has been added.
  • a flip chip component is provided as substrate 4, on the surface of which is shown in FIG Row two resistors are arranged, the first of which is temperature-dependent Measuring resistor 5 is provided, while the second resistor as a series or reference resistor 6 (according to claims 1 to 8) is used.
  • the two resistors 5 and 6 are electrically connected to one another via a connection contact field 2, the ends of which are connected to their outer points are each electrically connected to connection contact fields 1, 3.
  • SnAg10 paste or AgPd or silver-platinum pads are preferred for connection used.
  • Both resistors 5 and 6 are applied as thin-film elements, with measuring resistor 5 as platinum thin-film resistor or thin-film resistor based on platinum group metal is formed, while the series or reference resistor 6 is temperature-independent Resistance course; the reference resistor preferably has a physical one Mixture of finely dispersed ceramic and metal.
  • Platinum or a platinum group metal is preferably used as the metal for the reference resistor used.
  • the metal can also be made from a platinum-based alloy with a Component or components made of titanium, nickel or silicon. Because of the proportionate In practice, a small percentage of the components is also used by one "Contamination" of the platinum spoken.
  • a platinum compound in particular platinum silicide, can be used instead of the metal be used.
  • the reference resistor is preferably applied using a vapor deposition method applied to the surface of the substrate 4.
  • the assembly is preferably based on the principle of SMD technology.
  • an SOT component 11 with a plastic-molded lead frame is provided, in which a resistor network - according to Figure 1 - sunk into the SOT housing is, the resistor network via its connection contact surfaces 1, 2 and 3 by means of Thin wire bonding 10 to outwardly projecting contacts 12, 13, 14 of the overmolded lead frame connected.
  • the temperature sensor network comprising a measuring resistor and a reference resistor 22 applied to a dual inline housing 20, which is a plastic-molded Leadframe contains the outer contacts 23 to 28 as well as on the opposite Side has contacts 29 to 34.
  • the temperature sensor network 22 can here also via bonding wires with contacting connections, for example connection 23 or connection 29 for the purpose of evaluating a temperature measurement.
  • the stake A dual inline housing can also be used in conjunction with other resistors, for example Measuring resistances take place, their contact fields as well as the contact fields of the Temperature sensor network 22 with those protruding from the dual inline housing 20 Connection contacts 23 to 34 are connected. It is also possible to use a network to build several sensors.
  • a dual inline housing has the particular advantage that it is is a commercially available product that is inexpensive to obtain.

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Abstract

Ein elektrischer Widerstand (6) weist eine Platin oder ein Platingruppenmetall enthaltende Widerstandsschicht auf, die auf einer elektrisch isolierenden Oberfläche eines Substrats (4) aufgebracht ist, wobei die Widerstandsschicht als Dünnschicht-Element ausgebildet ist und eine physikalische Mischung aus feindispergierter Keramik und Metall aufweist; vorzugsweise liegt das Verhältnis von feindispergierter Keramik zu Metall in Gewichts-% im Bereich von 5 bis 50%.
Als feindispergierte Keramik wird vorzugsweise SiO, SiO2, Ta2O5, MgO, Al2O3, oder eine Mischung daraus eingesetzt.
Der erfindungsgemäße Widerstand wird als Referenz-Widerstand (6) in einem Sensor (Temperatur-Sensor) zusammen mit einem temperaturabhängigen Messwiderstand (5) eingesetzt, wobei beide Widerstände auf einem gemeinsamen Substrat (4) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Widerstand mit einer ein Platinmetall oder eine Platinmetallverbindung aufweisenden Widerstandsschicht, die auf einer elektrisch isolierenden Oberfläche eines Substrats aufgebracht ist, und eine Sensoranordnung.
Der Sensor soll insbesondere als Flip-Chip-Element montierbar sein, wie es beispielsweise aus der DE 44 42 960 C1 bekannt ist. Weiterhin ist aus der EP 0 588 609 B1 eine Kontaktanordnung für Flip-Chip-Elemente bekannt.
Aus der DE 31 45 583 A1 ist eine Paste zum Bedrucken von Substraten mittels eines elastisch verformbaren Stempels bekannt, wobei die Paste zum Auftrag von Flächenmustern auf vorgegebene Bereiche eines vorzugsweise unebenen Substrates vorgeschlagen wird, das sich besonders für Druckverfahren eignet, bei denen der Auftrag mittels eines elastisch verformbaren Stempels erfolgt. Bei der Paste liegt das Mischungsverhältnis von Feststoff zu organischem Träger, bezogen auf die Gewichtsanteile, zwischen 6:4 und 8:2 und der organische Träger besteht aus 4 bis 14 Gew-% Äthylcellulose, 73 bis 83 Gew-% α-Terpineol und bis 5 bis 17 Gew-% Benzylalkohol. Als Feststoffe sind Metallpulver und/oder Keramikpulver und/oder Glaspulver verwendbar; demgemäss sind elektrisch leitfähige Pasten, Widerstandspasten oder isolierende Pasten herstellbar, mit denen sich Flächenmuster entsprechender Leitfähigkeit herstellen lassen.
Der Aufbau von elektrischen Messelementen mit einer solchen Paste erscheint verhältnismäßig aufwendig.
Weiterhin ist aus der DE 40 25 715 C1 ein Temperaturfühler sowie ein Verfahren zur Herstellung von Temperaturfühlerelementen aus Keramikfolien bekannt. Die Temperaturfühlerelemente sind derart ausgestaltet, dass ein PTC-Widerstand aus mehreren, stapelförmig übereinander aufgebrachten Widerstandsbahnen besteht, und somit eine geringe flächenhafte Ausdehnung aufweist. Durch die Stapel-Anordnung können ausreichend hohe Messwiderstandswerte und eine weitgehende Unabhängigkeit derselben vom Temperaturgradienten im Abgas erreicht werden. Allerdings erscheint der Aufbau mehrerer übereinander angeordneter Widerstandsbahnen verhältnismäßig aufwendig.
Weiterhin beschreibt die US 3,565,682 eine elektrische Widerstandsanordnung, die pulverförmiges dielektrisches Material sowie elektrisch leitende Palladiumoxide der Formel PdMO2 aufweist, wobei M als Symbol für Kobalt, Chrom, Rhodium oder eine Mischung von Chrom mit Rhodium steht. Vorzugsweise werden als Palladiumoxide PdCrO2 oder PtRhO2 eingesetzt. Der Aufbau solcher Widerstandsanordnungen erscheint verhältnismäßig aufwendig.
Aus der DE 197 57 258 A1 ist ein temperaturabhängiger Messwiderstand eines TemperaturSensors bekannt, der mit einem Referenzwiderstand in Reihe geschaltet ist, wobei diese Reihenschaltung von einem konstanten, eingeprägten Strom durchflossen wird; ein zwischen beiden Widerständen befindlicher Verbindungspunkt ist mit dem N-Eingang eines ersten gegengekoppelten Operationsverstärkers verbunden, dessen P-Eingang mit einer von einem Spannungsteiler abgegriffenen Gleichspannung versorgt wird; bei einer Temperaturerhöhung im Bereich des Messwiderstandes erhöht sich das Potential am Ausgang des mit dem Messwiderstand verbundenen ersten Operationsverstärkers, welcher den eingeprägten konstanten Strom liefert, während sich das Potential am Ausgang des Operationsverstärkers bei fallender Temperatur absenkt; das am Operationsverstärker abgegebene temperaturabhängige Spannungssignal wird dem P-Eingang eines nachgeschalteten zweiten Operationsverstärkers in Subtrahierschaltung zugeführt, dessen Ausgang mit einer Messeinrichtung zur Messung der für die Temperatur charakteristischen Spannung verbunden ist. Der Temperatur-Sensor weist eine kompakte Bauform auf und ist bis zu einer Temperatur von ca. 300°C einsetzbar.
Als problematisch erweist sich hierbei einerseits der verhältnismäßig komplexe Aufbau, andererseits ist die Genauigkeit der Temperaturmessung unter anderem auch vom Referenzwiderstand abhängig.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, mittels verbesserter Materialkombination und Dünnschichtmethoden einen Widerstand herzustellen, der auch bei thermischer Belastung einen weitgehend konstanten Widerstandstemperatur-Koeffizienten (TCR) aufweist. Weiterhin stellt sich die Aufgabe, diesen Widerstand als Vor- bzw. Referenz-Widerstand in einem Netzwerk mit einem elektrischen Temperaturmesswiderstand in einer Sensoranordnung zu integrieren, so dass eine Genauigkeit von ca. 0,1% und weiterhin auch eine Langzeitstabilität in einem Temperaturbereich oberhalb von 100°C möglich ist.
Die Aufgabe wird in einer ersten Ausführungsform dadurch gelöst, dass die Widerstandsschicht als Dünnschicht-Element mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,1 µm bis 2 µm ausgebildet ist und eine physikalische Mischung aus feindispergierter Keramik und Platinmetall aufweist, wobei das Gewichtsverhältnis von Keramik zu Metall im Bereich von 5:95 bis 50:50 liegt. Als Metall der Widerstandsschicht wird vorzugsweise Iridium oder eine Iridium-Basislegierung eingesetzt.
Dabei liegt das bevorzugte Verhältnis von feindispergierter Keramik zu Metall im Bereich von 5 bis 35 Gew-%. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Widerstandes sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.
Die Aufgabe wird in einer zweiten Ausführungsform dadurch gelöst, dass die Widerstandsschicht als Dünnschicht-Element mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,1 µm bis 2 µm ausgebildet ist und eine physikalische Mischung aus feindispergierter Keramik und einer Platinmetallverbindung aufweist.
Dabei hat sich der Einsatz von Platinsilizid als besonders vorteilhaft erweisen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des elektrischen Widerstandes sind in den Ansprüchen 5 bis 9 angegeben.
Als vorteilhaft erweist es sich, dass ein solcher Widerstand eine kostengünstige Herstellung mit einfacher Abgleichung ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der Widerstand zusammen mit einem temperaturabhängigen Widerstand auf ein Substrat aufzubringen ist.
Vorzugsweise wird als feindispergierte Keramik SiO, SiO2, Ta2O5, MgO, Al2O3, oder eine Mischung daraus eingesetzt. Das Substrat ist als elektrisch isolierende Keramik ausgebildet. Vorzugsweise weist die Keramik des Substrats Al2O3 auf.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Widerstandsschicht einen Widerstands-Temperatur-Koeffizienten (TCR) im Bereich von -500 bis +1000 ppm/K auf. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, dass der Widerstands-Temperatur-Koeffizient (TCR) auf einen Wert im Bereich von 0 ppm/K einstellbar ist, wie insbesondere für Referenzwiderstände erwünscht ist.
In einer Sensoranordnung wird der elektrische Widerstand gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 als Referenz-Widerstand zusammen mit einem temperaturabhängigen elektrischen Messwiderstand, der mit jeweils einem Anschlusskontaktfeld an eine elektrische Schaltung zur Ausgabe eines Temperatursignals angeschlossen ist, angeordnet ist, wobei ein am Messwiderstand abfallendes Spannungssignal ermittelt wird, das sich wenigstens näherungsweise linear proportional zu dessen Temperatur verhält; dabei ist der Messwiderstand über ein weiteres Anschlusskontaktfeld mit der elektrischen Schaltung elektrisch verbunden, wobei weiterhin ein Mittelabgriff einer Reihenschaltung aus dem Messwiderstand und dem Referenz-Widerstand mit der elektrischen Schaltung verbunden ist; der temperaturabhängige Messwiderstand sowie der Referenz-Widerstand sind jeweils gemeinsam auf einem Substrat mit elektrisch isolierender Oberfläche angeordnet und die Anschlusskontaktfelder für den Messwiderstand und die Anschlusskontaktfelder für den Referenzwiderstand sind jeweils über Leiterbahnen oder Drahtverbindungen mit der elektrischen Schaltung verbunden, wobei außer dem Referenz-Widerstand auch der Messwiderstand als Platinmetall enthaltendes Dünnschicht-Element aufgebracht ist; die Metallschicht des Messwiderstandes weist einen Widerstandstemperatur-Koeffizienten im Bereich von 3500 ppm/k bis 3920 ppm/K auf.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Sensoranordnung sind in den Ansprüchen 12 bis 15 angegeben.
Vorzugsweise ist der Referenz-Widerstand in einem Netzwerk der Sensoranordnung mit dem Messwiderstand integriert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Messwiderstand eine Widerstandsschicht aus Platin oder aus einer Platin-Basis-Legierung auf.
Vorzugsweise beträgt der Wert des Widerstandstemperaturkoeffizienten 3850 ppm/K.
Dieser Wert entspricht dem in der DIN IEC751 angegebenen Temperaturkoeffizienten α = 0,003850 Ω × Ω-1 x °C-1 bzw. 0,00385(°C.)-1 gemäß US-PS 4,469,717 für Platinwiderstandsthermometer.
Die angeschlossene Auswerteschaltung ist in Silizium-Technologie ausgeführt.
Als vorteilhaft erweist es sich, dass bei Verwendung eines solchermaßen integrierten Referenzbzw. Vorwiderstandes auf einem Substrat mit dem Messwiderstand eine kostengünstige Herstellung mit einfacher Abgleichung sowie Verpackung und Versand kompletter Bauelemente ermöglicht wird. Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass der integrierte Referenzwiderstand auch bei höherer thermischer Belastung infolge Temperaturmessung seinen vorgegebenen Temperaturkoeffizienten praktisch nicht verändert.
Darüber hinaus kann auch an Raum auf einer Leiterplatte für den Sensor gespart werden, wobei das zugehörige Netzwerk in einem Gehäuse beispielsweise SMD-Bauteil mit drei Anschlüssen oder in einem typischen Bauelementgehäuse, wie SOT oder TO-Gehäuse untergebracht ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Messwiderstand eine Widerstandsschicht aus Platin auf, wobei die Metallschicht des Referenzwiderstandes einen temperaturunabhängigen Widerstandsverlauf besitzt.
Die zugehörige Auswerteschaltung ist vorzugsweise in Silizium-Technologie ausgeführt.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert.
Figur 1 zeigt ein SMD-Netzwerk als Flippchip-Bauteil mit drei Anschlüssen.
Figur 2 zeigt den Sensor als SOT-Bauteil mit kunststoffumspritztem Leadframe, welcher das Netzwerk, das mittels Dünndrahtbohrung angeschlossen ist, beinhaltet.
Figur 3 zeigt ein Dual-In-Line Gehäuse, dem ein Temperatur-Sensor-Netzwerk hinzugefügt ist.
Gemäß Figur 1 ist ein Flipchip-Bauteil als Substrat 4 vorgesehen, auf dessen Oberfläche in Reihe zwei Widerstände angeordnet sind, von denen der erste als temperaturabhängiger Messwiderstand 5 vorgesehen ist, während der zweite Widerstand als Vor- oder Referenzwiderstand 6 (gemäß den Ansprüchen 1 bis 8) eingesetzt ist. Die beiden Widerstände 5 und 6 sind über ein Anschlusskontaktfeld 2 miteinander elektrisch verbunden, wobei deren Enden an ihren äußeren Punkten jeweils an Anschlusskontaktfelder 1, 3 elektrisch angeschlossen sind.
Vorzugsweise werden zum Anschluss SnAg10-Paste bzw. auch AgPd- oder Silber-Platin-Pads eingesetzt.
Beide Widerstände 5 und 6 sind als Dünnschichtelement aufgebracht, wobei Messwiderstand 5 als Platindünnschichtwiderstand bzw. Dünnschichtwiderstand auf der Basis von Platingruppenmetall ausgebildet ist, während der Vor- oder Referenzwiderstand 6 einen temperaturunabhängigen Widerstandsverlauf besitzt; der Referenzwiderstand weist vorzugsweise eine physikalische Mischung aus feindispergierter Keramik und Metall auf.
Für den Referenz-Widerstand wird als Metall vorzugsweise Platin bzw. ein Platingruppenmetall eingesetzt. Darüber hinaus kann das Metall auch aus einer Platin-.Basis-Legierung mit einer Komponente bzw. Komponenten aus Titan, Nickel oder Silizium bestehen. Aufgrund der verhältnismäßig geringen prozentualen Anteile der Komponenten wird in der Praxis auch von einer "Verunreinigung" des Platins gesprochen.
Darüber hinaus kann an Stelle des Metalls auch eine Platinverbindung, insbesondere Platinsilizid eingesetzt werden.
Der Referenzwiderstand wird ebenso wie der Messwiderstand vorzugsweise mittels Aufdampfverfahren auf die Oberfläche des Substrats 4 aufgebracht.
Die Montage erfolgt vorzugsweise nach dem Prinzip der SMD-Technik.
Gemäß Figur 2 ist ein SOT-Bauteil 11 mit einem kunststoffumspritzten Leadframe vorgesehen, bei dem ein Widerstandsnetzwerk - entsprechend Figur 1 - in das SOT-Gehäuse eingesenkt ist, wobei das Widerstandsnetzwerk über seine Anschluss-Kontaktflächen 1, 2 und 3 mittels Dünndrahtbondung 10 an nach außen ragende Kontakte 12, 13, 14 des umspritzten Leadframes angeschlossen ist.
Eine solche Anordnung wird vorteilhafterweise in der Kfz-Elektronik eingesetzt.
Gemäß Figur 3 wird das einen Messwiderstand und Referenzwiderstand umfassende Temperatursensornetzwerk 22 auf ein Dual-Inline-Gehäuse 20 aufgebracht, welches einen kunststoffumspritzten Leadframe enthält, der die äußeren Kontakte 23 bis 28 sowie auf der gegenüberliegenden Seite Anschlusskontakte 29 bis 34 aufweist. Das Temperatursensornetzwerk 22 kann hier ebenfalls über Bonddrähte mit kontaktierenden Anschlüssen, beispielsweise Anschluss 23 bzw. Anschluss 29 zwecks Auswertung einer Temperaturmessung verbunden sein. Der Einsatz eines Dual-Inline-Gehäuses kann auch in Verbindung mit weiteren Widerständen, beispielsweise Messwiderständen erfolgen, wobei deren Kontaktfelder ebenso wie die Kontaktfelder des Temperatursensornetzwerkes 22 mit den aus dem Dual-Inline-Gehäuse 20 herausragenden Anschlusskontakten 23 bis 34 verbunden sind. Dabei ist es auch möglich, ein Netzwerk mit mehreren Sensoren aufzubauen.
Der Einsatz eines Dual-Inline-Gehäuses hat insbesondere den Vorteil, dass es sich hierbei um ein handelsübliches Produkt handelt, das preisgünstig zu erhalten ist.

Claims (15)

  1. Elektrischer Widerstand mit einer ein Platinmetall aufweisenden Widerstandsschicht, die auf einer elektrisch isolierenden Oberfläche eines Substrats aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschicht als Dünnschicht-Element mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,1 µm bis 2 µm ausgebildet ist und eine physikalische Mischung aus feindispergierter Keramik und Metall aufweist, wobei das Gewichtsverhältnis von Keramik zu Metall im Bereich von 5:95 bis 50:50 liegt.
  2. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Metall der Widerstandsschicht Iridium oder eine Iridium-Basislegierung eingesetzt ist.
  3. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von feindispergierter Keramik zu Metall im Bereich von 5 bis 35 Gewichts-% liegt.
  4. Elektrischer Widerstand mit einer ein Platinmetall aufweisenden Widerstandsschicht, die auf einer elektrisch isolierenden Oberfläche eines Substrats aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschicht als Dünnschicht-Element mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,1 µm bis 2 µm ausgebildet ist und eine physikalische Mischung aus feindispergierter Keramik und einer Platinmetallverbindung aufweist.
  5. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Platinmetallverbindung Platinsilizid eingesetzt wird.
  6. Elektrischer Widerstand nach einem der Anspüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als feindispergierte Keramik SiO, SiO2, Ta2O5, MgO, Al2O3, oder eine Mischung daraus eingesetzt wird.
  7. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat als elektrisch isolierende Keramik ausgebildet ist.
  8. Widerstand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik des Substrats aus Al2O3 besteht.
  9. Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschicht einen Widerstandstemperatur-Koeffizienten (TCR) im Bereich von - 500 bis + 1000 ppm/K aufweist, wobei das Gewichtsverhältnis von feindispergierter Keramik zu Iridium im Bereich von 5:95 bis 8:92 liegt.
  10. Widerstand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschicht einen Widerstandstemperatur-Koeffizienten (TCR) im Bereich von 0 ppm/K aufweist.
  11. Sensoranordnung mit einem elektrischen Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet dass dieser als Referenz-Widerstand (6) in einem Sensor zusammen mit einem temperaturabhängigen elektrischen Messwiderstand (5), der mit jeweils einem Anschlusskontaktfeld (1, 2) an eine elektrische Schaltung zur Ausgabe eines Temperatursignals angeschlossen ist, angeordnet ist, wobei ein am Messwiderstand (5) abfallendes Spannungssignal ermittelt wird, das sich wenigstens näherungsweise linear proportional zu dessen Temperatur verhält, wobei der Messwiderstand über ein weiteres Anschlusskontaktfeld mit der elektrischen Schaltung elektrisch verbunden ist, wobei weiterhin ein Mittelabgriff einer Reihenschaltung aus dem Messwiderstand und dem Referenz-Widerstand mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, und der temperaturabhängige Messwiderstand (5) sowie der Referenz-Widerstand (6) jeweils auf einem Substrat mit elektrisch isolierender Oberfläche angeordnet sind und die Anschlusskontaktfelder für den Messwiderstand und die Anschlusskontaktfelder für den Referenzwiderstand jeweils über Leiterbahnen oder Drahtverbindungen mit der elektrischen Schaltung verbunden sind, wobei außer dem Referenz-Widerstand auch der Messwiderstand als Platinmetall enthaltendes Dünnschicht-Element aufgebracht ist und die Metallschicht des Messwiderstandes einen Widerstandstemperatur-Koeffizienten im Bereich von 3500 ppm/k bis 3920 ppm/K aufweist.
  12. Sensoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz-Widerstand (6) in einem Netzwerk mit dem temperaturabhängigen Messwiderstand (5) integriert ist.
  13. Sensoranordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (5) eine Widerstandsschicht aus Platin oder aus einer Platin-Basis-Legierung aufweist.
  14. Sensoranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandstemperatur-Koeffizienten (TCR) der Metallschicht des Messwiderstandes (5) einen Wert von 3850 ppm/K aufweist.
  15. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (4) in Silizium-Technologie ausgeführt ist.
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