JPS6064401A - 白金薄膜測温抵抗体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 安定な白金薄膜測温抵抗体を製作するためにをま、その
製作及び使用課程で、熱エージング、トリミング、ヒー
）４Ｊ“イクル等力１あるため、基体に次のような条件
が要求される。

（１）白金と膨張係数が近い材料であること。

１１ｉ６１１％係数に大きな差があるときは、ヒートサ
イクルを力Ｕえると白金膜が剥離する。

材質と膨張係数 Ｍ、　Ｐ、　線膨張係数 ｐｌｌ、７７１℃　８．９　Ｘ　１０−’Ａｆｆｉｘｅ
ｓ　（アルミナ）　２．ｏｓｏ　ｓ、ｏｘ１ｏ＝（２ｏ
〜１，５００℃）Ｓｉｎ、　（石英）　１，７１０　５
　Ｘ１０７’（２０〜１，０００℃）３八Ｑ、ＯＩ・２
ＳｉＯ＋（ムライト）　１．８３０　４．５Ｘ　１０当
２０〜１，３００°Ｃ）（２）熱容量が小さく熱伝導率
の良好な材料であること。

応答速度を早くするためには、熱容量が小さく（センサ
ーも小型にする）熱伝導率の良好な物質が好ましい。

その点でＢｅＯが最も優れて（？るが毒性があるので問
題がある。

材質と熱伝導率（Ｃａ　ｌ　’／　ｃｍ、ｓｅｃ、℃）
　１１００℃　２００℃、３００℃　４００℃　５００
℃１３ｅＯＯ，５５０，４５０３００，２８０，２５Ａ
ｕｔｏｓ　Ｏ，１５０，１００，０８０，０７０，０５
８４０ｓ　Ｏ，００４０，００４０，００４ｓ　Ｏ，０
０４４０，００４５（３）　電気絶縁性の良好な材料で
あること。

（４）表面が平滑で割れ目その他年連続性の生じない材
料であること。

白金薄膜の場合、スパック−法（棒状のときは回転式ス
パック−法）、メッキ法（無電解）化学熱分解法等によ
って製作するが。

表面の凹凸は膜厚のムラ及び不連続膜をつくる原因にな
る。

アルミナ系磁器を使用する場合は十分にラッピングをし
て平滑面にして使用するのであるが、熱エージング、ま
たは、ヒートサイクル中にＡム０３結晶が動き、結晶間
の傷裂の間に白金％１７重粒子が落込み不安定要素をつ
くる。

透明石英板とアルミナ系磁器板（１０し］伽ｍ）上に同
一条件で白金ラスパラターし、ある程度の熱エージング
を加えた後、連続膜の良否を判定する意味で、温度係数
を比較しぞみた。

４２０〜４７０人　３，６００〜３．６６０ＰＰＭ　２
，７００〜２．１３００　ＰＰＭ７５０〜８５０　３．
７００〜３，７６０　３．０００〜３４００９００〜１
，０００　３，８００〜３４Ｍ０　３，２００〜３．３
００１．２００〜１，３００　３．８５０〜３．８７０
　３．５００〜３．５６０表面状態の差が明確にでてい
ることが解る。また表面の光沢に大きな差が認められる
。

また１０φＸ３．２ｍｍのムライト系磁器棒に回転スパ
ッター法によって４００〜５００℃で白金を約１，００
０λの膜厚になるようにつけ、熱ニーソングによって温
度係数の変化して行く様子を測定してみた。

５ｐｕｔｔｅｒ直後　２，９００〜３．３００ＰＰＭ１
．０００℃Ｘ２０Ｓｅｃ　３，２００〜３，３００１．
０００℃Ｘ２５　３，４００〜３，４６０１．０００℃
Ｘ　３０　３，５００〜３，５５０１．０００℃Ｘ４０
　３．／１００〜３．／１７０１．０００℃×５０３，
２００〜３，４００　（バラツキが多（なる）以上の実
験結果からも解るように、透明石英上では剥離の問題を
別にすれば、完全に平滑な面であるため、白金膜が連続
膜を１１１４成し易い。また１０φＸ　３．２ｍｍの磁
器棒では、ある程度の熱エージング条件で白金膜がある
程度連続性ができ、それ以上の条件になるとノ、（体の
結晶が動いて逆に白金膜に偽装を生ぜしめるためと思わ
れる。

白金膜の変化は電子顕微鏡写真でも、膜抵抗のノイズを
測定することによっても確認できた。

白金の温度係数は勿論白金の純度によって支配されるが
（１１本ＪＩＳ規格３，９１６ＰＰＭ　：外国３．８５
０　Ｐ　ＰＭ　）簿膜の場合は、膜の連続性に支配され
ていると思われる。

ＰＬ、バルク　３，９１６ＰＰＭ ｐｔ薄膜　５％欠陥　３，７２１　ＰＰＭ１０％　３．
５２５　））ＰＭ ２０％　３，１２４　ＰＬ’Ｍ Ｕ、’Ｓ、Ａ、のロナルド・ゾール・バクスター氏は白
金薄膜について１μｍ以上になるとバルクと同一の温度
係数を示し、０２６μｍでは３．７００−３，７５０　
ＰＰＭであり、０．１　μｍ（１，０００人）以上ない
と安定な膜にならないと発表しているが、基体の特性に
ついては明記していない。

測温抵抗体として白金薄膜を使用する場合、抵抗値が大
きい程。

リード線が２本で使用できたり、ΔＲ／Δ′１゛が大き
くとれ−Ｃ精度が１かり何かと使用上便利である。

従って、基体の良好なものを選定し、できるだけ薄い１
模で安定なものを製作することが課題である。

基体を棒状にして、均一なＰＩ膜が形成されたと仮定し
て、その膜厚と初期抵抗値、トリミングによって製作で
きる抵抗値を算出すると次のような値になる。

氾 （旦し、Ｒ−■τ・Ｉ　）−１０２としてｔｔ算した。

磁器寸法　５００人　７５０人　１，０００人　１，２
５０人２０φＸ　７ｍｍ　２，２７３Ω　１，５１５Ω
　１，１３６Ω　０．９０９Ω２５φ８　７ｍｌＮ１．
８＋９　１，２１２　Ｃ１９０９０，７２７２５φＸ　
１０ｍｍ　２，５９８　１，７３２　１．２９９　１．
０３９また。トリミング機械の倍率は。

ダイヤモノドカノター　レザーカッター２．０φ　×１
５０〜２００　Ｘ　１，５００〜２．０００２５φ　×
３００〜５００　ｘ　３，０００〜３，５００即ち２０
φＸ７ｍｍの素子で１，０００人の膜厚で安定ならＭａ
ｘ２にΩ、２．５φＸｌ０ｍｍなら３にΩの測温抵抗体
が容易に製作できることになる。

薄膜センサーの目的は、拐料の節約ばかりでなく、バル
クでは全く不可能な分野を開発することにある。

以上のような目的と実験結果より、　７Ｊ−Ｑｓの単結
晶に注目し。

使用口的に合ったＡＱ２０＋単結晶（サファイア）の処
理を行った。

実施例 サファイアを一定の１ｊ法に切断したものを購入し、燐
酸または硫酸で表面処理して、できるだけ平泪な而をつ
くり、水洗、焼成処理をして使用する。機械的に研磨し
たのみでは、小さな凹凸があ１月、ｏｏｏ　Ａの安定な
膜を製作するには適さない。

回転スパック−装置で２．８　ｋＷＸ　３０〜３５分間
のスパッターを行い。

６００℃×２〜３時間の予備熱エージングを行った後＋
　１１１１１反係数を整えるために１，０００℃〜１，
１００℃×２０〜３０８ｃｃ、の連続式熱エージングを
ｔＪう。

２０φＸ７ｍｍ　１，０００ケの試験結果。

初期値　Ｒｏ　Ｒ＝　１，１２００３６＝１８％１．１
００℃ｘ　２０　Ｓｅｃ処理　’Ｉ’、Ｃ，Ｈ，３，８
７０１１１’Ｍであった。

斯くして、できたものをトリミ／グしＲｏ　１，００Ｆ
ｌΩのものを製作しヒーＩ・サイクル、ノズル等の試験
を行った処、極めて安定であることが実証された。

これによって従来のアルミナ磁器等では不可能であった
１１１５度係数と、ヒートサイクル等に対する安定性が
得られるようになった。

膜厚の吟味と熱エージング条件を検討することによって
、薄膜でＴ、　Ｃ，Ｉセ、３．！１１６も解決できると
思われる。

この解決によって従来の白金薄膜ＩＩ＋１１温抵抗体（
ｉ’、　Ｃ，Ｒ，が３．１００〜３．４００　ＰＰＭ　
、アルミナ磁器使用）では、不１１丁能であった石油タ
ンクの温度計測管理２合成繊維の温度管理を始め、気体
熱伝導率を用いた砿山用本質安全型メタンガス警報器、
相７．１’　＋！ｌａ　Ｉｉ　Ｉｉ　ｌ’　＋　固体熱
伝導度式各秤ガスセンサーの安定なものを製作できるＩ
Ｉ丁脂性が濃厚となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアルミナ系磁器と→」ファイアの表面状
態を比較した電子顕微鏡写真である。 第２図はＴＪ、Ｓ、Ａ、のロナルド・ゾール・ハクスタ
ー氏の発表による白金薄膜の膜厚と温度係数に関する関
係を解り易く図示したものである。 第３図は本発明品で、Ｒｏ１、０００Ωにトリミングし
−５０℃〜１５０℃用にリード線、塗装処理を行った試
作品である。 Ｉ小分−の１生有 ＦＩＩ　−ＴｊＪ　ｒ　’Ｆ、Ｋ　３１；Ｆ　芭シｃ　
ｊ　←ノ（１の　、’？−−〜副つ＃ｒ　）ｉＪ、ｌｈ
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Ｔ　’。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 温度サイクル等に安定で、密着度を向上させ、ト１ノミ
   ング法によって広範囲な安定な抵抗値を得るためにアル
   ミナ単結晶（サファイア）壺特殊な化学処理して基本と
   して使用したことを特徴とした白金薄膜測温抵抗体。