DE19605469A1

DE19605469A1 - Verfahren zum Einstellen des Widerstandstemperaturkoeffizienten eines Widerstandselements zur Temperaturmessung

Info

Publication number: DE19605469A1
Application number: DE19605469A
Authority: DE
Inventors: Hiroji Tani; Teppei Kubota
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 1996-08-22
Also published as: JPH08219901A; US20010051212A1; KR960032514A; KR100228146B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Widerstands element zur Temperaturmessung, das einen Platinfilm als Wi derstand verwendet, und insbesondere auf ein Verfahren zum Einstellen des Widerstandstemperaturkoeffizienten eines der artigen Widerstandselements zur Temperaturmessung.

Ein Widerstandselement zur Temperaturmessung, das die Abhän gigkeit des Platinwiderstands von der Temperatur verwendet, existiert bereits in der Praxis. Ein derartiges Widerstands element zur Temperaturmessung weist einen Platinfilm auf, der entweder auf einem elektrisch isolierenden Substrat oder auf einer Spulenträger-artigen Basis gebildet ist. Ein Bei spiel dieses Widerstandselements zur Temperaturmessung ist in Fig. 1 gezeigt.

Das Widerstandselement 1 zur Temperaturmessung, das in Fig. 1 gezeigt ist, weist ein isolierendes Substrat 2 auf, das beispielsweise aus Aluminiumoxid besteht. Ein Platinfilm 3 ist auf dem isolierenden Substrat 2 durch Sputtern, Vakuum bedampfung oder ein anderes Verfahren gebildet. Nach dem Bilden des Platinfilms 3 wird der Platinfilm einer Wärmebe handlung bei einer relativ niedrigen Temperatur von 400 bis 1200°C unterzogen, um benötigte stabile elektrische Charakteristika zu erhalten.

Danach werden Rillen, die sich durch den Platinfilm 3 in der Richtung der Dicke des Substrats erstrecken, mittels Laser verarbeitung, einem Trockenätzverfahren oder einem anderen Verfahren in dem Film gebildet. Als Ergebnis werden eine Widerstandsschaltung 5 mit einer Meandergestalt und An schlußelektroden 6 und 7 gebildet. Die Anschlußelektroden 6 und 7 bilden gegenüberliegende Enden der Widerstandsschal tung 5. Ein Glasüberzug (nicht gezeigt) ist auf der Wider standsschaltung 5 gebildet. Anschlußdrähte oder andere leit fähige Bauglieder sind mit den Anschlußelektroden 6 bzw. 7 verbunden.

Bei dem Widerstandselement 1 zur Temperaturmessung, das wie oben beschrieben hergestellt wird, weist der Widerstandstem peraturkoeffizient (TCR; TCR = Temperature Coefficient of Resistance) des Platinfilms 3 einen relativ niedrigen Wert von weniger als 3800 ppm/°C. Andererseits setzen die DIN- Normen fest, daß der TCR dieses Films 3850 ppm/°C beträgt, wobei dieser Wert höher als der obige Wert ist. Insbesondere beträgt der festgesetzte TCR in der Klasse A der DIN-Normen 3850 ± 5 ppm/°C. In Klasse B beträgt der festgesetzte TCR 3850 ± 13 ppm/°C. Heutzutage weisen Widerstandselemente zur Temperaturmessung, die Platindrähte verwenden, Widerstands temperaturkoeffizienten auf, welche die oben erwähnten DIN- Normen erfüllen. Mit Ausnahme dieses Typs sind jedoch fast alle Widerstandselemente zur Temperaturmessung nicht in der Lage, die DIN-Normen zu erfüllen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Einstellen des Widerstandstemperaturkoeffi zienten eines Widerstandselements zur Temperaturmessung zu schaffen, um den Widerstandstemperaturkoeffizienten zu er höhen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 2 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 3 gelöst.

Insbesondere besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Einstellen des Widerstandstempera turkoeffizienten (TCR) eines Widerstandselements zur Tempe raturmessung, das einen Platinfilm verwendet, zu schaffen, derart, daß der TCR erhöht wird, um beispielsweise die DIN- Normen zu erfüllen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Erzeugen eines Widerstandselements zur Temperaturmessung zu schaffen, der einen TCR aufweist, welcher die DIN-Normen erfüllt.

Ein Verfahren zum Einstellen des TCR eines Widerstandsele ments durch Temperaturmessung mit einer elektrisch isolie renden Basis und einem Platinfilm, der auf der Basis gebil det ist, wobei der Platinfilm durch Sintern einer organi schen Platinresinatpaste gebildet ist, weist folgende Schritte auf: Steuern der Dicke des Platinfilms und/oder einer Temperatur, bei der der Platinfilm wärmebehandelt wird, nachdem der Platinfilm gebildet worden ist, wodurch der Widerstandstemperaturkoeffizient des Platinfilms eingestellt wird.

Ein Verfahren zum Erzeugen eines TCR eines Widerstandsele ments zur Temperaturmessung weist folgende Schritte auf: Aufbringen einer organischen Platinresinatpaste auf eine isolierende Basis; Sintern der organischen Platinresinatpa ste, um einen Platinfilm auf der isolierenden Basis zu bil den; und Erwärmen des Platinfilms bei einer Temperatur von mehr als 1220°C.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen detaillierter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht, die ein Widerstandselement zur Temperaturmessung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 einen Graph, bei dem der TCR jedes Platinfilms als Funktion einer Wärmebehandlungstemperatur aufge zeichnet ist;

Fig. 3 einen Graph, bei dem der TCR jedes Platinfilms als Funktion einer Dauer einer Wärmebehandlung aufge zeichnet ist; und

Fig. 4 einen Graph, bei dem der TCR jedes Platinfilms als Funktion einer Filmdicke aufgezeichnet ist.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Widerstandselement zur Temperaturmessung ausgerichtet, das eine elektrisch isolie rende Basis und einen Platinfilm aufweist, der auf der Basis gebildet ist. Dieser Platinfilm wird durch Brennen einer or ganischen Platinresinatpaste erhalten. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Dicke des Platinfilms und/oder die Temperatur, bei der der Film einer Wärmebehandlung unterzogen wird, nachdem er her gestellt worden ist, gesteuert, wodurch der TCR des Platin films eingestellt wird.

Es wurde herausgefunden, daß der TCR des Platinfilms, der durch Brennen einer organischen Platinresinatpaste erhalten wird, von der Filmdicke und ebenso von der Wärmebehandlungs temperatur nach dem Bilden des Films abhängt.

Wie oben erwähnt wurde, wird bei der vorliegenden Erfindung die Dicke des Platinfilms und/oder die Wärmebehandlungstem peratur nach dem Bilden des Films gesteuert. Somit kann ein Widerstandselement zur Temperaturmessung mit einem Wider standstemperaturkoeffizienten (TCR), der beispielsweise die DIN-Normen erfüllt, oder mit einem anderen erwünschten TCR ohne weiteres erhalten werden.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Wider standselements zur Temperaturmessung und ein Verfahren zum Einstellen des TCR des Widerstandselements zur Temperatur messung bezugnehmend auf die Zeichnungen erläutert. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, wird eine organische Platinresinatpaste auf einem isolierenden Substrat 2 aufgebracht. Jede organi sche Platinverbindung kann bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, solange die organische Platinverbindung in einer Luftatmosphäre bei einer normalen Temperatur stabil ist. Bevorzugterweise sollte jedoch die Reinheit des organi schen Platins 99,9% oder größer sein. Das isolierende Sub strat 2 kann aus irgendeinem beliebigen Material hergestellt sein, welches sich bei einer Temperatur von etwa 1300°C nicht deformiert. Falls das isolierende Substrat 2 aus Alu miniumoxid mit einer Reinheit von 96 bis 99,9% besteht, wird ein Widerstandselement zur Temperaturmessung mit einem guten Ansprechverhalten aufgrund einer guten thermischen Leitfä higkeit des Aluminiumoxid geschaffen.

Die aufgebrachte organische Platinverbindung wird vorzugs weise bei einer Temperatur von etwa 600 bis 900°C gebrannt, wodurch ein Platinfilm 3 auf dem Substrat 2 gebildet wird. Nach dem Bilden des Platinfilms 3 wird der TCR des Platin films 3 vorzugsweise wie nachfolgend beschrieben einge stellt.

Daraufhin werden Rillen 4 in dem Platinfilm 3 gebildet, so wohl um eine Widerstandsschaltung 5 mit einem Meandermuster (z. B. dem, das in Fig. 1 gezeigt ist) als auch um Anschluß elektroden 6 und 7 zu bilden, wodurch das Widerstandselement 1 zur Temperaturmessung hergestellt ist.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Einstellen des TCR des Platin films 3 wird nachfolgend beschrieben.

Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem TCR des Platinfilms 3 und der Temperatur, wobei der Film einer Wärmebehandlung unterzogen wird, nachdem der Platinfilm 3 auf eine be schränkte Platinfilmdicke von 1,6 µm gebildet worden ist. Wie aus diesem Graph zu sehen ist, wird durch Auswählen ei ner Temperatur einer Wärmebehandlung, die höher als etwa 1240°C ist, ein TCR erhalten, der die DIN-Normen erfüllt. Speziell wird ein Widerstandselement zur Temperaturmessung, das die DIN-Klasse A (3850 ± 5 ppm/°C) erfüllt, erhalten, falls das resistive Element zur Temperaturmessung bei einer Temperatur im Bereich von etwa 1310 bis etwa 1440°C eine Stunde lang oder bei einer Temperatur in dem Bereich von et wa 1280 bis etwa 1400°C drei Stunden lang erwärmt wird. Es wird ein Widerstandselement zur Temperaturmessung, das die DIN-Klasse B (3850 ± 13 ppm/°C) erfüllt, in dem Fall erhal ten, in dem das Widerstandselement zur Temperaturmessung bei einer Temperatur in dem Bereich von etwa 1240 bis etwa 1500°C eine Stunde lang oder bei einer Temperatur zwischen etwa 1220 und 1470°C drei Stunden lang erwärmt wird.

Auf diese Art und Weise wird die Sinterfähigkeit des Platin films 3 durch Erhöhen der Wärmebehandlungstemperatur des Platinfilms 3 erhöht. Dies macht denselben dichter, wodurch der TCR erhöht wird.

Wie es aus Fig. 2 zu sehen ist, wird in dem Fall, in dem die Behandlungszeit drei Stunden beträgt, ein höherer TCR erhal ten, als in dem Fall, in dem die Zeit eine Stunde beträgt. Somit ist es offensichtlich, daß der TCR durch Steuern der Wärmebehandlungszeit und/oder der Wärmebehandlungstemperatur gesteuert werden kann. Fig. 3 zeigt die Beziehung des TCR des Platinfilms 3 und der Dauer der Wärmebehandlung.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem TCR des Platinfilms 3 und der Dicke desselben. Der Graph zeigt Fälle, bei denen ein Platinfilm 3 mit einer bestimmten Dicke bei 1350°C drei Stunden lang bzw. bei 1300°C drei Stunden lang behandelt worden ist. Es ist aus diesen Graphen zu sehen, daß mit der Erhöhung der Dicke des Platinfilms 3 der TCR ansteigt.

Aus dem obigen Beispiel ist es offensichtlich, daß der TCR des Platinfilms durch Steuern entweder der Dicke des Platin films und/oder der Wärmebehandlungstemperatur (oder der Wär mebehandlungszeit) nach dem Bilden des Films eingestellt werden kann. Als Ergebnis kann ohne weiteres ein resistives Element zur Temperaturmessung mit einem erwünschten Wider standstemperaturkoeffizienten erhalten werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung als Verfahren zum Einstel len des Widerstandstemperaturkoeffizienten eines Wider standselements zur Temperaturmessung mit einem Platinfilm beschrieben worden ist, kann die Erfindung ferner auf ein Verfahren zum Einstellen eines widerstandstemperaturkoeffi zienten eines Widerstandselements zur Temperaturmessung mit einem anderen Edelmetallfilm angewendet werden. Ein Wider standstemperaturkoeffizient eines Widerstandselements zur Temperaturmessung, das beispielsweise einen Edelmetallfilm aufweist, der aus Ruthenium (Ru), Palladium (Pd), Iridium (Ir) oder Rhodium (Rh) besteht, kann ebenfalls durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung eingestellt werden.

Claims

1. Verfahren zum Einstellen eines Widerstandstemperaturko effizienten eines Widerstandselements (1) zur Tempera turmessung, das eine elektrisch isolierende Basis (2) und einen Platinfilm (3), der auf der Basis (2) gebil det ist, aufweist, mit folgenden Schritten:
Bilden des Platinfilms (3) durch Sintern einer organi schen Platinverbindung, die auf der Basis (2) positio niert ist; und
Steuern einer Dicke des Platinfilms (3) und/oder einer Temperatur, bei der der Platinfilm (3) nach dem Bilden des Platinfilms (3) wärmebehandelt wird, um den Wider standstemperaturkoeffizienten des Platinfilms (3) ein zustellen.

2. Verfahren zum Einstellen eines Widerstandstemperaturko effizienten eines Widerstandselements (1) zur Tempera turmessung, das eine elektrisch isolierende Basis (2) und einen Platinfilm (3), der auf der Basis (2) gebil det ist, aufweist, mit folgenden Schritten:
Bilden des Platinfilms (3) durch Sintern einer organi schen Platinverbindung, die auf der Basis (2) positio niert ist; und
beabsichtigtes Steuern einer Zeit, während der der Pla tinfilm (3) nach dem Bilden des Platinfilms (3) wärme behandelt wird, um den Widerstandstemperaturkoeffizien ten des Platinfilms (3) einzustellen.

3. Verfahren zum Erzeugen eines Widerstandstemperaturkoef fizienten eines Widerstandselements (1) zur Temperatur messung mit folgenden Schritten:
Aufbringen einer organischen Platinverbindung auf eine isolierende Basis (2);
Sintern der organischen Platinverbindung, um einen Pla tinfilm (3) auf der isolierenden Basis (2) zu bilden; und
Erwärmen des Platinfilms (3) bei einer Temperatur von mehr als 1220°C.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3,
das ferner den Schritt des Bestimmens der Temperatur aufweist, auf die der Platinfilm (3) erwärmt werden sollte, um sicherzustellen, daß das Widerstandselement (1) zur Temperaturmessung einen vorbestimmten Wider standstemperaturkoeffizienten des Platinfilms (3) auf weisen wird; und
bei dem der Platinfilm (3) in dem Erwärmungsschritt auf die bestimmte Temperatur erwärmt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem der Platinfilm (3) auf eine Temperatur erwärmt wird, welche darin resultiert, daß der Widerstandstem peraturkoeffizient des Platinfilms (3) 3850 ± 5 ppm/°C beträgt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem der Platinfilm (3) auf eine Temperatur erwärmt wird, welche darin resultiert, daß der Widerstandstem peraturkoeffizient des Platinfilms (3) 3850 ± 13 ppm/°C beträgt.