DE2445804A1

DE2445804A1 - Verfahren zur messung eines elektrischen parameters, insbesondere des temperaturkoeffizienten von halbleiter-temperaturfuehlern

Info

Publication number: DE2445804A1
Application number: DE19742445804
Authority: DE
Inventors: Gerhard Krause
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-09-25
Filing date: 1974-09-25
Publication date: 1976-04-15

Description

Verfahren zur Messung eines elektrischen Parameters, insbesondere des Temperaturkoeffizienten von Halbleiter-Demperaturfublern.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung eines elektrischen Parameters, insbesondere des Temperaturkoeffizienten von Halbleiter-Temperaturfühlern, insbesondere von Heißleitern und Kaltleitern.
Halbleiter-Temperaturfühler werden zum Messen und Regeln von Temperaturen verwendet. Die größte Bedeutung besitzen derzeitig die Heißleiter. Der Widerstand von Heißleitern sinkt mit der steigenden Temperatur0 Durch eine Widerstandsmessung kann also die Temperatur des Heißleiters ermittelt werden wenn der Widerstand als Funktion der Temperatur bekannt ist, Die Herstellungstoleranzen sind jedoch so groß, daß der Temperaturkoeffizient des Heißleiters im Prüffeld gemessen werden mußO Häufig erfolgt dabei eine Selektion in Temperaturkoeffizient-Klassen.
Es ist bekannt, den Temperaturkoeffizienten von Heißleitern durch Messung des Widerstandes bei mindestens zwei Temperaturen zu bestimmen. Um eine konstante Temperatur des Widerstandskörpers zu garantieren, werden hierzu die Widerstände in einem 1-bad oder einem luftstrom angeordnet Die Temperatur des Öles bzw. der Luft wird konstant gehalten.
Beide Verfahren sind im Vergleich zu Messungen an anderen Halbleiterbauelementen sehr zeitraubend und damit teuer Bei der Messung im Ölbad müssen die Heißleiter anschließend vom anhaftenden 1 befreit werden. Die Messung im Luftstrom ist für hohe Anforderungen an die Toleranz nicht geeignet, weil es nicht gelingt, die Lufttemperatur - unter Berücksichtigung der räumlichen Temperaturverteilung - in großen Anlagen mittele Thermostaten genügend konstant zu halten0 Nachteilig ist weiterhin die lange Aufheizzeit von Präzisionsthermostaten.
Es müssen eine große Anzahl von Thermostaten aufgestellt werden Dadurch wird die Prüfung teuere Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren für Halbleiter-Temperaturfühler anzugeben, mit dem auch in einfachen Thermostaten und bei kurzen Aufheiz zeiten eine hohe Meßgenauigkeit erreicht wird Zur lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art der Halbleiter-Temperaturfühler erfindungsgemäß mit zwei verschiedenen Materialien kontaktiert und die zwischen en Kontakten stehende Thermospannung gemessen0 Bei einer weiteren Ausbildung des Meßverfahrens können Thermos taten vollständig entfallen. Die Heißleiter-Temperaturfühler werden dabei durch einen elektrischen Strom, der durch den Heißleiter-Temperaturfühler fließt, aufgeheizt.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigt: ~ 9 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der Halbleiter-Temperaturfühler in eine Meßfassung gesteckt wird, bei der die beiden KOntakte aus verschiedenem Material bestehen; und Figur 2 einen Halbleiter Temperaturfühler, bei dem die Anschlußdrähte aus verschiedenem Material bestehen.
In Figur 1 ist 1 ein Heißleiter mit den aufgebrannten Silberschichten 2, 3.,Der Heißleiter-Temperaturfühler 1 steckt in einer Meßfassung mit den Kontakten 4 und 5 aus verschiedenem Material. In der linken Schalterstellung eines Schalters 6 fließt ein Strom durch den Heißleiter 1. Der Strom wird von einem Stromversorgungsgerät 7 geliefert. Durch diesen Strom wird der Heißleiter 1 in weniger als einer Sekunde auf die Meßtemperatur (z.B. 1000C) aufgeheizt. Dann wird der Schalter 6 auf die mittlere Schalterstellung geschaltet. In dieser Stellung mißt ein Widerstandsmeßgerät 8 innerhalb einer Millisekunde den Widerstand des Heißleiters 1. Dann erfolgt die Umschaltung auf die'rechte Schalterstellung.
Entscheidend ist nun, daß die Kontakte 4 und 5 aus verschiedenem Material bestehen (z.B. aus Platin und Platinrhodium). Die berührende Oberfläche dieser Kontakte 4, 5 nimmt die Temperatur des Heißleiters an. Zwischen den beiden Kontakten 4, 5 entsteht deswegen eine Thermospannung, die in der rechten Stellung des Schalters 6 mit einem Spannungsmesser 9 gemessen wird.
Auf diese Weise gelingt es unmittelbar, die Temperatur des Heißleiters 1 zu messen. In einem Rechner 10 wird der gemessene Widerstand und die gemessene Thermospannung automatisch in den Temperaturkoeffizienten umgerechnet. An Ausgängen 11 und 12-steht ein Signal zur Steuerung einer nicht dargestellten Sortiermaschine zur Verfügung. Es folgt eine automatische Selektion nach Temperaturkoeffizienten. Durch diese Maßnahmen werden nur geringe Anforderungen an die Konstanz der Aufheiztemperatur gestellt.
Die Kontakte 4, 5 liegen großflächig auf dem Heißleiter 1 auf.
Darunter verringert sich der Querschnitt der Kontakte, um die Wärmeableitung gering zu halten. Es ist zweckmäßig, die Kontakte 4, 5 durch eine Zusatzheizung dauernd annähernd auf der Temperatur des aufgeheizten Heißleiters zu halten.
Statt der Aufheizung durch Stromfluß kann die Aufheizung auch in einem einfachen Thermostaten oder einem Rohrofen, durch den der Heißleiter transportiert wird, erfolgen. Der Vorteil ist auch hier, daß an die Temperaturkonstanz nur geringe Anforderungen gestellt werden.
Die zwischen den Kontakten 4, 5 befindlichen Materialien haben keinen Einfluß auf die Thermospannung, wenn beide Seiten des Heißleiters praktisch die gleiche Temperatur besitzen. Die Thermokraftänderung der Kontaktmaterialien 4, 5, z.B. aufgrund innerer mechanischer Spannungen, sind praktisch immer vernachlässigbar, weil nur das Produkt von Thermospannungsänderungen multipliziert mit der Temperaturdifferenz zwischen den Punkten unterschiedlicher Thermokraft als Meßfehler wirksam wird. Beide Größen können relativ klein gehalten werden.
Wegen der oben genannten Unabhängigkeit der Thermospannung von den zwischen den Kontakten befindlichen Materialien, können beide Kontakte 4, 5 auch eine Auflage von gleichartigen abriebsfestem Kontaktmaterial erhalten, ohne daß die Messung beeinflußt wird.
Bei Meßleitern besteht die Gefahr, daß bei der Aufheizung durch Stromfluß der Strom sich nicht gleichmäßig über den Querschnitt verteilt, sondern in einem dünnen Kanal konzentriert.
Das kann zu Meßfehlern oder sogar zur Zerstörung des Heißleiters führen. Um diesen Effekt weitgehend zu unterdrücken, wird zum Aufheizen hochfrequenter Wechselstrom (z.B. 100 MHz) verwendet. Durch den Stromverdrängungseffekt wird die Konzentraktion des Stromes auf einen zu kleinen Querschnitt verhindert.
Figur ? zeigt einen Heißleiter 1 mit aufgebrannten,Lötstellen 13 besitzende Silberelektroden 2, 3 an denen Anschlußdrähte 14, 15 angelötet sind. Der Heißleiter ist in ein Glasgehäuse 16 eingeschmolzen. Die Anschlußdrähte 14, 15 bestehen aus verschiedenem Material (z.B. aus Kupfer und einer Kupferlegierung). Wird der Heißleiter aufgeheizt, dann liefern diese beiden Anschlußdrähte die Thermospannung, die als Maß für die Temperatur des Heißleiters verwendet wird.
Bei der praktischen Ausführung ist noch zu beachten, daß die meßbareThermospannung von der Differenz der Temperatur zweier Kontaktstellen abhängt. In der Anordnung nach Fig. 1 sind deswegen die Kontaktmaterialien bis zu Lötstellen 17 gezogen.
Diese Lötstellen 1.7 müssen auf konstanter Temperatur gehalten werden. Von diesen Punkten zum Meßgerät werden Drähte aus gleichem Material verwendet.
Das beschriebene Meßerfahren für Halbleiter-Temperaturfühler ist nicht auf Heißleiter beschränkt, insbesondere kann es auch für Kaltleiter und für einkristalline Temperaturfühler (z.B.
aus Silizium) verwendet werden.
2 Figuren 8 Patentansprüche

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1.) Verfahren zur Messung eines elektrischen Parameters, insbesondere des Temperaturkoeffizienten von Halbleiter-Temperaturfühlern, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß der Halbleiter-Temperaturfüiiler mit zwei verschiedenen Materialien kontaktiert und daß die zwischen diesen Kontakten. stehende Thermospannung gemessen wird.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -s ei c h n e t, daß als Kontakte, zwischen denen die Thermospannung gemessen wird, eine Meßfassung verwendet wird, in die der Halbleiter-Tçmperaturfühler eingesetzt wird.
3.) Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Kontakte aus verschiedenem Material mit einer Auflage aus abriebfestem Material belegt sind.
4.) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Eigenkontakte des Halbleiter-Temperaturfühlers aus verschiedenem Material bestehen.
5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zusätzlich zur Thermo spannung der Widerstand des Halbleiter-Temperaturfühlers gemessen wird und daß aus beiden Meßwerten der Temperaturkoeffizient automatisch ermittelt wird.
6.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n. e t, daß die Widerstandsmessung und die Messung der Thermospannung nacheinander ausgeführt wird.
7.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Halbleiter-Temperaturfühler kurz vor der Messung und/oder während der Messung durch einen durch den Halbleiter-Temperaturfühler fließenden Strom aufgeheizt wird.
8.) Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Aufheizung durch einen hochfrequenten Strom erfolgt.

L e e r s e i t e