DE2538966A1 - Verfahren zur herstellung elektrischer temperaturfuehler - Google Patents

Verfahren zur herstellung elektrischer temperaturfuehler

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DE2538966A1
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Germany
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resistance
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metal layer
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DE19752538966
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Meryle Daniel Walter Adler
John Thomas Brown
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Corning Glass Works
Original Assignee
Corning Glass Works
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    • H01C17/075Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thin film techniques
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C1/00Details
    • H01C1/14Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H01C1/1406Terminals or electrodes formed on resistive elements having positive temperature coefficient
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-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
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    • H01C7/021Non-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 having positive temperature coefficient formed as one or more layers or coatings
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    • H01C7/22Elongated resistive element being bent or curved, e.g. sinusoidal, helical
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    • Y10S205/917Treatment of workpiece between coating steps

Description

ALEXANDER R. HERZFELD 6 Frankfurt a. m. so
RECHTSANWALT ZEPPELINALLEE 71 BEI DEM LANDGERICHT FRANKFURT AM MAIN TELEFON 0611/779125
Anmelderin: Corning Glass Works
Corning, N. Y., USA
Verfahren zur Herstellung elektrischer Temperaturfühler
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Temperaturfühlers mit positivem Temperaturkoeffizient des
Widerstandes.
Bekannte Temperaturfühler, welche den temperaturabhängigen elektrischen Widerstand messen, z. B. Thermistoren, PN-Übergangstransistoren, gewickelte Widerstände u. a. m.
haben verschiedene Nachteile. Thermistoren besitzen geringe Wärmebeständigkeit und Wiederholbarkeit, sie sind teuer in der Herstellung und haben meistens negative Temperaturkoeffizienten des Widerstandes. Transistoren haben geringe Wiederholbarkeit und ebenfalls negative Temperaturkoeffizienten. Widerstände mit Drahtwicklung haben eine starke
Veränderlichkeit des Widerstandes als Folge mechanischer
Vibration oder Schwingung, schwache Wärmebeständigkeit
und sind ebenfalls teuer in der Herstellung.
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Die Herstellung der bekannten Wärmefühler ist meist aufwendig und kapitalintensiv, und z. B. im Falle von Thermistoren arbeiten sie nicht linear.
Die Erfindung hat ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von Temperaturfühlern zur Aufgabe, welche sich durch einen positiven Temperaturkoeffizient des Widerstandes, eine geringe Veränderlichkeit des elektrischen Widerstands infolge mechanischer Vibrationen, hohe Wärmebeständigkeit und Wiederholbarkeit, sowie lineare Ansprechbarkeit auszeichnen.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren der Erfindung dadurch gelöst, daß auf ein dielektrisches Substrat eine elektrisch leitende Metalloxidschicht und auf diese eine Schicht eines oder mehrerer der Metalle Nickel, Chrom, Platin, Zirkon, Zink, Molybdän, Eisen aufgebracht und das ganze auf bis zu 75O°C erhitzt wird.
Die Figur 1 zeigt im Längsschnitt ein dielektrisches Substrat mit einer ersten Metalloxidschicht, und die Figur 2 dieses mit einer zweiten Metalloxidschicht über der ersten Schicht.
Die Figuren 3 und 4 zeigen im Längsschnitt zwei verschiedene Ausbildungen des erfindungsgemäßen Temperaturfühlers.
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Eine weitere Ausgestaltung desselben zeigt die Figur 6 in perspektivischer Ansicht.
Die Figur 6 zeigt als Schaubild das Verhältnis von Widerstand (Senkrechte) und Temperatur eines typischen Temperaturfühlers der Erfindung.
Das dielektrische Substrat kann aus Glas, Keramik, Glaskeramik oder organischem Material, z.B. verträglichen Kunststoffen bestehen, und kann zylindrisch, rohr- oder plattenförmig sein. Die elektrisch leitende Metalloxidschicht besteht vorzugsweise aus Zinn- Antimonoxid mit 0,5 - 6,5 Gew. % Antimongehalt, und gegebenenfalls weiteren Oxidzusätzen wie Indium-, Eisen, Nickel-, Cadmi-um-, Zinkoxid, oder anderen, gut haftenden und mit dem Substrat und der Metallschicht vereinbaren Oxiden mit einer Resistivität kleiner als etwa 100 Ohm/Quadrat. Geeignet sind z.B. auch die Schichten der US-PS 3,217,281, 2,564,706, 2,564,707, 2,915,730, 2,934,736. Für die Erfindungen kommen grundsätzlich Resistivitätswerte von etwa 1-100 Ohm/Quadrat in Frage.
Auf die erste Schicht 12 wird eine Metallschicht 14 aufgebracht; diese besteht vorzugsweise aus Chrom, Zirkon, Zink, Molybdän, Eisen, Platin oder anderen Edelmetallen. Sie kann durch chemischen oder Vakuumniederschlag, Sputtern, Elektro- ' plattioren usw. aufgebracht werden. Zur besseren Haftung und
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chemischen Bindung der beiden Schichten wird die Oberfläche der ersten Schicht 12 zunächst sorgfältig gereinigt, um wasserlösliche und -unlösliche Filme, Öle und andere Verunreinigungen zu entfernen, z.B. durch eine basische Vorwäsche, gefolgt von einer sauren Nachwäsche, z.B. Natriumsäuresulfat in Wasser mit einem Netzmittel, Natrium- oder Kaliumwasserstoffsulfat, als saure, wässerige NaOH oder Natriumkarbonat als basische Wäsche. Das Substrat wird z.B. in jedes Waschbad je 10 Minuten eingetaucht und jedesmal mit Wasser nachgespült, und das Substrat dabei vorzugsweise im Bad bewegt.
Nach Aufbringen der zweiten Schicht 14 wird das Substrat wieder gründlich mit Wasser gewaschen und an der Luft getrocknet. Zur Wärmebehandlung wird das beschichtete Substrat dann in einen Ofen gebracht. Die Wärmebehandlung richtet sich nach der Zusammensetzung der Metallschicht, z.B. maximal 450 C während 5 Minuten bei Nickelschichten, oder bis zu 750° während 20 Minuten bei Platinschichten. Diese Wärmebehandlung verbessert die Bindung und Struktur, insbesondere Dichte und Korngröße des Metalls, wie auch Korngrenzflächenverunreinigungen und damit wichtige elektrische Eigenschaften wie z.B. den Temperaturkoeffizient des Widerstandes, die Resistivität, und die langfristige Stabilität.
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Anschließend können die so behandelten Schichten nach Maßgabe des gewünschten Widerstandswertes spiralförmig gewickelt werden, z.B. mechanisch, durch Laser usw. Mit Kappen 20, 22 werden dann die Anschlüsse 16, 18 befestigt. Zuletzt kann das Element mit einer dielektrischen Schutzschicht 24 versehen werden, z.B. aus Silikonen, Alkyden, Polyester, Epoxy, Urethan, Fluorpolymeren, Polyimiden und dergleichen.
In der weiteren Ausgestaltung der Figur 4 ist das Substrat 32 des Temperaturfühlers 30 rohrförmig ausgebildet. Eine Endkappe 34 wird auf die Schicht 14 am einen Ende des Elements aufgesetzt. Eine zweite Endkappe 36 mit einer mittleren Öffnung 38 wird auf die Schicht 14 auf das andere Ende gesetzt. An der Kappe 36 ist der Anschluß 26, an der Kappe 34 der in gleicher Richtung aber durch das Rohrinnere geführte Anschluß 28 befestigt. Ein dielektrischer Ring 40 kann in der Öffnung 38 vorgesehen sein und verhindert einen elektrischen Kontakt zwischen dem Anschluß 28 und der Kappe 38.
In der zweiten Ausgestaltung der Figur 5 ist das Substrat flach oder plattenförmig. Nach Aufbringen der Schichten 44, 46 werden an entgegengesetzten Enden im Kontakt mit der oberen, metallischen Schicht 46 die Anschlüsse 48, 50 angebracht. Gegebenenfalls kann der Stromweg zwischen den
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Anschlüssen durch Entfernen von Teilen der Schichten entsprechend den gestrichelten Linien 52 der Figur 5 vergrößert werden.
Ein als Beispiel hergestelltes typischen Element hatte das Widerstands-Temperaturverhältnis der Figur 6, sowie sehr gute Vibrationsfestigkeit, Wärmebeständigkeit und Wiederholbarkeit, bei niedrigen Herstellungskosten, linearer Ansprechbarkeit und positivem Temperaturkoeffizient des Widerstandes.
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Claims (8)

  1. Patentansprüche
    [ 1./Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Temperaturfühlers, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein dielektrisches Substrat (10) eine elektrisch leitende Metalloxidschicht (12) und auf diese eine Schicht (14) eines oder mehrerer der Metalle Nickel, Chrom, Platin, Zirkon, Zink, Molybdän, Eisen aufgebracht und das ganze auf bis zu 7500C erhitzt wird.
  2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Aufbringen der Metallschicht die Metalloxidschicht in eine Base getaucht und gespült und sodann in eine Säure getaucht und gespült wird.
  3. 3. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht durch Niederschlag aus der Dampfphase, Elektroplattieren oder Sputtern aufgebracht wird.
  4. 4. Verfahren- gemäß Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus Nickel besteht.
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    253896a
  5. 5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus Zinn-Antimon mit einer Resistivität bis zu 100 Ohm/Quadrat besteht.
  6. 6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem alkalifreien Glas besteht.
  7. 7. Verfahren gemäß irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromweg zwischen beiden Schichten durch spiralförmige Wicklung vergrößert wird.
  8. 8. Verfahren gemäß irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das beschichtete Substrat mit Anschlüssen versehen und einer dielektrischen Schutzschicht umgeben wird, über welche die Anschlüsse hinausreichen.
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    Leerseite
DE19752538966 1974-09-19 1975-09-02 Verfahren zur herstellung elektrischer temperaturfuehler Withdrawn DE2538966A1 (de)

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