DE2724679B2

DE2724679B2 - Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerstandselementen, beispielsweise für Wärmesonden und Dehnungsmeßstreifen

Info

Publication number: DE2724679B2
Application number: DE2724679A
Authority: DE
Inventors: Paul Nizza Simon (Frankreich)
Original assignee: FRANCAISE DE L'ELECTRO- RESISTANCE PARIS Ste
Current assignee: FRANCAISE DE L'ELECTRO- RESISTANCE PARIS Ste
Priority date: 1976-06-08
Filing date: 1977-06-01
Publication date: 1980-02-07
Also published as: NL168075C; AT353893B; JPS5735564B2; JPS5314400A; NL168075B; GB1578830A; NO146586B; DK250577A; SE414557B; DD134469A5; DK144348C; CH620545A5; DE2724679A1; IT1078455B; NO771916L; SE7706399L; ES459573A1; DK144348B; ATA386477A; BE855171A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerstandselementen, beispielsweise für Würmesonden und Dehnungsmeß- streifen, bei dem man von einem auf einem isolierenden Träger befestigten dünnen Widerstandskörper aus einem Metall oder einer Metallegierung ausgeht, auf den man eine Maske mit Rillen aufbringt, deren Ränder dem Umriß des in den Widerstandskörper einzugravierenden elektrischen Widerstandsmusters entsprechen.

Es -sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerstandsele»iienten auf

ίο die vorstehend beschriebene Weise bekannt. Sie unterscheiden sich im wesentlichen durch die Art voneinander, in der das gewünschte elektrische Widerstandsmuster in den Widerstandskörper eingraviert wird.

Bei dem aus der französischen Patentschrift 1324156 bekannten Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerstandselementen erfolgt die Eingravierung des elektrischen Widerstandsmusters in die Widerstandsschicht durch Ätzung auf elektrochemi-

M schem Wege. Dies führt jedoch zu unebenen Bahnen mit rauhen Rändern, worunter die Stabilität und Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der auf diese Weise hergestellten elektrischen Widerstandselemente leidet. Bei dem aus der deutschen Offenle- gungsschrift 2144656 bekannten Verfahren erfolgt die Herstellung eines elektrischen Widerstandselements durch BiStrahlen der Widerstandsschicht mit oxidierenden Ionen.

Dabei wird jedoch kein Metall abgetragen, sondern

in die auftreffenden Ionen reagieren mit dem Metall der Widerstandsschicht. Auch bei dem aus der Zeitschrift »Solid State Technology«, 15 (1972), Heft 7, Seiten 36 bis 39, bekannten Verfahren erhält man integrierte Schaltungen durch Bestrahlung der Wider-

I) Standsschicht mit Ionen. Nach den Angaben in der deutschen Auslegeschrift 1106893 kann auch unter Verwendung eines Elektronenstrahls ein Widerstandsmuster in eine Widerstandsschicht eingraviert werden. Bei diesen bekannten Verfahren, die unter

4Ii Verwendung von Ladungsträgerstrahlen durchgeführt werden, ist jedoch eine mehr oder minder komplizierte Anordnung zur exakten Steuerung des Ladungsträgerstrahls erforderlich, welche die Herstellung von elektrischen Widerständen mit reproduzier-

•r> baren Eigenschaften erschwert.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 565 127 ist es zwar bereits bekannt, daß Ladungsträgerstrahlen zum Perforieren von Folien oder Blechen verwendet werden können, damit lassen sich jedoch keine stabi-

■>o len elektrischen Widerstandselemente mit genau reproduzierbaren Ohmschen Werten herstellen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2302615 und dem Buch »Technische Kunstgriffe«, 1966, Seite 277, ist zwar bekannt, daß mäanderförmige Widerstände für

Vi Wärmesonden und Dehnungsmeßstreifen verwendet werden können, auf weiche Weise das gewünschte elektrische Widerstandsmuster in die Widerstandsschicht eingraviert wird, geht daraus jedoch nicht hervor.

Mi Aufgabe der Erfindung war es daher, die bekannten Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerstandselementen dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Eingravierung des Widerstandsmusters in den dünnen Widerstandskörper aus einem Metall oder ei-

tv) ner Metallegierung technisch einfacher und damit wirtschaftlicherer durchgeführt werden kann unter Erzielung von elektrischen Widerständen mit besser reproduzierbaren Eigenschaften.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man ein aus einer Maske, einem Widerstandskörper, einer Klebeschicht und einem Träger bestehendes Widerstandselement der Einwirkung eines Strahls aus chemisch inerten Ionen aussetzt, die eine kinetische Energie besitzen, die höher ist als die Bindungsenergie zwischen den die Maske und den Widerstandskörper aufbauenden Atomen, mindestens bis zur Eliminierung der Maske und der unter den Rillen der Maske befindlichen Teile des Widerstandskörpers, wobei das für die Maske verwendete Material eine höhere Erosionsgeschwindigkeit bei Einwirkung eines Iorenstrahls besitzt als das Material des Widerstandskörpers.

Gegenüber den ebenfalls mit Abdeckmasken arbeitenden elektrolytischen Abgleichverfahren besteht ein Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Einsparung des sonst in der Regel erforderlichen separaten Verfahrensschrittes zur Entfernung der Maske nach erfolgtem Abgleich, während ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber bekannten Abgleichverfahren, die mit Ladungsträgerstrahlen arbeiten, darin zu sehen ist, daß durch das zur Anwendung gelangende spezielle Maskenverfahren eine mehr oder minder komplizierte Anordnung zur exakten Steuerung des Ladungsträgerstrahls nicht mehr erforderlich ist.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich ein sehr gleichmäßiger Materialabtrag auf technisch einfache und wirtschaftliche Weise erzielen, wobei die erhaltenen Widerstandsbahnen extrem glatte Schnittflächen besitzen, die genau senkrecht zu der Oberfläche des dünnen Widerstandskörpers verlaufen. Die auf diese Weise erhaltenen Widerstandselemente weisen sehr hohe Flächenwiderstandswerte auf, die bei der großtechnischen Herstellung extrem wenig streuen. Hinzu kommt, daß das anmeldungsgemäße Verfahren auf technisch einfache und wirtschaftliche Weise durchgeführt werden kann, da eine Reihe von kostspieligen und komplizierten Verfahrensstufen, wie z. B. die Abscheidung einer Kupferschicht auf der zu ätzenden Oberfläche, die Übertragung des Ganzen auf eine andere Oberfläche, eine erneute Übertragung auf das isolierende Substrat und die Ablösung der Kupferschicht, entfallen können.

Das anmeldungsgemäße Verfahren bietet gegenüber den bekannten Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerstaiidseiementen zusammengefaßt die folgenden Vorteile:

- Es ermöglicht die Herstellung von elektrischen Widerständen mit sehr hohen Ohmschen Werten pro Flächeneinheit:

- seine Durchführung erfolgt relativ schnell, wobei mehrere hundert Widerstände gleichzeitig der Einwirkung des Ionenstrahls ausgesetzt werden können und die Dauer der vollständigen Gravierung einige Stunden nicht übersteigt;

- die Durchführung des Verfahrens ist technisch einfach, da nur eine sehr geringe Anzahl von Verfahrensstufen zur Anwendung kommt;

- zum Ätzen kann eine viel größere Anzahl von Metallen oder Metallegierungen verwendet werden als bei den bekannten chemischen und elektrochemischen Verfahren, so daß es für die Herstellung von Widerständen mit einem großen Widerstandsbereich anwendbar ist;

- es kann auf di·.; Serienherstellung von elektrischen Widerständen mit unterschiedlichen Ohmschen Werten angewendet werden, wobei lediglich die Dicke der Maske verändert zu werden braucht;

' - es ist anwendbar auf die Herstellung von Wärmesonden und Dehnungsmeßstreifen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Er · findung besteht der verwendete Ionenstrahl aus positiven Argonionen mit einer kinetischen Energie zwisehen 1 und 2 keV udn einer lonenstromdichte zwischen 0,5 und 5 mA/cm².

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verwendet man zur Herstellung von Widerständen mit unterschiedlichen Ohmschen Wer-5 ten dünne Widerstandskörper aus Metallen oder Metallegierungen, die an allen Stellen die gleiche Dicke aufweisen, auf die man Masken aufbringt, die untereinander gleiche. Rillen aufweisen und deren Dicke in Abhängigkeit von der Metallmenge, die durch Gra- 2<> vieren aus dem dünnen Widerstandskörper entferni werden soll, festgelegt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugen Ausgestaltung der Erfindung verwendet man zur Herstellung von Wärmesonden einen dünnen Widerstandskörper aus α einem Metall oder einer Metallegierung, dessen Tempern Uirkoeffizient eine etwa lineare Funktion der Temperatur zwischen —200 und +600" C ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verwendet man zur Herstellung von )<> Dehnungsmeßstreifen einen dür.nen Widerstandskörper aus einer Nickel-Chrom-Legierung, die den Vorteil hat, daß sie einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung r> der Erfindung verwendet man einen dünnen Widerstandskörper, der aus Platin, Nickel oder einer Platin-Wolfram-Legierung besteht.

Die Maske besteht vorzugsweise aus einem lichtempfindlichen Häutchen auf der Basis von Orthochii» nondiazid und die zu gravierende Widerstandsschicht besteht vorzugsweise aus einer Nickel-Chrom-Legieiung.

Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bringt man auf eine Metall- oder ■<> Metallegierungsfolie, die den dünnen Widerstandskörper darstellt, eine Maske mit Rillen auf, deren Ränder dem Umriß des in den Widerstandskörper einzugravierenden elektrischen Widerstandsmusters entsprechen.

'■» Das aus der Maske, dem dünnen Widerstandskörper, einer Klebeschicht und einem isolierenden Träger bestehende Wideistandselement wird dann der Einwirkung eines Strahls aus chemisch inerten Ionen ausgesetzt, die eine kinetische Energie besitzen, die höher Vi ist als die Bindungsenergie zwischen den die Maske und den Wide! itänden aufbauenden Atomen.

Beim Auftreffen der ionen auf die Maske und den Widerstandskörper wird die kinetische Energie dieser Ionen auf die Atome der Maske und des Widerstan Js-Mi körpers übertragen. Dies hat eine Erosion der Maske und dei Oberfläche des Widerstandskörpers zur Folge, wobei die Erosionsgeschwindigkeit von der Art des Materials, aus dem die Maske jnd der Widerstandskörper bestehen, und der Art und Dauer der h--, auftreffenden Ionenstrahlen abhängt.

Nach diesen verfahren lassen sich extrem feine Gravierungen und damit Widerstände mit hohem Ohmschen Wert pro Flächeneinheit (1 bis 1,5 ΜΩ/

cm²) bei nur sehr geringer Streuung der Werte in einem großtechnischen Maßstabe erzielen. Die bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen elektrischen Widerstände unterscheiden sich von den nach bekannten Verfahren erhaltenen elektrisehen Widerständen dadurch, daß die Widerstandsbahnen einen abgerundeten und konvexen Querschnitt aufweisen, dessen konvexe Krümmung nach außen gerichtet ist. Solche Widerstände weisen wesentlich höhere Ohmsche Werte pro Flächeneinheit auf als die nach bekannten Ätzverfahren erhaltenen elektrischen Widerstände, was nicht nur auf das abgerundete und konvexe Frofil des Querschnitts der Widerstandsbahnen, sondern auch darauf zurückzuführen ist, daß die Widerstandsbahnen breiter sind als die in der verwendeten Maske erhaltenen Rillen.

Die Firfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht einer auf einen '!'rager aulgebrachten Metallfolie als Widerstandskörper,

Fig. 2 eine Schnittansicht, die eine auf die Metallfolie gemäß Fig. 1 aufgebrachte Maske zeigt,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die auf die Metallfolie gemäß Fig. 1 und 2 aufgebrachte Maske,

Fig. 4 das Schema einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Ionenstrahl für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht der auf ihrem Träger befindlichen Metallfolie nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. f)eine schematische Darstellung, die den Fortschritt der Gravierung der Maske und der Metallfolie während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Abhängigkeit von der Zeit zeigt, und

Fig. 7 die Draufs'cht auf einen erfindungsgemäß hergestellten Dehnungsmeßstreifen.

Die Fig. 1 zeigt eine auf einen isolierenden Träger 2. beispielsweise auf einen keramischen Träger, mittels einer Klebeschicht 3 aufgebrachte Metall- oder Metallegierungsfolie 1 (dünner Widerstandskörper). Erfindungsgemäß hat die Folie 1 eine Dicke von einigen μηι.

In der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens bringt man auf die Folie 1 eine Maske 4 mit RiI-len 5 (Fig. 2 und 3) auf, deren Ränder 6 dem Umriß des in die Folie 1 einzugravierenden elektrischen Widerstandsmusters entsprechen. Erfindungsgemäß graviert man dieses Widerstandsmuster in der Weise ein. daß man das aus der Maske 4, der Folie 1, der Klebeschicht 3 und dem Träger 2 bestehende Ganze einem Strahl a:-s chemisch inerten Ionen aussetzt, deren kinetische Energie höher ist als die Bindungsenergie zwischen den die Maske 4 und die Metall- oder Metallegierungsfolie 1 aufbauenden Atomen.

Dieses Gravierungsverfahren kann beispielsweise mit der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung durchgeführt werden. Diese Vorrichtung besteht aus einem Behälter 7, der über die Leitung 8 mit einer nichtdargestellten Vakuumpumpe verbunden ist, die ein Vakuum in der Größenordnung von 7 · 10"⁷ mbar erzeugen kann.

Die Vorrichtung weist ferner eine Ionisations- und Beschleunigungskammer 10 für den Ionenstrahl 9 auf Diese Kammer 10 entspricht der von Kaufman and Reader in »ARS Electrostatic Propulsion Conf. Monterey col. 960, Rapport no. 1374«, beschriebenen. Die Ionisierung des in diesem Beispiel aus Argon

bestehenden, durch die Leitung 1Oo eingeführten Gases erfolgt in einem homogenen Magnetfeld von einigen 10 Tesla (T), das mittels einer Induktionsspule 11 erzeugt wird und sich zwischen einer zylindrischen Anode 12 und einem Elektronen aussendenden Draht 12a erstreckt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht der Ionenstrahl 9 vorzugsweise aus positiven Argonionen mit einer kinetischen Energie zwischen 1 und 2 keV und einer Ionenstromdichte zwischen 0,5 und 5 mA/ cm². Der Vakuumbehälter 7 enthält einen Träger 13, dessen dem Ionenstrahl 9 ausgesetzte und senkrecht dazu angeordnete Oberfläche 13a einen oder mehrere zu gravierende Folien 1 aufnehmen kann.

Bei dem dargestellten Beispiel ist der Träger 13 um die Achse des Ionenstrahls 9 drehbar montiert. Diese Drehung gewährleistet eine sehr homogene Gravierung der dem Ionenstrahl 9 ausgesetzten Metallfolie bzw. Metallfolien. In diesem Beispiel fließt übrigens auch durch das innere des Trägers 13 eine Kühlflüssigkeit 14 zum Kühlen des Trägers 13.

Die Wechselwirkung zwischen den Ionen des Ionenstrahls 9 und den diesen Ionen ausgesetzten Oberflächen der Maske 4 und der Folie 1 bewirkt eine Abtrennung von Atomen, was zu einer Erosion der Maske 4 und der Foiie 1 führt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besitzt das für die Maske 4 verwendete Material unter der EinwirkCife des Ionenstrahls 9 eine höhere Erosionsgeschwindigkeit als das Material des zu gravierenden Widerstandskörpers (Folie) 1. Die Maske 4 besteht vorzugsweise aus einem lichtempfindlichen Häutchen, einem sogenannten »Photoresist« aus einem Gemisch von o-Chinondiazid-Derivaten (beispielsweise aus dem Sulfochlorid von 2,l-Naphthochinon-5-diazid, vergleiche die US-Patentschrift 3046120) und Phenol-Formaldehyd-Harz.

Unter der Einwirkung eines Ionenstrahls mit einer Energie von 1 keV und einer Stromdichte zwischen 0,5 und 0,6 mA/cnr wird die aus dem vorgenannten Material bestehende Maske 4 mit einer Geschwindigkeit von 4,5 nm/Sekunde erodiert. Diese Erosionsgeschwindigkeit ist höher als diejenige für das Metall oder die Metallegierung, aus der die Folie 1 besteht. Wenn diese beispielsweise aus einer Nickel-Chrom-Legierung mit 80% Nickel und 20% Chrom besteht, beträgt die Erosionsgeschwindigkeit unter den obengenannten Bedingungen 7,1 nm/Sekunde.

Erfindungsgemäß werden die Maske 4 und die Folie 1 mindestens so lange der Einwirkung des Ionenstrahls 9 ausgesetzt, bis die Maske 4 und das Metall unter den Rillen 5 der Maske 4 abgetragen wü i. Dies ist möglich, weil die Erosionsgeschwindigkeit der Maske 4 höher ist als diejenige der Metallfolie 1. Aui diese Weise ist es nicht erforderlich, die Maske 4 in einer getrennten Verfahrensstufe zu entfernen, wie dies bei den bisher bekannten chemischen und elektrochemischen Verfahren der Fall war. Vorzugsweise bestrahlt man die Maske 4 und die Metalifolie 1 mit den Ionen 9, bis die Maske 4 vollständig abgetrager ist und der in die Metallfolie eingravierte elektrische Widerstand den gewünschten Ohmschen Wert aufweist.

Die Fig. 5 zeigt das Ergebnis der Gravierung mil dem Ionenstrahl 9. Die Maske 4 ist vollständig entfernt und übriggeblieben sind die Widerstandsbahner la mit abgerundeten Kanten, die durch Rillen IS mil einer maximalen Breite /, voneinander getrennt sind

wobei die Breite dieser Rillen größer ist als die Anfangsbreite /„ der Rillen 5 der Maske 4.

Die Fig. 6 zeigt das Fortschreiten der Erosion der Maske 4 unc¹ der Metallfolie 1 unter der Einwirkung des Ionenstrahl 9 in Abhängigkeit von der Zeit. In dem nachfolgenden Beispiel 1 sind die Versuchsbe dingungen angegeben, die zu der dargestellten Figur pc'ührt haben.

Die Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf einen erfin dungsgemäß hergestellten Dehnungsmeßstreifen. Dieser Dehnungsmeßstreifen besteh» aus einem elektrischen Widerstand 20. der durch Gravieren einer auf einem isolierenden Träger aus einem Keramik- oder Glasplättchen 21 angebrachten Metall- oder Metalllegierungsfolie erhalten wurde. Der Widerstand 20 besteht aus dünnen parallelen Widerstandsbahnen 22 und 22«. deren Enden 23 miteinander verbunden sind und somit ein sinusförmiges Muster ergeben, wobei ihre Gesamtlänge wesentlich größer ist als die Abmessungen des isolierenden Trägers. In dem dargestellten Heispiel besitzen die entlang der einander gegenüberliegenden Ränder des isolierenden Trägers 21 verlaufenden Halmen 22« verbreiterte Enden 24. die zum Anschluß des Dehnungsmeßstreifens an einen äußeren elektrischen Stromkreis dienen.

Zur Herstellung eines solchen Dehnungsmeßstreifens geht man wie folgt vor:

- man bringt auf den isolierenden "Träger 21 die Metall- oder Metallegierungsfolie auf;

- auf dieser Folie ordnet man eine Maske aus einem lichtempfindlichen Häutchen an. belichtet dieses und entwickelt es so, daß man Rillen erhält, die den in die Metall- oder Metallegierungsfolie einzugravierenden elektrischen Widerstand 20 darstellen:

- man bestrahlt die auf diese Weise erhaltene Maske und die Metall- oder Metallegierungsfolie mit einem Ionenstrahl bis zur Abtragung des Metalls unter den Rillen der Maske.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Dicke f, der Maske 4: 1.3 μπι

Dicke e, der Folie 1 (Ni-Cr): 2.5 μπι

Energie des Ionenstrahls 9: 1 keV

Stromdichte des Ionenstrahls 9: 0.6 mA/cm^:

Die Linien A, B, C und D der nachfolgenden Tabelle I entsprechen den nach den in der Tabelle I angegebenen ZeiU:: erhaltenen Erosionsfronten.

Tabelle 1

Linien

Zeit (Sekunden)

A B C D E

676
1000
2955 (/,) 5000
9200 (r₂)

(! = die zur vollständigen Entfernung der Maske 4 erforderliche Zeit,

r·, = die zur Erzielung einer vollständigen Gravierung der Folie 1, d. h. die zur vollständigen Entfernung des Metalls unter den ursprünglichen Rillen S der Maske 4, erforderliche Zeit.

Nach Ablauf der Zeit r₂ haben die erhaltenen Wi-

derstandsbahnen Id in diesem Beispiel eine Dicke c, von etwa I μιη.

Beispiele 2 und 3

In der nachfolgenden Tabelle II sind die Werte für f,, I₂ und e_y angegeben, die unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 erhalten wurden, wobei man diesmal jedoch von einer Maske 4 mit einer Ausgangsdicke f, von 2 μιη bzw. 3 μηι ausging.

Tabelle II

Dicke <■,
der Maske 4

Dicke c,

der Widerstandshahnen 1«

2 (im 4545 4200 1.5 μιη

3 μηι ftHlN '»200 Ι.Υμηι

Aus den Ergebnissen der vorstehenden Tabellen I und II ergibt sich, daß bei Verwendung von Masken 4 mit zunehmender Dicke c, nach gleichen Zeiten ι. Widerstandsbahnen 1« mit zunehmenden Dicken erhalten werden. Dies ist deshalb bemerkenswert, weil auf diese Weise das erfindungsgemäße Verfahren leicht auf die Herstellung von elektrischen Widerständen mii unterschiedlichen Ohmsehen Werten angewendet werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verwendet man Metall- oder Metallegierungsfolien 1 mit gleichen Dicken und bringt sie auf Masken 4 mit gleichen Rillenkonfigurationen auf. wobei lediglich die Dicken c, «n Abhängigkeit von der von der Folie 1 abgetragenen Metallmenge variieren, d. h. in Abhängigkeit von der Dicke e,. die man für die Widerstandsbahnen la crzie'en will. Auf diese Weise kann man eine ganze Reihe von auf ihrem isolierenden Träger 2 angeordneten und mit Masken 4 mit einer variablen Dicke e, bedeckten Folie 1 für eine vorgegebene Zeitspanne der Einwirkung eines Ionenstrahls 9 aussetzen.

Beispiel 4

Man verwendet eine auf ein Keramikplättchen aufgeklebte, 2,5 μΐη dicke Folie 1 aus einer Nickel-Chrom-Legierung mit 80% Nickel und 20% Chrom. Auf diese Ni-Cr-Folie bringt man eine »Photoresist«-Maske 4 einer Dicke von e, von 1,5 μπι und einer Breite /₀ der Rillen 5 von 6 μιη auf, wobei diese Rillen 5 einen Abstand L₁ von 14 μιη voneinander haben (vgl. Fig. T). Das Ganze wird einem Ionenstrahl (positiv geladenes Argon A*) mit einer kinetischen Energie von 2 keV und einer lonenstromdichte zwischen 1 und 1,2 mA/cm^: ausgesetzt.

Auf diese Weise erhält man einen quadratischen elektrischen Widerstand mit einer Kantenlänge von 5,4 mm, bestehend aus 204 parallelen Widerstandsbahnen la (vgl. Fig. 5) einer Dicke e₃ von 1 μπι, einer Breite L_x von 11 μπι, wobei diese Bahnen durch Rillen 15 einer Breite /, von 9 μτη voneinander getrennt sind.

Abschließend werden die Widerstandsbahnen la durch einen nicht-dargestellten Überzug aus Kunststoff, beispielsweise aus einem Epoxidharz, geschützt und elektrisch isoliert. Der dabei erzielte elektrische Widerstand hat einen Ohmschen Wert von 130 kQ.

Zum Vergleich wird eine gleiche Folie wie die vorstehend angegebene elektrochemisch behandelt, wobei man einen elektrischen Widerstand mit einem Ohmschen Wert von nicht mehr als 45 kQ erhält.

Beispiel 5

Man arbeitet wie in Beispiel 4, wobei man diesmal jedoch eine Maske 4einer Dicke e_t von 3 μπι verwendet, wobei die Breite /,, und die Anzahl der Rillen 5 die gleichen Werte wie in Beispiel 4 haben. Man erhält Hilf diese Weise einen elektrischen Widerstand von 'K) kQ.

Man kann Jie in den Beispielen 4 und 5 erhaltenen Ohmschen Werte für die elektrischen Widerstände erhöhen, indem man die loneuhestrahlung auch dann noch fortsetzt, wenn die zur vollständigen Abtragung des Metalls der Folie 1 unter den Rillen 5 der Maske 4 erforderliche Zeit r, bereits verstrichen ist.

Beispiel 6

Man kann den in Beispiel 1 erhaltenen Ohmschen Wert des elektrischen Widerstandes auf 135 k£2 einstellen. Zu diesem Zweck verbindet man den Widerstand mit einer Meßbrücke und schaltet den Ionenstrahl ab, wenn die Meßbrücke anzeigt, daß der Widerstand 135 kQ beträgt. In diesem Beispiel betrügt die zusätzliche Behandlungsdauer mit dem Ionenstrahl etwa 15 bis 18 Sekunden.

Beispiel 7

Man vei wendet eine Folie aus einer Nickel-Chrom-Legierung mit 80% Nickel und 20% Chrom einer Dicke von 2,5 μπι, die auf ein Keramikplättchen 21 aufgeklebt ist. Auf die Folie bringt man eine lichtempfindliche Maske mit Rillen auf, die dem Umriß des in die Folie einzugravierenden elektrischen Widerstandsmusters entsprechen. Man belichtet das Ganze mit einem Ionenstrahl (Argonionen) mit einer kinetischen Energie von 1 keV und einer Ionenstromclichte von etwa 1 mA/cm².

Unter diesen Bedingungen liegt die Erosionsgeschwindigkeit der Maske zwischen 4 und 5 nm/Sekundc und diejenige der Ni-Cr-Folie zwischen 2,5 und .1 nm/Sekunde.

Dabei erhält man einen rechteckigen Dehnungsmeßstreifen eii(ir Länge von 14 mm und einer Breite von 7 mm. Abschließend wird die gravierte Folie elektrisch isoliert und gegenüber mechanischer

~> Schockeinwirkung durch eine Kunststoffumhüllung, beispielsweise aus einem Epoxidharz, geschützt.

Zur Herstellung von Wärmesoi ι geht man wie vorstehend angegeben vor, wobei ι,,.../i vorzugsweise eine Metall- oder Metallegierungsfolie verwendet,

ι» deren Temperaturkoeffizient eine etwa lineare Funktion der Temperatur zwischen —200 und +600° C ist. Diese Bedingung erfüllen Platin. Nickel und Platin-Wolfram-Legierungen. Im Falle von Nickel und Platin-Wolfram-Legierungen kann die Wiirnie-

i. sonde bis zu Temperaturen von 2000 ¹C verwendet werden.

Beispiel H

Man arbeitet wie in Beispiel 7 unter Verwendung

JH einer 2,5 oder 4 μηι dicken Platinfolie. Nach diesem Verfahren erhält man eine Wärmesonde mit einem elektrischen Widerstand von etwa M) ki2/cnv.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Wärmesonden und

y> Dehnungsmeßstreifen mit Ohmschen Werten pro Flächeneinheit herstellen kann, die wesentlich höher sind als diejenigen von nach bekannten Verfahren hergestellten Wärmesonden und Dehnungsmeßstreifen. Man kann aber auch Wärniesonden und Deh-

iii nungsmeßstreifen mit sehr kleinen Abmessungen herstellen, was für bestimmte elektronische Anwendungen von Vorteil ist.

Da außerdem das erfindungsgemäße Verfahren nicht von dem Metall oder der Metallegierung ab-

r. hängt, aus dem bzw. der die zu gravierende Folie besteht, kann man auch Metalle oder Metallegierungen verwenden, die gegenüber den üblichen chemischen oder elektrochemischen Reagentien inert sind, sich jedoch zur Herstellung von Wärmesonden oder Deh-

tu nungsmeßstreifen besonders gut eignen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerstandselementen, beispielsweise für Wärmesonden und Dehnungsmeßstreifen, bei dem man von einem auf einem isolierenden Träger befestigten dünnen Widerstandskörper aus einem Metall oder einer Metallegierung ausgeht, auf den man eine Maske mit Rillen aufbringt, deren Ränder dem Umriß des in den Widerstandskörper einzugravierenden elektrischen Widerstandsmusters entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein aus der Maske (4), dem Widerstandskörper (1), einer Klebeschicht (3) und dem Träger (2) bestehendes Widerstandselement der Einwirkung eines Strahls (9) aus chemisch inerten Ionen aussetzt, die eine kinetische Energie besitzen, die höher ist als die Bindungsenergie zwischen den die Maske (4) und den Widerstandskörper (1) aufhauenden Atomen, mindestens bis zur Eliminierung der Maske (4) und der unter den Rillen (5) der Maske (4) befindlichen Teile des Widerstandskörpers (1), wobei das für die Maske (4) verwendete Material eine höhere Erosionsgeschwindigkeit bei Einwirkung eines Ionenstrahls (9) besitzt und als das Material des Widerstandskörpers (1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Ionenstrahl (9) aus positiven Argonionen mit einer kinetischen Energie zwischen 1 und 2 keV und einer Ionenstromdichte zwischen 0," und 5 mA/cm² besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man i r Herstellung von Widerständen mit unterschiedlichen Ohmschen Werten dünne Widerstandskörper (1) aus Metallenoder Metallegierungen verwendet, die an allen Stellen die gleiche Dicke aufweisen, und daß man darauf Masken (4) aufbringt, die untereinander gleiche Rillen (5) aufweisen und deren Dicke in Abhängigkeit von der Metallmenge, die durch Gravieren aus dem dünnen Widerstandskörper (1) entfernt werden soll, festgelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung von Wärmesonden einen dünnen Widerstandskörper (1) aus einem Metall oder einer Metallegierung verwendet, dessen Temperaturkoeffizient eine etwa lineare Funktion der Temperatur zwischen -200 und +600° C ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man einen dünnen Widerstandskörper (1) verwendet, der aus Platin, Nickel oder einer Platin-Wolfram-Legierung besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung von Dehnungsmeßstreifen einen dünnen Widerstandskörper (1) aus einer Nickel-Chrom-Lcgierung verwendet.