DE3146020A1

DE3146020A1 - "temperaturabhaengiger widerstand"

Info

Publication number: DE3146020A1
Application number: DE19813146020
Authority: DE
Inventors: Niels Lervad Andersen; Per 6430 Nordborg Phillipsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1983-06-01
Also published as: JPH0145722B2; GB2109998B; GB2109998A; FR2517056A1; FR2517056B1; CH659342A5; JPS58130502A; DE3146020C2; DK503582A

Description

DANFOSS A/S_f Mordborg, Dänemark

Temperaturabhängiger Widerstand

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Die Erfindung bezieht sich auf einen temperaturabhängigen Widerstand, insbesondere für Widerstandsthermometer, mit einem Träger aus einem isolierenden Metalloxid und einer dünnen Platinschicht als Widerstandsmaterial, wobei der Widerstand nach dem Aufbringen des Widerstandsmaterials in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre getempert ist.

Bei einem bekannten temperaturabhängigen Widerstand dieser Art ist die dünne Platinschicht unmittelbar auf dem isollerenden Träger in einer Dicke von 1 bis 10 Mikrometer im Takuum aufgedampft oder durch Katodenzerstäubung (Sputtern) aufgebracht. Zur Erzeugung von Mäardermustern wird auf dem Platinfilm ein Photolack aufgebracht und teilweise abgedeckt„ belichtet und entwickelt. Durch lonenitzen oder andere Verfahren wird dann die gewünschte Leiterbahn hergestellt. Das Abgleichen dieser Leiterbahnen auf einen bestimmten Widerstandswert erfolgt mittels eines Laserstrahls. Zur Erzielung besonders hoher Temperatur-

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koeffizienten des elektrischen Widerstands wird die dünne Platinschicht in einem Argon-Sauerstoff-Gemisch durch Katodenzerstäubung aufgebracht und bei Temperaturen oberhalb 800 ⁰C, vorzugsweise im Bereich von 1000 - 1200 ⁰C, nachgetempert.

Bei einem derart ausgebildeten Widerstand besteht die Gefahr, daß der Platinfilm leicht abreißt. So wird er beispielsweise durch Ziehen an einem angelöteten Draht vom Träger abgerissen. Selbst das Abziehen eines aufgeklebten herkömmlichen Klebebandes kann zum Abreißen der Platinschicht führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen temperaturabhängigen Widerstand der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei dem die Platinschicht besser an der Unterlage haftet .

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem Träger und der Platinschicht eine Zwischenschicht aus einem den Träger und die Platinschicht verbindenden Metall auf dem Träger aufgebracht ist.

Hierbei hält die Platinschicht mindestens solchen Kräften stand, wie sie zum Abreißen eines an der Platinschicht angelöteten Drahtes erforderlich sind.

Vorzugsweise weist die Zwischenschicht Titan auf. Diese stellt beanders hohe Bindekräfte sicher. 30

Vorzugsweise ist die Zwischenschicht auf dem Träger aufgedampft, um sie innig mit dem Träger zu verbinden.

Dabei kann die Zwischenschicht eine Dicke von etwa 2 bis 5 Nanometer, vorzugsweise etwa 2,5 Nanometer, aufweisen. Eine derart ge^ringe Dicke ist ausreichend, um einen sicheren Halt der Platinschicht an der Zwischenschicht zu gewährleisten.

Die Platinschicht kann eine Dicke von etwa 0,4 bis 1,2 Mikrometer, vorzugsweise etwa 1 Mikrometer, aufweisen. Eine Schichtdicke in diesem Bereich ermöglicht nicht nur die erforderliche Festigkeit einer Lötverbindung an der Platinschicht, sondern auch einen verhältnismäßig hohen Widerstandswert, wie er häufig zur Messung über längere Leitungen erforderlich ist, ohne daß Änderungen des Leitungswiderstands merklich ins Gewicht fallen.

Sodann kann die Platinschicht auf der Zwischenschicht durch Aufdampfen oder Katodenzerstäubung aufgebracht sein. Auch hierbei wird eine verhältnismäßig hohe Festigkeit der Verbindung zwischen der Platinschicht und der Zwischenschicht, insbesondere der Titan-Zwischenschicht, sichergestellt.

Vorzugsweise ist das Trägermaterial Aluminiumoxid. Dieses Material wirkt nicht nur als guter Isolator, sondern stellt ebenfalls eine höh© Festigkeit der Verbindung zwischen Träger und Zwischenschicht, insbesondere Titan, sicher.

Sodann kann der Widerstand in Luft getempert sein. Auf diese Weis© werden vornehmlich temperaturabhängige oder alterungsbedingte Abweichungen des Widerstandswertes vom Nennwert bei der jeweiligen Temperatur weitgehend verhindert.

Besonders geringe Abweichungen des Widerstandswertes vom Nennwert ergeben sich, wenn der Widerstand bei einer Temperatur von etwa 1200 bis 1425 ⁰C, vorzugsweise bei etwa 1300 ⁰C₉ getempert ist.

Hierbei genügt eine Wärmebehandlungsdauer von nur etwa einer Stunde.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend

anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Darin ist

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Widerstands,

Fig. 2 eine Draufsicht des Widerstands nach Fig. i und

Fig. 3 ein Fehlerdiagramm für verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Widerstands.

Nach den Fig. 1 und 2 besteht der temperaturabhängige Widerstand aus einem elektrisch isolierenden Träger (Substrat) 1, einer Zwischenschicht 2 und einer Platinschicht 3.

Der Träger 1 besteht aus einer isolierenden Metalloxidschicht, die vorzugsweise aus Aluminiumoxid besteht, stattdessen aber auch aus anderen Metalloxiden, wie Magnesiumoxid, bestehen kann.

Die Zwischenschicht 2 besteht aus einem Metall, vorzugsweise Titan, kann stattdessen aber auch Kupfer aufweisen. Sie hat eine Dicke von etwa 2 bis 5 Nanometer, vorzugsweise etwa 2,5 Nanometer, und ist vorzugsweise auf dem Träger 1 nach einer Erwärmung des Trägers 1 auf etwa 250 ⁰C aufgedampft, kann stattdessen aber auch durch Katodenzerstäubung aufgebracht sein.

Die Platinschicht bildet das temperaturabhängige Widerstandsmaterial und hat eine Dicke von etwa 0,4 bis 1,2 Mikrometer, vorzugsweise 0,5 bis 1 Mikrometer. Sie ist ebenso wie die Zwischenschicht 2 mäanderförmig nach dem Photoresistverfahren ausgebildet und auf der Zwischenschicht 2 aufgedampft oder durch Katodenzerstäubung aufgebracht. Die Mäanderform kann aber auch durch Wegbrennen mittels Laserstrahl ausgebildet sein.

Der bis zur Ausbildung der Mäanderform fertige Widerstand wird zunächst nah in sauerstoffhaltiger Atmosphäre, vorzugsweise Luft, getempert (wärmebehandelt), und zwar bei einer Temperatur von etwa 1100 bis 1425 ⁰C, vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 1200 bis 1300 ⁰C, wobei die günstigste Temperatur bei etwa 300 ⁰C liegt, um Abweichungen seines Widerstandswertes vom Nennwert bei der jeweiligen Betriebstemperatur sehr gering zu halten. Wach dem Tempern wird die Mäanderform ausgebildet und danach folgt noch ein Feinabgleich des Widerstandswertes ebenfalls durdi Wegbrennen mittels Laserstrahl. Anschliessend wird nochmals naengetempert.

Die nachstehende Tabelle I enthält verschieden® Ausführungsbeispiele von Widerständen, die den in den Fig. 1 und 2 dargestellten, prinzipiellen Aufbau aufweisen und sich in der Temperatur beim Tempern, der Platinschichtöicke und dem Zwischenschicht-Metall unterscheiden und deren Mennwiderstandswert bei 0 ⁰C bei 100 0hm liegt. Die Zwischenschichtdicke liegt bei 2,5 Nanometer. Das Tempern fand in atmosphärischer Luft etwa eine Stunde lang statt. Der Träger 1 besteht aus Aluminiumoxid.

Beispiel	Temperungs-	Platinschidit-	Zwischen
	temperatur ( C)	dicke (um)	schicht
a	500	0,38 - 0,5	Cu, aufgesputtert
b	850	If	Il
C	1200	η	If
d	1400	η	Titan,aufgedampft
€	1375	0,5	ti
f	1425	1	M
g	1375	1	It
h	1300	1	η

Fig. 3 stellt die Abweichung des Widerstandswertes der verschiedenen Beispiele nach Tabelle I in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur dar. In dem Diagramm sind ferner zwei nach der DIN-Norm vorgesehene Toleranzbereiche -A und -B gestrichelt bzw. strichpunktiert eingezeichnet, wobei der Toleranzbereich +A enger als dsr Toleranzbereich -B ist.

Wie Fig. 3 zeigt, überschreitendie Abweichungen vom Nennwert bei den Beispielen a, b und c sehr rasch die Toleranzbereiche A und B, während sie bei ofen Beispielen d und e zwischen wenigstens - 50 ⁰C und + 140 ⁰C im engeren Toleranzbereich -A liegen und bei den Beispielen f, g und h zumindest oberhalb von 0 ⁰C noch geringer sind und über einen noch größeren Temperaturbereich innerhalb des Toleranzbereiches -A bleiben, wobei die Abweichungen im Beispiel h zumindest bis zu etwa 145 ⁰C am geringsten sind. In einem sehr häufig interessierenden Temperaturmeßbereich von etwa - 30 ⁰C bis etwa + 180 ⁰C erweist sich daher das Beispiel h als das günstigste.

Die Festigkeit mit der die Platinschicht 2 und der Träger 1 verbunden sind, ist bei allen Beispielen so hoch, daß beim Ziehen an einer an der Platinschicht 2 angelöteten Leitung das Lötmittel zerrissen wird und jedenfalls das Abreißen eines auf die Platinschicht 2 geklebten, herkömmlichen Klebebandes nicht zum Abreißen der Platinschicht 2 führt.

Nachstehende Tabelle II stellt zusammenfassend zwei vorteilhafte, prinzipielle Beispiele für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Widerstands dar, die sich im wesentlichen nur in der Art der Ausbildung des Musters (zum Beispiel Mäanderform) durch die Lasertechnik einerseits und die Photoresisttechnik andererseits unterscheiden.

Tabelle II

3H6020

Lasertechnik

Photoresisttechnik

1. Reinigen des Trägers

2. Aufdampfen von Titan. Schichtdicke etwa 2,5 Nanometer

3. Aufdampfen von Platin. Schichtdicke etwa 0,5 bis 1 Mikrometer

4. Tempern be etwa 1100 bis 1425 ⁰C, vorzugsweise 1300 ⁰C. Dauer: etwa 1 Std.

5. Ausbilden des Musters durch teilweises Wegbrennen der Titan- und Platinschichten

6. Machtempern

7ο Feinabgleichen durch Laser 8. Zertrennen der Schichtanordnung in kleinere Widerstandsbauelemente 9'o Anbringen von Anschlüssen 10» Einkapseln

ο Reinigen des Trägers

2. Auftragen von Photolack

3. Belichten durch Maske

4. Entfernen des Photolacks an belichteten Stellen

5. Aufdampfen von Titan, Schichtdicke etwa 2,5 Nanometer

6. Aufdampfen von Platin. Schichtdicke etwa 0,5 bis 1 Mikrometer

7. Tempern bei etwa 1100 bis 1425 ⁰C, vorzugsweise etwa 1300 ⁰C. Dauer etwa 1 Stunde

8. Entfernen des unbelichteten Photolacks zur Ausbildung des Musters

9. Digitales und/oder analoges Abgleichen des Widerstandswertes mittels Laser

10. Zertrennen der Schichtanordnung in kleinere Widerstandsbauelemente

11. Anbringen von Anschlüssen

12. Einkapseln

Abwandlungen von den dargestellten Ausführungsbeispielen liegen im Rahmen der Erfindung. So kann anstelle von Kupfer oder Titan für die Zwischenschicht 2 auch Zirkon verwendet 35 werden.

Claims

Patentansprüche

Temperaturabhängiger Widerstand, insbesondere für Widerstandsthermometer, mit einem Träger aus einem isolierenden Metalloxid und einer dünnen Platinschicht als Widerstandsmaterial, wobei der Widerstand nach dem Aufbringen des Widerstandsmaterials in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre getempert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Träger

(1) und der Platinschicht (3) eine Zwischenschicht

(2) aus einem den Träger (1) und die Platinschicht

(3) verbindenden Metall auf dem Träger (1) aufgebracht ist.

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2. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (2) Titan aufweist.
Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (2) auf dam Träger (1) aufgedampft 1st.
4o Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet₉ daß die Zwischenschicht (2) eine Dicke von etwa 2 bis 5 Nanometer, vorzugsweise etwa 2,5 Nanometer, aufweist.
5. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platinschicht (3) eine Dicke von etwa 0,4 bis 1,2 Mikrometer, vorzugsweise etwa

1 Mikrometer, aufweist.
5
6. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Platinschicht (3) auf der
Zwischenschicht (2) durch Aufdampfen oder Katodenzerstäubung aufgebracht ist.
7. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial Aluminiumoxid ist.
8. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er in Luft getempert ist.
9. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er bei einer Temperatur von etwa 1200 bis 1425 ⁰C, vorzugsweise bei etwa 1300 ⁰C, getempert ist.
10. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er während etwa einer Stunde getempert ist.