DE3146020A1 - "temperaturabhaengiger widerstand" - Google Patents
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Description
DANFOSS A/Sf Mordborg, Dänemark
Temperaturabhängiger Widerstand
10
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-
»■ ■» a
■- 4 -
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.
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 (10)
- PatentansprücheTemperaturabhängiger 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.I5
- 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 etwa1 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.
Priority Applications (6)
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