DE3603784A1 - PLATINUM RESISTANCE - Google Patents
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Description
ι 360378Λι 360378Λ
J - 2 -J - 2 -
Die Erfindung bezieht sich auf einen Platinwiderstand zur Temperaturmessung, bei dem spezielle Materialien als Schützer film für einen Platinwiderstand verwendet werden.The invention relates to a platinum resistor for temperature measurement, in which special materials are used as protectors film can be used for a platinum resistor.
/ / Platin ist chemisch stabil und läßt sich ohne weiteres mit einem hohen Grad an Reinheit gewinnen. Darüber hinaus hängt der elektrische Widerstand von Platin wesentlich von der Temperatur ab. Daher wurde Platin bereits seit längerer Zeit als Material für Temperatursensoren verwendet, die einen extrem dünnen Platindraht enthielten, der wendelförmig um einen Glimmerisolator gewickelt ist, während der Platindraht in einem Schutzrohr enthalten ist. Diese Temperatursensoren werden in großem Umfang als Widerstände zur Temperaturmessung/ / Platinum is chemically stable and can be easily extracted with a high degree of purity. It also depends the electrical resistance of platinum depends significantly on the temperature. Hence, platinum has been around for a long time used as a material for temperature sensors that have a Contained extremely thin platinum wire, which is helically wound around a mica insulator, while the platinum wire is contained in a protective tube. These temperature sensors are widely used as resistors for temperature measurement
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eingesetzt, und Einzelheiten über ihren Aufbau sind in der japanischen Norm (JIS) C-1604, in DIN 43760 und in IEC Pub 751 angegeben. Ein solcher Widerstand für die Temperaturmessung ist besonders genau, hat jedoch die folgenden Nachteile:are used, and details of their structure are in Japanese Standard (JIS) C-1604, in DIN 43760 and in IEC Pub 751 specified. Such a resistor for temperature measurement is particularly accurate, but has the following disadvantages:
1. Seine mechanische Festigkeit ist unzureichend,1. Its mechanical strength is insufficient,
2. seine Herstellung ist zeitaufwendig,2. its production is time-consuming,
3. der Widerstand hat große Abmessungen,3. the resistor has large dimensions,
4. der Widerstand ist teuer.4. Resistance is expensive.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wurden bereits Widerstände zur Temperaturmessung entwickelt, die eine dicke oder dünne Schicht aus Platin enthielten. Von diesen Widerständen sind auch einige bereits kommerziell erhältlich. Diese Widerstände zur Temperaturmessung, die dicke Platinschichten enthalten, werden jedoch im Siebdruckverfahren hergestellt, wodurch sich Schwierigkeiten bei der Ausbildung eines feinverteilten Musters von 100 ,um oder weniger ergeben und die Qualitätssteuerung während der Herstellung schwierig ist. In order to avoid these disadvantages, resistors for temperature measurement have already been developed that are thick or thin Contained layer of platinum. Some of these resistors are also already commercially available. These resistances for temperature measurement, which contain thick layers of platinum, are produced using the screen printing process, which results in Difficulty in training a finely divided Of 100 µm or less, and quality control during manufacture is difficult.
Andererseits haben Widerstände zur Temperaturmessung mit dünnen Platinschichten die folgenden Vorteile:On the other hand, resistors for temperature measurement with thin platinum layers have the following advantages:
1. Ein feinverteiltes Muster läßt sich leicht ausbilden, wodurch die Miniäturisierung ermöglicht und ein hoher Widerstandswert erreicht werden kann, so daß die Empfindlichkeit der Anordnung vergrößert wird,1. A finely divided pattern can easily be formed whereby the miniaturization enables and a high resistance value can be obtained, so that the sensitivity the arrangement is enlarged,
2. die mechanische Festigkeit ist groß,2. the mechanical strength is great,
3. da die Einrichtungen in Form von Waffelplättchen hergestellt werden, ist eine Qualitätssteuerung während der Herstellung und damit eine Massenfertigung möglich, so daß die Herstellungskosten verringert werden.3. Because the facilities are made in the form of wafer wafers a quality control during the production and thus a mass production is possible, so that the manufacturing cost is reduced.
Die Herstellung von Widerständen für die Temperaturmessung mit dünnen Platinschichten verläuft wie folgt: Eine dünne Platinschicht mit einer Dicke von mehreren 1000 Angström wird 15The production of resistors for temperature measurement with thin layers of platinum proceeds as follows: A thin layer of platinum with a thickness of several 1000 angstroms becomes 15
zunächst durch Vakuumverdampfung, Kathodenzerstäubung o.a. auf einen isolierenden Träger aufgebracht. Die dünne Platinschicht wird dann durch Feuchtätzverfahren, Sprühätzverfahren o.a. mit nachfolgender Erwärmung auf Temperaturen von 8000C bis 14000C in normaler Atmosphäre in ein feinverteiltes Muster verwandelt 4 Danach erfolgt zur Einstellung des Widerstandswertes ein Abgleich, und an den Gegenstand werden Leiterdrähte angeschlossen, worauf eine Beschichtung mit einem Schutzfilm stattfindet. Der Schutzfilm besteht beispielsweise aus Polyimidharzen, Epoxidharzen, Glas o.a.. Harze haben im allgemeinen nur einen thermischen Widerstand von etwa 300 C, während die Haftung von Glas am Platin schlecht ist. Ferner ist die Wärmeleitfähigkeit der Harze und von Glas gering, und da entweder Harzschutzfilme oder Glasschutzfilme durch Tauchen o.ä» erzeugt werden, ist die Dicke dieser Filme oder Schichten groß, wodurch die Wärmeansprechempfindlichkeit der Einrichtung niedrig ist. Schließlich besteht die Gefahr, daß die Platinschicht durch das Harz- oder das Glasmaterial verunreinigt wird. Somit haben übliche Materialien zur Verwendung als Schutzfilme eine Anzahl von Nachteilen»first applied to an insulating support by vacuum evaporation, cathode sputtering or the like. The thin layer of platinum is then Feuchtätzverfahren, spray etching oa with subsequent heating to temperatures of 800 0 C to 1400 0 C in the normal atmosphere in a finely distributed pattern transforms 4 Thereafter, the resistance value is carried out to adjust a balance, and the subject lead wires are connected, whereupon a coating with a protective film takes place. The protective film consists, for example, of polyimide resins, epoxy resins, glass or the like. Resins generally only have a thermal resistance of about 300 C, while the adhesion of glass to platinum is poor. Further, the thermal conductivity of the resins and glass is low, and since either resin protective films or glass protective films are formed by dipping or the like, the thickness of these films or layers is large, whereby the thermal responsiveness of the device is low. Finally, there is a risk that the platinum layer will be contaminated by the resin or the glass material. Thus, common materials for use as protective films have a number of disadvantages »
^ Mit dem erfindungsgemäßen Platinwiderstand zur Messung von Temperaturen werden die vorstehenden und weitere Nachteile vermieden. Dieser Platinwiderstand enthält einen isolierenden Träger oder einen leitfähigen Träger bzw. einen Träger aus Halbleitermaterial, der mit Isoliermaterial beschichtet ist, einen auf dem Träger ausgebildeten Platinfilm und einen auf dem Platinfilm ausgebildeten Schutzfilm bzw. eine Schutzschicht aus Aluminiumoxid.^ With the platinum resistor according to the invention for measuring Temperatures, the above and other disadvantages are avoided. This platinum resistor contains an insulating one Carrier or a conductive carrier or a carrier made of semiconductor material coated with insulating material, a platinum film formed on the substrate and a protective film or a protective layer formed on the platinum film made of aluminum oxide.
Der Aluminiumoxidfilm wird vorzugsweise durch Vakuumverdampfung, Kathodenzerstäubung, Ionenplattierung, chemische Verdampfung oder anodische Oxidation auf dem Platinfilm hergestellt.The aluminum oxide film is preferably formed by vacuum evaporation, Cathodic sputtering, ion plating, chemical vaporization or anodic oxidation are produced on the platinum film.
Der Aluminiumoxidfilm hat in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Dicke im Bereich von mehreren 1000 Angström bis mehrere Mikron.In a preferred embodiment, the aluminum oxide film has a thickness ranging from several thousand angstroms to several microns.
Erfindungsgemäß wird also ein Platinwiderstand zur Temperaturmessung mit einem Schutzfilm oder einer Schutzschicht aus Aluminiumoxid geschaffen, das hohe Wärmeleitfähigkeit hat, sich als dünne Schicht aufbringen läßt, chemisch stabil ist, ein stabiles Wärmewiderstandsverhalten und elektrisches Isolierverhalten zeigt sowie die Verschmutzung durch Verunreinigungen verhindert. Dadurch erhält man einen Platinwiderstand für Temperaturmessungen mit ausgezeichneten Eigenschaften bezüglich Wärmeempfindlichkeit, Wärmewiderstand und Zuverlässigkeit, da er den vorstehend erwähnten Schutzfilm aus Aluminiumoxid mit seinen vorteilhaften Eigenschaften aufweist.According to the invention, a platinum resistor is used for temperature measurement created with a protective film or layer of aluminum oxide, which has high thermal conductivity, can be applied as a thin layer, is chemically stable, has a stable thermal resistance behavior and electrical insulation behavior shows and prevents pollution by impurities. This gives a platinum resistor for temperature measurements with excellent properties in terms of thermal sensitivity, thermal resistance and reliability, since it has the above-mentioned protective film of alumina with its advantageous properties.
P, Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.P, The invention is explained in more detail below with reference to the figures explained.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen Platinwiderstand zur Temperaturmessung.Figure 1 shows a section through a platinum resistor for temperature measurement.
Figuren 2 zeigen in Schnittdarstellungen Schritte bei der bis 5 Herstellung des Platinwiderstandes aus Figur 1.FIGS. 2 show, in sectional representations, steps in the production of the platinum resistor from FIG. 1 through 5.
Der Platinwiderstand für Temperaturmessungen gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß auf einem isolierenden Träger oder einem leitfähigen Träger bzw. einem Träger aus Halbleitermaterial, der mit Isoliermaterial beschichtet ist, ein Platinfilm ausgebildet wird, und daß auf dem Platinfilm ein Schutzfilm aus Aluminiumoxid hergestellt wird.The platinum resistor for temperature measurements according to the invention is characterized in that on an insulating Carrier or a conductive carrier or a carrier made of semiconductor material which is coated with insulating material, a platinum film is formed, and that a protective film of alumina is formed on the platinum film.
Der Aluminiumoxidfilm, der als Schutzfilm oder -schicht dient, kann beispielsweise durch Vakuumverdampfung, Kathodenzerstäu-The aluminum oxide film that serves as a protective film or layer, can for example by vacuum evaporation, cathode sputtering
bung, Ionenplattierung, chemische Verdampfung, anodische Oxidation o.a. hergestellt werdenι Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen durch Kathodenzerstäubung oder Ionenplattierung, weil eine gute Haftung des Aluminiumoxidfilms auf dem Platinfilm erreicht wird und Verschmutzungen durch Verunreinigungen verhindert werden.Practice, ion plating, chemical vaporization, anodic oxidation o.a. be producedι Preferably, the application takes place by sputtering or ion plating because of good adhesion of the aluminum oxide film to the platinum film is achieved and soiling caused by impurities is prevented.
Die Dicke des Aluminiumoxidfilms liegt vorzugsweise im Bereich von mehreren 1000 Angström bis mehrere Mikron»The thickness of the alumina film is preferably in the range from several 1000 angstroms to several microns »
Der Schutzfilm gemäß der Erfindung kann wirksam nichtβnur auf Platinwiderstände für Temperaturmessungen aufgebracht werden, die eine dünne Platinschicht verwenden, sondern auch auf solche, bei denen eine dicke Platinschicht vorgesehen ist.Are the protective film according to the invention can not only effectively β platinum resistors for temperature measurements applied, using a thin layer of platinum, but also to those in which a thick platinum layer is provided.
Der in Figur 1 gezeigte Platinwiderstand für Temperaturmessungen enthält einen isolierenden Träger 1 aus Aluminiumoxid, Saphir o.a., einen ein Muster auf dem Träger 1 bildenden Platinfilm 2, einen als Schutzfilm auf dem Platinfilm 2 dienenden Aluminiumoxidfilm 5 sowie Anschlußdrähte 4, die mitThe platinum resistor shown in Figure 1 for temperature measurements contains an insulating support 1 made of aluminum oxide, Sapphire or the like, a platinum film 2 forming a pattern on the substrate 1, a protective film on the platinum film 2 Serving aluminum oxide film 5 and lead wires 4 with
dem Platinfilm 2 verbunden sind.the platinum film 2 are connected.
Die Herstellung des Platinwiderstandes erfolgt in der nachstehend beschriebenen Weise.The platinum resistor is manufactured in the manner described below.
Auf den isolierenden Träger 1 aus Aluminium, Saphir o.a. wird zunächst durch Kathodenzerstäubung oder Ionenplattierung (Figur 2) der Platinfilm 2 bzw. die Platinschicht 2 mit einer Dicke von mehreren 1000 Angström bis mehreren Mikron aufgebracht, worauf das Fotoresist-Muster 3 ausgebildet wird (Figur 3). Danach wird in einem Sprühätzverfahren der Platinfilm 2 entsprechend dem Fotoresist-Muster 3 in ein Muster verwandelt (Figur 4), und der Fotoresist 3 wird entfernt. Das so erhaltene Produkt wird in der Umgebungsluft auf etwa 1000 COn the insulating support 1 made of aluminum, sapphire or similar initially by cathode sputtering or ion plating (Figure 2) the platinum film 2 or the platinum layer 2 with a Thicknesses from several thousand angstroms to several microns applied, whereupon the photoresist pattern 3 is formed (Figure 3). The platinum film 2 is then made in a spray etching process is transformed into a pattern according to the photoresist pattern 3 (FIG. 4), and the photoresist 3 is removed. That so The product obtained is in the ambient air at about 1000 C
. erhitzt, zur Einstellung des Widerstandes abgeglichen, und die Anschlußleitungen 4 werden durch Schweißen mit dem Platinfilm verbunden. Der Aluminiumoxidfilm 5, der eine Dicke von mehreren 1000 Angström bis mehrere Mikron haben kann, wird durch Kathodenzerstäubung oder Ionenplattierung auf dem Platinfilm 2 ausgebildet (Figur 1), wodurch man einen Platinwiderstand für Temperaturmessungen erhält;. heated, adjusted to adjust the resistance, and the Lead wires 4 are welded to the platinum film tied together. The alumina film 5, which may be several thousand angstroms to several microns thick, will be by sputtering or ion plating on the platinum film 2 (Figure 1), whereby a platinum resistor for temperature measurements is obtained;
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