DE3603785C2

DE3603785C2 -

Info

Publication number: DE3603785C2
Application number: DE3603785A
Authority: DE
Inventors: Hisatoshi Yamatokoriyama Nara Jp Furubayashi; Hiroki Nara Jp Tabuchi; Masaya Yamatokoriyama Nara Jp Hijikigawa
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1985-02-06
Filing date: 1986-02-04
Publication date: 1989-02-16
Also published as: GB2171252A; JPH0340483B2; US4649365A; JPS61181103A; GB2171252B; GB8602777D0; DE3603785A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Platinwiderstand zur Tempera turmessung, der als Temperatursensor arbeitet.

Aus der Honeywell-Druckschrift "Precision Interchangeable Temperature Sensors" TD Series, Juni 1986, ist es bekannt, Temperatursensoren in Siliziumtechnologie herzustellen. Aus der Druckschrift Bull. AST/UCS 75 (1984) vom Oktober 1984, Seiten 1184 bis 1186 sind verschiedene Herstellungs verfahren für Temperatursensoren bekannt.

Schließlich ist es aus der US-PS 41 01 605 bekannt, Deh nungsmeßstreifen für Kompressorschaufeln in Form einer Platinschicht herzustellen, die auf eine Aluminiumoxid unterlagen aufgebracht ist.

Keine der zuvor erwähnten Druckschriften betrifft hinge gen einen Platinwiderstand für die Temperaturmessung.

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 Temperaturmes sung 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 Temperatur messung ist besonders genau, hat jedoch die folgenden Nachteile:

1. Seine mechanische Festigkeit ist unzureichend,

2. seine Herstellung ist zeitaufwendig,

3. der Widerstand hat große Abmessungen,

4. der Widerstand ist teuer.

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 Wider stände zur Temperaturmessung, die dicke Platinschichten enthalten, werden jedoch im Siebdruckverfahren hergestellt, wodurch sich Schwierigkeiten bei der Ausbildung eines fein verteilten Musters von 100 µm oder weniger ergeben und die Qualitätssteuerung während der Herstellung schwierig ist.

Andererseits haben Widerstände zur Temperaturmessung mit dünnen Platinschichten die folgenden Vorteile:

1. Ein feinverteiltes Muster läßt sich leicht ausbilden, wodurch die Miniaturisierung ermöglicht und ein hoher Widerstandswert erreicht werden kann, so daß die Empfindlichkeit der Anordnung vergrößert wird,

2. die mechanische Festigkeit ist groß,

3. da die Einrichtungen in Form von Waffelplättchen herge stellt werden, ist eine Qualitätssteuerung während der Herstellung und damit eine Massenfertigung möglich, so daß die Herstellungskosten verringert werden.

Die Herstellung von Widerständen für die Temperaturmessung mit dünnen Platinschichten verläuft wie folgt: Eine dünne Platinschicht mit einer Dicke von mehreren 1000 Angström wird zunächst durch Vakuumverdampfung, Kathodenzerstäubung o.ä. auf einen isolierenden Träger aufgebracht. Die dünne Platinschicht wird dann durch Feuchtätzverfahren, Sprühätz verfahren o.ä. mit nachfolgender Erwärmung auf Temperaturen von 800°C bis 1400°C in normaler Atmosphäre in ein feinver teiltes Muster verwandelt. Danach erfolgt zur Einstellung des Widerstandswertes ein Abgleich, worauf das Produkt in Chips zerschnitten wird, an die jeweils Leiterdrähte ange schlossen werden, so daß man einen eine dünne Platinschicht enthaltenden Widerstand zur Temperaturmessung erhält. Der isolierende Träger besteht beispielsweise aus Aluminium, Saphir, Silizium oder Glas, von denen jedes Vorteile und Nachteile hat.

Ein Aluminiumträger ist preiswert und hat einen sehr guten Wärmewiderstand. Darüber hinaus ist sein Haftungsverhalten zu Platin gut. Er ist jedoch wegen der Rauhigkeit seiner Oberfläche nachteilig für die Ausbildung von feinverteilten Mustern. Seine Oberfläche läßt sich zwar durch Polieren glätten, doch erforderte dies wegen der Härte erhebliche Kosten. Ein Saphir-Träger hat sehr gutes Wärmewiderstands verhalten, eine gute Haftung mit Platin und eine glatte Oberfläche. Er ist jedoch sehr teuer, und das Zerschneiden in kleinste Chips ist schwierig. Ein Siliziumträger ist verhältnismäßig preiswert und hat eine glatte Oberfläche. Ferner läßt er sich einfach bearbeiten. Bei der Wärmebehand lung wird jedoch eine Legierung aus Silizium und Platin gebildet, was die Sensoreigenschaften beeinträchtigt. Ein Glas-Träger ist preiswert, ergibt jedoch Schwierigkeiten wegen der schlechten Haftung mit Platin, und er hat keinen geeigneten Wärmewiderstand. Somit haben alle vier Träger materialien Vorteile und Nachteile, und es besteht weiterhin ein Bedürfnis nach einem besseren Träger.

Erfindungsgemäß werden die vorstehenden Nachteile dadurch vermieden, daß ein Platinwiderstand einen Siliziumträger aufweist, auf dem ein Aluminiumoxidfilm ausgebildet ist, auf dem sich der Platinfilm befindet.

Der Aluminiumoxidfilm wird vorzugsweise durch Vakuumverdamp fung, Kathodenzerstäubung, Ionenplattierung, chemische Ver dampfung oder anodische Oxidation auf dem Träger herge stellt.

Durch die Erfindung wird somit ein Platinwiderstand zur Temperaturmessung geschaffen, der wegen des Einsatzes eines Siliziumträgers billig ist, der wegen der Verwendung eines Siliziumträgers und eines Aluminiumoxidfilmes sehr gute Wärmewiderstandseigenschaften hat, bei dem die Ausbildung einer Legierung aus Platin und Silizium vermieden und eine gute Haftungsverbindung zwischen dem Platin und dem Sili ziumträger erreicht wird, weil sich der Platinfilm auf einem den Siliziumträger bedeckenden Aluminiumoxidfilm befindet, bei dem sich der Platinfilm in einem feinverteilten Muster ausbilden läßt, weil der Platinfilm über einen Aluminiumoxid film auf der glatten Oberfläche eines Siliziumträgers ausgebildet wird, und bei dem der aus Silizium bestehende Träger sich einfach in Chips zerschneiden läßt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Platinwiderstand zur Temperaturmessung.

Fig. 2 bis 4 zeigen in Schnittdarstellungen Schritte bei der Herstellung des Platinwiderstandes aus Fig. 1.

Der Platinwiderstand für Temperaturmessungen gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß auf einem Sili ziumträger ein Aluminiumoxidfilm ausgebildet ist und daß auf dem Aluminiumoxidfilm ein Platinfilm vorhanden ist.

Der Erfindung liegen die Erkenntnisse zugrunde, daß ein Aluminiumträger oder ein Saphirträger eine gute Haftung für einen dünnen Platinfilm hat und zwischen ihnen keine Legierung gebildet wird, daß ein Siliziumträger verhältnis mäßig billig ist, sehr gute Glätte aufweist und sich leicht bearbeiten läßt und daß die vorstehend erwähnten Träger ausreichende Wärmewiderstandseigenschaften haben, so daß durch Haftung eines Aluminiumoxidfilms auf einem Silizium träger die vorstehend erwähnten Nachteile und Probleme des Standes der Technik beseitigt werden.

Der erfindungsgemäße Platinwiderstand zur Temperaturmessung kann sowohl einen dünnen als auch einen dicken Platinfilm bzw. sowohl eine dünne als auch eine dicke Platinschicht aufweisen. Die Ausbildung eines Aluminiumoxidfilms auf einem Siliziumträger erfolgt beispielsweise durch Vakuumverdamp fung, Kathodenzerstäubung, Ionenplattierung, chemische Ver dampfung, anodische Oxidation o. ä.. Um die Verschmutzung durch Verunreinigungen zu verringern, wird vorzugsweise eine Vakuumverdampfung, eine Kathodenzerstäubung oder ein Ionen plattieren angewendet.

Der in Fig. 1 gezeigte Platinwiderstand zur Temperaturmes sung enthält einen Siliziumträger 1, einen Aluminiumoxidfilm 2, der auf dem Siliziumträger 1 ausgebildet ist, ein auf dem Aluminiumoxidfilm 2 ausgebildetes Muster eines Platinfilms 3 sowie mit dem Platinfilm 3 verbundene Anschlußleitungen 5.

Die Herstellung des Platinwiderstandes erfolgt in der nachstehend beschriebenen Weise.

Auf einen Siliziumträger 1 wird durch Kathodenzerstäubung oder Ionenplattierung ein Aluminiumoxidfilm 2 mit einer Dicke von mehreren 1000 Angström bis mehreren Mikron aufgebracht, worauf durch Kathodenzerstäubung o.ä. ein Platinfilm 3 mit einer Dicke von mehreren 1000 Angström bis mehreren Mikron aufgebracht wird (Fig. 2). Danach wird auf dem Platinfilm 3 ein Fotoresist-Muster 4 ausgebildet (Fig. 3), wodurch dann durch ein Sprühätzverfahren im Platinfilm 3 ein Muster entsprechend dem Muster des Fotoresists 4 erzeugt wird (Fig. 4). Der Fotoresist 4 wird danach entfernt. Das so erhaltene Produkt wird an der Umgebungsluft auf etwa 1000°C erhitzt sowie zur Einstellung des Widerstandes abgeglichen. Schließlich werden Anschlußleitungen 5 durch Schweißung mit dem Platinfilm 3 verbunden, so daß ein Platinwiderstand für Temperaturmessungen erhalten wird.

Claims

1. Platinwiderstand zur Temperaturmessung, gekennzeichnet durch einen Siliziumträger (1), auf dem ein Film (2) aus Aluminiumoxid ausgebildet ist, auf dem ein Platin film (3) vorgesehen ist.

2. Platinwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Aluminiumoxidfilm (2) auf dem Silizium träger (1) durch Vakuumverdampfung, Kathodenzerstäubung, Ionenplattierung, chemische Verdampfung oder anodische Oxidation hergestellt ist.