JP3826036B2 - 温度測定装置および温度測定装置の接続ワイヤを接続する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本願発明は、温度測定装置および温度測定装置の接触パッドでの接続ワイヤを接続する方法に関する。
【０００２】
多年、温度測定装置は、異なる実施形態において薄層技術で製造され、精密な温度測定のために用いられてきた。
【０００３】
公知の温度測定装置が図３に示される。Ａｌ₂ Ｏ₃ セラミック支持体３００上に、約１μｍの厚みの白金層３０２が載せられている。この白金フィルム３０２は、たとえば１００Ωの抵抗測定値を有するように構成されている。白金層３０２の保護のために、それは適当な保護層３１０で覆われている。そこに、接続ワイヤ３０８が、２つの接触部位３０６において溶接されている。接続ワイヤ３０８の機械負荷を確保するために、接続ワイヤ３０２を更に機械的に固定させるように固定うわぐすり３０４が塗布される。固定うわぐすり３０４は、約６００℃までの使用温度（うわぐすりは軟化してはならない）をもたらすために、約８００℃くらいの温度（うわぐすりは溶けなければならない）で焼き付けられる。
【０００４】
公知の温度測定装置において、高い焼き付け温度のために、貴金属製（たとえば白金またはパラジウム等）若しくは貴金属合金製（たとえば金、パラジウム等）の接続ワイヤまたは充分に厚い貴金属被覆（たとえば白金被覆を有するニッケル等）を有するワイヤが、接続ワイヤ３０８に使用される。温度測定装置のなかには、銀のワイヤまたは銀パラジウム合金製のワイヤが使用されるものもある。しかし、これらの貴金属ワイヤは、比較的高価であり、よってこのためにはもっと安価なワイヤの使用が望ましい。たとえば、それらはニッケルまたはニッケル合金から製造され得る。ニッケルワイヤは、非常に良好な機械的特性を有し、求められるワイヤ突き出し長さに非常に良く溶接され得る。加えて、ニッケルワイヤは、約６００℃までという非常に高い連続使用温度を有し、銀のそれ（４００℃）よりも相当に高い。
【０００５】
ニッケルワイヤの不都合は、ワイヤ固定のための固定うわぐすり滴の焼き付け過程において、焼き付け過程間の溶融段階に達したとき、ニッケルが固定滴の固定うわぐすり塊と化学反応することである。この化学反応のために、センサチップの接触部位３０６において接続ワイヤ３０８を囲んでいるうわぐすり塊内で、ワイヤ表面方向に濡れている面において、図４に示されるように、たくさんの小さな気泡３１２が形成する。これらの気泡３１２は、固定の質を減じる、すなわち接続ワイヤ３０８での最大許容伸張力が相当に減じられる。これらの問題は、保護雰囲気（たとえばフォーミングガスＮ₂ ／Ｈ₂ ，９５：５）における焼き付けの際に顕著に発生する。
【０００６】
通常の空気での焼き付け過程における更なる問題は、焼き付け後、測定ケーブルへの確実な接続を可能とするために、ニッケルワイヤ端部の酸化層が除去されなければならないということである。
【０００７】
上述の貴金属で被覆されるニッケルワイヤにおいてさえ、図５に示されるように、そのような問題が発生する。これらのワイヤは、端面（接触面）に白金被覆３１６を有さず、その結果、焼き付け後に、固定うわぐすり３０４の下のこのワイヤ端部において気泡３１４が存在する。
【０００８】
ＤＤ２８９１２７Ａ５は、１つのセラミック基板、１つの白金薄層および２つの接触部位で形成される白金薄層センサを記述する。基板、接触部位および接続ワイヤの高貼着、または引張／圧縮や剪断強さにおいてのみならず極端な温度変化においても高い接続の機械的強さを得るために、白金および銀合金により製造された接続ワイヤが、高い強度と低い伸張係数を有する貼着うわぐすりに埋めこまれる。
【０００９】
ＤＥ１９６０５４６８Ｃ２は、絶縁基板を有する白金温度センサを記述する。白金フィルム回路および熱生成装置は、基板上に配置される。白金フィルム回路において、低い熱伝導性を有する被覆が絶縁基板として設けられる。接続ワイヤは基板と電気的に接続され、そこにうわぐすりによって固着される。
【００１０】
本願発明の目的は、温度測定装置との接続方法および増大された固定の質で安価な接続ワイヤを用いる温度測定装置をもたらすことである。
【００１１】
この目的は、請求項１、２に記載の方法および請求項５に記載の温度測定装置によって達成される。
【００１２】
本願発明は、接続ワイヤが温度測定装置の接触パッドにおいて固着され、固着された接続ワイヤが酸化されて固定うわぐすりによって固定される、温度測定装置の接続方法をもたらす。
【００１３】
加えて、本願発明は、温度測定装置の接触パッドに接続されて固定うわぐすりで固定される抵抗層および接続ワイヤを有する温度測定装置をもたらし、接続ワイヤは、少なくとも固定うわぐすりの範囲内に酸化層を含む。
【００１４】
実施例において、接続ワイヤは、ニッケル、ニッケル合金（たとえばＮｉＣｒ等）または白金被覆を有するニッケルワイヤによって製造され、白金被覆は、たとえば端面において完全に閉鎖されておらず中空である。
【００１５】
本願発明は、固定のために用いられるうわぐすりが、溶融時に酸化層と反応せず、それ故に従来技術において生ずる問題が、たとえばニッケルワイヤを接続の後および固定の前に酸化させることによって、妨げられるという洞察に基づく。このようにして、たとえば気泡等の不均質性が、ワイヤと固定うわぐすりとの間の接触面で生ずることが妨げられ、それによって安価なワイヤ材料にもかかわらず高い固定の質が得られる。接続ワイヤは、固定うわぐすりでの固定の際に、接続ワイヤと固定うわぐすりとの間の接触面で気泡が形成するように反応する材料から製造される。
【００１６】
本願発明の利点は、ニッケルワイヤを酸化させることによって、貴金属ワイヤを用いる場合よりも、より強い酸化ニッケルワイヤのうわぐすりとの固着が得られる。
【００１７】
本願発明の更なる利点は、使用が好ましいニッケルワイヤは、測定回路へのワイヤの突き出し長さに非常に良好に溶接されることである。
【００１８】
更なる利点は、ニッケルまたはニッケル合金の連続使用温度が、銀のそれ（４００℃）よりも一層高く（６００℃）、ニッケルが良好な機械特性を有することである。
【００１９】
本願発明の好ましい実施形態は、従属請求項において定義される。
【００２０】
本願発明の好ましい実施形態が、添付の図面を参照しながら、以下詳細に記述される。
【００２１】
本願発明の第１実施例は、図１に示される。温度測定装置１００は、白金抵抗層１０４が上部に形成され、白金層との電気信号の送受を介する接続部位または接触パッド１０６に接続される基板１０２を含む。ニッケルワイヤ１０８は、接触パッド１０６と、（たとえば貼着によって）電気的に接続されている。公知の検出装置とは異なり、固定うわぐすり１２６は塗布されずに、たとえばニッケルワイヤ１０８（チップを含む）を通常の雰囲気において８００℃の温度に約３０分間さらすことによって、接着されたニッケルワイヤ１０８は、更なるステップにおいて表面酸化される。このようにして、ニッケルワイヤ１０８は、薄い酸化層１２２で覆われる。それから、固定うわぐすり１２６が塗布され、８００℃で焼き付けられ、その結果、図１における構造がもたらされる。酸化層１２２のために、溶融過程でのニッケルとうわぐすり塊の反応が妨げられる。気泡の形成はもはや起こらず、ニッケルワイヤ１０８の張力が顕著に増大される。酸化層１２２は、周囲のうわぐすりとよく結合し、それによって、酸化ニッケルワイヤ１０８のうわぐすりとの固着が、貴金属ワイヤの場合よりも一層強くなる。
【００２２】
しかし、ニッケルワイヤ１０８の表面上の酸化層１２２は、全体の長さに渡って形成されるが、測定ケーブルとの電気的接続（溶接、（硬）半田付またはクリンピング）が起こるべきワイヤの端部では望ましくない。このために、固定うわぐすり１２６の焼き付け後、センサ素子は、付加的なステップにおいて還元過程が施されて、露出したニッケル酸化層から酸素が再び取り除かれ、最終的に裸のニッケルワイヤが再度現れる。この還元過程は、たとえば約６００℃でＮ₂ ／Ｈ₂ 雰囲気において起こり得る。接続部位１０６およびニッケルワイヤ１０８は、この部位において固定塊によって覆われているので、前に得られたワイヤの張力は損なわれない。
【００２３】
Ｎ₂ ／Ｈ₂ 雰囲気での還元は、ワイヤ端部のスズメッキが望ましいような接着について、ニッケルワイヤが還元後容易にすばやくスズメッキできるという利点を有する。
【００２４】
ワイヤ１０８、１２０から酸化層１２２、１２４を除く更なる実現性は、たとえばサンドブラスティング等の機械洗浄である。
【００２５】
図２において、本願発明の第２実施例が示される。図１に示される実施例と比較して、図２に示される実施例は、接続ワイヤ１２０が白金被覆１１６を有するニッケルワイヤ１１８である点で異なる。接続ワイヤ１２０は端面（接触面）に白金被覆１１６を有していないので、接続ワイヤ１２０は、溶接（貼着）後に、接続部位１０６において酸化される。そして、固定うわぐすり１２６が塗布され、焼き付けられる。この酸化によって、接続ワイヤ１２０の端面での気泡の形成が防がれ、それによって接続ワイヤ固定の改良が得られる。
【００２６】
接続ワイヤのニッケル面上の酸化層１２４は、その後、還元処理によって除去されることができ、それによって、白金コートなので必ずしも必要ではないのだが、スズメッキの可能性（ウェッティング）が改良される。
【００２７】
図１および２の助けを借りて、本願発明の好ましい実施例が詳細に記述されてきたが、本願発明はこれらの実施例に限定されない。
【００２８】
加えて、固定うわぐすりは、用いられるうわぐすりの溶融範囲によって、５００℃から１０００℃間の温度範囲で焼き付けできる。
【００２９】
更に、ニッケルワイヤは、５分から６０分の持続時間で、６００℃から９００℃間の温度範囲で酸化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、第１実施例による温度測定装置において接続されたニッケルワイヤの図解図である。
【図２】 図２は、第２実施例による白金コートを有する接続されたニッケルワイヤの図解図である。
【図３】 図３ａは、公知の温度測定装置の平面図である。
図３ｂは、図３ａの公知の温度測定装置の側面図である。
【図４】 図４は、化学反応のために、ワイヤ表面方向に濡れている部位のうわぐすり塊において小さな気泡がある、接続されたニッケルワイヤの図解図である。
【図５】 図５は、化学反応のために、ワイヤ表面方向に濡れている部位のうわぐすり塊において小さな気泡がある、白金コートを有する接続されたニッケルワイヤの図解図である。

Claims (5)

1. 温度測定装置（１００）の接触パッド（１０６）においてニッケルまたはニッケル合金の接続ワイヤ（１０８）を固着させるステップ、
   固着された接続ワイヤ（１０８）を酸化させるステップ、
   固定うわぐすり（１２６）によって接続ワイヤ（１０８）を固定するステップであって、接触パッドにおいて酸化された接続ワイヤ（１０８）の一部分が固定うわぐすり（１２６）で覆われるステップ、および
   温度測定装置（１００）から離れて配置される接続ワイヤ（１０８）の端部から、酸化層（１２２）を除去するステップを含む、温度測定装置（１００）の接続ワイヤを接続する方法。
2. 温度測定装置（１００）の接触パッド（１０６）に接続ワイヤ（１２０）を固着させるステップであって、接続ワイヤ（１２０）は貴金属層（１１６）によって被覆されたニッケルまたは貴金属層（１１６）によって被覆されたニッケル合金で形成され、接続ワイヤ（１２０）の端面においてニッケルまたはニッケル合金は露出されるステップ、
   固着された接続ワイヤ（１２０）の露出した端面を酸化させるステップ、および
   固定うわぐすり（１２６）によって接続ワイヤ（１２０）を固定するステップであって、接続ワイヤ（１２０）の酸化された端面が固定うわぐすりで覆われるステップを含む、温度測定装置（１００）の接続ワイヤを接続する方法。
3. 貴金属層（１１６）は白金で製造される、請求項２に記載の方法。
4. 接続ワイヤ（１２０）は５分から６０分の間６００℃から９００℃の温度で酸化される、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
5. 抵抗層（１０４）、および
   その一端が温度測定装置（１００）の接触パッド（１０６）に接続され、固定うわぐすり（１２６）によって固着される接続ワイヤ（１２０）を含み、
   接続ワイヤ（１２０）は貴金属層（１１６）によって被覆されたニッケルまたは貴金属層（１１６）によって被覆されたニッケル合金で形成され、
   接触パッド（１０６）に接続される接続ワイヤ（１２０）の前記一端の端面においてニッケルまたはニッケル合金は貴金属層（１１６）によって被覆されておらず、
   酸化層（１２４）が接続ワイヤ（１２０）の前記端面と固定うわぐすり（１２６）との間に配置され、
   接続ワイヤ（１２０）の前記端面において酸化層は固定うわぐすり（１２６）で覆われる、温度測定装置（１００）。

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