JPH0145201B2 - - Google Patents
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- JPH0145201B2 JPH0145201B2 JP56024379A JP2437981A JPH0145201B2 JP H0145201 B2 JPH0145201 B2 JP H0145201B2 JP 56024379 A JP56024379 A JP 56024379A JP 2437981 A JP2437981 A JP 2437981A JP H0145201 B2 JPH0145201 B2 JP H0145201B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/02—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
- H01C7/021—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient formed as one or more layers or coatings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
- G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
- G01K7/183—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer characterised by the use of the resistive element
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
- H01C17/22—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for trimming
- H01C17/232—Adjusting the temperature coefficient; Adjusting value of resistance by adjusting temperature coefficient of resistance
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- Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、薄膜式抵抗温度計装置（以下単に
RTDと称す）に関し、更に詳しく云えば、本発
明に使用されるチツプが非導電性の支持材料であ
つて、該支持材料の上に金属の薄膜が溶着されて
いるようなRTD一式を構成するために使用され
る薄膜式RTDチツプに関する。
RTDと称す）に関し、更に詳しく云えば、本発
明に使用されるチツプが非導電性の支持材料であ
つて、該支持材料の上に金属の薄膜が溶着されて
いるようなRTD一式を構成するために使用され
る薄膜式RTDチツプに関する。
RTDは、本装置の抵抗を温度に関係させるこ
とにより温度を測定するために使用されている。
抵抗はαの勾配では略直線状に増加する。このα
は本装置の抵抗温度係数（以下、単にTCRと称
す）と呼ばれており、白金のRTDの場合0゜〜100
℃迄の間隔に亘つて測定された１℃当りの相対的
な抵抗の変化としてTCRを定義することが一般
的なやり方である。白金のRTDが同じキヤリブ
レーシヨン、即ち同じ氷点抵抗（ice point
resistance−水の氷点に相当する温度に於ける温
度計の抵抗を氷点抵抗と云う）とTCRをもつも
のに作ることができ、従つて、無調整のまゝで他
方のものと取換えることが可能の状態で使用する
ことができることは重要なことである。薄膜式
RTDを作るやり方によつて、無調整のまゝで他
方のものと取換えることが可能であつて同じキヤ
リブレーシヨンをたどるRTDを作ることができ
る。
とにより温度を測定するために使用されている。
抵抗はαの勾配では略直線状に増加する。このα
は本装置の抵抗温度係数（以下、単にTCRと称
す）と呼ばれており、白金のRTDの場合0゜〜100
℃迄の間隔に亘つて測定された１℃当りの相対的
な抵抗の変化としてTCRを定義することが一般
的なやり方である。白金のRTDが同じキヤリブ
レーシヨン、即ち同じ氷点抵抗（ice point
resistance−水の氷点に相当する温度に於ける温
度計の抵抗を氷点抵抗と云う）とTCRをもつも
のに作ることができ、従つて、無調整のまゝで他
方のものと取換えることが可能の状態で使用する
ことができることは重要なことである。薄膜式
RTDを作るやり方によつて、無調整のまゝで他
方のものと取換えることが可能であつて同じキヤ
リブレーシヨンをたどるRTDを作ることができ
る。
従来、ワイヤに巻いたRTDのTCRを制御する
ために用いられたやり方に類似した要領で、即
ち、使用されている金属中に不純物を添加するこ
とにより或いは薄膜を処理している間や処理のあ
と薄膜の熱処理により薄膜中の欠陥の大きさを制
御することにより薄膜構造のRTDのTCRを設定
しようとするのが一般的なやり方であつた。
ために用いられたやり方に類似した要領で、即
ち、使用されている金属中に不純物を添加するこ
とにより或いは薄膜を処理している間や処理のあ
と薄膜の熱処理により薄膜中の欠陥の大きさを制
御することにより薄膜構造のRTDのTCRを設定
しようとするのが一般的なやり方であつた。
前記「欠陥」について下記の通り説明を加え
る。
る。
記
基材上に溶着される白金薄膜は、単結晶
（single crystal）のものが「完全」なものとせら
れており、本明細書に於て、「欠陥（defects、完
全でないもの」と云うのは、「単結晶ではなく、
従つて、薄膜中に複数の独立した結晶に分けてい
る境界（boundaries）のあることに基づく欠陥」
を意味する。この「境界」のあることは、抵抗温
度係数（TCR）を、前記の単結晶の白金薄膜
（即ち、完全なもの）から得られるTCRとは違つ
たものにする。即ち、境界の存する割合（換言す
れば、欠陥の大きさ）が大きければ大きい程
TCRの値は低くなる。前記のように、薄膜の熱
処理により薄膜中の欠陥の大きさを制御しようと
することは従来行われてはいたが、実際にはこの
やり方では所定のTCRを得ることは困難であつ
た。
（single crystal）のものが「完全」なものとせら
れており、本明細書に於て、「欠陥（defects、完
全でないもの」と云うのは、「単結晶ではなく、
従つて、薄膜中に複数の独立した結晶に分けてい
る境界（boundaries）のあることに基づく欠陥」
を意味する。この「境界」のあることは、抵抗温
度係数（TCR）を、前記の単結晶の白金薄膜
（即ち、完全なもの）から得られるTCRとは違つ
たものにする。即ち、境界の存する割合（換言す
れば、欠陥の大きさ）が大きければ大きい程
TCRの値は低くなる。前記のように、薄膜の熱
処理により薄膜中の欠陥の大きさを制御しようと
することは従来行われてはいたが、実際にはこの
やり方では所定のTCRを得ることは困難であつ
た。
不純物の濃度が高くなればなる程また抵抗温度
計要素の金属の中の欠陥の大きさが大きければ大
きい程、TCRの値が低くなることはよく知られ
ていることである。従つて、従来白金の特殊な合
金或いは欠陥を制御する特殊な方法が所要の
TCRを与えるために使用されている。通常、使
用のTCRは工業規格、即ち0.00385（℃）-1であり、
この値は「純粋な白金」と称されているもの（即
ち、現実には白金中に不純物が全く含まれていな
いと云うものはあり得ないのであつて、こゝで云
う「純粋な白金」とは不純物が極めて少くて純粋
と云つても良い程のものを指す）の非常に薄い皮
膜またはワイヤのTCR、即ち、0.00392（℃）-1よ
り僅かに低い。
計要素の金属の中の欠陥の大きさが大きければ大
きい程、TCRの値が低くなることはよく知られ
ていることである。従つて、従来白金の特殊な合
金或いは欠陥を制御する特殊な方法が所要の
TCRを与えるために使用されている。通常、使
用のTCRは工業規格、即ち0.00385（℃）-1であり、
この値は「純粋な白金」と称されているもの（即
ち、現実には白金中に不純物が全く含まれていな
いと云うものはあり得ないのであつて、こゝで云
う「純粋な白金」とは不純物が極めて少くて純粋
と云つても良い程のものを指す）の非常に薄い皮
膜またはワイヤのTCR、即ち、0.00392（℃）-1よ
り僅かに低い。
所要のTCRを得る他の従来の方法として、
1978年７月25日にデイール他に与えられた米国特
許第4103275号に開示されているように、スパツ
ター処理ガス中に酸素を含ませて基材上でRFス
パツター処理すると共にバイアス・スパツター処
理を適用し、溶着後800℃より高い温度で純鈍す
ることにより薄膜が溶着されている。デイールの
特許には、これらの変数を制御することにより、
白金の不純度と白金薄膜の熱処理などで発生する
白金の欠陥のレベルを充分に低くすることが可能
であるから所要のTCR値を得ることができると
記述されている。
1978年７月25日にデイール他に与えられた米国特
許第4103275号に開示されているように、スパツ
ター処理ガス中に酸素を含ませて基材上でRFス
パツター処理すると共にバイアス・スパツター処
理を適用し、溶着後800℃より高い温度で純鈍す
ることにより薄膜が溶着されている。デイールの
特許には、これらの変数を制御することにより、
白金の不純度と白金薄膜の熱処理などで発生する
白金の欠陥のレベルを充分に低くすることが可能
であるから所要のTCR値を得ることができると
記述されている。
その他、デイールの特許は、薄膜の材料より大
きい熱膨張係数を有する基材上に薄膜をどのよう
に溶着させたかを開示している。更に薄膜の
TCRを工業規格の0.00385（℃）-1のレベル迄引上
げるため、薄膜のTCRを効果的に増加させる方
法がデイールの特許に開示されている。抵抗温度
計装置が標準のTCRを作つておらず、標準より
高い値を作つているデイールの特許に示されてい
る実例より明らかである。従つて、デイールの構
造では有効精度をもつた所定のTCRを得ること
はできないように思われる。
きい熱膨張係数を有する基材上に薄膜をどのよう
に溶着させたかを開示している。更に薄膜の
TCRを工業規格の0.00385（℃）-1のレベル迄引上
げるため、薄膜のTCRを効果的に増加させる方
法がデイールの特許に開示されている。抵抗温度
計装置が標準のTCRを作つておらず、標準より
高い値を作つているデイールの特許に示されてい
る実例より明らかである。従つて、デイールの構
造では有効精度をもつた所定のTCRを得ること
はできないように思われる。
TCRを引き下げる上に役立つ変数を制御する
ことは非常に困難であり、このことはTCRの値
を制御しながら金属の薄膜を溶着させるために利
用することができる技術が非常に少ないことに反
映されている。従つて、本発明の目的は、所定の
TCRを有する白金の薄膜式抵抗温度計装置とこ
のような装置を製造する方法を提供することであ
る。
ことは非常に困難であり、このことはTCRの値
を制御しながら金属の薄膜を溶着させるために利
用することができる技術が非常に少ないことに反
映されている。従つて、本発明の目的は、所定の
TCRを有する白金の薄膜式抵抗温度計装置とこ
のような装置を製造する方法を提供することであ
る。
而して、本発明は所定のTCRを有する薄膜式
抵抗温度計要素と、薄膜に必要な金属量と抵抗温
度計要素の必要寸法と最小に抑えるよう温度計要
素を製造する方法を提供しようとするものであ
る。本発明に係る方法は、電気絶縁性の基材を用
意する工程と、曲がりくねつたパターンに従つて
前記基材の上に金属の薄膜を溶着させる工程より
成るものであつて、TCRに関する前記金属薄膜
のバルク値（bulk value）は所定のTCRより大
幅に大きく、またTCRが所定の値にあるときの
厚さまで溶着が行われている。
抵抗温度計要素と、薄膜に必要な金属量と抵抗温
度計要素の必要寸法と最小に抑えるよう温度計要
素を製造する方法を提供しようとするものであ
る。本発明に係る方法は、電気絶縁性の基材を用
意する工程と、曲がりくねつたパターンに従つて
前記基材の上に金属の薄膜を溶着させる工程より
成るものであつて、TCRに関する前記金属薄膜
のバルク値（bulk value）は所定のTCRより大
幅に大きく、またTCRが所定の値にあるときの
厚さまで溶着が行われている。
而して、本発明の目的は、TCRのバルク値が
所定の値より実際上大きい薄膜を絶縁基材の上に
溶着することと、薄膜が溶着したあと薄膜の厚さ
を減らすことにより達成することができる。従つ
て、厚さが変化してもTCRが大幅に変化しない
ときの厚さより充分に下回つた値、言い換えれ
ば、TCRが薄膜溶着層に対するバルク値と呼ぶ
ことができるレベルにあるときの値まで皮膜の厚
さを減らそうとするものである。本発明に於て、
TCRのバルク値（bulk value）とは、薄膜溶着
層の厚さが、薄膜の厚さの変化にかゝわらず
TCRが殆んど変化しないような程度のものであ
る領域に近い値を云うものとする。溶着された薄
膜のバルク値は薄膜の純度並びに該薄膜の完全度
に大幅に左右されており、しかもこれらの要素は
全て素材の純度と溶着作業に使用された工程の関
数である。
所定の値より実際上大きい薄膜を絶縁基材の上に
溶着することと、薄膜が溶着したあと薄膜の厚さ
を減らすことにより達成することができる。従つ
て、厚さが変化してもTCRが大幅に変化しない
ときの厚さより充分に下回つた値、言い換えれ
ば、TCRが薄膜溶着層に対するバルク値と呼ぶ
ことができるレベルにあるときの値まで皮膜の厚
さを減らそうとするものである。本発明に於て、
TCRのバルク値（bulk value）とは、薄膜溶着
層の厚さが、薄膜の厚さの変化にかゝわらず
TCRが殆んど変化しないような程度のものであ
る領域に近い値を云うものとする。溶着された薄
膜のバルク値は薄膜の純度並びに該薄膜の完全度
に大幅に左右されており、しかもこれらの要素は
全て素材の純度と溶着作業に使用された工程の関
数である。
本発明を実施するに際しては、まず白金のよう
な金属薄膜材を電気絶縁基材上に溶着させること
が必要である。薄い金属皮膜を溶着させるために
使用することができる方法にはいろいろ多くのも
のがある。これらの方法として、RFスパツター
処理、高真空蒸着、有機化合物の化学的な蒸着、
その他薄膜処理の分野に精通した当業者には公知
の方法を挙げることができる。基材として、例え
ばAl2O3、SiO3又はBeOを使用することができ
る。通常、白金薄膜のTCRバルク値を得ること
ができる厚さ範囲を大幅に下回つた厚さ範囲を用
意するため、0.05から0.8ミクロンの範囲内で所
定の厚さに溶着層を調整することが好ましい。他
の金属材料を使用する場合、厚さ範囲を適宜調節
することが必要である。
な金属薄膜材を電気絶縁基材上に溶着させること
が必要である。薄い金属皮膜を溶着させるために
使用することができる方法にはいろいろ多くのも
のがある。これらの方法として、RFスパツター
処理、高真空蒸着、有機化合物の化学的な蒸着、
その他薄膜処理の分野に精通した当業者には公知
の方法を挙げることができる。基材として、例え
ばAl2O3、SiO3又はBeOを使用することができ
る。通常、白金薄膜のTCRバルク値を得ること
ができる厚さ範囲を大幅に下回つた厚さ範囲を用
意するため、0.05から0.8ミクロンの範囲内で所
定の厚さに溶着層を調整することが好ましい。他
の金属材料を使用する場合、厚さ範囲を適宜調節
することが必要である。
RTDが使用金属材料に対するバルク値を下回
つた所要のTCRをもつようにRTDを作るに際し
ては、所要のTCRを与えるに必要とされる厚さ
より大きい厚さ迄溶着を行い、しかる後、例え
ば、イオン・ビーム・スパツター・エツングまた
は化学的なエツチングにより所要の値迄皮膜の厚
さを減らすようにする。採用可能な別のやり方
は、所要のTCRに必要な既知の厚さを下回つた
厚さに皮膜を溶着し、然る後、TCRをチエツク
した後、所要のTCRを与えるを確保するに必要
な程度連続工程を経て厚さを増やすことである。
所要の厚さに溶着させるに必要な時間が一旦決る
と、溶着工程のタイミングをはかり、溶着速度を
制御するだけで同じTCRを有する抵抗温度計要
素を作ることができる。時間と溶着速度は、薄膜
を処理するに際し、最も容易に制御することがで
きる変数である。
つた所要のTCRをもつようにRTDを作るに際し
ては、所要のTCRを与えるに必要とされる厚さ
より大きい厚さ迄溶着を行い、しかる後、例え
ば、イオン・ビーム・スパツター・エツングまた
は化学的なエツチングにより所要の値迄皮膜の厚
さを減らすようにする。採用可能な別のやり方
は、所要のTCRに必要な既知の厚さを下回つた
厚さに皮膜を溶着し、然る後、TCRをチエツク
した後、所要のTCRを与えるを確保するに必要
な程度連続工程を経て厚さを増やすことである。
所要の厚さに溶着させるに必要な時間が一旦決る
と、溶着工程のタイミングをはかり、溶着速度を
制御するだけで同じTCRを有する抵抗温度計要
素を作ることができる。時間と溶着速度は、薄膜
を処理するに際し、最も容易に制御することがで
きる変数である。
抵抗温度計要素を作るために使用することがで
きる手順一式は、前述のように、マイクロエレク
トロニクスに使用される薄膜技術に精通した当業
者には周知のことである。例えば、電気絶縁基材
を使用することにより抵抗温度計要素を作ること
ができる。然る後、白金の薄膜が基材にスパツタ
ー処理され、真空蒸発され、或いは化学的な蒸着
により溶着されて、上述の薄膜厚さを得ることが
できる。曲りくねつた薄膜のパターンを作るた
め、溶着された皮膜に、例えば、感光性ラツカー
をコーテイングさせる。然る後、所要のパターン
に従つて選択的に露光させると共に、引き続き現
像を行つて、前記パターンを作るために取り除か
ねばならない感光性ラツカーのコーテイング領域
を除去することにより所要の曲りくねつた模様を
作ることができる。然る後、イオン・エツチング
により或いは感光性ラツカーを使用して未保護の
状態にある白金を取り除く他の方法を適用するこ
とにより所要の最終導体経路を作ることができ
る。別の方法は、レーザーにより皮膜に直接パタ
ーンを切り込んで所要の幾何学的形状を作るやり
方である。
きる手順一式は、前述のように、マイクロエレク
トロニクスに使用される薄膜技術に精通した当業
者には周知のことである。例えば、電気絶縁基材
を使用することにより抵抗温度計要素を作ること
ができる。然る後、白金の薄膜が基材にスパツタ
ー処理され、真空蒸発され、或いは化学的な蒸着
により溶着されて、上述の薄膜厚さを得ることが
できる。曲りくねつた薄膜のパターンを作るた
め、溶着された皮膜に、例えば、感光性ラツカー
をコーテイングさせる。然る後、所要のパターン
に従つて選択的に露光させると共に、引き続き現
像を行つて、前記パターンを作るために取り除か
ねばならない感光性ラツカーのコーテイング領域
を除去することにより所要の曲りくねつた模様を
作ることができる。然る後、イオン・エツチング
により或いは感光性ラツカーを使用して未保護の
状態にある白金を取り除く他の方法を適用するこ
とにより所要の最終導体経路を作ることができ
る。別の方法は、レーザーにより皮膜に直接パタ
ーンを切り込んで所要の幾何学的形状を作るやり
方である。
例えば、所要のTCRを得るため厚さを減らす
ことにより本発明に従つて要求通り曲りくねつた
パターン通りに溶着された皮膜の厚さを調節した
後、レーザー・ビーム・カツテイングまたはパタ
ーンの特定の領域のリンクを取り除くことによつ
てパターンを変える他の皮膜切断テクニツクを使
用することにより或いはパターンを直接レーザ
ー・カツテイングし、氷点抵抗を調節することに
より効果的なパターンを変えるためパターンの特
定の部分を開放するようにする。
ことにより本発明に従つて要求通り曲りくねつた
パターン通りに溶着された皮膜の厚さを調節した
後、レーザー・ビーム・カツテイングまたはパタ
ーンの特定の領域のリンクを取り除くことによつ
てパターンを変える他の皮膜切断テクニツクを使
用することにより或いはパターンを直接レーザ
ー・カツテイングし、氷点抵抗を調節することに
より効果的なパターンを変えるためパターンの特
定の部分を開放するようにする。
TCRは厚さに関係した関数であるので所要の
TCRの値はバルク値より実質上下回つていなけ
ればならない。
TCRの値はバルク値より実質上下回つていなけ
ればならない。
扨、薄膜式抵抗温度計要素を作ることができる
一つの形状の平面図が第１図に示されている。電
気絶縁性基材１０上に白金のような金属の薄膜が
溶着されている。溶着された金属は接点パツド１
２と１４を備えており、外部回路を該接点パツド
１２と１４に接続することができる。接点パツド
１２と１４の間の導体通路は、異なつた機能をも
つた区画から構成されている。曲りくねつたパタ
ーン１６は所定の幅一杯の幅をもつており、一
方、区画１８と２０の幅は所定の幅の半分の大き
さである。第１図から明らかなように、全幅区画
１６は短絡リンク２２を備えており、また半幅区
画２０も短絡リンク２４を備えている。０℃のよ
うな特定の温度における全抵抗を増やすために切
り込みを入れることができるこれらの短絡リンク
に加えて、区画２６と２８が抵抗の漸減量を提供
しており、そしてこの抵抗の漸減量は皮膜に適当
に切り込みを入れることにより付加することがで
きる。而して、皮膜の厚さが適正値となつて所要
のTCRが得られた後、鎖線に沿つて短絡リンク
に切り込みを行い、抵抗に必要な調整を行なつ
て、所要の氷点抵抗が得られる。
一つの形状の平面図が第１図に示されている。電
気絶縁性基材１０上に白金のような金属の薄膜が
溶着されている。溶着された金属は接点パツド１
２と１４を備えており、外部回路を該接点パツド
１２と１４に接続することができる。接点パツド
１２と１４の間の導体通路は、異なつた機能をも
つた区画から構成されている。曲りくねつたパタ
ーン１６は所定の幅一杯の幅をもつており、一
方、区画１８と２０の幅は所定の幅の半分の大き
さである。第１図から明らかなように、全幅区画
１６は短絡リンク２２を備えており、また半幅区
画２０も短絡リンク２４を備えている。０℃のよ
うな特定の温度における全抵抗を増やすために切
り込みを入れることができるこれらの短絡リンク
に加えて、区画２６と２８が抵抗の漸減量を提供
しており、そしてこの抵抗の漸減量は皮膜に適当
に切り込みを入れることにより付加することがで
きる。而して、皮膜の厚さが適正値となつて所要
のTCRが得られた後、鎖線に沿つて短絡リンク
に切り込みを行い、抵抗に必要な調整を行なつ
て、所要の氷点抵抗が得られる。
第２図は、0.00388（℃）-1のTCRのバルク値を
有する代表的な白金薄膜RTDから得られたデー
ターをプロツトしたものである。厚さが４ミクロ
ンから減つても、厚さが１ミクロンを下回るまで
はTCRは殆んど変化しない。薄膜の厚さが１ミ
クロンより薄くなると厚さの減少と共にTCRは
ますます減少する。
有する代表的な白金薄膜RTDから得られたデー
ターをプロツトしたものである。厚さが４ミクロ
ンから減つても、厚さが１ミクロンを下回るまで
はTCRは殆んど変化しない。薄膜の厚さが１ミ
クロンより薄くなると厚さの減少と共にTCRは
ますます減少する。
TCRの感度対厚さの割合を表わす尺度は、
TCRの相対変化対厚さの相対変化の割合として
表わすことができる。
TCRの相対変化対厚さの相対変化の割合として
表わすことができる。
β＝△α／α／△ｔ／ｔ
α＝TCR
ｔ＝厚さ
第３図は、TCR対厚さの比をプロツトしたも
のである。氷点における皮膜抵抗は皮膜の厚さに
逆比例しており、従つて、厚さの相対的な変化は
抵抗の相対的は変化より小さい。皮膜が非常に厚
い場合、皮膜の厚さに対しTCRは殆んど変化し
ないが、一定のパターンに対するパターンは厚さ
に逆比例して変化する。第３図に於て皮膜厚さが
４ミクロンから２ミクロンに減少しても、TCR
は0.1秒以下変化するにすぎず、この変化量は工
業用RTDの仕様に定められている代表的な許容
公差より小さい。厚さの変化が同じである場合、
抵抗は50％増加する。一方、皮膜厚さが0.2ミク
ロンから0.1ミクロンに減少すると、TCRは2.2％
減少し、抵抗は50％増加する。従つて、本発明者
等は上述のように、厚さを調整することにより
TCRを調整すると共に、パターンを変えること
により氷点抵抗を変えることが可能な感度レベル
を発見したのである。事実、パターンの調整は簡
単ですみ、RTDのチツプ面積を最小程度に抑え
ることができるようRTDの氷点をできるだけ僅
か調整するにとゞめることが望ましい。従つて、
TCRが厚さの変化に対しかなり鋭感な関数であ
るので、厚さを調節することによりTCRを調整
しても、過大な抵抗の変化をひき起すことがない
ような厚さの範囲で使用することが好ましい。
のである。氷点における皮膜抵抗は皮膜の厚さに
逆比例しており、従つて、厚さの相対的な変化は
抵抗の相対的は変化より小さい。皮膜が非常に厚
い場合、皮膜の厚さに対しTCRは殆んど変化し
ないが、一定のパターンに対するパターンは厚さ
に逆比例して変化する。第３図に於て皮膜厚さが
４ミクロンから２ミクロンに減少しても、TCR
は0.1秒以下変化するにすぎず、この変化量は工
業用RTDの仕様に定められている代表的な許容
公差より小さい。厚さの変化が同じである場合、
抵抗は50％増加する。一方、皮膜厚さが0.2ミク
ロンから0.1ミクロンに減少すると、TCRは2.2％
減少し、抵抗は50％増加する。従つて、本発明者
等は上述のように、厚さを調整することにより
TCRを調整すると共に、パターンを変えること
により氷点抵抗を変えることが可能な感度レベル
を発見したのである。事実、パターンの調整は簡
単ですみ、RTDのチツプ面積を最小程度に抑え
ることができるようRTDの氷点をできるだけ僅
か調整するにとゞめることが望ましい。従つて、
TCRが厚さの変化に対しかなり鋭感な関数であ
るので、厚さを調節することによりTCRを調整
しても、過大な抵抗の変化をひき起すことがない
ような厚さの範囲で使用することが好ましい。
厚さ範囲の下端では、皮膜がもはや連続しない
で、皮膜が金属の島（island）から構成されるよ
うな限界に皮膜が達することになる。これらの金
属の島はつながつておらず、皮膜が最初に溶着し
たときの核形成工程（uncleation process）の結
果としてできたものである。まず金属の原子が溶
着すると、基材上の核形成点で凝集が始まる。こ
れらの凝集点は金属の島に成長し、最後にこの金
属の島が夫々一緒に成長して連続した皮膜を作る
にいたる。皮膜の成長に伴つて、皮膜の電気的な
挙動を追跡すると、まず金属の島がくつつき合う
ようになるまで回路が開いていることが観察され
る。このとき電子により誘電状態が生じ、金属の
島の間のバリヤ（barrier）がなくなる。この導
電状態はTCRが負であることが特徴である。金
属の島の寸法が小さくなると、バリヤにより限定
された導電状態とバルクな導電状態（bulk
conduction通常の厚さの金属に於て観察される
ノーマルな型の導電）が組み合わされることゝな
る。
で、皮膜が金属の島（island）から構成されるよ
うな限界に皮膜が達することになる。これらの金
属の島はつながつておらず、皮膜が最初に溶着し
たときの核形成工程（uncleation process）の結
果としてできたものである。まず金属の原子が溶
着すると、基材上の核形成点で凝集が始まる。こ
れらの凝集点は金属の島に成長し、最後にこの金
属の島が夫々一緒に成長して連続した皮膜を作る
にいたる。皮膜の成長に伴つて、皮膜の電気的な
挙動を追跡すると、まず金属の島がくつつき合う
ようになるまで回路が開いていることが観察され
る。このとき電子により誘電状態が生じ、金属の
島の間のバリヤ（barrier）がなくなる。この導
電状態はTCRが負であることが特徴である。金
属の島の寸法が小さくなると、バリヤにより限定
された導電状態とバルクな導電状態（bulk
conduction通常の厚さの金属に於て観察される
ノーマルな型の導電）が組み合わされることゝな
る。
バルク金属（bulk metal通常の厚さの金属）
のTCRが正であり、バリヤのTCRが負である結
果、TCRが零になるような厚さの領域をもつこ
とになる。TCRが零でなくなる個所より大幅に
厚い厚さ領域では初めて実用的なRTDが本発明
により作ることができるのである。
のTCRが正であり、バリヤのTCRが負である結
果、TCRが零になるような厚さの領域をもつこ
とになる。TCRが零でなくなる個所より大幅に
厚い厚さ領域では初めて実用的なRTDが本発明
により作ることができるのである。
TCRのバルク値が0.00385（℃）-1となる薄膜工
程を使用した白金の場合、実際に使用される厚さ
は概ね0.05から0.8ミクロンの範囲にある。この
厚さの範囲ではTCRの感度対厚さの割合は、第
３図に示されている１％より大きい。0.05ミクロ
ン以下では皮膜が薄すぎるので、実際上取り扱う
ことはできない。なぜなら、基材の粗度と皮膜の
連続性が実際的な問題となるからである。
程を使用した白金の場合、実際に使用される厚さ
は概ね0.05から0.8ミクロンの範囲にある。この
厚さの範囲ではTCRの感度対厚さの割合は、第
３図に示されている１％より大きい。0.05ミクロ
ン以下では皮膜が薄すぎるので、実際上取り扱う
ことはできない。なぜなら、基材の粗度と皮膜の
連続性が実際的な問題となるからである。
一例として、第２図に示されているような
TCRのバルク値が0.00388（℃）-1の薄膜の場合、
厚さが0.25ミクロンではTCRは0.00375（℃）-1に
減少し、厚さが50％変る毎に感度対厚さの比は約
１％変化する。厚さが50％変化すると抵抗も50％
変化するが、この変化量は抵抗を調整するテクニ
ツクにより効果的に操作することができる。本抵
抗温度計装置の製作を完成するため、本抵抗温度
計装置を使用する用途に必要な保護チユーブまた
は保護装置の中にチツプを取り付けるようにして
もよい。
TCRのバルク値が0.00388（℃）-1の薄膜の場合、
厚さが0.25ミクロンではTCRは0.00375（℃）-1に
減少し、厚さが50％変る毎に感度対厚さの比は約
１％変化する。厚さが50％変化すると抵抗も50％
変化するが、この変化量は抵抗を調整するテクニ
ツクにより効果的に操作することができる。本抵
抗温度計装置の製作を完成するため、本抵抗温度
計装置を使用する用途に必要な保護チユーブまた
は保護装置の中にチツプを取り付けるようにして
もよい。
本発明の実施態様を示せば次の通りである。
(1) 薄膜中の金属量と薄膜式抵抗温度計要素の寸
法を最小程度に抑えながら、所定の抵抗温度係
数（以下、単にTCRと称する）を有する薄膜
式抵抗温度計要素を製造する方法であつて、 電気絶縁性の基材１０を用意する工程と、そ
のTCRのバルク値より実質上大きい金属の薄
膜１２，１４をTCRが所要値となる厚さまで
溶着させて、前記金属の薄膜溶着層を抵抗材料
としての前記基材１０上に作る工程と、 より成ることを特徴とする方法 (2) 薄膜溶着層を作る工程が、 所要のTCRを得るに必要な厚さを上回つた
厚さまで薄膜を溶着する工程と、 所要のTCRを与える値まで薄膜の厚さを減
らす工程と、 より成ることを特徴とする前記第１項に記載の
方法 (3) イオン・ビーム・スパツター・エツチングに
より薄膜の厚さを減らすことを特徴とする前記
第２項記載の方法 (4) 化学的なエツチングにより薄膜の厚さを減ら
すことを特徴とする前記第２項記載の方法 (5) 所要のTCRが得られる迄継続的に溶着する
ことにより薄膜の厚さを作りあげることを特徴
とする前記第１項記載の方法 (6) 所定のTCRを有する薄膜式抵抗温度計を作
る方法であつて、 電気絶縁性の基材１０を用意する工程と、 曲がりくねつたパターン１６に従つて白金の
薄膜の溶着層を状記基材１０の上に作る工程で
あつて、溶着層のTCRのバルク値が前記所要
値を実質上、上回るような純度と完全さを前記
溶着層に与えると共に、薄膜のTCRが所要値
を上回るような厚さに前記薄膜の溶着層を作る
工程と、 所要のTCRを作るに必要な値まで前記薄膜
１２，１４の厚さを減らす工程と より成ることを特徴とする方法 (7) 薄膜が白金であつて、厚さが0.05と0.8ミク
ロンの間の範囲内にあることを特徴とする前記
第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第
６項のうちの孰れか１項記載の方法 (8) 薄膜が白金であつて、TCRの相対的な変化
対厚さの相対的な変化の比が0.01より大きいよ
う薄膜の厚さが充分に薄いことを特徴と前記第
１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６
項のうちの孰れか１項記載の方法 (9) 薄膜が白金であつて、TCRがTCRについて
の薄膜バルク値を少なくとも１％下回るよう薄
膜の厚さが充分に薄いことを特徴とする前記第
１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６
項のうちの孰れか１項記載の方法 (10) TCRがTCRに関する薄膜バルク値を実質上
下回るよう薄膜の厚さが充分薄く且つTCRが
零を実質上回るよう薄膜の厚さが充分に厚いこ
とを特徴と前記第１項、第２項、第３項、第４
項、第５項、第６項のうちのいずれか１項に記
載の方法 (11) 薄膜中の金属量と薄膜式抵抗温度計要素の寸
法を最小程度に抑えながら、所定のTCRを有
する薄膜式抵抗温度計要素を製造する方法であ
つて、 電気絶縁性の基材１０を用意する工程と、薄
膜の厚さが所要のTCRを作るに必要な厚さで
あると共に、当該金属がTCRのバルク値をも
つときの厚さを実質上、下回り、薄膜中に於け
る核形成（uncleation）薄膜の導電度に影響を
及ぼしているときの厚さを実質上、上回るよう
金属の薄膜溶着層を抵抗材料としての前記基材
１０上に作る工程と、 より成ることを特徴とする方法 (12) 電気絶縁性の基材１０と、 薄い白金の薄膜１２，１４であつて、所要の
TCRを作るに必要な薄膜の厚さがTCRがその
バルク値にあるときの厚さを実質上、下回り、
薄膜の導電度とTCRに関係した薄膜の特性を
決定するに際し核形成効果（uncleation
effect）が大きな影響力をもつときの厚さを実
質上、上回つたとき、所要の氷点抵抗を作るよ
う所定のパターン１６に従つて前記基材１０上
に溶着された薄い白金の薄膜と、 より成ることを特徴とする抵抗温度計要素 (13) 薄膜中の金属量と薄膜式抵抗温度計要素の
寸法を最小程度に抑えながら、０℃に於ける所
定の抵抗値と所定のTCRを有する薄膜式抵抗
温度計要素を装作する方法であつて、 電気絶縁性の基材１０を用意する工程と、 TCRのバルク値が所要のTCRより実質上大
きい金属溶着層であつて、TCRが所要値にあ
るときの厚さまで薄膜１２，１４が溶着された
金属の薄膜溶着層を短絡リンク２２，２４を有
する曲がりくねつたパターン１６に従つて前記
基材上に作る工程と、 ０℃に於ける所定の抵抗を提供するために必
要なだけ短絡リンク２２，２４を切断する工程
と、 より成ることを特徴とする方法 (14) 電気絶縁性の基材１０と、 厚さが所要のTCRを作るのに必要とされる
厚さであるときに所要の氷点抵抗を作るよう所
定のパターンに従つて前記基材１０の上に溶着
された薄い白金の薄膜１２，１４であつて、そ
のTCRのバルク値が所要のTCRを実質上、上
回るよう純度と完全さを有する薄い白金の薄膜
１２，１４と、 より成ることを特徴とする抵抗式温度計要素 (15) 薄膜の厚さが0.05と0.8ミクロンの間にある
ことを特徴とする前記第14項記載の抵抗式温度
計 (16) TCRの相対変化と皮膜の厚さの相対変化と
の比が0.01より大きいことを特徴とする前記第
15項に記載の抵抗式温度計
法を最小程度に抑えながら、所定の抵抗温度係
数（以下、単にTCRと称する）を有する薄膜
式抵抗温度計要素を製造する方法であつて、 電気絶縁性の基材１０を用意する工程と、そ
のTCRのバルク値より実質上大きい金属の薄
膜１２，１４をTCRが所要値となる厚さまで
溶着させて、前記金属の薄膜溶着層を抵抗材料
としての前記基材１０上に作る工程と、 より成ることを特徴とする方法 (2) 薄膜溶着層を作る工程が、 所要のTCRを得るに必要な厚さを上回つた
厚さまで薄膜を溶着する工程と、 所要のTCRを与える値まで薄膜の厚さを減
らす工程と、 より成ることを特徴とする前記第１項に記載の
方法 (3) イオン・ビーム・スパツター・エツチングに
より薄膜の厚さを減らすことを特徴とする前記
第２項記載の方法 (4) 化学的なエツチングにより薄膜の厚さを減ら
すことを特徴とする前記第２項記載の方法 (5) 所要のTCRが得られる迄継続的に溶着する
ことにより薄膜の厚さを作りあげることを特徴
とする前記第１項記載の方法 (6) 所定のTCRを有する薄膜式抵抗温度計を作
る方法であつて、 電気絶縁性の基材１０を用意する工程と、 曲がりくねつたパターン１６に従つて白金の
薄膜の溶着層を状記基材１０の上に作る工程で
あつて、溶着層のTCRのバルク値が前記所要
値を実質上、上回るような純度と完全さを前記
溶着層に与えると共に、薄膜のTCRが所要値
を上回るような厚さに前記薄膜の溶着層を作る
工程と、 所要のTCRを作るに必要な値まで前記薄膜
１２，１４の厚さを減らす工程と より成ることを特徴とする方法 (7) 薄膜が白金であつて、厚さが0.05と0.8ミク
ロンの間の範囲内にあることを特徴とする前記
第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第
６項のうちの孰れか１項記載の方法 (8) 薄膜が白金であつて、TCRの相対的な変化
対厚さの相対的な変化の比が0.01より大きいよ
う薄膜の厚さが充分に薄いことを特徴と前記第
１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６
項のうちの孰れか１項記載の方法 (9) 薄膜が白金であつて、TCRがTCRについて
の薄膜バルク値を少なくとも１％下回るよう薄
膜の厚さが充分に薄いことを特徴とする前記第
１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６
項のうちの孰れか１項記載の方法 (10) TCRがTCRに関する薄膜バルク値を実質上
下回るよう薄膜の厚さが充分薄く且つTCRが
零を実質上回るよう薄膜の厚さが充分に厚いこ
とを特徴と前記第１項、第２項、第３項、第４
項、第５項、第６項のうちのいずれか１項に記
載の方法 (11) 薄膜中の金属量と薄膜式抵抗温度計要素の寸
法を最小程度に抑えながら、所定のTCRを有
する薄膜式抵抗温度計要素を製造する方法であ
つて、 電気絶縁性の基材１０を用意する工程と、薄
膜の厚さが所要のTCRを作るに必要な厚さで
あると共に、当該金属がTCRのバルク値をも
つときの厚さを実質上、下回り、薄膜中に於け
る核形成（uncleation）薄膜の導電度に影響を
及ぼしているときの厚さを実質上、上回るよう
金属の薄膜溶着層を抵抗材料としての前記基材
１０上に作る工程と、 より成ることを特徴とする方法 (12) 電気絶縁性の基材１０と、 薄い白金の薄膜１２，１４であつて、所要の
TCRを作るに必要な薄膜の厚さがTCRがその
バルク値にあるときの厚さを実質上、下回り、
薄膜の導電度とTCRに関係した薄膜の特性を
決定するに際し核形成効果（uncleation
effect）が大きな影響力をもつときの厚さを実
質上、上回つたとき、所要の氷点抵抗を作るよ
う所定のパターン１６に従つて前記基材１０上
に溶着された薄い白金の薄膜と、 より成ることを特徴とする抵抗温度計要素 (13) 薄膜中の金属量と薄膜式抵抗温度計要素の
寸法を最小程度に抑えながら、０℃に於ける所
定の抵抗値と所定のTCRを有する薄膜式抵抗
温度計要素を装作する方法であつて、 電気絶縁性の基材１０を用意する工程と、 TCRのバルク値が所要のTCRより実質上大
きい金属溶着層であつて、TCRが所要値にあ
るときの厚さまで薄膜１２，１４が溶着された
金属の薄膜溶着層を短絡リンク２２，２４を有
する曲がりくねつたパターン１６に従つて前記
基材上に作る工程と、 ０℃に於ける所定の抵抗を提供するために必
要なだけ短絡リンク２２，２４を切断する工程
と、 より成ることを特徴とする方法 (14) 電気絶縁性の基材１０と、 厚さが所要のTCRを作るのに必要とされる
厚さであるときに所要の氷点抵抗を作るよう所
定のパターンに従つて前記基材１０の上に溶着
された薄い白金の薄膜１２，１４であつて、そ
のTCRのバルク値が所要のTCRを実質上、上
回るよう純度と完全さを有する薄い白金の薄膜
１２，１４と、 より成ることを特徴とする抵抗式温度計要素 (15) 薄膜の厚さが0.05と0.8ミクロンの間にある
ことを特徴とする前記第14項記載の抵抗式温度
計 (16) TCRの相対変化と皮膜の厚さの相対変化と
の比が0.01より大きいことを特徴とする前記第
15項に記載の抵抗式温度計
第１図は、本発明に使用される薄膜より或る代
表的な抵抗温度計要素の平面図である。第２図
は、代表的なデーターをプロツトした線図であつ
て、TCRと厚さの関係を示す。第３図は、TCR
の相対感度対厚さの関係を示す線図である。 １０は電気絶縁基材、１２，１４は接点パツ
ド、１６は曲がりくねつたパターン、１８，２０
は区画、２２，２４は短絡区画、２６，２８は抵
抗漸減区画。
表的な抵抗温度計要素の平面図である。第２図
は、代表的なデーターをプロツトした線図であつ
て、TCRと厚さの関係を示す。第３図は、TCR
の相対感度対厚さの関係を示す線図である。 １０は電気絶縁基材、１２，１４は接点パツ
ド、１６は曲がりくねつたパターン、１８，２０
は区画、２２，２４は短絡区画、２６，２８は抵
抗漸減区画。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電気絶縁性の基材と、該基材上に溶着された
薄い白金薄膜とより成り、而かも該白金薄膜の厚
さは、予め決められた抵抗温度係数（TCR）を
得るのに0.05乃至0.8ミクロンの間にある厚さの
薄膜となして予め決められた氷点抵抗を作るよう
所定のパターンに従つて、基材上に溶着された白
金薄膜であり、且つ、該白金は、その抵抗温度係
数のバルク値が前記の予め決められた抵抗温度係
数を実質上、上回るよう純度と完全さが高い白金
である、予め決められた氷点抵抗と予め決められ
た抵抗温度係数を有する抵抗温度計要素。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の抵抗温度計要
素であつて、 前記白金薄膜の厚さは、抵抗温度係数の相対変
化と皮膜の厚さの相対変化との比が、0.01より大
なるような範囲にあるようにしたものであること
を特徴とする抵抗式温度計要素。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/126,068 US4375056A (en) | 1980-02-29 | 1980-02-29 | Thin film resistance thermometer device with a predetermined temperature coefficent of resistance and its method of manufacture |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56134702A JPS56134702A (en) | 1981-10-21 |
| JPH0145201B2 true JPH0145201B2 (ja) | 1989-10-03 |
Family
ID=22422820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2437981A Granted JPS56134702A (en) | 1980-02-29 | 1981-02-23 | Thin film resistance thermometer having prescribed resistance temperature coefficient and method of producing same |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4375056A (ja) |
| EP (1) | EP0036247B1 (ja) |
| JP (1) | JPS56134702A (ja) |
| DE (1) | DE3172396D1 (ja) |
| IE (1) | IE50733B1 (ja) |
Families Citing this family (41)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3134166A1 (de) * | 1981-08-28 | 1983-03-10 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Temperaturfuehler |
| JPS5892201A (ja) * | 1981-11-27 | 1983-06-01 | 松下電器産業株式会社 | 薄膜白金温度センサ |
| JPS58138002A (ja) * | 1982-02-12 | 1983-08-16 | 松下電器産業株式会社 | 薄膜白金温度センサの製造方法 |
| ATE44317T1 (de) * | 1984-02-01 | 1989-07-15 | Koch Elektronik Ag | Verfahren zum abgleich eines temperaturfuehlers. |
| CA1250155A (en) * | 1984-07-31 | 1989-02-21 | James A. Ruf | Platinum resistance thermometer |
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