NO155892B

NO155892B - PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF A THIN LAYER ELECTRODE.

Info

Publication number: NO155892B
Application number: NO78780582A
Authority: NO
Inventors: Pierre Gernet; Harry Zuest
Original assignee: Contraves Ag
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1978-02-20
Publication date: 1987-03-09
Also published as: NO780582L; NO155892C

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av en elektrode av den art som er angitt i innledningen til kravet. The present invention relates to a method for producing an electrode of the type stated in the introduction to the claim.

Det er kjent slike føleelementer som er utformet som rørlibeller for anvisning av skråstillingen i bare en retning og i form av rundlibeller for registrering av skråstillingen i alle retninger. Det er kjent ved fremstillingen av slike føleelemen-ter i kombinasjon med elektroder av godt ledende materiale å benytte en elektrolyttoppløsning med god ledningsevne, f. eks. en løsning av et alkalihalogenid i en alkohol, og å fylle beholderen delvis med denne løsning, hvorved det blir tilbake en gassboble, hvis posisjon bestemmer strømlinjene mellom elektrodene og således den målte impedans. Forandringen av impedansen mellom to elektroder blir frembragt i avhengighet av kantstillingen til føleelementet ved forandring av likevektsstillingen for væsken, henholdsvis gassboblene i beholderen. Det er også kjent å innføre elektroder i en elektrisk isolerende vegg i beholderen og utforme den mot væsken vendte side av denne struktur som ut-snitt av en hul kuleformet eller ringformet overflate. På en motsattliggende vegg blir det ofte anbragt en såkalt basiselektrode, hvorved den med elektrodene utstyrte vegg har minst ett felles, i normalstilling vertikalt symmetriplan. De enkelte elektrodetilkoblinger blir forbundet med de tilsvarende elektroder ved hjelp av ledninger som føres gjennom veggene, hvis ikke elektrode, ledning og elektrodetilkobling består av en enkelt del som ligger kittet fast i og går gjennom den. Such sensing elements are known which are designed as tube vials for indicating the tilt in only one direction and in the form of round vials for recording the tilt in all directions. It is known in the manufacture of such sensing elements in combination with electrodes of good conductive material to use an electrolyte solution with good conductivity, e.g. a solution of an alkali halide in an alcohol, and to partially fill the container with this solution, whereby a gas bubble remains, whose position determines the current lines between the electrodes and thus the measured impedance. The change in impedance between two electrodes is produced depending on the edge position of the sensing element by changing the equilibrium position for the liquid, respectively the gas bubbles in the container. It is also known to introduce electrodes into an electrically insulating wall in the container and design the side of this structure facing the liquid as a section of a hollow spherical or ring-shaped surface. A so-called base electrode is often placed on an opposite wall, whereby the wall equipped with the electrodes has at least one common vertical plane of symmetry in the normal position. The individual electrode connections are connected to the corresponding electrodes by means of wires that are passed through the walls, if the electrode, wire and electrode connection do not consist of a single part into which the putty is fixed and passes through it.

Kravene med hensyn til geometrisk form og stilling for elektrodene og veggen står i direkte sammenheng med den ønskede presisjon for skråstillingsmålingen og blir spesielt skjerpet ved tendensen til stadig mindre føleelementer. Som fø-leelementkarakteristikk, dvs. som variasjon av den målte impedans i avhengighet av kantstillingen, blir det tilstrebet en forutbestemt, vanligvis lineær funksjon, hvorved det er vanske-lig å holde avvikelsene for karakteristikken fra lineariteten samt påvirkning av temperaturen, som har en innvirkning over utvidelsen til væsken på dimensjonen til gassboblen minst mulig. Dertil kommer kravene til tetthet, til korrosjonsbestandighet, til mekanisk bestandighet osv., og med hensyn' til alle disse krav er innsetting og fastkitting av elektrodene i veggen og sliping av denne struktur til den ønskede nøyaktige form temmelig vanskelige og dyre fremstillingsprosesser, ved hvilke tross alle tiltak det må tas med på kjøpet en stor vrakprosent og en utilstrekkelig pålitelighetsgrad for produktet. The requirements with regard to the geometric shape and position of the electrodes and the wall are directly related to the desired precision for the inclination measurement and are particularly sharpened by the tendency towards ever smaller sensor elements. As a sensor characteristic, i.e. as a variation of the measured impedance depending on the edge position, a predetermined, usually linear function is sought, whereby it is difficult to keep the deviations of the characteristic from linearity as well as the influence of the temperature, which has an impact above the expansion of the liquid on the dimension of the gas bubble as little as possible. In addition, there are the requirements for tightness, for corrosion resistance, for mechanical resistance, etc., and with regard to all these requirements, inserting and cementing the electrodes into the wall and grinding this structure to the desired exact shape are rather difficult and expensive manufacturing processes, in which despite all measures must be included in the purchase a large percentage of scrap and an insufficient degree of reliability for the product.

Det er kjent å omgå de ved innsetting og fastkitting av elektrodene i veggen og slipingen av strukturen fremkomne vanskeligheter ved at elektrodene er utformet som pasta eller lakk som er påført som sjikt, f. eks. påførte platina- eller sølvsjikt. Dette muliggjør riktignok at det av hvert enkelt og samme sjikt kan utformes en elektrode, en tilhørende elektrodetilkobling og en lederbane, hvorved lederbanene føres fra beholderens indre ut til sammenklebningssteder hvor de føres gjennom, og hvor de til en beholder sammenføyde bestanddeler av føleele-mentet står i berøring. Ved denne løsning er det imidlertid ufordelaktig at ved visse anvendelser, f. eks. til militære for-mål, for horisontalstilling av et skytevåpen den nødvendige geometriske presisjon for føleelementet på grunn av sjikttykkelsen og ruheten til de som pasta eller lakk påførte elektroder absolutt ikke er oppnåelig. Dette vedrører såvel formpresisjo-nen for den indre vegg på beholderen i området ved elektrodene som presisjonen med hensyn til sammenføyning av beholderen ved sammenklebingsstedet i området ved lederbanene. På den annen si-de er det også ufordelaktig at festeevnen til de påførte sjikt, blant annet ved den nevnte anvendelse ikke tilfredsstiller kravene . It is known to circumvent the difficulties arising from the insertion and cementing of the electrodes into the wall and the grinding of the structure by the electrodes being designed as paste or varnish which is applied as a layer, e.g. applied platinum or silver layer. This makes it possible, of course, that an electrode, an associated electrode connection and a conductor path can be designed from each single and same layer, whereby the conductor paths are led from the inside of the container out to joining points where they are passed through, and where the components of the sensor element joined to a container stand in touch. With this solution, however, it is disadvantageous that in certain applications, e.g. for military purposes, for horizontal positioning of a firearm the required geometric precision for the sensing element due to the layer thickness and roughness of the electrodes applied as paste or varnish is absolutely not achievable. This concerns both the shape precision for the inner wall of the container in the area near the electrodes and the precision with regard to joining the container at the joining point in the area near the conductor paths. On the other hand, it is also disadvantageous that the adhesion of the applied layers, among other things in the aforementioned application, does not satisfy the requirements.

Den oppgave som ligger til grunn for oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte til fremstilling av en tynnsjiktelektrode, som f. eks. et føleelement, som muliggjør en vesentlig mer prisgunstig fremstilling og ikke bare tilfredsstiller de bestående krav, men også forbedrer tilpasningen av karakteristikken til anvendelsesformålet ved et friere valg av elek-trodeformen. The task underlying the invention is to provide a method for producing a thin layer electrode, which e.g. a sensing element, which enables a substantially more cost-effective manufacture and not only satisfies the existing requirements, but also improves the adaptation of the characteristic to the purpose of application by a freer choice of the electrode shape.

Det ble funnet at løsningen av denne oppgave ble gjort lettere ved anvendelsen av den såkalte tynnsjiktteknikk. Ved tynnsjikt, slik de f. eks. benyttes ved fremstillingen av elek-troniske byggeelementer, forstår man slike sjikt som dannes på et underlag hvor sjikttykkelsen vanligvis forblir under 5 pm og vanligvis i området 0,01 - 1 ym. De til dannelse av tynnsjikt i betraktning kommende fremgangsmåter er f. eks. pådamping, for-støvning, galvanisering, kjemisk utskilling, påføring av pasta, hvorved andre til teknikkens stand svarende fremgangsmåter ikke skal være utelukket, som f. eks. anodisering for dannelse av isolerende tynnsjikt på visse metaller. Derimot er de såkalte tykksjikt utelukket, som blant annet dannes ved påføring av pasta eller lakk, f. eks. i sikttrykkemetoden og hvis tykkelse typisk ligger i området 20 ym. It was found that the solution of this task was made easier by the application of the so-called thin-layer technique. In the case of a thin layer, as they e.g. is used in the production of electronic building elements, such layers are understood to be formed on a substrate where the layer thickness usually remains below 5 pm and usually in the range 0.01 - 1 ym. The methods for forming a thin layer in consideration are e.g. vaporisation, dusting, galvanisation, chemical separation, application of paste, whereby other methods corresponding to the state of the art shall not be excluded, such as e.g. anodizing to form an insulating thin layer on certain metals. In contrast, the so-called thick layer is excluded, which is formed, among other things, by the application of paste or varnish, e.g. in the screen printing method and whose thickness is typically in the range of 20 ym.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte hvis The invention thus relates to a method if

karakteristiske trekk fremgår av kravet. characteristic features appear in the claim.

Slike som tynnsjikt påførte elektroder i et føleele-ment er ikke vesentlig hevet over veggens overflate. Den om tykkelsen til elektrodesjiktet frembragte høydeøkning for elek-trodeoverflaten har i det vesentlige ingen virkning på likevektsstillingen for væsken, henholdsvis gassboblen. Such as thinly applied electrodes in a sensor element are not significantly raised above the surface of the wall. The increase in height of the electrode surface caused by the thickness of the electrode layer has essentially no effect on the equilibrium position of the liquid, respectively the gas bubble.

De som tynnsjikt påførte elektroder .er utformet i flere lag. På den ytre, fra veggen bortvendte side av flerlags-elektrodestrukturen befinner det seg et pådampet elektrokjemisk aktivt svartsjikt, som etter pådampingen fordelaktig er galvanisk behandlet. The thin-layer applied electrodes are designed in several layers. On the outer side of the multi-layer electrode structure facing away from the wall, there is a vaporized electrochemically active black layer, which after vaporization is advantageously galvanically treated.

Med slike elektrokjemisk aktive svarte sjikt kan det oppnås en bedre nettdannelse av en væske samt en reduksjon av overgangsmotstanden mellom elektrodene og væsken. With such electrochemically active black layers, a better net formation of a liquid can be achieved as well as a reduction of the transition resistance between the electrodes and the liquid.

F. eks. i en libelle med på denne måte frembragte elektroder består denne f. eks. av a) et opptil ca. 0,2 ym tykt festesjikt av 50:50 Ni-Cr-legering, For example in a vial with electrodes produced in this way, this e.g. of a) an up to approx. 0.2 ym thick fixing layer of 50:50 Ni-Cr alloy,

b) et opptil ca. 0,06 ym tykt beskyttelsessjikt av gull, b) an up to approx. 0.06 ym thick protective layer of gold,

c) et opptil ca. 1,1 ym tykt sjikt av svartgull (Goldenschwarz). c) an up to approx. 1.1 ym thick layer of black gold (Goldenschwarz).

Festesjiktet og beskyttelsessjiktet blir pådampet under vanlige The attachment layer and the protective layer are vaporized under normal conditions

vakuumbetingelser. Pådampingen av svartgullsjiktet skjer ved tilstedeværelsen av nitrogen- eller heliumrestgass i trykkområ-det fra 0,1 - 2 torr med høy pådampningshastighet. Som gass kan det også f. eks. benyttes argon, og de svarte belegg kan isteden for av gull også bestå av andre edelmetaller, som platina, iri-dium, rhodium, osmium osv., eller også av visse overgangselemen-ter, som f. eks. antimon, vismut osv., samt av deres legeringer. vacuum conditions. The evaporation of the black gold layer takes place in the presence of nitrogen or helium residual gas in the pressure range from 0.1 - 2 torr with a high evaporation rate. As a gas, it can also e.g. argon is used, and the black coatings can instead of gold also consist of other precious metals, such as platinum, iridium, rhodium, osmium, etc., or also of certain transitional elements, such as e.g. antimony, bismuth, etc., as well as of their alloys.

Ved en annen utforming kan elektrodene bygges opp ved In another design, the electrodes can be built up with wood

a) et festesjikt, a) a fixing layer,

b) et beskyttelsessjikt som i det foranstående eksempel, videre av c) et pådampet eller ved forstøvning dannet metallisk platina-sj ikt, d) av et galvanisk utskilt opptil ca. 1 ym tykt platinasvart-sj ikt. b) a protective layer as in the preceding example, further by c) a evaporated or sputtered metallic platinum layer, d) by a galvanically separated up to approx. 1 ym thick platinum black-sj icht.

Det metalliske platinasjikt under c kan også dannes galvanisk The metallic platinum layer under c can also be formed galvanically

med en tykkelse opptil ca. 1 ym. with a thickness of up to approx. 1 etc.

Ved alle disse eksempler forblir totaltykkelsen for tynnsjiktelektrodene i det vesentlige under 5 ym. In all these examples, the total thickness of the thin film electrodes remains essentially below 5 µm.

Med de som tynnsjikt påførte elektroder blir det oppnådd den fordel at de av veggmaterialet og elektrodematerialet krevede egenskaper er uavhengig av hverandre, slik at material-valget ikke blir begrenset av krav til kompakthet. With electrodes applied as a thin layer, the advantage is achieved that the properties required of the wall material and the electrode material are independent of each other, so that the choice of material is not limited by requirements for compactness.

Materialet til en vegg blir med fordel før påføringen av elektrodene bragt til den ønskede geometriske form, slik at det bare bearbeides homogent materiale og ikke som ved de kjente utførelser en uhomogen struktur av isolasjonsmateriale, elektrode-materiale og kittmateriale. Den mekaniske bearbeidelse blir tilsvarende lettere og billigere. Det er kjent for materialet til en vegg å benytte elektrisk isolerende stoff på hvilket elektrodene ifølge oppfinnelsen kan påføres. Det benyttes vanligvis hårdglass, som i handelen er velkjent som "Pyrex" eller "Duran". Ved påføringen ifølge oppfinnelsen av en elektrode som tynnsjikt blir imidlertid også den variant muliggjort hvoretter en vegg er utformet av elektrisk ledende materiale, f. eks. av et korrosjons-bestandig metall, som tantal eller edelstål eller også av silicium. The material of a wall is advantageously brought to the desired geometric shape before the application of the electrodes, so that only homogeneous material is processed and not, as in the known designs, an inhomogeneous structure of insulation material, electrode material and putty material. The mechanical processing becomes correspondingly easier and cheaper. It is known for the material of a wall to use electrically insulating material on which the electrodes according to the invention can be applied. Hard glass is usually used, which is well known in the trade as "Pyrex" or "Duran". By applying an electrode as a thin layer according to the invention, however, the variant is also made possible after which a wall is formed of electrically conductive material, e.g. of a corrosion-resistant metal, such as tantalum or stainless steel or also of silicon.

Ved denne fremstillingsmåte ifølge oppfinnelsen vil In this production method according to the invention will

en av elektrisk ledende materiale bestående vegg, f. eks. på fø-leelementet, være overtrukket minst på sin mot væsken vendte overflate med et som tynnsjikt påført elektrisk isolerende materiale, hvorved det er tilveiebragt en vegg med elektrisk isolert overflate. a wall consisting of electrically conductive material, e.g. on the sensing element, be coated at least on its surface facing the liquid with an electrically insulating material applied as a thin layer, whereby a wall with an electrically insulated surface is provided.

Påføringen av slike isolasjonsmaterialer er velkjent The application of such insulating materials is well known

i tynnsjiktteknikken. Benyttet blir f. eks. forstøvning av ok-syder i høyfrekvensfelt eller oksydativ forstøvning av egnede oksyddannende metaller. I tilfelle av anvendelsen av tantal og silicium, kan det dannes et ekstremt tynt, men høyisolerende oksydsjikt ved anodisering. Også sjikt av kunststoff kan benyttes. in the thin-layer technique. It will be used, e.g. sputtering of oxides in high-frequency fields or oxidative sputtering of suitable oxide-forming metals. In the case of the use of tantalum and silicon, an extremely thin but highly insulating oxide layer can be formed by anodizing. Layers of plastic can also be used.

Fordelen ved denne variant er at det for veggens materiale kan velges et stoff på grunn av dets bestandighet, lettere og mer presis bearbeidelse og lignende egenskaper uten begrensning på grunn av de elektriske forhold. Veggens materiale blir med fordel først gitt den ønskede geometriske form og først deretter blir den mot væsken vendte overflate utstyrt med et isolasjonssjikt, på hvilket de eventuelt nødvendige antall elektroder påføres. The advantage of this variant is that a material can be chosen for the wall's material due to its durability, easier and more precise processing and similar properties without limitation due to the electrical conditions. The material of the wall is advantageously first given the desired geometric shape and only then is the surface facing the liquid equipped with an insulating layer, on which the possibly required number of electrodes are applied.

Takket være påføringen av elektrodene ifølge oppfinnelsen på den elektrisk isolerende overflate til beholderens vegg, kan formen til elektrodene optimaliseres for oppnåelse av den ønskede karakteristikk. Thanks to the application of the electrodes according to the invention to the electrically insulating surface of the container wall, the shape of the electrodes can be optimized to achieve the desired characteristic.

Det er kjent at den størst mulige steilhet for en lineær karakteristikk oppnås med en elektrodesats som består av en basiselektrode og for hvert kantstillingsplan som skal registreres, av et par tilnærmet som sirkelflater utformede elektroder, hvorved på den ene side elektrodeparet og på den andre side basiselektroden er symmetrisk om et felles symmetriplan. Ved denne tilnærmet sirkelflate form for elektrodene er det ufordelaktig at en temperaturbetinget forandring av gassboblens dimensjon virker sterkt inn på karakteristikkens steilhet. It is known that the greatest possible steepness for a linear characteristic is achieved with an electrode set consisting of a base electrode and, for each edge position plane to be recorded, of a pair of electrodes designed approximately as circular surfaces, whereby on one side the pair of electrodes and on the other side the base electrode is symmetric about a common plane of symmetry. With this approximately circular shape for the electrodes, it is disadvantageous that a temperature-related change in the dimension of the gas bubble has a strong effect on the steepness of the characteristic.

Det er også kjent å gi elektrodene et firkantet omriss, hvorved hver gang et sidepar i en firkant forløper paral-leit til et symmetriplan for føleelementet. Hvis dette omriss kan sammenlignes med en smal strimmel, hvis lengderetning ligger i det kanstillingsplan som skal registreres og hvis ender er relativt langt fjernet fra avgrensningslinjen mellom gassboble, elektrolyttoppløsning og beholder, er karakteristikken til føle-elementet temmelig uavhengig av det geometriske omriss for strimmelen i området ved disse ender. Derved kan på enkel måte disse ender gis en vilkårlig, f. eks. avrundet form. Ufordelaktig er ved denne løsning at den stiller krav til føleelementets dimensjon, hvilke krav står i motsetning til kravene for minia-tyrisering. Påvirkningen av gassbobledimensjonen og avvikelsene fra lineariteten til karakteristikken blir bare holdt små hvis bredden til elektrodestrimlene er liten i forhold til lengden og i forhold til gassbobledimensjonen. It is also known to give the electrodes a square outline, whereby every time a pair of sides in a square runs parallel to a plane of symmetry for the sensing element. If this outline can be compared to a narrow strip, the longitudinal direction of which lies in the plane of alignment to be registered and whose ends are relatively far removed from the demarcation line between gas bubble, electrolyte solution and container, the characteristic of the sensing element is rather independent of the geometric outline of the strip in the area at these ends. Thereby, these ends can easily be given an arbitrary, e.g. rounded shape. The disadvantage of this solution is that it sets requirements for the dimension of the sensing element, which requirements stand in contrast to the requirements for miniaturisation. The influence of the gas bubble dimension and the deviations from the linearity of the characteristic are only kept small if the width of the electrode strips is small in relation to the length and in relation to the gas bubble dimension.

Det ble funnet at det kan oppnås en linær karakteristikk ved en annen spesiell form for elektrodeflåtene, hvorved med denne spesielle form gassbobledimensjonens påvirkning på karakteristikkens steilhet reduseres meget. It was found that a linear characteristic can be achieved with another special shape for the electrode floats, whereby with this special shape the influence of the gas bubble dimension on the steepness of the characteristic is greatly reduced.

Ved et føleelement kan minst to flateformede elektroder være tilordnet til hverandre som om et i normalstilling vertikalt plan, symmetrisk par, og omrisset til en elektrodeflate er det på veggens overflate loddrett projiserte omriss av en plan firkant, som er avledet av en firkant som har til symmetriplanet parallelle sider, ved innsetting av sirkelbuer med mot symmetriplanet vendt konkavitet isteden for de nevnte sider. In the case of a sensing element, at least two flat-shaped electrodes can be assigned to each other as if in the normal position a vertical plane, symmetrical pair, and the outline of an electrode surface is the vertically projected outline of a flat square on the surface of the wall, which is derived from a square having sides parallel to the plane of symmetry, by inserting circular arcs with concavity facing the plane of symmetry instead of the aforementioned sides.

Fortrinnsvis består i et elektrodepar elektrodenes omriss av projeksjonen av to symmetriske firkanter, hvis sirkelbueformede sider er utformet som like buer for to like sirkler som skjærer hverandre på symmetriplanet. Preferably, in a pair of electrodes, the outline of the electrodes consists of the projection of two symmetrical squares, the circular arc-shaped sides of which are designed as equal arcs for two equal circles that intersect on the plane of symmetry.

Ved en slik utførelsesform for et føleelement blir impedansen hensiktsmessig fastlagt mellom basiselektroden og hver av elektrodene til elektrodeparet som ledd i en bro som er utlignet i normalstilling, og den av kantstillingen forårsakede utligningsfeil svarer til føleelementets karakteristikk. En med mulig lineær karakteristikk og en minst mulig avhengighet for karakteristikken av gassbobledimensjonen oppnås hvis gassboblen i normalstilling tildekker omtrent halvdelen av hver elektrode. Føleelementet kan såvel være utformet rørformet med et enkelt elektrodepar og en basiselektrode som også ringformet eller eskeformet med to elektrodepar oq en basiselektrode, hvorved fø-leelementet i det første tilfelle har ett og i det siste tilfelle to innbyrdes loddrette symmetriplan. Varianter med tre eller flere elektrodepar og svmmetriplan er riktiqnok ikke sær-liq hensiktsmessig, men ikke utelukket. In such an embodiment of a sensor element, the impedance is appropriately determined between the base electrode and each of the electrodes of the electrode pair as a link in a bridge that is balanced in the normal position, and the compensation error caused by the edge position corresponds to the sensor element's characteristic. One with a possible linear characteristic and a least possible dependence of the characteristic on the gas bubble dimension is achieved if the gas bubble in the normal position covers approximately half of each electrode. The sensing element can be designed tubular with a single electrode pair and a base electrode as well as ring-shaped or box-shaped with two electrode pairs and a base electrode, whereby the sensing element in the first case has one and in the latter case two mutually perpendicular planes of symmetry. Variants with three or more electrode pairs and svmmetry plane are certainly not particularly appropriate, but not excluded.

Med utformingen ifølqe oppfinnelsen av elektrodene som tynnsjikt på den elektrisk isolerende overflate til beholderveggen blir det også mulig ved anvendelsen av andre elektro-deomriss å oppnå diverse ikke-lineære karakteristikker, f. eks. og alt etter anvendelsesformål kvadratiske, logaritmiske og andre karakteristikker. Takket være den med tynnsjiktteknikken oppnåbare presisjon for elektrodeomrissene blir ikke bare de nevnte nye muligheter gjort tilgjengelige, men også reproduser-barheten for produktene blir gjort vesentlig lettere og forbed-ret i forhold til de kjente utførelser. With the design according to the invention of the electrodes as a thin layer on the electrically insulating surface of the container wall, it is also possible when using other electrode outlines to achieve various non-linear characteristics, e.g. and, depending on the purpose of application, quadratic, logarithmic and other characteristics. Thanks to the precision that can be achieved with the thin-layer technique for the electrode outlines, not only are the mentioned new possibilities made available, but also the reproducibility of the products is made significantly easier and improved compared to the known designs.

En videre fordel ved utformingen ifølge oppfinnelsen av-elektrodene som tynnsjikt er at det til forbedring av deres festeevne og korrosjonsbestandigheten kan utføres en påføring av elektrodene med tynnsjiktteknikken på kjent måte i flere lag. Det kan benyttes praktisk talt alle kjente kombinasjoner av et nedre sjikt som gir bedre festing, og et elektrisk og kjemisk fordelaktig øvre sjikt. F. eks. blir det på en vegg av hårdglass påført et tynnsjikt som består av et nedre sjikt av nikkel-kromlegering og et øvre sjikt av gull eller platina. Det er kjent mange isolerende kunststoffer som ikke skades ved påfør-ingen av visse tynnsjikt, f. eks. aluminium eller gull, slik at blant annet disse materialer kan benyttes som nedre sjikt for å forbedre påføringen av elektroder på kunststoffbelagte vegger og lette anvendelsen av slike o<y>erflateisolerte vegger. A further advantage of the design according to the invention of the electrodes as a thin layer is that, to improve their adhesion and corrosion resistance, the electrodes can be applied using the thin layer technique in a known manner in several layers. Practically all known combinations of a lower layer which provides better adhesion and an electrically and chemically advantageous upper layer can be used. For example a thin layer consisting of a lower layer of nickel-chromium alloy and an upper layer of gold or platinum is applied to a wall of toughened glass. Many insulating plastics are known which are not damaged by the application of certain thin layers, e.g. aluminum or gold, so that, among other things, these materials can be used as a lower layer to improve the application of electrodes on plastic-coated walls and facilitate the use of such surface-insulated walls.

Som allerede nevnt blir i de kjente utførelser for et føleelement de enkelte elektrodetilkoblinger forbundet med tilsvarende elektroder ved hjelp av ledninger som er ført gjennom veggen eller ført gjennom sammenklebningssteder, noe som forår-saker vanskeligheter med hensyn til fremstillingskostander, presisjon og pålitelighet for føleelementene, og i mange tilfeller praktisk talt utelukker anvendelsen av elektrisk ledende materiale for beholderveggen. Det ble funnet at løsningen av også As already mentioned, in the known designs for a sensor element, the individual electrode connections are connected to corresponding electrodes by means of wires that are passed through the wall or passed through bonding points, which causes difficulties with regard to manufacturing costs, precision and reliability for the sensor elements, and in many cases practically precludes the use of electrically conductive material for the container wall. It was found that the solution of also

dette problem blir lettere ved anvendelsen av tynnsjiktteknikken. this problem is alleviated by the application of the thin layer technique.

En elektrode med en tilhørende elektrodetilkobling kan være elektrisk forbundet ved hjelp av en lederbane som er påført som tynnsjikt på i og for seg kjent måte på elektrisk isolerende overflatedeler på bestanddelene av føleelementet som er sammenføybare til en beholder. An electrode with an associated electrode connection can be electrically connected by means of a conductor track which is applied as a thin layer in a manner known per se to electrically insulating surface parts on the components of the sensor element which can be joined to a container.

Dermed blir det oppnådd den fordel at lederbaner takket være den mindre sjikttykkelse kan føres gjennom fra det indre av beholderne og ut ved sammeklebningsstedene ved hvilke de til en beholder sammenføyde bestanddeler av føleelementet står i berøring uten at dette påvirker føleelementets presisjon. In this way, the advantage is achieved that, thanks to the smaller layer thickness, conductor paths can be passed through from the interior of the containers and out at the bonding points where the components of the sensing element joined to a container are in contact without this affecting the precision of the sensing element.

Det er fordelaktig, selv om ikke ubetinget nødvendig, at lederbanene og elektrodene består av de samme tynnsjikt. Dessuten kan lederbanene enten være frittliggende eller på kjent måte være tildekket ved hjelp av et derpå påført elektrisk isolerende tynnsjikt. I sistnevnte tilfelle kommer lederbanene ikke i kontakt med væsken, og de deltar ikke i elektrodeflaten. It is advantageous, although not absolutely necessary, that the conductor paths and the electrodes consist of the same thin layer. In addition, the conductor tracks can either be free-standing or, in a known manner, be covered by means of an electrically insulating thin layer applied thereon. In the latter case, the conductor paths do not come into contact with the liquid, and they do not participate in the electrode surface.

I det første tilfelle er, hvis den delflate av lederbanene som er i kontakt med væsken er liten i forhold til flaten for de tilsvarende elektroder, en tildekning ikke nødvendig, og denne særlig gunstige utførelsesmåte blir oppnådd med korte og smale lederbaner . In the first case, if the partial surface of the conductor tracks that is in contact with the liquid is small in relation to the surface of the corresponding electrodes, a covering is not necessary, and this particularly favorable embodiment is achieved with short and narrow conductor tracks.

Ved anvendelsen av tynnsjiktteknikken er det mulig med enda en annen oppbygging av et føleelement. Det er i tynnsjiktteknikken kjent å tilveiebringe sjikt ved påføring av visse'legeringer, som f. eks. nikkel-kromlegeringer, på hvis overflate det mellom to vilkårlige steder kan måles en vesentlig større elektrisk motstand enn mellom to likt beliggende steder på over-flaten til en god leder, f. eks. et tykt kobbersjikt. Det samme resultat kan oppnås ved påføring av et ekstremt tynt sjikt av en også god elektrisk leder. Ved fremstillingen av motstander i tynnsjiktteknikken blir vanligvis begge parametre, nemlig sjikt-sammensetningen og sjikttykkelsen benyttet på egnet måte. When using the thin-layer technique, it is possible to have yet another structure of a sensing element. It is known in the thin-layer technique to provide a layer by applying certain alloys, such as e.g. nickel-chromium alloys, on whose surface a significantly greater electrical resistance can be measured between two arbitrary places than between two equally situated places on the surface of a good conductor, e.g. a thick copper layer. The same result can be achieved by applying an extremely thin layer of an also good electrical conductor. In the production of resistors in the thin film technique, both parameters, namely the layer composition and the layer thickness, are usually used in a suitable manner.

Det ble funnet at i et føleelement er lokalisert på fordelaktig måte en betydelig elektrisk motstand i elektrodene og at disse elektroder bringes i kontakt av en relativt god ledende væske på en variabel andel av sin flate, hvorved denne andel derved praktisk talt blir kortsluttet. It was found that in a sensing element a significant electrical resistance is advantageously located in the electrodes and that these electrodes are brought into contact by a relatively good conducting liquid on a variable proportion of its surface, whereby this proportion is thereby practically short-circuited.

I denne fremstillingsmåte vil i fravær av væske den elektriske motstand mellom to steder på en elektrodeoverflate være vesentlig større enn ved kontaktdannelse mellom disse steder ved hjelp av væske. In this manufacturing method, in the absence of liquid, the electrical resistance between two locations on an electrode surface will be significantly greater than when contact is formed between these locations using liquid.

Som væske kan det benyttes kvikksølv, hvorved imid- Mercury can be used as a liquid, whereby imid-

lertid visse metaller som gull og sølv er utelukket for dannel- however, certain metals such as gold and silver are excluded for dannel-

sen av elektrodene. Ved tilstrekkelig stor spesifikk flatemot- then of the electrodes. At sufficiently large specific surface resistance

stand for elektrodene kan det som væske også benyttes en i og for seg kjent føleelementvæske, f. eks. en alkalihalogenidopp- stand for the electrodes, a sensor element liquid known per se can also be used as liquid, e.g. an alkali halide dop-

løsning i en alkohol. Alt etter anvendelsesformål for føleele- solution in an alcohol. Depending on the intended use of the sensor

mentet fører de mellom organiske oppløsninger og kvikksølv be- ment, they lead between organic solutions and mercury be-

stående forskjeller i spesifikk vekt, viskositet, nettdannelse osv. til valg av den ene eller den andre væske, hvorved det er gitt en ny mulighet for en optimal tilpasning av føleelementet til anvendelsesformålet. standing differences in specific weight, viscosity, network formation, etc. to the choice of one or the other liquid, whereby a new opportunity is given for an optimal adaptation of the sensing element to the purpose of application.

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere beskrives The invention will be described in more detail below

ved hjelp av utførelseseksempler som er fremstilt på tegningen og som illustrerer oppfinnelsen anvendt til et føleelement. by means of examples of embodiment which are produced in the drawing and which illustrate the invention applied to a sensing element.

Tegningen viser: The drawing shows:

fig. 1 en første utførelsesform for et føleelement i fig. 1 a first embodiment of a sensing element i

snitt, med av tynnsjikt bestående elektroder, lederbaner og elektrodetilkoblinger, section, with electrodes consisting of a thin layer, conductor paths and electrode connections,

fig. 2 kuvetten til føleelementet på fig. 1 i snitt, fig. 2 the cuvette of the sensing element in fig. 1 on average,

med av oversiktsgrunner sterkt forstørret inntegnet sjikttykkel- with, for reasons of overview, strongly enlarged inset layer thickness

se for tynnsjiktet, look for the thin layer,

fig. 3 tildekningen av føleelementet på fig. 1 i fig. 3 the covering of the sensing element in fig. 1 in

snitt, med av oversiktsgrunner sterkt forstørret inntegnet sjikttykkelse for tynnsjiktene, cross-section, with the layer thickness for the thin layers greatly enlarged for reasons of overview,

fig. 4 tildekningen av føleelementet ifølge fig. 1 i fig. 4 the covering of the sensing element according to fig. 1 in

et oppriss som viser en første utførelsesform for elektrodene, an elevation showing a first embodiment of the electrodes,

fig. 5 tildekningen av føleelementet på fig. 1 i et fig. 5 the covering of the sensing element in fig. 1 in a

oppriss som viser en andre utførelsesform for elektrodene, elevation showing a second embodiment of the electrodes,

fig. 6 en andre utførelsesform for et føleelement i fig. 6 a second embodiment of a sensing element i

snitt, med av tynnsjikt bestående elektroder, lederbaner og elektrodetilkoblinger. section, with electrodes consisting of a thin layer, conductor paths and electrode connections.

I det følgende vedrører eksempel I fig. 1, 2, 3 og 4. In the following, example I relates to fig. 1, 2, 3 and 4.

Eksempel II vedrører særlig fig. 4. Eksempel III vedrører sær- Example II particularly relates to fig. 4. Example III relates specifically to

lig fig. 5, og likeledes vedrører eksemplene IV og V fig. 5. like fig. 5, and likewise relate to examples IV and V fig. 5.

Eksempel VI vedrører spesielt fig. 6. På alle tegninger blir Example VI relates in particular to fig. 6. On all drawings will be

det benyttet de samme henvisningstall for de samme elementer. it used the same reference numbers for the same elements.

Eksempel I Example I

Ifølge fig. 1, 2, 3 og 4 består et føleelement i form According to fig. 1, 2, 3 and 4 consist of a sensing element in the form

av en rundlibelle av en kuvette 1 og en tildekning 2 som sammen- of a round vial of a cuvette 1 and a cover 2 which together

føyet og sammenkittet danner beholderen for føleelementet, hvorved i normalstilling tildekningen vil komme til å ligge over kuvetten og i det vesentlige vannrett. Begge deler er fremstilt av hårdglass ("Pyrex"). Kuvetten er tilnærmet et sylindrisk hul-legeme med bunn, hvis diameter innvendig er 24 mm og utvendig 28 mm. På et sted ved forbindelsen mellom sylinderen 11 og bunnen 12 er det anordnet en avsmeltbar ifyllingsstuss 3. Bunnen 12 er ca. 2 mm tykk. Den øvre kant 13 til sylinderen 11 er likeledes slipt. Tildekningen 2 er tilnærmet en flat sylinder, hvis øvre side 21 er plan og hvis nedre side 22 er slipt og po-lert som kuleavsnitt med 360 mm radius. Målt langs den sylind-riske kant 23 har man en høyde på 3 mm. Diameteren er 28 mm, slik at kuvetten 1 og tildekningen 2 i ytre diameter føyer seg eksakt til hverandre. joined and put together form the container for the sensing element, whereby in the normal position the cover will lie above the cuvette and essentially horizontal. Both parts are made of hard glass ("Pyrex"). The cuvette is approximately a cylindrical hollow body with a bottom, whose inside diameter is 24 mm and outside 28 mm. At a place at the connection between the cylinder 11 and the base 12, a meltable filling nozzle 3 is arranged. The base 12 is approx. 2 mm thick. The upper edge 13 of the cylinder 11 is likewise ground. The cover 2 is approximately a flat cylinder, whose upper side 21 is flat and whose lower side 22 is ground and polished as a spherical section with a radius of 360 mm. Measured along the cylindrical edge 23, the height is 3 mm. The diameter is 28 mm, so that the outer diameter of the cuvette 1 and the cover 2 fit together exactly.

Alle elektroder 40, 44 består av to ved pådamping over hverandre påførte sjikt, nemlig et nedre ca 0,15 ym tykt sjikt 41 av 50:50 nikkel-kromlegering og et øvre ca. 0,02 ym tykt gullsjikt 42. Lederbanene 43, 45 består av det samme tynn-sjiktmateriale og er ikke tildekket. Basiselektroden 44 ut-strekkes over hele bunnen 12 i det indre av kuvetten 1, og en 1 mm bred lederbane 4 5 fører fra basiselektroden langs en indre mantellinje på sylinderen 11 over kanten 13 og langs den ytre mantellinje til en omtrent i halv høyde anbragt flekk 4 6 med 5 mm diameter som tjener som elektrodetilkobling. Fire sirkel-formede elektroder 40 med 7 mm diameter er påført på den nedre side av tildekningen 2 i firkant med hver gang 7 mm avstand fra sentrum på en elektrode til sentrum for tildekningen. Fra hver elektrode 4 0 løper det radielt utover en 1 mm bred lederbane 4 3 som utstrekker seg over den tilsvarende mantellinje på kanten 23 over den øvre side 21 til tildekningen 2 til en flekk 47 på All electrodes 40, 44 consist of two layers applied one above the other by evaporation, namely a lower layer 41 about 0.15 um thick of 50:50 nickel-chromium alloy and an upper layer about 0.02 ym thick gold layer 42. Conductor paths 43, 45 consist of the same thin-layer material and are not covered. The base electrode 44 is extended over the entire bottom 12 in the interior of the cuvette 1, and a 1 mm wide conductor track 45 leads from the base electrode along an inner jacket line on the cylinder 11 over the edge 13 and along the outer jacket line to a spot located approximately at half height 4 6 with 5 mm diameter which serves as electrode connection. Four circle-shaped electrodes 40 with a diameter of 7 mm are applied to the lower side of the cover 2 in a square with each time a distance of 7 mm from the center of an electrode to the center of the cover. From each electrode 4 0, a 1 mm wide conductor track 4 3 runs radially outwards which extends over the corresponding mantle line on the edge 23 over the upper side 21 to the cover 2 to a spot 47 on

5 mm diameter som tjener som elektrodetilkobling. 5 mm diameter that serves as an electrode connection.

Kuvetten 1 og tildekningen 2 er kittet fast til hverandre ved hjelp av en vanlig epoksyharpiks 5 ("Araldit"). Den derved dannede beholder er fylt med en 1,5 prosentig oppløsning av LiCl i etanol 6, hvorved det blir tilbake en gassboble 7 som ved romtemperatur har en diameter på ca. 14 mm. I en optimal brokobling blir ved romtemperatur og en matespenning på 1 volt (4 00 Hz) typisk oppnådd en lineær karakteristikk på 50 mv/mrad - 10 %. The cuvette 1 and the cover 2 are cemented together using a common epoxy resin 5 ("Araldit"). The resulting container is filled with a 1.5 percent solution of LiCl in ethanol 6, whereby a gas bubble 7 remains which at room temperature has a diameter of approx. 14 mm. In an optimal bridge connection, at room temperature and a supply voltage of 1 volt (4 00 Hz), a linear characteristic of 50 mv/mrad - 10% is typically achieved.

Eksempel II Example II

Ifølge fig. 4 er et føleelement utformet i samsvar med eksempel I, men avviker deri at diameteren til de på tildekningen påførte fire elektroder er 5 mm og diameteren til gassboblen er ca. 16 mm. Det blir oppnådd en typisk lineær kjent karakteristikk på 140 mv/mrad - 10 %. According to fig. 4 is a sensing element designed in accordance with example I, but differs in that the diameter of the four electrodes applied to the cover is 5 mm and the diameter of the gas bubble is approx. 16 mm. A typical linear known characteristic of 140 mv/mrad - 10% is achieved.

Eksempel III Example III

Ifølge fig. 5 er et føleelement oppbygget som i eksempel I, men avviker fra dette ved at det blir benyttet en annen elektrodeform for de fire på tildekningen påførte elektroder. Disse elektroder blir avledet av den loddrette projeksjon av en plan firkant, som har to rette og parallelle sider med 6 mm leng-de i 4 mm avstand fra hverandre og to sirkelbueformede sider med 7 mm radius. Den største avstand mellom to overfor hverandre According to fig. 5 is a sensing element constructed as in example I, but differs from this in that a different electrode shape is used for the four electrodes applied to the cover. These electrodes are derived from the vertical projection of a planar square, which has two straight and parallel sides of 6 mm length at a distance of 4 mm from each other and two arcuate sides of 7 mm radius. The greatest distance between two facing each other

liggende elektroder er 8 mm, slik at den fremre sirkelbueformede lying electrodes are 8 mm, so that the front arc-shaped

side på en elektrode ligger på den samme sirkel som den bakre sirkelbueformede side på den motsatt liggende elektrode. Diameteren til gassboblen er ved romtemperatur ca. 14 mm. Det blir oppnådd en typisk lineær karakteristikk på 60 mv/mrad - 10 %. side of one electrode lies on the same circle as the rear arc-shaped side of the opposite electrode. The diameter of the gas bubble at room temperature is approx. 14 mm. A typical linear characteristic of 60 mv/mrad - 10% is achieved.

Eksempel IV Example IV

Et føleelement er oppbygget i samsvar med eksempel III, men avviker herfra ved at det blir benyttet andre dimensjo-ner for elektrodene. Lengden til de rette sider er 4,1 mm, slik at de sirkelbueformede sider til elektrodene ikke ligger på de samme sirkler. Det blir oppnådd en typisk lineær karakteristikk på 160 mv/mrad - 10 %. A sensing element is constructed in accordance with example III, but deviates from this in that other dimensions are used for the electrodes. The length of the straight sides is 4.1 mm, so that the arc-shaped sides of the electrodes do not lie on the same circles. A typical linear characteristic of 160 mv/mrad - 10% is achieved.

Eksempel V Example V

Et føleelement er oppbygget som i eksempel IV, men avviker fra dette ved at tildekningen består av silicium som er overtrukket med et 0,2 ym tykt, termisk tilveiebragt elektrisk, isolerende oksydsjikt. Det blir oppnådd de samme resultater som i eksempel IV. A sensor element is constructed as in example IV, but differs from this in that the covering consists of silicon which is coated with a 0.2 um thick, thermally produced electrically insulating oxide layer. The same results as in Example IV are obtained.

Eksempel VI Example VI

Ifølge fig. 6 er et føleelement bygget opp som i eksempel III, men avviker fra dette ved at basiselektroden og lederbanene består av rent nikkel, mens de fire på tildekningen påførte elektroder består av et 0,01 ym tykt sjikt av en 80:20 nikkel-kromlegering og at det som væske benyttes kvikksølv. I normalstilling vil tildekningen 2 ligge under kuvetten 1. Kvikk-sølvet danner på tildekningen en væskedråpe 8 med ca. 14 mm diameter. Det blir oppnådd en tilnærmet lineær karakteristikk på 50 mv/mrad. According to fig. 6 is a sensing element constructed as in example III, but differs from this in that the base electrode and the conductor paths consist of pure nickel, while the four electrodes applied to the cover consist of a 0.01 um thick layer of an 80:20 nickel-chromium alloy and that mercury is used as liquid. In the normal position, the cover 2 will lie below the cuvette 1. The mercury forms on the cover a liquid droplet 8 with approx. 14 mm diameter. An approximately linear characteristic of 50 mv/mrad is achieved.

Claims

Method for manufacturing a thin-layer electrode in a sensing element to determine a deviation in the solder line by measuring an electrical impedance that changes depending on the edge position between flat-shaped electrodes, which on a part of their surface depending on the edge position are in contact with one arranged in a container electrically conductive liquid and connected with respective electrode connections, which can be brought into contact from the outside, characterized in that in a first method step a thin layer is applied to a wall part of the container on an electrically insulating surface facing the liquid, and that in a second method step a further thin layer on the previously applied thin layer, this second method step being carried out at least once as a vaporization of gold in a vacuum chamber under a reduced pressure of a residual gas in the range between 0.1-2 torr, whereby an electrochemical active black gold layer is applied during the last process step.