DE2558752A1 - Verfahren zur herstellung eines messwiderstandes - Google Patents

Description

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DEUTSCHE GOLD- UND SILBER-SCHEIDEANSTALT VORMALS ROESSLEß 6 Frankfurt/Main, Weißfrauenstrasse 9

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Verfahren zur Herstellung eines Messwiderstandes.

Die Erfindung betrifft ein verfahren zur Herstellung eines Messwider Standes für Widerstandsthermometer, bestehend aus einem Isolierkörper als Träger und einer dünnen Platinschicht, vorzugsweise in Mäanderform, als Widerstandsmaterial,durch Aufsputtern.

Bei den üblichen Messwiderständen für Widerstandsthermometer sind dünne Drähte oder Bänder aus Metallen, wie Nickel oder Platin, die einen definierten Widerstandswert und einen hohen Temperaturkoeffizienten (TK) des elektrischen Widerstandes besitzen, auf elektrisch nichtleitende Träger aufgebracht oder darin eingebettet.

Werden an solche Messwiderstände höhere Ansprüche in bezug auf Genauigkeit und an die Stabilität bei höheren Temperaturen gestellt, wird als Widerstandsmaterial im allgemeinen platin verwendet. Der Widerstandswert bei 0 C (ü_o) und der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes zwischen 0 und 100°C (TK) dieser Platinmesswiderstände ist in allen wichtigen Industrieländern genormt, in Deutschland beispielsweise durch DIN ^3760. in dieser Norm werden folgende Werte festgelegt: R = (100 ·+ 0,1)

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Ohm und TK = (3,»5 +_ 0,012) · 10 -* · grd . in den entsprechenden Normen anderer Länder sind ähnliche Werte enthalten.

Diese Normen werden von den heute üblichen Messwiderständen erfüllt, doch ist die Anwendung der mit Platindrähten ausge-

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statteten widerstandsthermometer in der praxis begrenzt, da sie für spezielle Fälle verschiedene Nachteile zeigen. So besitzen solche Messwiderstände beispielsweise relativ lange Ansprechzeiten und sind nicht unterhalb einer gewissen Grosse herstellbar, da für die Einhaltung des R -wertes eine bestimmte Drahtlänge erforderlich ist.

Es hat daher in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt, möglichst dünne Platindrähte zu verwenden, doch stösst man mit solchen dünnen Drähten auf technische Schwierigkeiten in bezug auf die Weiterverarbeitbarkeit und in bezug auf die Herstellkosten des Messwiderstandes.

Es ist daher auch schon vorgeschlagen worden, Messwiderstände für Widerstandsthermometer zu verwenden, bei denen auf einen elektrisch nichtleitenden Träger eine dünne Platinschicht aufgebracht wurde. so ist es beispielsweise aus der DT-PS ö2ö bekannt, auf nichtleitendw Träger, wie Glas oder Keramik, dünne platinschichten durch HochVakuumverdampfung oder Kathodenzerstäubung (Sputtern) aufzubringen, wobei die Schicht die gesamte Oberfläche des Trägerkörpers oder nur partielle Bereiche bedecken kann. Aus der DT-OS 2 327 662 ist weiterhin bekannt, auf einen keramischen Träger ein hochaluminiumoxidhaltiges Glas mit einem darin eingebetteten Dünnfilm aus platin aufzutragen.

Alle diese bekannten Messwiderstände mit dünnen überzügen aus Platin haben den Nachteil, dass sie den von der Deutschen Industrie· Norm und anderen Normen vorgeschriebenen Temperaturkoeffizienten von 3,öp · 10~^/grd nicht erreichen, solche Messwiderstände haben daher bisher kaum eine Verwendung in der praxis gefunden.

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Es ist daher auch schon vorgeschlagen worden, Messwiderstände zu verwenden, bestehend aus einem isolierkörper als Träger und einer dünnen Platinschicht als Widerstandsmaterial, wobei als Träger für die Platinschicht ein Werkstoff verwendet werden muss, der zwischen 0 und IUOO⁰C einen grösseren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Platin besitzt. Diese Messwiderstände haben jedoch den gewissen Nachteil, dass man in der Trägerauswahi werkstoffraässig beschränkt ist.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Messwiderstände für Widerstandsthermometer zu erzeugen, die eine geringe Ansprechzeit besitzen, auch in kleinen Dimensionen ohne besonderen Kostenaufwand herstellbar sind, und vor allein einen

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TK zwischen 0 und 100 C von mindestens 3,ö5 · 10 -ygrd besitzen, ohne von der Auswahl des Trägerwerkstoffes einer grösseren Beschränkung zu unterliegen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass man auf einen isolierkörper als Träger eine dünne Platinschicht als Widerstandsmaterial aufsputtert, wobei erfindungsgemäss die platinschicht in einem Gasgemisch aus Krypton und sauerstoff oder Xenon und Sauerstoff aufgesputtert werden muss.

Besonders vorteilhaft ist es, die Platinschicht in oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen oberhalb 700°C nachzutempern. Weiterhin ist es vorteilhaft, beim Sputterprozess an das Substrat eine Gegenspannung anzulegen.

Um einen ausreichend hohen Widerstandswert zu erzielen, muss die platinschicht eine mäanderförmige Leiterbahn erhalten. Dies lässt sich bei hinreichend dünnen platinschichten durch das aus der Mikroelektronik bekannte Photo-Ätzverfahren er-

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reichen. Der platinfilm wird mit einem photo empfindlichen Lack überzogen und in diesem durch partielles Abdecken, Belichten und Entwickeln die gewünschte Struktur erzeugt. Durch Ionenätzen oder andere Verfahren lassen sich aann die gewünschten Leiterbahnen in der Platinschicht herstellen.

Es ist bekannt, dass in Argon aufgesputterte Metallschichten nicht den Teniperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes vom entsprechenden kompakten Metall erreichen, auch wenn die Schichtdicke so gross ist, dass der Beitrag der Streuung der Elektronen an der Schichtoberfläche zum Teniperaturkoeffizienten vernachlässigbar klein ist. Beim Aufsputtern von platinschichten auf keramischer unterlage in Argon oder Argon/sauerstoff-Gemischen ist ausserdem keine für technische Anwendungen ausreichende Haftung der Schicht auf der Keramikunter-lage zu erzielen.

Es war daher überraschend, dass mit platinschichten, die in einem Xenon/sauerstoff-Gemisch oder in einem Krypton/sauerstoff-Geraisch aufgesputtert wurden, der von den Normen geforderte Temperaturkoeffizient von 3»öp · 10 /grd reproduzierbar erreicht und eine hervorragende Haftung auf der Unterlage erzielt wird. Die Schichten werden vorteilhafterweise nach dem Sputtern bei einer Temperatur zwischen 700 und 1200°C, vorzugsweise bei 1000 C, nachgetempert.

Nach dem Tempern wird die Platinschicht mit einem Laserstrahl oder mit Hilfe des aus der Mikroelektronik bekannten photoätzverfahrens mit maanderförmigen Leiterbahnen versehen und der Widerstand mit Laserstrahl auf den soliwert abgeglichen.

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Die erfindungsgemäss hergestellten Messwiderstände liegen zunächst als plättchen vor; sie werden anschliessend mit Zuleitungsdrähten versehen und können dann durch eine isolierschicht geschützt als Flachmesswiderstände eingesetzt oder aber in Keramikröhrchen eingekittet oder eingeschmolzen werden. Auf diese Weise lassen sich Platinmesswiderstände mit bisher nicht erreichbaren geringen Dimensionen und mit niedrigeren Kosten herstellen.

Ein Beispiel soll die Erfindung näher erläutern; Beispiel

In einer handelsüblichen HF-Sputteranlage wird bei einem Arbeitsdruck von b · IO Torr in einem Xenon/sauerstoff-Gemisch mit 20 $ Sauerstoff auf ein Aluminiumoxid-Dünnschichtsubstrat (Abmessungen 100 mm χ 100 mm χ 0,6 mm) eine platinschicht von 1,6 ,um Dicke aufgesputtert. Die Target-Spannung beträgt 3900 V, die angelegte Gegenspannung (Bias) am Substrat 150 Volt. Die Platinschicht wird anschliessend 3 Stunden bei 1000 G an Luft getempert. Mittels Laserstrahl werden Mäander hergestellt und auf d = 100Jl. abgeglichen. Das Substrat wird durch Anritzen und zerbrechen in Streifen mit gleichen Mäandermustern zerlegt. Die R -Werte dieser Widerstände liegen im Bereich 100 + 0,1^, der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes ist 3,b6O · lü~^/grd.

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Claims (3)

1. 2S58752

   PATENTANSPRÜCHE

   Verfahren zur Herstellung eines Messwiderstandes für Widerstandsthermometer, bestehend aus einem isolierkörper als Träger und einer dünnen Platinschicht als Widerstandsmaterial, durch Aufsputtern, dadurch gekennzeichnet, dass die Platinschicht in einem Krypton-Sauerstoff-oder Xenon-Sauerstoff-Gemisch aufgesputtert wird.
2. 2. verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Schicht in oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 700 und 1200°C nachgetempert wird.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Sputterprozess an das Substrat eine Gegenspannung angelegt wird.

   Frankfurt/Main, 15.12.1975
   Dr.Br.-Bi

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   ORIGINAL INSPECTED