DE2615473B2

DE2615473B2 - Meßwiderstand für ein Widerstandsthermometer

Info

Publication number: DE2615473B2
Application number: DE19762615473
Authority: DE
Inventors: Adolf 8757 Karlstein Haberstroh; Franz Dr. 6458 Rodenbach Kummer; Horst 6451 Rossdorf Thiede
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1976-04-09
Filing date: 1976-04-09
Publication date: 1978-04-20
Also published as: GB1532908A; DE2615473A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwiderstand für ein Widerstandsthermometer mit einer auf einem keramischen Träger aufgebrachten Platinwiderstandsschicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Meßwiderstand für ein Widerstandsthermometer dieser Art ist z. B. in der älteren Patentanmeldung P 50 551.9 des Anmelders beschrieben.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Verbindungs- bzw. Anschlußtechnik derartiger Meßwiderstände zu verbessern, insbesondere hochtemperaturfeste, elektrisch gut leitende Verbindungen herzustellen. Es ist z. B. zur Herstellung von Heißleitern bekannt, eine aus Platin und/oder Gold bestehende Schicht als Elektroden auf der Heißleiterschicht aufzubringen und mit Elektroden Anschlußdrähte zu kontaktieren (DE-AS 16 90 237). Das Widerstandsmaterial und wenigstens eine der Elektroden kann durch Aufdrucken in Form einer

Schicht unter Anwendung der an sich bekannten Siebdrucktechnik hergestellt werden. Das erhaltene Schichtensystem wird bei 1000 bis 11UO⁰C gesintert. Das Anbringen der Anschlußdrähte erfolgt nach dem Sintern.

Widerstands- und Elektrodenpasten zum Einbrennen sind aus der Dickschichttechnik bekannt (vergleiche: »Sprechsaal«, 106. Jahrgang, Seite 829ff.).

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Meßwiderstand für ein Widerstandsthermometer zu schaffen, dessen auf einem keramischen Träger aufgebrachte Platinwiderstandsschicht bzw. Schichtmuster mit Elektroden so kontaktiert ist, daß die Verbindungsstellen hochtemperaturfest sind und eine gute mechanische Stabilität, insbesondere bei Schwingbelastungen, aufweisen.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem elektrischen Meßwiderstand der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch, daß auf dem mit der Platinwiderstandsschicht bzw. -muster versehenen Substrats an den Verbindungsstellen Flecken aus Gold oder anderem bondfähigen Edelmetall oder Edelmetallegierung aufgedruckt sind, mit denen die Elektroden aus Edelmetall und Edelmetallegierung verbunden und von einer Paste, die keramische Bestandteile in einer Glasurmasse enthält, eingehüllt sind, deren Ausdehnungskoeffizient demjenigen des Platins angepaßt ist und die in oxidierender Atmosphäre eingebrannt ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf: Neben den allgemein an elektrische Meßwiderstände der in Rede stehenden Art zu stellenden Bedingungen, wie gute Ansprechempfindlichkeit, hohe Lebensdauer, thermische und mechanische Stabilität unter normalen Einsatzbedingungen, erfüllt der erfindungsgemäße Meßwiderstand noch weitere Kriterien. Er ist vibrationsempfindlich, auch bei chemisch aggressiven Medien, insbesondere in aggressiver Atmosphäre anwendbar, und er weist einen niedrigen Rauschfaktor auf. Der erfindungsgemäße elektrische Meßwiderstand ist darüber hinaus feuchtigkeitsdicht und die Zusammensetzung seiner Schichten sowie deren Folge ergibt ein günstiges Temperaturverhalten in bezug auf die Einbrenntemperatur und den Temperaturkoeffizienten des Widerstands. Die Schichten haften jeweils gut aufeinander und sind in ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten abgestimmt. Die Verbindung mit den elektrischen Anschlußelektroden mittels bekannter Bondverfahren läßt sich auf Grund der guten Vorbereitung der Bondflecken leicht bewerkstelligen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Beschreibung und Zeichnung zu entnehmen.

Auf einem keramischen Träger I, vorzugsweise aus Aluminiumoxid, ist eine Widerstandsschicht aus Platin 2, z. B. durch Aufdampfen oder Aufstäuben im Vakuum aufgebracht. Das gewünschte Muster der Platin-Widerstandsschicht, z. B. ein Mäander, kann durch Verwendung einer entsprechenden Maske beim Aufdampfbzw. Aufstäubevorgang oder durch einen nachträglichen Ätzprozeß erhalten werden.

Auf der Platinwiderstandssschicht sind an bestimmten Stellen (üblicherweise zwei) Flecken für die Verbindung mit den Zuleitungselektroden vorgesehen. Diese Flekken 3 bestehen z. B. aus einer Schicht von metallischem Gold oder einer bondfähigen Metallegierung, wobei die Legierung mindestens einen ebenso hohen Schmelzpunkt wie Gold aufwei? t.

Die Bondflecken 3, deren Dicke zwischen 0,5 und ?0μπι betragen kann, werden vorzugsweise im Siebdruckverfahren aufgebracht.

Dabei wird eine Paste geeigneter Konsistenz, die das Gold oder die gewünschte Legierung in feinverteilter Form enthält, mittels eines Gummirakels durch ein feines Siebgewebe aus rostfreiem Stahl oder Kunststoff mit etwa 100 bis 150 Fäden pro cm gedruckt; das Siebgewebe ist dabei in üblicher Weise durch einen Kunststoff-Füm abgedeckt, der nur an den Stellen öffnungen aufweist, an denen ein Druck erfolgen soll.

Eine für das hier beschriebene Verfahren geeignete Paste enthält z. B. 75 Cew.-°/o feinteiliges Goldpulver mit einer spezifischen Oberfläche von 0,5 bis 1,5 m²/g, wie es z. B. durch Reduktion einer Lösung von Tetrachlorgoldsäure mit Hydrazin erhalten werden kann, und 25 Gew.-% eines Siebdrucköls. Ein geeignetes Siebdrucköl besteht z. B. aus einer Lösung von 5 Gew.-% Äthylzellulose N 100 in alpha-Terp.neol.

Nach dem Aufdrucken auf die Widerstandsschicht werden die Flecken getrocknet bei einer Temperatur von etwa 100 bis 15O⁰C für ungefähr 10 bis 30 Minuten im Ofen oder unter einem Infrarotstrahler. Anschließend wird die Paste eingebrannt, z. B. bei einer Temperatur zwischen 800 und 1000°C für eine Dauer von etwa 10 Minuten in oxidierender Atmosphäre, vorzugsweise in Luft.

Nachdem die Anschlußstellen dermaßen vorbereitet sind, werden die Elektroden 4, z. B. aus Platindraht oder auch aus Gold oder anderen Edelmetallen oder deren Legierungen, in runder oder flacher Querschnittsform auf die Flecken aufgelegt und z. B. mit Thermokompression oder Ultraschall bei einer Temperatur bis etwa 600°C mit diesen verbunden. Bewährt hat sich bei Elektroden aus Platin und Kontaktflecken aus in Siebdruck aufgebrachtem Gold eine Temperatur zum Thermokompressionsschweißen von ca. 350 bis 400" C.

Nach Herstellen dieser elektrisch gut leitenden Verbindung werden wenigstens diese Verbindungsstellen mit einer elektrisch isolierenden Paste aus einer Glasurmasse versehen, die keramische Bestandteile enthält, z. B. durch Aufstreichen. Aufdrucken oder Eintauchen der Paste in Suspension. Eine solche Paste enthält feinteiliges Glaspulver und feinteiliges keramisches Material. Diese Gemischbestandteile sind in einem Bindemittel (ähnlich dem bei der Goldpaste beschriebenen Siebdrucköls) aufgeschlämmt. Die aufge-

IU brachte Schicht wird dann getrocknet und im Durchlaufofen in oxidierender Atmosphäre bei etwa 800 bis 1000°C über eine Zeitdauer von etwa 10 Minuten eingebrannt. Die Isolationsschicht 5 kann mehrfach aufgebracht bzw. verstärkt sein. Sie kann auch den gesamten Meßwiderstand überdecken.

In Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels kann z. B. bei anderem keramischen Träger eine Zwischenschicht aufgebracht sein zwischen der Platinwiderstandsschicht und dem Träger, deren Aufgabe es ist, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Schicht und des Trägers aufeinander abzustimmen. Ferner kann eine lot- oder schweißbare Verbindungsschicht 6 auf der der Widerstandsschicht abgekehrten Seite des Trägers 1 aufgebracht sein. Mit Vorteil besteht diese Schicht aus gleichem Material wie die Widerstandsschicht und wird in der gleichen Apparatur in einem folgenden Arbeitsgang auch durch Aufdampfen oder Aufstäuben aufgebracht. Dabei ist es lediglich notwendig, den Träger zu drehen. Ein weiterer Vorteil

jo ist dabei, daß die Aufbringung der lot- oder schweißfähigen Schicht auf einem Großsubstrat erfolgen kann, d. h. auf einer Fläche, die aus mehreren Einzelträgern der späteren Meßwiderstände zusammengesetzt ist. Der oder die Träger können vor dem Aufdampfen oder Aufstäuben der Platinschicht dann wärmebehandelt sein, insbesondere bei einer Temperatur von 1000 bis 1400⁰C in oxidierender Atmosphäre, so daß Fehlstellen ausgeheilt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Meßwiderstand für ein Widerstandsthermometer mit einer auf einem keramischen Träger, insbesondere aus Aluminiumoxid, z. B. durch Aufdampfen oder Aufstäuben aufgebrachten Platinwiderstandsschicht, gegebenenfalls über einer haftvermittelnden Zwischenschicht, mit von einer Einbrenn-Deckschicht eingehüllten Verbindungsstellen mit Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem mit der Platinwiderstandsschicht bzw. -muster versehenen Substrat an den Verbindungsstellen Flecken aus Gold oder anderem bondfähigen Edelmetall oder Edelmetallegierung aufgedruckt sind, mit denen die Elektroden aus Edelmetall oder Edelmetallegierung verbunden und von einer Paste, die keramische Bestandteile in einer Glasurmasse enthält, eingehüllt sind, deren Ausdehnungskoeffizient demjenigen des Platins angepaßt ist und die in oxidierender Atmosphäre eingebrannt ist.

2. Elektrischer Meßwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Träger beidseitig eine Platinschicht aufgedampft ist.

3. Elektrischer Meßwiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bondflekken im Siebdruck in einer Dicke zwischen 0,5 und 20μιτι aufgebracht sind.

4. Elektrischer Meßwiderstand nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden mit den Bondflecken durch Thermokompression oder Ultraschall verbunden sind.

5. Elektrischer Meßwiderstand nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Platindraht oder Platinflachband oder einer Legierung aus der Gruppe Platinmetalle oder Gold in dieser Form bestehen.

6. Elektrischer Meßwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Schicht aus einer Glas/Keramik-Mischung besteht, die im Durchlaufofen in oxidierender Atmosphäre über eine Zeitdauer von etwa 10 Minuten eingebrannt ist.

7. Elektrischer Meßwiderstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Schicht nur die Elektrodenanschlüsse überdeckt.