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DE2615473B2 - Measuring resistor for a resistance thermometer - Google Patents

Measuring resistor for a resistance thermometer

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Publication number
DE2615473B2
DE2615473B2 DE19762615473 DE2615473A DE2615473B2 DE 2615473 B2 DE2615473 B2 DE 2615473B2 DE 19762615473 DE19762615473 DE 19762615473 DE 2615473 A DE2615473 A DE 2615473A DE 2615473 B2 DE2615473 B2 DE 2615473B2
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DE
Germany
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measuring resistor
platinum
electrical measuring
layer
resistor according
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DE19762615473
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DE2615473A1 (en
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Adolf 8757 Karlstein Haberstroh
Franz Dr. 6458 Rodenbach Kummer
Horst 6451 Rossdorf Thiede
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WC Heraus GmbH and Co KG
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WC Heraus GmbH and Co KG
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    • 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

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Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwiderstand für ein Widerstandsthermometer mit einer auf einem keramischen Träger aufgebrachten Platinwiderstandsschicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a measuring resistor for a resistance thermometer with one on a ceramic Support applied platinum resistance layer according to the preamble of claim 1.

Ein Meßwiderstand für ein Widerstandsthermometer dieser Art ist z. B. in der älteren Patentanmeldung P 50 551.9 des Anmelders beschrieben.A measuring resistor for a resistance thermometer of this type is z. B. in the earlier patent application P 50 551.9 of the applicant.

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 einerThe invention addresses the problem of the connection or connection technology of such measuring resistors to improve, in particular to produce high-temperature-resistant, electrically conductive connections. It is z. B. known for the production of thermistors, a layer consisting of platinum and / or gold as electrodes to apply to the thermistor layer and to contact connecting wires with electrodes (DE-AS 16 90 237). The resistance material and at least one of the electrodes can be printed in the form of a

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.Layer are produced using the screen printing technique known per se. The system of layers obtained is sintered at 1000 to 11UO 0 C. The connection wires are attached after sintering.

Widerstands- und Elektrodenpasten zum Einbrennen sind aus der Dickschichttechnik bekannt (vergleiche: »Sprechsaal«, 106. Jahrgang, Seite 829ff.).Resistance and electrode pastes for baking are known from thick-film technology (compare: »Consultation room«, volume 106, page 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.The object of the invention is to provide an electrical measuring resistor for a resistance thermometer create, its platinum resistance layer or layer pattern applied to a ceramic substrate is contacted with electrodes so that the connection points are resistant to high temperatures and a have good mechanical stability, especially when exposed to vibrations.

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.This object is achieved according to the invention with an electrical measuring resistor of the type described at the beginning in that on the substrate provided with the platinum resistance layer or pattern to the Connection points Spots of gold or other bondable precious metal or precious metal alloy are printed on with which the electrodes made of noble metal and noble metal alloy are connected and of a paste, contains the ceramic components in a glaze mass, are encased, whose coefficient of expansion is matched to that of platinum and is baked in an oxidizing atmosphere.

Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further developments of the invention can be found in the subclaims.

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.The invention has a number of advantages: In addition to the general electrical measuring resistors the type of conditions in question, such as good responsiveness, long service life, thermal and mechanical stability under normal conditions of use is met by the invention Measuring resistance still other criteria. It is sensitive to vibrations, even with chemically aggressive media, especially applicable in an aggressive atmosphere, and it has a low noise factor. Of the In addition, the electrical measuring resistor according to the invention is moisture-proof and the composition its layers and their sequence results in a favorable temperature behavior with respect to the Burn-in temperature and the temperature coefficient of resistance. The layers adhere well each other and are matched in their thermal expansion coefficients. The connection with the electrical connection electrodes by means of known bonding processes can be based on the good preparation manage the bond patches easily.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Beschreibung und Zeichnung zu entnehmen.An embodiment of the invention can be found in the description and drawing.

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.On a ceramic carrier I, preferably made of aluminum oxide, is a resistance layer made of platinum 2, z. B. applied by vapor deposition or sputtering in a vacuum. The desired pattern of the platinum resistance layer, z. B. a meander can by using an appropriate mask for Aufdampfbzw. Sputtering process or can be obtained by a subsequent etching process.

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.There are spots (usually two) on the platinum resistor layer for connection in certain places provided with the lead electrodes. These spots 3 consist, for. B. from a layer of metallic Gold or a bondable metal alloy, the alloy having at least an equally high melting point like gold t.

Die Bondflecken 3, deren Dicke zwischen 0,5 und ?0μπι betragen kann, werden vorzugsweise im Siebdruckverfahren aufgebracht.The bond pads 3, the thickness of which can be between 0.5 and 0μπι, are preferably made by screen printing upset.

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.This creates a paste of suitable consistency that finely disperses the gold or the desired alloy Contains form, using a rubber squeegee through a fine mesh made of stainless steel or plastic printed with about 100 to 150 threads per cm; the screen mesh is in the usual way by a Plastic film covered, which has openings only at the points where a pressure is to take place.

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.A paste suitable for the method described here contains e.g. B. 75 Cew.- ° / o finely divided gold powder with a specific surface area of 0.5 to 1.5 m 2 / g, as z. B. can be obtained by reducing a solution of tetrachloroauric acid with hydrazine, and 25 wt .-% of a screen printing oil. A suitable screen printing oil consists e.g. B. from a solution of 5 wt .-% ethyl cellulose 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.After printing on the resistive layer, the spots are dried at a temperature of about 100 to 15O 0 C for about 10 to 30 minutes in the oven or under an infrared radiator. The paste is then baked, e.g. B. at a temperature between 800 and 1000 ° C for a period of about 10 minutes in an oxidizing atmosphere, preferably in air.

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.After the connection points are prepared in this way, the electrodes 4, for. B. made of platinum wire or also made of gold or other precious metals or their alloys, in round or flat cross-sectional shape placed on the spots and z. B. with thermocompression or ultrasound at a temperature up to about 600 ° C connected to these. Has proven itself with electrodes made of platinum and contact pads made of in Screen printed gold has a temperature for thermocompression welding of approx. 350 to 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-After this electrically well-conductive connection has been established, at least these connection points become provided with an electrically insulating paste made of a glaze mass, the ceramic components contains, e.g. B. by spreading. Printing or dipping the paste in suspension. Such a paste contains finely divided glass powder and finely divided ceramic material. These mixture components are in slurried with a binder (similar to the screen printing oil described for gold paste). The recorded

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.IU brought layer is then dried and placed in a conveyor oven in an oxidizing atmosphere at about 800 to 1000 ° C over a period of about 10 minutes burned in. The insulation layer 5 can be applied or reinforced several times. She can do that too Cover the entire measuring resistor.

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 VorteilIn a modification of the illustrated embodiment can e.g. B. in the case of another ceramic carrier, an intermediate layer can be applied between the platinum resistance layer and the support, whose task it is to determine the coefficient of thermal expansion of the Coordinate layer and the carrier. Furthermore, a solderable or weldable connecting layer 6 can be provided on that facing away from the resistance layer Side of the carrier 1 be applied. This layer advantageously consists of the same material as the resistance layer and is in the same apparatus in a subsequent operation also by vapor deposition or dusting applied. It is only necessary to rotate the carrier. Another advantage

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.jo is that the application of the solderable or weldable layer can take place on a large substrate, ie on a surface that is composed of several individual carriers of the later measuring resistors. The carrier may then be heat-treated prior to vapor deposition or sputtering of the platinum layer, in particular at a temperature of 1000-1400 0 C in an oxidizing atmosphere so that defects are healed.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 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.1. Electrical measuring resistor for a resistance thermometer with one on a ceramic Support, in particular made of aluminum oxide, e.g. B. by vapor deposition or sputtering applied platinum resistance layer, optionally over an adhesion-promoting intermediate layer, with connection points encased by a stoved cover layer with electrodes, characterized in that that on the substrate provided with the platinum resistance layer or pattern to the Joints Spots of gold or other bondable precious metal or alloy are printed with which the electrodes made of noble metal or noble metal alloy are connected and are enveloped by a paste, which contains ceramic components in a glaze mass, whose coefficient of expansion is matched to that of platinum and is baked in an oxidizing atmosphere is. 2. Elektrischer Meßwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Träger beidseitig eine Platinschicht aufgedampft ist.2. Electrical measuring resistor according to claim 1, characterized in that on the carrier a platinum layer is vapor-deposited on both sides. 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.3. Electrical measuring resistor according to claim 1 or 2, characterized in that the bond pads are applied by screen printing in a thickness between 0.5 and 20μιτι. 4. Elektrischer Meßwiderstand nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden mit den Bondflecken durch Thermokompression oder Ultraschall verbunden sind.4. Electrical measuring resistor according to claim 1 or 3, characterized in that electrodes with the bond pads are connected by thermocompression or ultrasound. 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.5. Electrical measuring resistor according to claim 1 or 4, characterized in that the electrodes made of platinum wire or platinum ribbon or an alloy from the group of platinum metals or gold exist in this form. 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.6. Electrical measuring resistor according to one of the preceding claims, characterized in that that the electrically insulating layer consists of a glass / ceramic mixture, which is in the continuous furnace is baked in an oxidizing atmosphere for a period of about 10 minutes. 7. Elektrischer Meßwiderstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Schicht nur die Elektrodenanschlüsse überdeckt. 7. Electrical measuring resistor according to claim 6, characterized in that the electrically insulating Layer only covers the electrode connections.
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Date Code Title Description
8235 Patent refused