DE1515354A1

DE1515354A1 - Verfahren zur Herstellung eines temperaturempfindlichen Widerstandes

Info

Publication number: DE1515354A1
Application number: DE19601515354
Authority: DE
Inventors: Alexis Argamakoff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-12-28
Filing date: 1960-12-24
Publication date: 1969-08-14
Also published as: GB943548A; NL259374A; BE586067A; US3177560A

Description

11 Pu. 1960

O-D/13-H5-H/ZW. 151 535 A I ' · ^J !

Alexis ArgWWBiWFPPTTWHgffHygek (Belgien) DIpI. Ing. Hin· Wtttphal

PaUnUnwait Verfahren zur Herstellung eines temperatur- Villingen / Schwarz*.

f. 14 empfindlichen Widerstandes.

Die Erfindung betrifft ein Vorfahren zur Herstellung eines temperaturempfindlichen Widerstandes.

In manchen PLtllen, insbesondere wenn man schnell die Temperatur eines Pestkörpers, bezw. der Oberfläche desselben zu bestimmen wünscht, besteht ein Bedürfnis nach einem temperaturempfindlichen V/iderstand mit ^rooser Stabilität, dessen Abmessungen möglichst gering sind. Eo stellt sich jedoch in der Praxis als sehr schwierig heraus, bei den sogenannten Heisaleitern eine hinreichende Stabilität der elektrischen Eigenschaften zu erzielen, wenn die Abmessungen sehr gering werden. Bei kleinen Abmessungen führen die physikalischen Eigenschaften des verwendeten Materials, z.B. die Kristallstruktur der gebrauchten Metalloxyde, sowie das Herstellungsverfahren, zu starken Schwankungen der elektrischen Eigenschaften.

Die Erfindung hat den Zweck, einen Halbleiter sehr geringer Abmessungen, z.B. mit einem Durchmesser bis surf 0,01 mm/^u schaffen, dessen elektrische Eigenschaften sehr stabil sind, so dass man ihn füjir sehr genaue Messungen »verwenden kann.

Bis jetzt erfolgte die Herstellung kleiner Thermistoren in der gleichen V/eise wie die Herstellung von Thermistoren mit grösseren Abmessungen, nämlich durch ein Sinterverfahren, indem die Werkstoffe, auo denen der Thermistor hergestellt werden musste, gleichzeitig einem hohen Druck und einer hohen Temperatur ausgesetzt wurden.

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Diese Sinterung führt zu einer hinreichenden thermischen Diffusion.um der behandelten Masse die erwünschte mechanische Konsistenz und den verlangten Grad der TemperatureinpfEndlichkeit zu erteilen. Bei der Allterung der erhaltenen temperatureiupfindlichen !.lasse treten jedoch»insbesondere durc.i -i-okriu tallisierungsvorgänge zahlreiche Spannur^n^ and sogar Risje auf, die zu einer Uns tacilität der Eigenschaften als Punktion der Zeit führen. Aussondern können mit dem bekannten Vorfahren keine kugelförmig-*!Thermistoren unterhalb einer bouti::.;..ten kritischen Abmessung hergestellt werden, bei welcher die Schwierigkeiten der Formgebung und der Anordnung der Elektroden unüberwindlich v/erden, üie^e Nachteile verschwinden beim Verfahren gemäss der Erfindung, mitteis dessen man einwandfreie Kugeln aas halbleitendem Material in jeder erwünschten Abmessung herstellen Kann, während in Material bei der Ab- · kühlung Ui.d Rekristallisierung keine inneren Spannungen auftreten.

Beim Verfahren gemäss der Erfindung werden die Oberflächenspannungen und die cplllarkräfte, die bei geschmolzenen halbleitenden Materiaüön ty&r grosse Werte annehmen können, zur Herstellung von sehr kleinen temperaturenpfindlichen Kugeln ausgenutzt, die zwei leitende Elektroden miteinander verbinden.

Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei elektrisch leitende Elemente in geringem Abstand zueinander angeordnet werden, und dass auf die einander zugekehrten Enden dieser Elemente ein Tropfen einer Dispersion eines halbleitenden Materials aufgebracht wird, woraufhin die genannten Enden und das darauf befindlichen halbleitende Material der Wirkung einer Flamme ausgesetzt werden. 909833/0503 BADOBiQINAL

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, in der einige Auafühmingt-bei spiele dargestellt sind, naher erlliutert.

Fig. 1a zeigt eine Zange, die beim Vorfahren geaäss der Erfindung angewendet werden kann.

Fig. 1b zeigt einen Teil der gleichen Zunge, wobei ein in ciie Zange eingeklemmter Draht im Punkt χ durchgeschnitten wurden ist.

Ji¹Ig. 1c zeigt, wie ein Tropfen eines in eine Flüssigkeit suspendierten halbleitenden Materials auf die Enden von zv/ei einander gegenüberliegenden Leitern aufgebracht wird.

Fi;;. 1d zeigt die Kombination nach Fig. 1c, nachdem die TrügerflUssigkeit verdampft worden ist.

Fig. 2 zeigt, wie die Leiter mit dem aufgebrachten Halbleitend«, η Material der V/irkung einer Flamme ausgesetzt werden.

Fig. 3 zeigt den erhaltenen temperaturempfindlichen Widerstand.

Fig. 4 zeigt eine Sonderausführung der Zange nach Fig. 1a, bei welcher die Eigenschaften des herzustellenden Widerstandes auf elektrischem Wege überwacht werden.

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung, bei welcher Ultraachallschwingungen _zur Verwendung kommen.

Fig. 6 zeigt einen gemäss der Erfindung hergestellten Temperaturfühler.

Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung des Temperaturfühlers nach Fig. 6.

Fig. 8 zeigt eine Einzelheit des Temperaturfühlers nach Fig. 6.

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Bei der in der Pig· 1a dargestellten Zange ist zwischen den Beinen ein Mikrometer 1 angeordnet, der mittels einer Schraube 2 eingestellt werden kann. Die Backen der Zange sind je mit einer Bohrung 4 und einer Stellschraube 5 versehen, mit denen man einen aus Platin^ oder vorzugsweise aus Platin-Iridium hergestellten Draht 6 festklemmen kann. Nachdem der Draht 6 mittels der Schrauben 5 in die Backen 3 eingeklemmt und mittels der Schraube 2 hinreichend gespannt worden ist, wird er gemäss Pig. 1b im Punkt χ durchgeschnitten. Man erhält dadurch zwei leitende Elemente, die in geringem Abstand zueinander angeordnet sind. Auf die einander zugekehrten Enden dieser leitenden Elemente wird nunmehr nach Fig. 1c ein Tropfen 7 eines in eine/Tlüssigkeit dispergieren halbleitenden Materials aufgebracht. Die Fig. 1d zeigt die gleichen Teile nach Verdampfung der irägerflüssigkeit} Bwischen den beiden leitenden Elementen befind* sich nunmehr eine kleine Menge 8 des halbleitenden Materials. Die einander zugekehrten Enden der leitenden Elemente und das aufgebrachte halbleitende Material werden daraufhin gemäss Fig. 2 der Wirkung einer Flamme ausgesetzt.

Zum Erreichen der beabsichtigten Wirkung müssen zwei Bedingungen erfüllt sein, nSalioht

a) das halbleitende"Material soll in Bezug auf die leitenden Elemente eine hinreichende Adhäsion aufweisen, um vor der Schmelzung der Wirkung der Flamme zu widerstehen;

b) der Schmelzpunkt de· halbleitenden Materials soll niedriger als die Flammenteeperatur sein*

Die letztere Bedingungen wird von vielen ale Halbleiter verwendeten Metalloxyden nicht erfüllt, so dass es sich oft empfiehlt, den Schmelzpunkt künstlich zu erniedrigen.

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Die eratere Bedingung kann man dadurch erfüllen, dass das halbleitende Material zu einem sehr feinen Pulver • vermählen wird, das in einef^eeigneteli Flüssigkeit (destilliertes Wasser^, Glyzerin, bestimmte OeIe, usw.) suspendiert wird. Wenn ein Tropfen einer solchen Suspension auf die Enden der leitenden Elemente aufgebracht wird (wobei daftlr Sorge zu tragen ist, dass die verwendeten Tropfen immer annähernd gleich gross sind), bleibt nach Verdampfung der Trägerflüsaigkeit, je naoh der Konzentration der Suspension, eine sehr geringe, aber genau definierte Menge des halbleitenden Materials zurück, die daraufhin der Wirkung der Flamme ausgesetzt wird. Es genügt dazu, die leitenden Elemente in eine kleine Flamme hinein zu bringen, deren Temperatur hoch genug ist um das halbleitende Material zu schmelzen; das halbleitende Material vereint sich dann mit den beiden Leitern und nimmt je nach den wirksamen Oberflächenspannungen und Kapillarkraften eine regelmäsaige kugelförmige oder ovale Gestalt an.

Wenn die Temperatur der Flamme nicht über den Schmelzpunkt des verwendeten halbleitenden Materials hinaus gesteigert werden kann, mues der Schmelzpunkt künstlioh erniedrigt werden. Dazu kann man dem halbleitenden Material, wie z.B. Uran-, Magnesium-, Aluminium oder Titanoxyd, eine sehr geringe Menge eines anderen Metalloxydes zusetzen. Im Falle des Uranoxyds, dessen Schmelapunkt sehr hooh liegt, kann man z.B. durch den Zuaatg einiger Prozente Eisen- oder Titanoxyd eine hinreichende Erniedrigung des Sohmelspunktes herbeiführen. Ee gelingt In dieser Weise, halbleitende Materialien mit sehr hthea Sokelipunkt, wie «.Β. Aluainiu·-, liokel-, oder Yaaadinoxj«, die sonst nur aittela eines Slnttrrerfahrens Ytrarfcslttt werden kennten, mittels des vorliegenden Verfahorsa·

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auf «wringen.

Nach der Behandlung mit der Flamme bildet das halbleitende Material eine Kugel 9 (Fig. 3) sehr regelmässiger Form, deeeen Mindestdurchmesser etwa 0,01 mm betrafen .:ann, und 4w* vöjlii; frei von Poren und strukturellen UnregeJmäsoigkeiten ist.

In manchen Fällen ist die kapillare Adhäsionskraft des halbleitenden Materials in Bezug auf das Platin so gross, dass die beiden Hälften des durchgeschnittenen Drahtes innerhalb des Kugeis miteinander in Berührung gebracnt werden, so dass sich ein Kurzschluss ergibt. Um diese Erscheinung zu vermeiden, kann man im Moment, v/o das halbleitende Material zum Schmelzen gebracht wird, den gegenseitigen Abstand der beiden Teile des Platindrahtes mittels der Mikrometerschraube 2 vergrössern, was sich anhand der Anzeige des Mikrometers 1 mit sehr grosser Genauigkeit durchführen lässt. Durch den konstanten Abstand zwischen den in der halbleitenden Masse liegenden Elektroden, der in dieser Weise erzielt wird, ist der ohmsche Widerstand der hergestellten Halbleiter nahezu

konstant. .

(far

Der gegenseitige Abstand der Elektroden i^Ynalbleitenden Kugel lässt sich auch durch eine Messung des cpnsohen Widerstandes der geschmolzenen halbleitenden Masse bestimmen, wie in der Fig. 4 dargestellt wird. Dazu wird die

Zange aus einem Isolierstoff hergestellt und mit metallischen to

° Backen 10 versehen, die über ein Messgerät 11 miteinander ver-r

u> bunden werden. Mittels der Mikrometerschraube 2 wird das Mess- ^ gerät 11 nunmehr im Moment, wo das halbleitende Material zum ο

3obj»lsen gebracht wird, auf einen vorbestimmten Wert eingeateilt. Obwohl der Widerstandewert des geschmolzenen Materials naturgemÄee tob Wlderetandswert im abgekühlten Zusejtnd stark verschieden ist, laset eich in dieser Weis« trotadem ein bad ORIGINAL

konstanter Wideretandswert im kalten Zustand erreichen.

Wie oben bereits bemerkt wurde, ist ea von grosser Wichtigkeit, dass innere Spannungen durch Rekristailisierungeprozesse während der Abkühlung möglichst vermieden werden. Um diese Bedingung so gut wie nur möglich zu erfüllen, kann man nach Fig. 5 Ultraschallschwingungen anwenden.

Dazu wird die zur Einklemmung der Elektroden verwendete Zange mit einem Ultraschallschwinger 13 versehen, der von einem Oszillator 12 erregt wird. Der Schwinger kann beliebiger Art sein; beispielsweise kann man einen inagnetostriktiven oder piezoelektrischen Schwinger verwenden, im letzteren

aus

Fall vorzugsweise «4-t Bariumtitanat. Eine der beiden Elektroden 6 wird am Kopf 14 des Schwingers befestigt, der vorzugsweise eine konische Gestalt hat, weil die Schwingungen dadurch erheblich verstärkt werden.

Die Herstellung des temperaturempfindlichen Widerstandes erfolgt nunmehr in der oben beschriebenen Weise, wobei aber während der Erhitzung und der Abkühlung des halbleitenden ■ Materials der Oszillator 12 betätigt wird. Die vom Kopf 14 des Schwingers 13 verstärkten Schwingungen verbreiten sich durch den Draht 6 und beeinflussen die halbleitende Masse während und nach dem Schmelzvorgang. Es wird dadurch nicht nur eine Beseitigung der mechanischen Spannungen, sondern ausserdem eine Entgasung des halbleitenden Materials erzielt.

Die Figur 6 zeigt einen mittels des vorliegenden Verfahrens hergestellten Temperaturfühler, der aus einem Metallrohr 15 besteht, das am einen Ende mit einer Silberkappe 16 versehen ist, in der ein Thermistor 17 der oben beschriebenen Art angeordnet ist. Die zurückgebogenen Zuführungsleiter 18 und 18¹ dieses Thermistors sind an die Leiter 19

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und 19' angelötet, die von einem Isolator 20 unterstützt werden.

Bei der Herstellung des Temperaturfühlers nach I¹Ig. wird die Silberkappe 16 durch eine acheaatisch dargestellte Klemme 21 (Fig. 7) mit einem Heizwiderstand 22 in Berührung gehalten. Mittels der Mikrometerschraube 23 kann eine eweite Klemme 24, in welche die Leiter 19 und 19* eingeklemmt sind, nach der Klemme 22 hinbewegt werden, bis der Thermistor 17 eich in unmittelbarer N8he der Wand der Kappe 16 befindet.

Auf dem Thermistor 17 1st eine Glasperle 25 (Fig. 8) vorgesehen, die durch den Heizwiderstand 22 zum Schmelzen gebracht wird und dabei zu einem Körper mit einer Stärke von der Grössenordnung von 0,01 mm ausflieset. Die Stärke dieses Körpers lässt sich sehr genau bestimmen mit einem Messgerät 26, das den von einer Quelle 27 gelieferten Strom misst, der den Thermistor 17, die Glasperle 25 und die Kappe 16 durchfliesst. In dieser V/eise werden eine grosse Genauigkeit und eine einwandfreie Haftung gewährleistet.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines temperaturempfindlichen Widerstandes sehr geringer Abmessungen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei elektrisch leitende Elemente in geringem Abstand zueinander angeordnet werden, und dass auf die einander zugekehrten Enden dieser Elemente ein Tropfen einer Dispersion eines halbleitenden Materials aufgebracht wird, woraufhin die genannten Enden und das darauf befindliche halbleitende Material der Wirkung einer Flamme ausgesetzt werden·

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2. Verfahren nach Anspruch 1« daduroh gekennzeichnet, dass der verlangte Abstand der beiden leitenden Elemente daduroh erhalten wird, dass ein gespannter leitender Draht durchgeschnitten wird·

3. Verfahren nach An&pruoh 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht zwisohen die Backen einer Zange gespannt und daraufhin «wischen den Einklemmpunkten durchgeschnitten wird, und dass nach dem Durchschneiden der gegenseitige Abstand der gebildeten leitenden Elemente gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3» daduroh gekennzeichnet, dass die Messung des Abstandes mit Hilfe mechanischer, mit der Zange verbundener Mittel erfolgt.

5. Verfahren naoh Anapruoh 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Abstandes erfolgt, indem ein elektrischer Strom duroh dit beiden leitenden Elemente, das zwischen diese Elemente aufgebrachte halbleitend· Material und ein Messgerät geführt wird, wobei der Abstand zwisohen den Elektroden durch Einstellung des Stromes auf einen vorbestimmten Wert geregelt wird*

6. Verfahren naoh Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung während der Einwirkung der flamme erfolgt, um den Widerstand des geschmolzenen halbleitenden' Materials auf einen vorbestimmten Wert einzustellen, der ·*% dem erwUnsohten Widerstandswert im kalten Zustand mswiwnnhttHgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, dass den leitenden Elementen während des Schmelzens und nach dem Schmelzen des halbleitenden Materials Ultraschallschwingungen zugeführt werden.

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»inen der vorhergehenden Anspi

.8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche! dadurch gekennzeichnet, das« der Schmelzpunkt des halbleitenden Materials durch den Zusatz eine« anderen Materials

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erniedrigt wird. ·

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das halbleitende Material in destilliertes Wasser, in Glyzerin, oder in eiiyifiineraleer oder organische/^ OeI suspendiert wird, und dass die Schmelzpunkterniedrigung durch den Zusatz von Eisen- oder Titanoxyd erfolgt.

10. Verfahren zur Herstellung eines Temperaturfühlers unter Anwendung eines mittels des Verfahrene nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellten temperaturempfindlichen Widerstandes, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwei leitende Elemente verbindender Halbleiter, auf dem eine Glasperle befestigt ist, in ein Rohr eingeschoben wird, deeaon einefjfßnde mit einer Metallkappe abgeschlossen ist, derart dass die Glasperle mit der Wand der Metallkappe in Berührung kommt, und dass die Metallkappe daraufhin erhitzt wird, v/obei der Abstand des Halbleiters zur Metallkappe durch Einstellung des von einer Stromquelle gelieferten.über den Halbleiter, die Glasperle, die Metallkappe und ein Messgerät fliessenden Stromes auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird.

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