DE3117827A1 - Method for producing measurement resistors for a resistance thermometer, and a device for carrying out the method - Google Patents

Method for producing measurement resistors for a resistance thermometer, and a device for carrying out the method

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DE3117827A1
DE3117827A1 DE19813117827 DE3117827A DE3117827A1 DE 3117827 A1 DE3117827 A1 DE 3117827A1 DE 19813117827 DE19813117827 DE 19813117827 DE 3117827 A DE3117827 A DE 3117827A DE 3117827 A1 DE3117827 A1 DE 3117827A1
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Walter Dr.-Ing. 8671 Marktleuthen Brem
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    • 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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    • H01C17/22—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for trimming
    • H01C17/232—Adjusting the temperature coefficient; Adjusting value of resistance by adjusting temperature coefficient of resistance

Abstract

A method for producing electrical film resistors as measurement resistors (14) for a resistance thermometer, in the case of which a thin film (2) consisting of a metal whose electrical resistance has a high temperature coefficient, especially a platinum thin film (2), is applied in a firmly adhering manner, by cathode sputtering, on a main surface of an electrically insulating, flat carrier body (substrate) (1). Said thin film (2) is structured (patterned) in a meandering shape and small tolerances of the resistance value are compensated for. In this case, the structuring and the calibration of the resistance value of the platinum thin film (2) are carried out using a laser beam (3) which is controlled by a multiple substrate (1) for a multiplicity of measurement resistors (14) being placed on a heat-insulating base (5) by means of which, during the structuring and the fine calibration (which is carried out immediately thereafter) of a measurement resistor (14) the temperature of the measurement resistor (14) to be calibrated is measured, and the resistance value at normal temperature is calculated from the measured resistance value at this temperature, and the calibration process is terminated when the desired nominal value of the normal resistance value of the measurement resistor (4) is reached, within very tight tolerances. <IMAGE>

Description

Verfahren zur Herstellung von Meßwider- Process for the production of measuring resistors

ständen für Widerstandsthermometer und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. stands for resistance thermometers and device for implementation of the procedure.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerständen als Meßwiderstände für Widerstandsthermometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for producing electrical Resistors as measuring resistors for resistance thermometers according to the preamble of claim 1 and a device for performing the method.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-AS 25 58 752 bekannt.Such a method is known from DE-AS 25 58 752.

Dort wird auf einen Trägerkörper durch Kathodenzerstäubung eine dünne Widerstandsschicht aus Platin festhaftind aufgebracht, die durch das aus der Mikroelektronik bekannte i'lasmaätzen strukturiert und nachgetempert wird.There a thin one is applied to a carrier body by cathode sputtering Resistance layer made of platinum firmly adhered by the microelectronics known i'lasma etching is structured and post-tempered.

Wird die auf einem Trägerkörper vorhandene' Platindünnschicht durch einen Laserstrahl mäanderförmig strukturiert, um den anwenderseitig geforderten hohen Widerstandswert von 100, 500 oder beispielsweise 1000 Ohm auf einem relativ kleinen Flächenbereich von ungefähr 4 mm x 10 mm zu erreichen, dann bildet sich am Rand des Materialabtrages durch den Laserstrahl eine sogenannte " heat - effected - zone ", d.h. eine Zone, die infolge der starken Wärmezufuhr im Vergleich zum unberührten Bereich daneben in ihrer Struktur verändert ist. Derartige Strukturänderungen können durch eine auf die Strukturierung folgende Temperaturbehandlung, eine sogen Temperung, mindestens größtenteils ausgeheilt werden, wobei sich jedoch der Widerstandswert bei dem relativ hohen Temperaturkoeffizienten stark ändert. Mit einem Laserstrahl ist demnach wohl die Strukturierung der Platindünnschicht einfacher Bls mit einem Fotomasken - und Ätzverfahren; der Feinabgleichainfolge der beim Laserschneiden auftretenden hohen Temperaturen unmittelbar jedoch nur bedingt möglich.If the 'platinum thin layer on a carrier body is through a laser beam structured in a meandering manner to meet the requirements required by the user high resistance value of 100, 500 or, for example, 1000 ohms on a relative Reaching a small area of about 4mm x 10mm then forms at the edge of the material removal by the laser beam, a so-called “heat-effected - zone ", i.e. a zone which, as a result of the strong heat input compared to the untouched The structure of the area next to it has changed. Such structural changes can by a temperature treatment following the structuring, a so-called tempering, are at least largely healed, but the resistance value at the relatively high temperature coefficient changes greatly. With Structuring of the platinum thin film is therefore probably easier with a laser beam Bls with a photo mask and etching process; the fine adjustment as a result of laser cutting High temperatures that occur directly, however, are only possible to a limited extent.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine dafür geeignete Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei dem die Strukturierung einfach mit einem Laserstrahl durchgeführt wird und bei dem mit dem Laserstrahl auch ein Feinabgleich eines Meßwiderstandes durchgeführt werden kann.The invention is therefore based on the object of providing a method of to provide the type mentioned at the beginning and a suitable device for this purpose, in which the structuring is simply carried out with a laser beam and at a precision adjustment of a measuring resistor is also carried out with the laser beam can be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved. Further developments of the invention are in the subclaims marked.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einer einfachen Vorrichtung über einen Rechner eine genaue Steuerung eines Laserstrahles durcheführt werden kann, der die Platindünnschicht eines eine Vielahl Meßwiderstände enthaltenden Mehrfachsubstrates mäanderförmig strukturiert, um den gewünschten Widerstandswert zu erhalten, und mit welcher die durch den Laserstrahl erzeugte Erhit;zung des Substrates und insbesondere der Platindünnschicht gemessen und bei der Steuerung des Laserstrahles berücksichtigt wird, so daß der Widerstandswert der Platindünnschicht bei Normaltemperatur in engsten Toleranzen eingestellt werden kann.The advantages achieved with the invention are in particular: that with a simple device on a computer a precise control of a Laser beam can be carried out, which the platinum thin layer of a variety Multiple substrates containing measuring resistors structured in a meandering manner around the to get the desired resistance value, and with what that is achieved by the laser beam generated heating of the substrate and in particular of the platinum thin film measured and is taken into account in controlling the laser beam so that the resistance value of the platinum thin film can be set within the narrowest tolerances at normal temperature can.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Mehrfachsubstrat auf einer Unterlage und Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Mehrfachsuibstrats Fig. l zeigt eine Unterlage 5 aus glasfaserverstärktem Kunststoff, die Ausnehmungen 10 besitzt und die mit einer dünnen Metallfolie 6 aus Kupfer überzogen ist. Die Dicke der Kupferfolie 6 beträgt 35 Mikrometer oder weniger. Zur besseren Wärmeverteilung kann die Kupferfolie 6 noch mit einer galvanischen Silberschicht 7 überzogen sein. Die Wärmekapazität der beiden Metallschichten 6 und 7 soll so klein als möglich sein; aber andererseits die Wärme noch gut über die vom Mehrfachsubstrat bedeckte Fläche verteilen. Auf der Kupferfolie 6 sind direkt und gut wärmeleitend in den in der Unterlage 5 befindlichen Ausnehmungen 10 Meßwiderstände 8 befestigt. Diese Befestigung kann durch Kleben oder durch Löten gewährleistet sein. Die Ausnehmungen können auch mit einem wärmeisolierenden Gießharz ausgefüllt sein, aus dem nur die Anschlußdrahtpaare 9 der Meßwiderstände für die Widerstandsthermometer herausragen. Auf der so vorbereiteten Unterlage 5 wird ein mit eimer Platindünnschicht 2 bedecktes Mehrfachsubstrat 1 eben aufgelegt und die Platindünnschicht 2 in einem ersten Arbeitsgas in Segmente entsprechend den einzelnen Meßwiderständen 14 auseinandergeteilt. Diese Segmente sind in Fig. 2 zwischen den Laserlinien 12 und 13 verdeutlicht. Anschließend werden am mäanderförmig zu strukturierenden Meßwiderstand 14 zwischen den beiden Anschlußflächen 11 Meßspitzen 4 angelegt und der Laserstrahl 3 eingeschaltet und nebeneinander parallel und paarweise versetzte Laserlinien 31 schneidend über die Platindünnschicht 2 gesteuert, derart, daß sich eine mäanderförmige Widerstandsbahn 2 ergibt. Um die beim Laserschneiden erzeugte Wärme, die den Widerstandswert gegen den bei Normaltemperatur verändert, zu berücksichtigen, wird mit den Meßwiderständen 8 die Temperatur des zu lasernden Meßwiderstandes 14 und mit den Meßspitzen 4 simultan der bei dieser Temperatur gegebene elektrische Widerstand gemessen. Mit einem Rechner, der die gemessenen Werte koordiniert, wird der Laserstrahl 3 abgeschaltet, wenn der t durch den großen positiven Temperaturkoeffizienten der Platindünnschicht 2 überhöhte Widerstandswert bei der durch das Laserschneiden erhöhten Temperatur der Platindünnschicht 2 dem gewünschten Widerstandswert bei Normaltemperatur innerhalb der erforderlichen, engen Widerstandstoleranzen entspricht. Nach dem Strukturieren, bzw. Abgleichen aller Meßwiderstände 14 eines Mehrfachsubstrates 1, wird dieses entlang den Linien 12 und 13 in einzelne Meßwiderstände 14 auseinandergebrochen.An embodiment of the invention is shown in the drawing. 1 shows a cross section through a multiple substrate on a base and FIG. 2 shows a plan view of a multiple sub-substrate in FIG a base 5 made of glass fiber reinforced plastic which has recesses 10 and which is covered with a thin metal foil 6 made of copper. The thickness of the copper foil 6 is 35 microns or less. For better heat distribution, the copper foil 6 still be coated with a galvanic silver layer 7. The heat capacity the two metal layers 6 and 7 should be as small as possible; on the other hand distribute the heat well over the area covered by the multiple substrate. on of the copper foil 6 are directly and with good thermal conductivity in the ones in the base 5 Recesses 10 measuring resistors 8 attached. This attachment can be done by gluing or be guaranteed by soldering. The recesses can also be provided with a heat insulating Be filled with casting resin, from which only the connecting wire pairs 9 of the measuring resistors for the resistance thermometer protrude. On the prepared base 5 a multiple substrate 1 covered with a thin layer of platinum 2 is placed flat and the platinum thin film 2 in a first working gas in segments accordingly the individual measuring resistors 14 divided. These segments are shown in Fig. 2 between the laser lines 12 and 13 clarified. Then the meander shape to be structured measuring resistor 14 between the two connection surfaces 11 measuring tips 4 applied and the laser beam 3 switched on and side by side in parallel and in pairs offset laser lines 31 controlled by cutting over the platinum thin layer 2, in such a way that that a meandering resistance track 2 results. About the laser cutting generated heat, which changes the resistance value against that at normal temperature, to be taken into account, the temperature of the to be lasered with the measuring resistors 8 Measuring resistor 14 and with the measuring tips 4 simultaneously the given at this temperature electrical resistance measured. With a computer that coordinates the measured values, the laser beam 3 is switched off when the t by the great positive temperature coefficient of the platinum thin layer 2 excessive resistance value at the temperature of the platinum thin layer 2 increased by the laser cutting desired resistance value at normal temperature within the required, narrow Resistance tolerances corresponds. After structuring or comparing all Measuring resistors 14 of a multiple substrate 1, this is along the lines 12 and 13 broken apart into individual measuring resistors 14.

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Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE: Verfahren zur Herstellung von elektrischen Schichtwiderständen als Meßwiderstände für Widerstandsthermometer, bei dem auf einer Hauptfläche eines elektrisch isolierenden, ebenen Trägerkörpers durch Kathodenzerstäubung eine Dünnschicht aus einem Metall mit einem großen Temperaturkoeffizienten seines elektrischen Widerstandes, insbesondere eine Platindünnschicht festhaftend aufgebracht, mäanderförmig strukturiert und auf kleine Toleranzen des Widerstandswertes abgeglichen wird, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Strukturierung und der Abgleich des Widerstandswertes der Platindünnschicht (2) mit einem Laserstrahl (3) geschieht, der dadurch gesteuert wird, daß ein Mehrfachsubstrat (1) für eine Vielzahl Meßwiderstände (14) auf eine wärmeisolierende Unterlage (5) gelegt wird, mit der während der Strukturierung und des unmittelbar daran anschließenden Feinabgleiches eines Meßwiderstandes (14) die Temperatur des abzugleichenden Meßwiderstandes (14) gemessen und aus dem' gemessenen Widerstandswert bei dieser Temperatur, der Widerstandswert bei Normaltemperatur errechnet wird, und der Abgleichvorgang abgebrochen wird, wenn der gewünschte Sollwert des Normalwiderstandswertes des Meßwiderstandes (14) innerhalb engster Toleranzen erreicht wird.PATENT CLAIMS: Process for the production of electrical sheet resistors as measuring resistors for resistance thermometers, in which a electrically insulating, flat support body by cathode sputtering a thin layer made of a metal with a large temperature coefficient of its electrical resistance, in particular a platinum thin layer applied firmly adhering, structured in a meandering manner and is adjusted to small tolerances of the resistance value, d u r c h characterized in that the structuring and the adjustment of the resistance value of the Platinum thin layer (2) happens with a laser beam (3), which is controlled by it is that a multiple substrate (1) for a plurality of measuring resistors (14) on one heat insulating Pad (5) is placed with the during the Structuring and the subsequent fine adjustment of a measuring resistor (14) the temperature of the measuring resistor (14) to be adjusted is measured and from the ' measured resistance value at this temperature, the resistance value at normal temperature is calculated, and the calibration process is canceled when the desired target value the normal resistance value of the measuring resistor (14) within the narrowest tolerances is achieved. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Unterlage (5) genau die Temperatur des abzugleichenden Meßwiderstandes (14) gemessen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that with the Base (5) measured exactly the temperature of the measuring resistor (14) to be calibrated will. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeiXchnet, daß mit der Unterlage (5) die Temperatur an einigen beliebigen Stellen des Mehrfachsubstrates (1) für eine tSielzahl Meßwiderstände (14) gemessen und aus diesen Meßwerten die Temperatur des abzugleichenden Meßwiderstandes (14) errechnet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that with the Pad (5) the temperature at any point on the multiple substrate (1) measured for a number of measuring resistors (14) and from these measured values the Temperature of the measuring resistor (14) to be adjusted is calculated. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch geennzeichnet, daß die Temperatur des Mehrfåchsubstrates (1) mittels der Unterlage (5) und der Widerstandpwert des abzugleichenden Meßwiderstandes (14) simultan gemessen und in einem Rechner ausgewertet werden, der den Ab3leichvorgang steuert.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the temperature of the Mehrfåchsubstrates (1) by means of the base (5) and the Resistance value of the measuring resistor (14) to be adjusted is measured simultaneously and in be evaluated by a computer that controls the adjustment process. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem. der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Unterlage (5) mit Ausnehmungen (10) besteht, deren Oberfläche mit einer Metallfolie (6) mit kleiner Wärmekapazität, insbesondere mit einer Kupferfolie bedeckt ist und in den Ausnehmungen (10) auf der Metallfolie (6) Temperaturmeßwiderstände (8) befestigt sind.5. Device for performing the method according to a. of claims 1 to 4, characterized in that it consists of a base (5) with recesses (10), the surface of which is covered with a metal foil (6) with a small heat capacity, is covered in particular with a copper foil and in the recesses (10) the metal foil (6) temperature measuring resistors (8) are attached. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (6) zur verbesserten Wärmeverteilung mit einer galvanischen Silberschicht (7) bedeckt ist.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the metal foil (6) covered with a galvanic silver layer (7) for improved heat distribution is. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (5) aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht.7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the base (5) consists of glass fiber reinforced plastic. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßwiderstänie (8) auf der Kupferfolie (6).festgelötet oder festgeklebt sind.8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that that the Temperaturmeßwiderstänie (8) on the copper foil (6) .festgelötlich or glued are. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (10) mit einem wärmeisolierenden Kunststoff ausgegossen sind.9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that that the recesses (10) are filled with a thermally insulating plastic.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0131165A1 (en) * 1983-06-22 1985-01-16 Milton Schonberger Thermistors; and a method of their fabrication
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CN109974763A (en) * 2017-12-27 2019-07-05 泰科电子(上海)有限公司 Calibration system and calibration method

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