DE102009033930B4

DE102009033930B4 - Verfahren zum Aufbringen einer Widerstandsschicht in Form eines Edelmetall-Dünnfilms auf ein Substrat und Verfahren zur Herstellung eines Temperaturmessfühlers

Info

Publication number: DE102009033930B4
Application number: DE200910033930
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Sensotherm Temperatursensorik GmbH
Priority date: 2009-07-20
Filing date: 2009-07-20
Publication date: 2013-07-18
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: DE102009033930A1; DE102009033930B8

Abstract

Verfahren zum Aufbringen einer Widerstandsschicht in Form eines Edelmetall-Dünnfilms auf ein Substrat, wobei die Gesamtdicke des erzeugten Dünnfilms zwischen 0,5 μm und 1,5 μm liegt, mit folgenden aufeinander abfolgenden Schritten:
a) Erzeugen (S102) einer leitfähigen Grundbeschichtung aus einem Edelmetall auf einem Substrat (100);
b) Verstärken (S104, S106) der Grundbeschichtung auf eine gewünschte Gesamtdicke des Dünnfilms durch galvanisches Abscheiden des Edelmetalls auf der Grundbeschichtung; und
c) Durchführen (S116) einer Temperaturbehandlung des erzeugten Dünnfilms für eine Zeitdauer von 30 Minuten bis 180 Minuten bei einer Temperatur zwischen 1100°C und 1400°C.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen einer Widerstandsschicht in Form eines Edelmetall-Dünnfilms auf ein Substrat, und auf ein Verfahren zur Herstellung eines Temperaturmessfühlers, dessen Widerstandsschicht durch den Edelmetall-Dünnfilm gebildet wird, insbesondere auf ein Verfahren zum Aufbringen von Dünnfilm-Platinschichten auf Keramiksubstrate mittels spezieller galvanischer Beschichtung zur Herstellung von Platintemperatursensoren.
Temperaturmessfühler in Dünnschichttechnik, wie beispielsweise Platintemperaturfühler, werden seit vielen Jahren in unterschiedlichen Ausführungsformen hergestellt und für präzise Temperaturmessaufgaben verwendet.
Ein bekannter Temperaturmessfühler ist in 3 gezeigt, wobei 3(a) eine Querschnittdarstellung des Temperaturmessfühlers und 3(b) eine Draufsichtdarstellung des Temperaturmessfühlers zeigt. Auf einem Al₂O₃-Keramikträger 100 ist ein Platinfilm 102 von ca. 1 μm Dicke aufgebracht. Dieser Platinfilm 102 ist derart strukturiert, dass dieser eine Widerstandsbahn von z. B. 100 Ω aufweist. Zum Schutz des Platinfilms 102 ist dieser mit einer geeigneten Schutzschicht 104 (z. B. Glasurschicht) überzogen. An zwei, in 3(b) gezeigten Kontaktflächen 106 sind in der Regel Anschlussdrähte 108 angeschweißt (außer bei SMD-Typen). Um eine ausreichende mechanische Belastbarkeit der Anschlussdrähte 108 zu gewährleisten, wie es beispielsweise bei der Weiterverarbeitung des Sensors oder bei dessen Einsatz gefordert ist, wird eine Fixierungsglasur 110 aufgebracht, durch die die Anschlussdrähte 108 zusätzlich eine mechanische Fixierung erfahren. Die Fixierungsglasur 110 wird bei Temperaturen um ca. 800°C eingebrannt (die Glasur muss schmelzen), um eine Einsatztemperatur von bis zu 600°C zu gewährleisten, da die Glasur während des Betriebs nicht erweichen darf. Für noch höhere Einsatztemperaturen, z. B. 800°C, werden entsprechend höher schmelzende Glasuren verwendet.
Neben dem Einsatz von Platinwiderstandsbahnen können auch andere Metalle für die Widerstandsbahn eingesetzt werden.
Für die Kontaktierung der Widerstandsbahnen werden üblicherweise Anschlussdrähte aus einem nicht-edlen Material, z. B. Nickeldrähte, verwendet (siehe z. B. DE 100 20 931 C1 ).
Ebenso werden vergoldete Nickeldrähte eingesetzt. Alternativ werden die Drähte mit einem Edelmetall-Überzug versehen, beispielsweise ein Nickeldraht mit einem Platinmantel. Für spezielle Anwendungen, z. B. Hochtemperaturanwendungen, werden als Anschlussdrähte reine Edelmetalldrähte oder Drähte aus einer Edelmetall-Legierung verwendet, da diese auch bei den höheren Prozesstemperaturen nicht oxidieren. Als Edelmetallmaterialien kommen insbesondere Platin, Palladium oder Silber in Betracht, und als Edelmetall-Legierung wird vorzugsweise eine Gold-Palladium-Legierung herangezogen.
Für die Beschichtung der (Keramik-)Substrate mit Platin sind verschiedene Verfahren bekannt, welche von Herstellern der Platintemperatursensoren eingesetzt werden. Bekannt sind Vakuumverfahren, z. B. das Aufdampfen oder die Kathodenzerstäubung (Sputtern), welche üblicherweise als Dünnschichttechnik bezeichnet werden. Hierbei werden, aus Stabilitätsgründen, bei der Herstellung der Platintemperatursensoren Schichtdicken zwischen ca. 0,5 μm und 1,5 μm Filmdicke verwendet.
Die DE 2 112 595 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines auflötbaren Temperaturmesswiderstandes. Dort werden auf einen bereits in einer Fixierungsglasur eingebetteten Messwiderstand in Form einer Drahtwendel weitere Beschichtungen aufgebracht, um einen guten Wärmeübergang zum Messobjekt herzustellen und die Lötbarkeit der Oberfläche zu gewährleisten. Zunächst wird eine Einbrennschicht aus Glanzsilber, Glanzgold oder Glanzplatin auf den Messwiderstand aufgebracht, um die elektrische Leitfähigkeit für eine folgende galvanische Beschichtung zu erzeugen. Anschließend wird ein Silberwerkstoff galvanisch aufgebracht, welcher das Verlöten des Sensors auf dem zu messenden Körper ermöglichen soll. Die Gesamtschichtdicke beträgt dabei mehrere μm, so dass es sich bei diesem Beschichtungsverfahren um ein Dickschichtverfahren handelt. Die Herstellung des Messwiderstands selbst wird nicht beschrieben. Aufgrund der Ausführung des Messwiderstandes als Drahtwendel und der Dickschichtbeschichtung ist die Anwendung der Technik der DE 2 112 595 A auf größere Sensorabmessungen und kleine Widerstandswerte beschränkt.
In der sogenannten Dickschichttechnik werden Platin-Dickschichtpasten mittels Siebdrucktechnik auf die Substrate aufgedruckt und bei hohen Temperaturen, typischerweise bei ca. 800°C, eingebrannt. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass auch Platindickfilmstrukturen, z. B. Widerstandsmäander, direkt auf das Substrat gedruckt werden können. Die erzielbaren Schichtdicken sind jedoch in der Regel kaum dünner als 3 μm und die bedruckten Bahnbreiten kaum schmäler als 80 μm. Sensoren mit kleinen Abmessungen, beispielsweise mit einer Breite von 1,2 mm und einer Länge von 4 mm und höheren Widerstandsnennwerten, z. B. Pt 1000 sind somit in der Dickschichttechnik nicht realisierbar. Bei einem modifizierten Dickschichtverfahren mit speziellen Platinpasten, sogenannten Resinatpasten, können Platinschichten in Dünnschichtqualität erzeugt werden, da sich bei dieser Vorgehensweise das Platin in atomarer Form, ähnlich dem Bedampfen oder Sputtern, auf dem Substrat niederschlägt.
Die genannten Verfahren eignen sich gut für die Herstellung von Platinfilmen, wobei jedes der genannten Verfahren spezifische Vorteile hat, jedoch alle Verfahren auch Nachteile mit sich bringen. Beim Dickschichtverfahren ist insbesondere die oben genannte Begrenzung auf größere Sensorabmessungen und kleine Widerstandswerte zu erwähnen. Beim Dünnschichtverfahren sind insbesondere die mit dem Aufdampfen und Sputtern einhergehenden hohen Anlagekosten und die hohen Platin-Materialkosten nachteilhaft, wobei Letztere daraus resultieren, dass sich ein hoher Anteil des sehr teuren Edelmetalls beim Beschichtungsprozess außerhalb des Substrats niederschlägt. Das modifizierte Dickschichtverfahren mit Resinatpasten ist gegenüber den Aufdampf- und Sputter-Verfahren günstiger, insbesondere bezüglich der Anlagekosten und bezüglich des Materialverbrauchs. Aufgrund der erforderlichen hohen Einbrenntemperaturen sind Platinschichten, die die erforderlichen Eigenschaften für die Herstellung von Platinsensoren entsprechend der DIN-Norm erfüllen, mit Schichten kleiner als 1 μm kaum möglich, insbesondere ist es schwierig, Platinschichten mit einer Dicke deutlich unter 1 μm (z. B. 0,8 μm und weniger) und mit einem Temperaturkoeffizienten von 3850 ppm/°C zu erreichen, wie dies für die Herstellung der oben genannten Platinsensoren entsprechend der DIN-Norm erforderlich ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ansatz zu schaffen, der die Herstellung von Temperatursensoren mit den erforderlichen Eigenschaften bei reduziertem Materialaufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Aufbringen einer Widerstandsschicht in Form eines Edelmetall-Dünnfilms auf ein Substrat, wobei die Gesamtdicke des erzeugten Dünnfilms zwischen 0,5 und 1,5 μm liegt, mit folgenden aufeinander abfolgenden Schritten:

(a) Erzeugen einer leitfähigen Grundbeschichtung aus einem Edelmetall auf einem Substrat;
(b) Verstärken der Grundbeschichtung auf eine gewünschte Gesamtdicke des Dünnfilms durch galvanisches Abscheiden des Edelmetalls auf der Grundbeschichtung; und
(c) Durchführen einer Temperaturbehandlung des erzeugten Dünnfilms für eine Zeitdauer von 30 Minuten bis 180 Minuten bei einer Temperatur zwischen 1100°C und 1400°C.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Temperaturmessfühlers, mit folgenden Schritten:

– Erzeugen einer Widerstandsschicht basierend auf einem Dünnfilm, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren auf ein Substrat aufgebracht wurde; und
– Verbinden eines Anschlussdrahtes mit der Widerstandsschicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben beschriebenen Nachteile der im Stand der Technik bekannten Verfahren zum Erzeugen von Widerstandsbahnen für Temperaturmesssensoren oder Temperaturmessfühler dadurch vermieden werden können, dass anstelle dieser herkömmlichen, aufwendigen Verfahren ein galvanisches Verfahren verwendet wird, welches beispielsweise die Abscheidung der Platinschichten in einer elektrolytischen Lösung galvanisch auf ein Keramiksubstrat ermöglicht. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich vorzugsweise Schichtdicken im Bereich zwischen 0,5 μm und 1 μm realisieren, die die erforderlichen Eigenschaften für die Herstellung von Temperatursensoren entsprechend der DIN-Norm erfüllen, insbesondere die erforderlichen Eigenschaften hinsichtlich der Temperaturkoeffizienten.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber herkömmlichen Verfahren besteht darin, dass aufgrund der erreichbaren, dünneren Schichtdicken der Materialverbrauch deutlich reduziert wird, was insbesondere aufgrund der hohen Preise der Edelmetalle, beispielsweise des Platins, wesentlich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Materialverbrauch ferner dadurch reduziert wird, dass durch die aufgebrachte Grundbeschichtung derjenige Bereich auf dem Substrat festgelegt ist, auf dem galvanisch abgeschieden werden soll. Auf anderen, nicht-metallisierten Flächen, schlägt sich kein Metall aus der elektrolytischen Lösung nieder, so dass sichergestellt ist, dass das Edelmetall nur an der Stelle abgeschieden wird, an der eine entsprechende Erzeugung eines Dünnfilms auch erwünscht ist. Die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile hinsichtlich des Niederschlags von Material außerhalb des Substrats treten somit beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht auf, was ebenfalls zur Reduzierung des Materialverbrauchs und damit zu einer Kostenersparnis bei der Herstellung der Sensoren beiträgt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Edelmetall-Dünnschicht anfänglich mit einer bestimmten, erwünschten Dicke erzeugt und nachfolgend, sofern erwünscht, strukturiert, um beispielsweise eine mäanderförmige Widerstandsschicht für einen Temperatursensor bereitzustellen. Diese Widerstandsschicht kann anschließend auf übliche Art und Weise mit Anschlussdrähten kontaktiert werden. Alternativ können die Anschlussflächen der Widerstandsbahn an gegenüberliegenden Enden des Substrats vorgesehen sein, falls der Temperatursensor vom SMD-Typ ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, die Grundbeschichtung anfänglich bereits entsprechend der erwünschten Widerstandsschichtform, z. B. mäanderförmig, zu strukturieren, so dass sich im nachfolgenden galvanischen Verstärkungsprozess das Edelmetall nur auf der strukturierten Edelmetall-Grundbeschichtung abscheidet, so dass die späteren Strukturierungsprozesse entfallen können. Um eine gleichmäßige Stromdichte während des galvanischen Verstärkungsprozesses zu gewährleisten, kann vorgesehen sein, die strukturierte Grundbeschichtung an mehreren Anschlusspunkten mit einer Stromquelle zu verbinden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, die Dicke während der galvanischen Verstärkung zu überwachen, so dass bei Erreichen einer vorbestimmten Dicke, beispielsweise einer Dicke zwischen 0,4 und 0,6 μm der galvanische Prozess unterbrochen wird, und eine Zwischentemperaturbehandlung durchgeführt wird, um innere Spannungen in den galvanisch abgeschiedenen Schichten zu reduzieren.
Bei wiederum einem anderen Ausführungsbeispiel kann es statt der Erzeugung hochreiner Edelmetall-Schichten erwünscht sein, dotierte Edelmetall-Schichten zu erzeugen. Dies kann durch entsprechende Dotierung mit anderen Metallen, vorzugsweise aus derselben chemischen Gruppe, aus der das Edelmetall stammt, erreicht werden. In diesem Fall kann entweder eine Dotierung der Grundbeschichtung erfolgen und/oder der verwendete Elektrolyt kann entsprechend der erwünschten Dotierung modifiziert sein. Eine solche Vorgehensweise ist beispielsweise erwünscht, wenn ein Temperaturkoeffizient des herzustellenden Temperaturmessfühlers einen vorgegebenen, beispielsweise niedrigeren Wert aufweisen soll als ein Temperaturmessfühler aus einem reinen Edelmetall.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen eines Edelmetall-Dünnfilms auf ein Substrat;
2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Herstellung eines Temperaturmessfühlers;
3(a) eine Querschnittdarstellung eines herkömmlichen Temperaturmessfühlers; und
3(b) eine Draufsichtdarstellung des Temperaturmessfühlers aus 3(a).
Anhand der 1 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen eines Edelmetall-Dünnfilms auf ein Substrat näher beschrieben. Das anhand der 1 beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Platin-Dünnfilms auf ein Keramiksubstrat, beispielsweise ein Al₂O₃-Substrat. Die Platinschicht wird in einer elektrolytischen Lösung galvanisch auf das Keramiksubstrat abgeschieden, wobei die Abscheidung des Platins nur auf einem leitfähigen Untergrund erfolgen kann, so dass im Schritt S102 zunächst an den zu beschichtenden Flächen auf dem Al₂O₃-Substrat eine dünne, leitfähige Grundbeschichtung mit einer Dicke zwischen 0,05 μm und 0,1 μm durch Aufdampfen aufgebracht wird. Alternativ kann die Grundbeschichtung auch aufgesputtert oder kostengünstig unter Verwendung einer Resinatpaste im Siebdruckverfahren aufgebracht werden. Die Grundbeschichtung muss im Hinblick auf die Reinheit die gleichen Erfordernisse erfüllen, wie die nachfolgend verwendete Elektrolytlösung für die galvanische Verstärkung. Anders als bei herkömmlichen Vorgehensweisen in der Galvanotechnik, z. B. im Apparatebau oder bei der Erzeugung dekorativer Muster, kann eine übliche Grundbeschichtung aus Gold oder Silber nicht verwendet werden. Um die erforderlichen Eigenschaften der herzustellenden Temperatursensoren zu erreichen, ist darauf zu achten, dass in der Elektrolytlösung und auch in der Grundbeschichtung keine metallischen Verunreinigungen enthalten sind, die später in den erzeugten Platinfilm gelangen könnten und dort zu einer entsprechenden Beeinträchtigung der geforderten Eigenschaften, beispielsweise des Temperaturkoeffizienten, führen würden.
Nach dem Aufdampfen der Platin-Grundbeschichtung erfolgt im Schritt S104 ein Kontaktieren dieser Grundbeschichtung mit einer Stromquelle und im Schritt S106 wird das Substrat mit der darauf aufgebrachten kontaktierten Platin-Grundbeschichtung in eine Platin-Elektrolytlösung eingebracht. Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung enthalten die Platin-Elektrolyte das Platin in Form von stabilen, jedoch sehr unterschiedlichen Komplexen, beispielsweise in Form von sauren Elektrolyten, z. B. Hexachloroplatin(IV)-säure H₂PtCl₆·6H₂O oder Platin(IV)chlorid PtCl₄·5H₂O, oder in Form von alkalischen Elektrolyten, z. B. Diammino-dinitrito-platin(II) Pt(NH₃)₂(NO₂)₂ oder Tetrammino-platin(II)-sulfat Pt(NH₃)₄SO₄.

Die Abscheidung des Platins auf das Substrat bzw. auf die Grundbeschichtung auf dem Substrat erfolgt durch das Anlegen einer äußeren Stromquelle an die Kathode (Minuspol) entsprechend den üblichen Gesetzen der elektrolytischen Metallabscheidung. Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die Beschichtungsparameter z. B. wie folgt einzustellen, um die erforderlichen Ergebnisse, also einen Platindünnfilm mit den erforderlichen Eigenschaften für die Herstellung von Platinsensoren entsprechend der DIN-Norm einzuhalten:

Elektrolyt:	H₂PtCl₆·6H₂O	Pt(NH₃)₄SO₄
Elektrolytkonzentration:	15–25 g/l	6 g/l
Temperatur:	45–70°C	91–93°C
Stromdichte:	2,5–3,5 A/dm²	0,5–1 A/dm²
pH-Wert	Salzsäure-Lösung (Salzsäure 10–390 ml/l; Gehalt bestimmt die Abscheidegeschwindigkeit	10,2–10,6 (alkalisch)

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Schritt S108 während des Aufwachsens bzw. Verstärkens der Grundbeschichtung die Dicke der aufgewachsenen Platin-Dünnschicht überwacht. Wird im Schritt S110 festgestellt, dass die Platin-Dünnschichtdicke etwa 0,5 μm beträgt, so erfolgt im Schritt S112 eine Zwischentemperaturbehandlung. Grund für die im Schritt S112 durchgeführte Zwischentemperaturbehandlung ist die Tatsache, dass bei den aus den Platin-Elektrolytlösungen abgeschiedenen Schichten (insbesondere bei den aus den stark sauren Platin-Elektrolytlösungen abgeschiedenen Schichten) hohe innere Spannungen auftreten können, die die Haftung auf dem Substrat vermindern und sogar zu einem Abplatzen der Platinschicht oder zu Rissen in der Platinschicht führen können. Daher wird bei Erreichen von Schichtdicken von mehr als ca. 0,5 μm die im Schritt S112 gezeigte Zwischentemperaturbehandlung bei einer Temperatur zwischen 600°C und 900°C für eine Zeitdauer von etwa 10 Minuten bis 60 Minuten, vorzugsweise 30 Minuten, durchgeführt, um diese inneren Spannungen abzubauen. Anschließend kehrt das Verfahren zum Schritt S108 zurück und die galvanische Beschichtung wird fortgesetzt, bis die gewünschte Gesamtschichtdicke erreicht ist. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der Schritt S112 wiederholt wird, falls die nach dem ersten Zwischentemperaturbehandlungsschritt zusätzlich aufgewachsene Schichtdicke wiederum 0,5 μm erreicht hat. Die Schritte S108 bis S112 werden wiederholt, bis im Schritt S114 festgestellt wird, dass die erwünschte Gesamtdicke, z. B. ca. 1 μm, erreicht ist. Nachfolgend zum Erreichen der Gesamtdicke wird im Schritt S116 eine abschließende Temperaturbehandlung durchgeführt. Die im Schritt S116 durchgeführte Temperaturbehandlung erfolgt bei einer Temperatur zwischen 1100°C und 1400°C für eine Zeitdauer von etwa 0,5 Stunden bis 3 Stunden und ist erforderlich, um eine notwendige Stabilität sowie die vorgeschriebenen Temperaturkoeffizienten, z. B. 3850 ppm/°C für die DIN-Kennlinie der herzustellenden Temperatursensoren zu gewährleisten.
Nachdem die Dünnschicht aus Platin gemäß den anhand der 1 beschriebenen Schritten hergestellt wurde, kann gemäß einem Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, den so erzeugten Dünnfilm für die Herstellung eines Temperaturmessfühlers, beispielsweise eines Platintemperatursensors, zu verwenden. Die weiteren Schritte zur Herstellung eines solchen Platintemperatursensors sind anhand der 2 erläutert. Ausgehend vom Schritt S116 wird der erzeugte Dünnfilm im Schritt S118 strukturiert, um eine mäanderförmige Widerstandsschicht zu erhalten. An dieser mäanderförmigen Widerstandsschicht werden im Schritt S120 Anschlussdrähte befestigt. Anschließend erfolgt die Aufbringung der anhand der 3 erläuterten Schutzschicht und der Fixierungsglasur im Schritt S122, an den sich der Schritt S124 anschließt, in dem die Schutzschicht und die Fixierungsglasur eingebrannt werden.
Alternativ zu dem anhand der 2 beschriebenen Prozess kann auch vorgesehen sein, Platintemperatursensoren vom SMD-Typ (SMD = Surface Mountable Device = Oberflächen-befestigbares Element) herzustellen. In diesem Fall werden keine Anschlussdrähte verwendet, sondern vielmehr umfasst das Substrat, auf dem die mäanderförmige Widerstandsschicht gebildet ist, Anschlussflächen, beispielsweise an gegenüberliegenden Enden des Substrats, mit denen die entsprechenden Enden der Widerstandsschicht verbunden sind. Beim Auflöten eines solchen Sensors erfolgt dann die Kontaktierung über die externen, seitlichen Anschlussflächen.
Die vorliegende Erfindung wurde oben unter Zugrundelegung eines Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem eine Strukturierung des Dünnfilms erst nach dem Erzeugen desselben erfolgt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, die Grundbeschichtung, welche beispielsweise aus einer 0,1 μm dünnen Platinschicht besteht, vor deren galvanischer Verstärkung zu strukturieren, d. h. mittels bekannter Photoresist- und Plasmaätztechnologien kann bereits ein Widerstandsmäander in der Grundbeschichtung erzeugt werden, so dass anschließend nur die strukturierten Platinfilmbahnen der Grundbeschichtung auf die gewünschte Schichtdicke galvanisch verstärkt werden. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass zusätzlich Platinmaterial eingespart werden kann, und ferner kann auch die Herstellungszeit reduziert werden, da kürzere Ätzzeiten erforderlich sind, da zu diesem Zeitpunkt der Platinfilm nur eine geringe Dicke, nämlich die Dicke der Grundbeschichtung aufweist, so dass ein Ätzen der Schichten deutlich schneller erfolgt, als ein Ätzen der Gesamtschicht. Um eine gleichmäßige Stromdichte während der galvanischen Abscheidung sicherzustellen, kann vorgesehen sein, die strukturierte Metallisierung an mehreren Stellen mit der Stromquelle zu verbinden.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann erwünscht sein, den Temperaturkoeffizienten auf einen anderen Wert als den DIN-Wert einzustellen, beispielsweise auf einen niedrigeren Wert. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Platinschichten gezielt mit anderen Metallen der Platingruppe, z. B. mit Rhodium, dotiert werden, um entsprechend dotierte Platinschichten herzustellen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass eine bereits dotierte Grundbeschichtung verwendet wird, so dass sich beim Aufwachsen und der späteren Temperaturbehandlung eine Verteilung der Dotierstoffe im Gesamtdünnfilm einstellt. Alternativ oder zusätzlich zur dotierten Grundbeschichtung kann ferner ein modifizierter Elektrolyt verwendet werden, welches die erwünschten Dotierstoffe in einer entsprechenden Dosierung enthält.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung wurden basierend auf Platin-Dünnschichten beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Alternativ können die Dünnschichten auch aus Rhodium, Iridium oder anderen Edelmetallen hergestellt werden, wobei die jeweiligen Prozessparameter (Elektrolyt, Temperatur, etc.) entsprechend anzupassen sind.
Ferner wurde das Ausführungsbeispiel basierend auf einem Al₂O₃-Keramiksubstrat beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Alternativ können auch andere Keramiksubstrate, beispielsweise ein Bariumtitanat-Keramiksubstrat oder auch Glassubstrat oder ein passives Stahlsubstrat verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Aufbringen einer Widerstandsschicht in Form eines Edelmetall-Dünnfilms auf ein Substrat, wobei die Gesamtdicke des erzeugten Dünnfilms zwischen 0,5 μm und 1,5 μm liegt, mit folgenden aufeinander abfolgenden Schritten: a) Erzeugen (S102) einer leitfähigen Grundbeschichtung aus einem Edelmetall auf einem Substrat (100); b) Verstärken (S104, S106) der Grundbeschichtung auf eine gewünschte Gesamtdicke des Dünnfilms durch galvanisches Abscheiden des Edelmetalls auf der Grundbeschichtung; und c) Durchführen (S116) einer Temperaturbehandlung des erzeugten Dünnfilms für eine Zeitdauer von 30 Minuten bis 180 Minuten bei einer Temperatur zwischen 1100°C und 1400°C.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Grundbeschichtung im Schritt (a) durch Aufdampfen, Sputtern oder Siebdruck erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Grundbeschichtung eine Dicke zwischen 0,05 μm und 0,1 μm hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schritt (b) folgende Schritte umfasst: (b.1) Verstärken der Schicht, bis eine vorbestimmte Dicke des Edelmetalls vorliegt (S108, S110); und (b.2) Durchführen (S112) einer Zwischentemperaturbehandlung.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Schritte (b.1) und (b.2) bis zum Erreichen der Gesamtdicke wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die vorbestimmte Dicke zwischen 0,4 μm und 0,6 μm ist, und bei dem die Zwischentemperaturbehandlung für eine Zeitdauer von 10 Minuten bis 60 Minuten bei einer Temperatur zwischen 600°C und 900°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Dünnfilm ein dotierter Dünnfilm ist, wobei im Schritt (a) eine dotierte Grundbeschichtung erzeugt wird, und/oder wobei im Schritt (b) ein entsprechend der erwünschten Dotierung des Dünnfilms ein modifizierter Edelmetallelektrolyt verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Edelmetall Platin umfasst, wobei der Dotierstoff aus der chemischen Gruppe ausgewählt ist, die Platin enthält.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Dotierstoff Rhodium umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Edelmetall Platin umfasst, wobei im Schritt (b) ein Platinelektrolyt verwendet wird, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die saure Elektrolyte, z. B. Hexachloroplatin(IV)-säure H₂PtCl₆·6H₂O oder Platin(IV)chlorid PtCl₄·5H₂O, oder alkalische Elektrolyte, z. B. Diammino-dinitrito-platin(II) Pt(NH₃)₂(NO₂)₂ oder Tetrammino-platin(II)-sulfat Pt(NH₃)₄SO₄, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Substrat ein Keramiksubstrat oder ein Glassubstrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Keramiksubstrat aus der Gruppe ausgewählt ist, die ein Al₂O₃-Substrat und ein Bariumtitanat-Keramiksubstrat umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit folgendem Schritt: (d) Strukturieren des Dünnfilms.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem im Schritt (a) eine strukturierte Grundbeschichtung erzeugt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Temperaturmessfühlers, mit folgenden Schritten: Erzeugen einer Widerstandsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 14; und Verbinden der Widerstandsschicht mit Anschlusselementen.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Anschlusselemente Anschlussdrähte, die an der Widerstandsschicht befestigt werden, oder an dem Substrat angeordnete externe Elektroden, mit denen die Widerstandsschicht verbunden ist, umfassen.