温度传感器的铂薄膜制造方法.pdf

本发明涉及一种铂薄膜电阻温度传感器中的铂薄膜制造方法。
    线绕铂电阻温度传感器广泛应用于温度测量与控制中，世界年消耗量近千万只。然而，由于铂稀贵，多年来各国纷纷致力于铂薄膜电阻温度传感器的研制，以减少铂的消耗，降低成本。制造铂薄膜温度传感器主要是在陶瓷或其它基片上溅射铂薄膜，然后刻出栅状图形，引出电极，做成电阻器。其关键工艺是在基片上溅射铂膜，并使铂薄膜的电阻温度系数（TCR）达到3.850×10-3Ω/Ω℃，使温度传感器的灵敏度W100达到IEC751标准（1.3850）。为此，各国都为提高铂薄膜电阻温度传感器的质量而作出了很大努力，并公开了各种铂薄膜的制备方法。美国专利US 4072593《电阻温度计的电阻元件生产方法》（PROCESS FOR PRODUCTION OF A RESISTANCE ELEMENT FOR RESISTANCE THERMOMETERS）公开了一种溅射铂膜的方法。其主要特征是，在掺入95-50%（体积）的氪或氙或氪-氙混合气体的氧气氛下，衬底施加负偏压，溅射铂薄膜。溅射的铂薄膜在700℃以上氧气氛下退火。此外，文中还指出，在氩气中溅射的金属薄膜，不会达到相当于固体金属的电阻温度系数。如果薄膜足够厚，薄膜表面对电子的散射对温度系数的贡献可以忽略。而在氩或氩-氧混合气体中在陶瓷衬底上溅射铂薄膜，薄膜与陶瓷衬底的粘附差，不适合工业应用。欧洲专利EP0061887《制造电阻温度计电阻元件的方法》（A METHOD OF PRODUCING A RESISTANCE ELEMENT FOR ARESISTANCE THERMOMETER）也公开了一种磁控溅射铂膜的方法。其特征是，在纯氧或空气气氛下，以纯度为99.99%的铂为靶，溅射铂薄膜。这些方法中不用氩或认为含氩气氛不适合工业生产铂薄膜温度传感器。本发明提供了一种在氩-氧气氛下溅射铂膜的方法，且使传感器的灵敏度W100提高到IEC751标准地要求值，铂薄膜的电阻温度系数（TCR）提高到3.850×10-3Ω/Ω℃。

    本发明的目的是，在氩-氧气氛（10-2～10-3乇）下，以铂（99.99%）作靶，高频溅射或磁控溅射铂薄膜，铂薄膜经适当热处理后，达到电阻温度系数3.850×10-3Ω/Ω·℃，且传感器灵敏度达到IEC751标准要求值，从而适合于生产铂薄膜电阻温度传感器。

    本发明在氩-氧混合气氛下高频溅射或磁控溅射铂薄膜时，首先是在抛光陶瓷衬底上溅射形成铂-氧薄膜。尔后，铂的氧化物在530℃以上温度分解成铂和氧，氧从溅射薄膜中逸出的同时，带出溅射引入铂薄膜中的杂质，提高铂薄膜的纯度，使铂薄膜的电阻温度系数（TCR）提高到3.850×10-3Ω/Ω℃。高频溅射的具体工艺是，在含5～30%氧的氩-氧混合气体气氛，真空为10-2-10-3乇中，以铂（纯度99.99%）为靶，向抛光陶瓷基片上进行高频溅射。溅射中，屏压2000伏，溅射电流9-11安，溅射速率为500/分。溅射后的铂薄膜在空气中控制或阶梯升温处理并在温升达到1000～1200℃时保温5～15小时，以适合工业生产铂薄膜电阻温度传感器。

    本发明的优点是，使用高频溅射或磁控溅射，与制造铂薄膜电阻温度传感器的常规工艺相容。以氩代替氪、氙，更为经济。因此，是一种简单、实用、适合工业生产的铂薄膜温度传感器制造方法。

    下面详细叙述符合本发明主题的实施例。

    实施中，使用高频溅射机或磁控溅射机，向抛光陶瓷片上溅射。以铂为靶，铂的纯度为99.99%，溅射气氛为氩80%、氧20%体积比的氩-氧气体，真空6×10-3乇。

    高频溅射中，屏压2000伏，溅射电流9～11安，溅射速率500/分。溅射后的铂薄膜在空气中控制或阶梯升温处理，并在温升达到1100～1150℃时保温10小时。这样制备的铂薄膜，经光刻、修组、引线、封装，制成的铂薄膜温度传感器技术性能如下：

    0℃电阻：100±0.1Ω

    电阻温度系数：（3.850±10）×10-3Ω/Ω℃

    （TCR）

    测量范围：-200℃-+600℃

    时间常数：＜0.35秒