ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ РЕЗИСТОР Российский патент 1999 года по МПК H01C7/04 

Изобретение относится к области термометрии, а именно к технологии изготовления и конструкции тонкопленочных терморезисторов.

Известен тонкопленочный терморезистор, содержащий термочувствительный элемент в виде композитной пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку [1] . Недостатком такого пленочного терморезистора является более низкий температурный коэффициент сопротивления (ТКС), чем у аналогичного терморезистора, выполненного из объемного материала, например из проволоки. Это связано с влиянием подложки на ТКС пленочного терморезистора. Это влияние обусловлено различием в коэффициентах линейного термического расширения (КЛТР) терморезистивной пленки и подложки в рабочем диапазоне температур. При изменении температуры, за счет разности КЛТР и жесткого сцепления терморезистивной пленки с подложкой, в терморезистивной пленке возникают механические напряжения, которые приводят к уменьшению ТКС терморезистора.

Известен пленочный терморезистор, содержащий изоляционную подложку, на одной стороне которой сформированы терморезистивная пленка и контактные площадки, в котором ослаблена механическая связь терморезистивной пленки с подложкой за счет того, что под пленкой частично подложка удалена [2] (прототип). При этом частично устраняется механическая связь терморезистивной пленки с подложкой, однако, механические напряжения, возникающие в терморезистивной пленке за счет разности КЛТР пленки и подложки, не устраняются, что уменьшает ТКС терморезистивной пленки.

Задачей изобретения является увеличение ТКС тонкопленочного терморезистора за счет устранения влияния КЛТР подложки на термочувствительный элемент терморезистора.

Предлагается тонкопленочный терморезистор, содержащий изоляционную подложку, на одной стороне которой сформированы терморезистивная пленка и контактны, с частично удаленной подложкой под терморезистивной пленкой, а сама терморезистивная пленка выполнена в виде зигзагообразной изогнутой полосы с рабочим участком, расположенным между контактными площадками, выполненным с длиной средней линии, определенной из условия

l_тр - длина пленки терморезистора по его средней линии (рабочей части между контактными площадками зигзагообразной изогнутой полосы пленки), м;
l_п - длина подложки между контактными площадками терморезистора, м;
Δα - разность КЛТР пленки терморезистора и подложки, 1/К;
ΔT - максимальная разность рабочих температур терморезистора, К;
Отношение l_тр/l_п, как следует из вышеприведенного выражения, должно выполняться во всем диапазоне рабочих температур терморезистора, т.е. в диапазоне от минимальной рабочей температуры (температуры ниже которой терморезистор эксплуатироваться не будет) до максимальной рабочей температуры (температуры выше которой терморезистор эксплуатироваться не будет).

На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого терморезистора, разрез; на фиг. 2 - вид на терморезистор в плане (вид по стрелке А на фиг. 1). Здесь: 1 - подложка, 2 - терморезистивная пленка, 3 - контактные площадки, 4 - полость в подложке,
l_тр - длина средней линии (рабочей части между контактными площадками) зигзагообразно - изогнутой полосы пленки терморезистора;
l_п - длина подложки (расстояние по прямой, соединяющей контактные площадки терморезистора).

Терморезистор работает следующим образом.

При изменении рабочей температуры терморезистора происходит изменение длины подложки и длины терморезистора. Для того чтобы в пленке терморезистора не возникало механических напряжений за счет разности КЛТР, необходимо чтобы длина терморезистора l_тр при всех изменениях температуры в рабочем диапазоне была больше длины подложки на величину

При этом пленка терморезистора и подложка будут расширяться или сужаться независимо друг от друга. Под максимальной разницей рабочих температур терморезистора ΔT подразумевается разница между максимальной рабочей температурой терморезистора (температурой, выше которой он эксплуатироваться не будет) и минимальной рабочей температурой терморезистора (температурой, ниже которой терморезистор эксплуатироваться не будет).

Полость под терморезистивной пленкой устраняет механическую связь пленки и подложки, тем самым способствуя независимому расширению (сужению) пленки и подложки. Благодаря этому в пленке не возникают механические напряжения, вызванные разностью КЛТР, что способствует увеличению ТКС терморезистора, как показали результаты эксперимента, на 50-60%.

Пример. На подложке из сигнала СТ50 - 1 был изготовлен методами вакуумного напыления и фотолитографии тонкопленочный медно-никелевый терморезистор с контактными площадками из меди. Толщина термочувствительной пленки 2•10^-7 м, ширина терморезистора 2•10^-5 м, сопротивление при 273К около 100 Ом. Терморезистор в плане был выполнен в виде зигзагообразной изогнутой полосы. Под пленкой терморезистора создавалась полость в диэлектрической подложке. Длина подложки между контактными площадками 10^-2 м, КЛТР подложки 5•10^-6 I/K. КЛТР пленки терморезистора 14•10^-6 I/K. Максимальная разность рабочих температур 200К. Длину пленки терморезистора выбирали исходя из приведенного выше соотношения, по которому длина пленки должна быть больше длины подложки на величину не менее чем на 16•10^-6 м. Нами изготавливался терморезистор с пленкой длиной 10,02•10^-3 м. Изготавливался для сравнения также терморезистор с частично удаленной подложкой под пленкой терморезистора.

Измеряли ТКС терморезисторов. Для пленочного терморезистора известной конструкции он составлял (0,19 - 0,21)%/К, а для терморезисторов по предложенному техническому решению ТКС (0,28 - 0,34)%/К, что на 50-60% превышало ТКС терморезистора известной конструкции.

Изобретение относится к резисторам, а именно тонкопленочным терморезисторам. Терморезистор содержит изоляционную подложку, на одной стороне которой сформированы терморезистивная пленка и контакты. Подложка частично удалена под терморезистором, длина терморезистив ной пленки и длина подложки связаны между собой соотношением, учитывающим разность температурных коэффициентов и удлинения и разность рабочих температур терморезистора. Изобретение позволяет увеличить ТКС терморезистора, что является техническим результатом. 2 ил.

Тонкопленочный терморезистор, содержащий изоляционную подложку, на одной стороне которой сформирована терморезистивная пленка и контакты, с частично удаленной подложкой под терморезистивной пленкой, отличающийся тем, что рабочий участок терморезистивной пленки, расположенный между контактными площадками, выполнен с длиной средней линии, определенной из условия

где l_тр - длина пленки терморезистора по его средней линии, м;
l_п - длина подложки между контактными площадками терморезистора, м;
Δα - разность КЛТР пленки терморезистора и подложки, 1/К;
ΔT - максимальная разность рабочих температур терморезистора, К.