用于监控腐蚀环境的装置以及方法_3

文档序号:9372952阅读:来源:国知局
向全部腐蚀了的金属薄膜的区域9。这种布置使得能够当场确认传感器部的寿命。简言之,评价环境中的腐蚀性气体浓度越高,则金属薄膜的腐蚀速率越增加,而传感器部的电阻值也越增加。
[0078]图13?14是用于监控腐蚀环境的装置的另一实施例的示意图。图13是装置的俯视图,而图14是装置的侧视图。在用于监控腐蚀环境的装置I中,有包括设置于绝缘基板3上的金属薄膜2的传感器部。传感器部被安装成具有开口部5的通路构造4的一部分侧壁。金属薄膜2包括在通路构造4内露出的金属薄膜部2a和被涂层10覆盖而在通路构造4内未露出的金属薄膜部2c (还称为非涂覆部、以下相同)。在金属薄膜2的两端分别设置了测定电阻值的一对端子8。
[0079]在环境中存在的腐蚀性气体6从接近开口部5的左侧持续扩散,进而使金属薄膜2的右侧腐蚀。如图15、17所示,相比于时刻A (长度La),膜厚方向全部腐蚀了的金属薄膜2的区域9在时刻B更向右侧扩展(即长度Lb)。因此,通过在通路构造4内露出以在膜厚方向全部被腐蚀,区域9形成在金属薄膜部2a中,而被涂层10覆盖且在通路构造4内未露出的金属薄膜部2c残留。
[0080]如图16、18所示,通过对金属薄膜2的电阻值Rm加上金属薄膜的剖面面积局部地减小的区域的电阻值Ra或Rb,一对端子8之间的电阻值在时刻A表示为2Ra+Rm,在时刻B表示为2Rb+Rm。该结构使得由于涂层10而未露出的金属薄膜部2c可以得到与图1的实施例的在通路构造4内未露出的金属薄膜部2b同样的效果。
[0081]图19?20是示出用于监控腐蚀环境的装置的另一实施例的示意图。图19是装置的俯视图,而图20是装置的侧视图。在用于监控腐蚀环境的装置I中,有包括设置于绝缘基板3上的金属薄膜的传感器部,被安装成具有开口部5的通路构造4的一部分侧壁。金属薄膜包括在通路构造4内露出的第一金属薄膜2、和在通路构造4内露出的第一金属薄膜2的周边设置了的第二金属薄膜11。第二金属薄膜11由在对象环境下不腐蚀的材料(例如钛、铬、金、钯、银钯合金)构成。
[0082]如图21、23所示,相比于时刻A (长度La),在时刻B膜厚方向全部腐蚀了的金属薄膜的区域9向右侧扩展(即长度Lb)。S卩,形成区域9,该区域9是在通路构造4内露出的金属薄膜2的在膜厚方向全部腐蚀了的部分,而在导通部分中仅残留在对象环境下不腐蚀的第二金属薄膜11。如图22、24所示,通过对第一金属薄膜2的电阻值Rm加上仅残留了在对象环境下不腐蚀的第二金属薄膜11的区域的第二金属薄膜11的电阻值Ral或Ra2,一对端子8之间的电阻值在时刻A表示为2Ral+Rm,而在时刻B表示为2Rbl+Rm。
[0083]此处,随着区域9扩展,膜厚方向全部腐蚀了的区域9的电阻值Rox依赖于时间而降低。但在初始阶段中,由于Ral〈Rox这样的关系,所以电阻值Rox的影响可忽略。在对象环境下不腐蚀的第二金属薄膜11是为了得到与图1的在通路构造4内未露出的金属薄膜部2b、图14的由于涂层10而在通路构造4内未露出的金属薄膜部2c同样的效果而设置的。
[0084]在该实施例的用于测定腐蚀环境的装置中,测定传感器部的电阻,更具体而言,测定在仅残留了在对象环境下不腐蚀的第二金属薄膜11的区域中的第二金属薄膜11的电阻值。因此,如果选择电阻率大的金属材料,则能够提高传感器部的灵敏度。例如,钛的电阻率值(即4.27Ε-7Ωπι)是用作传感器部的金属薄膜的银的电阻率值(即1.59Ε-8Ωπι)的25倍。进而,通过使钛的膜厚为银(此处为I μπι)的1/10,传感器部的灵敏度变为250倍。
[0085]同时,如果随着金属薄膜的膜厚方向全部腐蚀了的区域9变宽而电阻值Rox降低以满足关系Ral>Rox,则一对端子8之间的电阻值不与腐蚀了的区域9的扩展成比例。因此,在采用该实施例的装置的构造的情况下,需要注意电阻值Ral和电阻值Rox之间的关系。
[0086]接下来,图36、37是示出用于监控腐蚀环境的装置的另一实施例的示意图。该装置的特征如下:在图19、20的装置的第一金属薄膜2中,在腐蚀性气体扩散到的第一金属薄膜2的纵向上形成了狭缝20。如图38至41所示,该构造使得可以一直保持关系R0X>Rm。结果,虽然随着区域扩展而电阻值Rox依赖于时间降低,但是关系RaKRox保持为与在初始阶段时相同。因此,一对端子8之间的电阻值与腐蚀了的区域9的扩展成比例。
[0087]图25?27是示出用于监控腐蚀环境的装置的另一实施例的示意图。图25是装置的俯视图,图26是装置的侧视图,而图27是装置的正视图。在用于监控腐蚀环境的装置I中,有包括设置于绝缘基板3上的两层的金属薄膜的传感器部。该传感器部被安装成具有开口部5的通路构造4的一部分侧壁。金属薄膜包括在通路构造4内露出的第一金属薄膜2、和在通路构造4内露出的第一金属薄膜2的下表面上设置的第二金属薄膜11。第二金属薄膜11由在对象环境下不腐蚀的金属材料(例如钛、铬、金、钯、银钯合金)构成。此处,即使当第一金属薄膜2和第二金属薄膜11形成为之字形(zigzag)电极时,该实施例中的用于监控腐蚀环境的装置也呈现与图1、图13、图19所示的装置相同的效果。
[0088]如图28、30所示,相比于时刻A (长度Ls),在时刻B第一金属薄膜2的膜厚方向全部腐蚀了的第一金属薄膜2的区域9向右侧扩展(长度Lsl)。由于在通路构造4内露出的第一金属薄膜2的区域9在膜厚方向全部被腐蚀,因此在导通部分中仅残留在对象环境下不腐蚀的第二金属薄膜11。如图29、31所示,通过对第一金属薄膜2的电阻值Rml加上仅残留了在对象环境下不腐蚀的第二金属薄膜11的区域中的第二金属薄膜11的电阻值Ra2或Rb2,包括第一金属薄膜2和第二金属薄膜11的之字形电极的一列的电阻值在时刻A表示为Ra2+Rml,在时刻B表示为Rb2+Rml。由于之字形电极由串联布置的多列形成,所以一对端子8之间的电阻值和通过将如以上提到的每一列的电阻值与布置在之字形电极中的所有列的数量相乘来计算而得到的值相等。
[0089]同时,在图19所示的用于监控腐蚀环境的装置中,通过使用电阻率大且膜厚薄的第二金属薄膜11,使传感器部的灵敏度提高。在图25的该实施例中,使用电阻率大且膜厚薄的第二金属薄膜11,并且将之字形电极应用于传感器部,从而能够增大电极的总长度,所以能够进一步提高传感器部的测定灵敏度。应当注意,也可以如图32、33那样,之字形电极形成为仅I列。
[0090]接下来,图42、43是示出用于监控腐蚀环境的装置的另一实施例的示意图。图42是装置的俯视图,而图43是装置的侧视图。在用于监控腐蚀环境的装置I中,有包括设置于绝缘基板3上的两个金属薄膜的传感器部。该传感器部被安装成具有开口部5的通路构造4的一部分侧壁。金属薄膜包括在通路构造4内露出的第一金属薄膜2、和在通路构造4内露出的第一金属薄膜2的下表面上设置的第二金属薄膜11。第二金属薄膜11由在对象的环境下不腐蚀的金属材料(例如钛、铬、金、钯、银钯合金)构成。这里,传感器部的特征如下:第一金属薄膜2与第二金属薄膜11相比宽度更宽。
[0091]如图50所示,测定出的第一金属薄膜2(即银薄膜)的电阻率是第二金属薄膜11(即铬薄膜)的电阻率的1/20。另一方面,银薄膜的电阻温度系数(TCR:temperaturecoefficient of resistance)是络薄膜的电阻温度系数的100倍。如图48、49所示,一对端子8之间的电阻值在监控期间的初始阶段依赖于银薄膜的电阻值,而不依赖于铬薄膜的电阻值。随着腐蚀进行,在银薄膜的膜厚方向全部腐蚀了的银薄膜的区域9 (即改变为Ag2S)中,一对端子8之间的电阻值依赖于位于腐蚀了的区域9中的铬薄膜的电阻值。另外,在银薄膜未腐蚀的区域中,一对端子8之间的电阻值依赖于位于未腐蚀(即完好)的区域的银薄膜的电阻。
[0092]同时,在温度变动的环境中可以设置本发明的用于监控腐蚀环境的装置。在本文中,作为传感器部的构成材料,优选电阻温度系数(TCR)小的材料。如上所述,铬薄膜的电阻温度系数小,而银薄膜的电阻温度系数是铬薄膜的100倍。因此,在该实施例中,优选用于监控腐蚀环境的装置可以具有配置为使银薄膜的电阻值的变动最小化的传感器部。
[0093]如图44所示,在本发明中
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