DE1540167C3 - Cermet-Widerstandsschicht für ein Potentiometer - Google Patents

Description

ohmige Potentiometer hergestellt werden. Wie gefunden wurde, zeichnen sich ferner Potentiometer mit erfindungsgemäß ausgebildeter Widerstandsschicht durch ein ungewöhnlich niedriges Rauschen bei Verstellung des Schleifers (Drehgeräusch) aus. Im Vergleich zu den bekannten Glas-Edelmetall-Widerstandsschichten sind die Abriebfestigkeit der Schicht und die Langzeitkonstanz bei hoher thermischerBeanspruchung wesentlich verbessert.

Das eindiffundierte Edelmetall ist wegen der guten Korrosionsbeständigkeit in Verbindung mit hervorragender elektrischer Leitfähigkeit vorzugsweise Gold.

Die Widerstandsschicht kann als Dünnschicht mit einer maximalen Dicke von ingefähr 1 μιη ausgebildet sein. Sie eignet sich in dieser Form besonders für Miniaturpotentiometer.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Widerstandsschicht auf eine Berylliumoxid-Sintermasse aufgedampft. Bekanntlich (deutsche Patentschrift 1 085 261) ist eine solche Trägermasse elektrisch ao gut isolierend, während sie eine Wärmeleitfähigkeit hat, die mindestens derjenigen von Aluminium entspricht.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Cermet-Widerstandsschicht kann zweckmäßig in der Weise as erfolgen, daß auf einen isolierenden Träger eine aus Siliziumoxid und Chrom bestehende Widerstandsschicht im Vakuum schnell aufgedampft, anschließend ebenfalls im Vakuum auf diese Widerstandsschicht eine im Vergleich dazu dünne Edelmetallschicht aufgedampft und die Anordnung dann einer Wärmebehandlung unterworfen wird, welche das Edelmetall unter Ausbildung von untereinander nicht zusammenhängenden Brücken zwischen der Widerstandsschicht und der Kontaktfläche des Potentiometerschleifers in mindestens den Oberflächenbereich der Widerstandsschicht eindiffundieren läßt.

Die Aufdampfung der Widerstandsschicht kann von einer einzigen Verdampfungsquelle aus erfolgen, der eine feinpulverisierte Mischung der Cermetkomponenten zugeführt wird. Statt dessen können auch zwei Verdampfungsquellen vorgesehen sein, von denen die eine Chrom und die andere Siliziumoxid, z. B. SiIiziummonoxid, ausströmt. Das verdampfte Material wird auf einem Träger aus Glas oder einer keramischen Unterlage, vorzugsweise Berylliumoxid, kondensiert. Um die Haftung der Widerstandsschicht auf dem Träger zu verbessern, wird der Träger während der Aufdampfung zweckmäßig auf erhöhter Temperatur gehalten, die bis zu 350 bis 400° C betragen kann.

Die durch Aufdampfen von Chrom und Siliziumoxid erhaltene Schicht dürfte leitende Phasen von Chrom, Chromsilizid und Chromoxid (letzteres mit verhältnismäßig hohem spezifischem elektrischem Widerstand) in Verbindung mit isolierenden Einlagerungen oder Zwischenschichten umfassen, die unter anderem Siliziummonoxid, Siliziumdioxid und Chromsilikat enthalten.

Da es vorkommen kann, daß sich leitende Bestandteile an der Oberfläche der Widerstandsschicht, z. B. Chrom und Chromsilizid, während des späteren Betriebs des Potentiometers in nicht oder schlecht leitende Phasen umwandeln und sich damit der Bahnwiderstand sowie der Kontaktwiderstand zwischen Widerstandsschicht und Schleifer nachträglich ändern, kann in an sich bekannter Weise' eine künstliche Alterung erfolgen, indem die Cermet-Widerstandsschicht vor dem Aufdampfen der Edelmetallschicht einer Wärmezwischenbehandlung zur Oxydation leitender Oberflächenteile unterworfen wird. Auf diese Weise werden die Widerstandswerte über die gesamte Lebensdauer des Potentiometers weitgehend stabil. Der durch die Alterung an sich erhöhte Kontaktwiderstand wird durch die Edelmetalleindiffusion hinreichend klein gehalten.

Der Wert des Bahnwiderstands kann durch die Schichtdicke, das gegenseitige Verhältnis der Cermetbestand teile, die Auf dampf bedingungen, z. B. die Temperatur des Trägers, und die Bedingungen der Wärmezwischenbehandlung beeinflußt werden.

Die auf die Cermet-Widerstandsschicht aufgedampfte, elektrisch gut leitende Edelmetallschicht würde als zusammenhängende Schicht die Widerstandsbahn zwischen den Bahnendkontakten kurzschließen. Dieser Kurzschluß wird jedoch durch die an das Aufdampfen der Edelmetallschicht anschließende, die Bildung nicht zusammenhängender Edelmetallbrücken bewirkende Wärmebehandlung aufgehoben. Die Wärmebehandlung erfolgt vorzugsweise als Vakuumglühen; sie wird im Falle von Gold bei ungefähr 400 bis 600⁰C durchgeführt.

Die jeweils zweckmäßigste Menge des für die Brückenbildung aufzudampfenden Edelmetalls kann durch Vergleichsversuche leicht ermittelt werden. Als rohe Grenzwerte können gelten, daß die Edelmetallmenge ausreichen muß, um den Kontaktwiderstand zwischen Widerstandsschicht und Schleifer auf mindestens ±10% konstant zu halten und einen Betrag nicht überschreiten soll, bei welchem der gesamte Bahnwiderstand um mehr als 60% abgesenkt wird.

Beispielsweise wurde auf einem vorgealterten Chrom-Siliziumoxid-Film mit einer Schichtdicke von 0,2 μιη eine Goldschicht von 10 μιη Dicke mittels Vakuumverdampfung aufgebracht. Die Anordnung wurde dann im Vakuum 1 Stunde lang auf 550⁰C gehalten. Die dabei erhaltenen Kennwerte der Widerstandsschicht sind in der untenstehenden Tabelle den entsprechenden Werten einer im übrigen gleichen Widerstandsschicht ohne eindiffundiertes Gold gegenübergestellt.

	Flächenwiderstand ....	Ohne Gold	Mit Gold
		behandlung	behandlung
1.	Bahnwiderstand	500 Ohm/	235 Ohm/
	zwischen den Bahnend	Quadrat	Quadrat
2.	kontakten
	Rauschen bei Schleifer
	verstellung von 30U/min	6350 Ohm	2985 Ohm
3.	a) Schleiferdruck 5g..
	b) Schleiferdruck 15 g
	Abnutzung	bis zu IV/V	0,1 mV/V
	Max. Anzahl von Schlei	0,1 mV/V	0,1 mV/V
4.	ferumdrehungen bei ei
	nem Rauschpegel von
	0,1 mV/V bei Schleifer
	verstellung
	12 000	über 20000

Claims (7)

1 2 insbesondere Gold, Silber, Palladium, Platin, Rhodium, Patentansprüche: Iridium oder Legierungen aus diesen Metallen vor gesehen. Die gerade bei Potentiometern wichtige Ab-

1. Cermet-Widerstandsschicht für ein Potentio- riebfestigkeit solcher Schichten ist aber verhältnismäßig meter, die auf einen isolierenden Träger auf- 5 klein. Außerdem ist es schwierig, wenn nicht unmöggebracht ist und außer dem keramischen Bestand- lieh, mit den bekannten Schichten hochohmige teil mindestens zwei verschiedene Metalle, von Miniaturpotentiometer herzustellen.

denen eines ein Edelmetall oder eine Edelmetall- Daneben ist es bekannt (Transactions 8th Vacuum

legierung ist, enthält, dadurch gekenn- Symposium, 1961, S. 905 bis 911), als Widerstandszeichnet, daß in den Oberflächenbereich der io schicht von Schichtwiderständen Cermetfilme aus aus Siliziumoxid als keramischem Anteil und aus Siliziumoxid und Chrom zu verwenden. Solche Chrom als metallischem Anteil bestehenden Wider- Schichten zeichnen sich durch hohe Stabilität, große Standsschicht das Edelmetall oder die Edelmetall- Belastbarkeit und gute Reproduzierbarkeit der eleklegierung eindiffundiert ist und dort untereinander trischen und mechanischen Eigenschaften aus. Ihre nicht zusammenhängende Brücken zwischen der 15 Oberflächenstruktur machte sie jedoch für Potentio-Widerstandsschicht und der Kontaktfläche des meter ungeeignet. Infolge der Mischstruktur aus Potentiometerschleifers bildet. elektrisch leitenden und schlecht oder nicht leitenden

2. Cermet-Widerstandsschicht nach Anspruch 1, Phasen ist insbesondere der Kontakt zwischen Widerdadurch gekennzeichnet, daß das eindiffundierte Standsschicht und Schleifer des Potentiometers proble-Edelmetall Gold ist. 20 matisch. Es kann vorkommen, daß die Kontaktfläche

3. Cermet-Widerstandsschicht nach Anspruch 1 des Schleifers in einer bestimmten Schleifeisteilung oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wider- auf überwiegend schlecht oder nicht leitende Schicht-Standsschicht als Dünnschicht mit einer maximalen bestandteile zu stehen kommt, während in anderen Dicke von ungefähr 1 μηι ausgebildet ist. Schleiferstellungen die Schleiferkontaktfläche an einem

4. Cermet-Widerstandsschicht nach einem der 25 besser leitenden Schichtbereich anliegt. Dies würde bei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- einer Verwendung der bekannten Siliziumoxid-Chromnet, daß die Widerstandsschicht auf eine Beryllium- Cermetfilme als Widerstandsschicht von Potentiooxid-Sintermasse aufgedampft ist. metern erhebliche Schwankungen des Kontaktwider-

5. Verfahren zur Herstellung einer Cermet- Standes an der Treffstelle von Widerstandsschicht und Widerstandsschicht nach einem der Ansprüche 1 30 Schleifer bedingen. Es würde zu regellosen, nicht bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen reproduzierbaren Abweichungen zwischen der Istisolierenden Träger eine aus Siliziumoxid und Kennlinie und der Soll-Kennlinie des Potentiometers Chrom bestehende Widerstandsschicht im Vakuum kommen. Bei Miniaturpotentiometern mit sehr kleinen schnell aufgedampft, anschließend ebenfalls im Schleiferkontaktflächen würden diese Schwierigkeiten Vakuum auf diese Widerstandsschicht eine im 35 besonders stark in Erscheinung treten. Die Konstanz Vergleich dazu dünne Edelmetallschicht auf- des Kontaktwiderstandes zwischen Widerstandsschicht gedampft und die Anordnung dann einer Wärme- und Schleifer kann zwar durch einen hohen Schleiferbehandlung unterworfen wird, welche das Edel- druck verbessert werden. Diese Maßnahme führt aber metall unter Ausbildung von untereinander nicht zwangläufig zu großer mechanischer Abnutzung,
zusammenhängenden Brücken zwischen der Wider- 40 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Standsschicht und der Kontaktfläche des Potentio- Cermet-Widerstandsschicht für ein Potentiometer so meterschleifers in mindestens dem Oberflächen- auszubilden, daß bei mäßigem Kontaktdruck des bereich der Widerstandsschicht eindiffundieren läßt. Schleifers ein möglichst gleichbleibender Kontakt-

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn- widerstand und gute Reproduzierbarkeit der Einstellzeichnet, daß die Wärmebehandlung als Vakuum- 45 werte bei gleichzeitiger guter Langzeitkonstanz der glühen bei einer Temperatur von ungefähr 400 bis Widerstandsschicht bei hoher thermischer Bean-600⁰C erfolgt. spruchung gewährleistet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gegekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht vor löst, daß in den Oberflächenbereich der aus Siliziumdem Aufdampfen der Edelmetallschicht einer 50 oxid als keramischem Anteil und aus Chrom als Wärmezwischenbehandlung zur Oxydation leiten- metallischem Anteil bestehenden Widerstandsschicht der Oberflächenteile unterworfen wird. das Edelmetall oder die Edelmetallegierung eindiffundiert ist und dort untereinander nicht zusammenhängende Brücken zwischen der Widerstands-

55 schicht und der Kontaktfläche des Potentiometerschleifers bildet. Die Edelmetallbrücken erhöhen die statistische Wahrscheinlichkeit für das Vorhandensein

Die Erfindung betrifft eine Cermet-Widerstands- von elektrisch gut leitenden Verbindungen zwischen

schicht für ein Potentiometer, die auf einen iso- Schleifer und Widerstandsschicht in jeder beliebigen

lierenden Träger aufgebracht ist und außer dem 60 Schleiferstellung. Der Kontaktwiderstand wird daher

keramischen Bestandteil mindestens zwei verschiedene auf wirksame Weise weitgehend konstant gehalten und

Metalle, von denen eines ein Edelmetall oder eine verglichen mit der Verwendung bekannter Silizium-

Edelmetallegierung ist, enthält. oxid-Chrom-Cermetschichten insgesamt stark herab-

Bekannte Widerstandsschichten dieser Art (USA.- gesetzt, was ebenfalls erwünscht ist. Demgegenüber

Patentschrift 3 149 002) bestehen aus einer geschmol- 65 wird der Bahnwiderstand selbst, d. h. der von End-

zenen Mischung aus einem keramischen Glas, ins- kontakt zu Endkontakt gemessene Widerstand der

besondere Blei-Borsilikatglas, und einem oder mehreren Widerstandsschicht nur verhältnismäßig wenig beein-

Edelmetallen. Als metallische Komponente sind dabei flußt. Es können daher ohne weiteres auch hoch-