DE1924677A1 - Elektrischer Widerstand - Google Patents

Elektrischer Widerstand

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DE1924677A1
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resistor
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DE19691924677
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Guiot Jean Marie
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RCA Corp
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    • H01C17/065Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thick film techniques, e.g. serigraphy
    • H01C17/06506Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits
    • H01C17/06513Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the resistive component
    • H01C17/06553Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the resistive component composed of a combination of metals and oxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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Description

  • Elektrischer Widerstand.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Wideretände und deren Herstellung, insbesondere elektrische Widerstände mit einem ein Metall und ein Metalloxid enthaltenden glasigen Körper, Ein bekannter Widerstandstyp ist der sogenannte Dickfilmwiderstand. Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen eines solchen Widersttndes wird auf ein verhältnismäßig hitzebestndiges Substrat eine Widerstandspaste durch ci:.- maske oder ein Sieb so aufgetragen, daß die Paste Elektroden überbrückt, die auf dem Substrat angeordnet sind, die Paste wird dann unter Bildung eines glesigen Widerstandskörpers gebrannt und der Widerstandskörper wird dann durch Schleifen, Ätzen oder irgendein anderes geeignetes Verfahren auf den gewünschten Widerstandswert gebracht Die bekannten Pasten f;ir die ilerstellung von Dickfilmwiderständen enthalten gewöhnlich erstens ein erstes Metall ode ein Oxid hiervon, zweitens ein zweites Metall, das mit dem ersten Metall eine Legierung zu bilden vermag, drittens eine Glasfritte und viertens. einen flüchtigen organischen Träger. Beim Brennen der aufgetragenen Paste werden der organische Träger verflüchtigt, die Glasfritte zu einem glasigen Körper verschmolzen und eine Anzahl von Metall-Metalloxid-Widerstandsbahnen gebildet, die aus Ketten von Metall- und Metalloxid-Teilchen bestehen, welche in dem glasigen Körper verteilt sind und von ihm getragen werden.
  • Das Metall in dem ursprunglich zugesetzten oder während des Brennens gebildeten Metalloxid nat häufig mehr als nur einen einzigen Oxidationszustand. z.B. ist Palladium, das häufig als Bestandteil solcher Widerstandspasten verwendet wird, normalerweise zweiwertig, es hat jedoch noch mindestens einen höheren Oxidationszustand0 Mit als Folge dieses Vorhandenseins mehrerer Valenzzustände ist das Metalloxid im gebrannten Widerstand nicht stöcniometrischO Bei den im Betrieb auftretenden Temperaturen kann daher der Sauerstoffgehalt des nichtstöchiometrischen Oxids schwan ken, was Instabilitäten des Widerstandswertes des Widerstandes zur Folge hat Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen0 Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem elektrischen Widerstand mit einem Körper aus einem glasigen Material, das ein nichtstöchiometrisches Oxid eines normalerweise zweiwertigen Metalles, das noch eines höheren Oxidationszustandes fä'niD ist, enthält, dadurch gelöst, daß das glasige Material ausserdem noch eine Verbindung eines Elementes enthält, das eine stabile Valenz größer als 2 hat, enthalt und daß die Verbindwrig verträglich init dem glasigen Material und dem richtstöchiometrischen Oxid ist.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel de: Erfindung enthalt der glasige Körper eine Palaadium-Silber-Legierungs Pallsdiumoxid und Indiumoxid0 Zur erstellung eines Dickfilmwiderstandes kann eine geeignete Widerstandspaste durch Siebdruck auf ein Aluminiumoxidsubstrat aufgebracht werden, wobei Fläche und Dicke der aufgetragenen Paste so gewählt werden, daß sich wenigstens annähernd der gewünschte endgültige Widerstandswert ergibt, Geeignete Widerstandspasten sind im Handel erhältlich0 Eine.
  • solche bekannte Widerstandspaste enthält 8,8 Gewichtsprozent Silber, 8,8 Gewichtsprozent Palladium, 49,1 Gewichtsprozent Glasfritte und als Rest einen organischen Träger für die.anderen Bestandteile (erhältlich von der Firma E.I. duPont Company unter der Nummer 8023)o Zur Stabilisierung des resultierenden Widerstandes gegen eine Drift des Widerstandswertes, wird zu der obenerwähnten bekannten Widerstandspaste oder Widerstandafarbe etwas pulverförmiges Indiumoxid zugesetzt. Widerstände mit im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich besserer Stabilität lassen sich mit einem Zusatz von 0,1 bis 1,5 Gewichtsprozent (bezogen auf die anorganischeii Bestandteile ) Indiumoxid zur Widerstandspaste oder -Farbe erhalten, die optimale Indiumoxidkonzentration liegt jedoch im Bereich von 0,4 bis 0,8 %, bezogen auf die anorganischen Bestandteile.
  • Nachdem die das Indiumoxid entilaltenae Paste oder Farbe auf das Substrat aufgetragen worde ist, läßt man sie sich einige Minuten setzen, anschliessend wird sie mit Infrarotstrahlung bei einer geschätzten Temperatur in der Grössenordnung von 100°C etwa vier Minuten getrocknet.
  • Die getrocknete Paste wird dann gebrannt, indem das Substrat in Luft von Raumtemperatur auf eine Temperatur in der Grössenordnung von 690 bis 7500C erhitzt, das Substrat fr einige Minuten auf dieser erhöhten Temperatur gehalten, und dann wieder auf Raumtemperatur abgekühlt. Dieser Brennvorgang dauert insgesamt etwa 45 Minuten.
  • Die resultierende-Struktur ist ein glasiger isolierender Körper (infolge des Verschmelzens der Glasfritte), der eine Palladium-Silber-Legierur.g und nichtstöchiometrisches Palladiumoxid enthält. Ausserdem enthält der glasige Körper gewisse Reste an unreagiertem Palladium und Silber0 Wegen seines nichtstöchiometrischen ZusTandes ist das Palladiumoxid instabil und es vermag Sauerstoff aufzunehmen oder abzugeben. Die durch das Indiumoxid eingeführten Indiumionen haben einen stabilen dreiwertigen Oxidationszustand und ersetzen Palladiumionen mit einer Wertigkeit über zwei im Palladiumoxidkristallgitter.
  • Der aus dem Zusatz von Indiumoxid resultieren'de Effekt besteht darin, daß die Bildung von Palladiumionen mit einer höheren Wertigkeit als 2 unterdrückt und damit das.. nichtstöchiometrische Palladium gegen z.3.. die Absorption von zusätzlichem Sauerstoff aus der Atmosphäre stabilisiert wird, Die Stabilität des Widerstandswertes von Dickfilmwiderständen der hier angegebenen Art ist dementsprechend infolge des Zusatzes von Indiumoxid wesentlich besser als die entsprechender bekannter Widerstände.
  • Das Indiumoxid stabilisiert das nichtstöchiometrische Palladiumoxid auch gegen Sauerstoffverluste. Auch diese Stabilisierung wird durch den Ersatz von höherwertigen Palladiumionen im -Palladiumoxidgitter durch die stabilen dreiwertigen Indiumionen erreicht.
  • Die erreichte Verbesserung beruht darauf, daß das Palladiumoxid derjenige Bestandteil ist, welcher den Beitungs.prozess im Widerstandskörper in erster Linie bestimmt. Durch die Stabili.-sierung der Palladiumoxydzusammensetzung ergibt sich daher unmittelbar eine Verbesserung der Stabilität des Widerstan-dswertes des gebrannten Widerstandes.
  • Die Erfindung ist ganz allgemein auf Widerstände anwendbar, die ein nichtstöchiometrisches Oxid eines mehrerer Wertigkeitszustände fähigen Metalles entliält, welches einen normalen Qxidationszustand bei einer niedrigen Wertigkeit und ausserdem noch einen höheren Oxidationszustand hat. Nickel ist ;.3. normalerweise zweiwertig, hat aber auch noch einen höheren Oxidationszustand, so daß die Erfindung auch auf Widerstandspasten anwendbar ist, die Nickel und andere Metalle mit ähnlichen Valenzeigenschaften enthält.
  • Als Zusatz zur Stabilisierung des nichtstöchiometrischen Oxides braucht nicht unbedingt Indiumoxid verwendet werden, man kann vielmehr eine Verbindung jedes Elementes zusetzen, das mit einer Wertigkeit über 2 eine stabile Verbindung zu bilden vermag und mit dem Material des glasigen Körpers verträglich ist. Als Stabilisierungsmittel können also z.B. Verbindungen des vierwertigen Iridiums, des dreiwertigen Rhodiums, des dreiwertigen Yttriums und des vierwertigen Rutheniums verwendet werden0 Die Fremdkationen sollten dem zu stabilisierenden nichtstöohiometrischen Oxid in ersatzweiser fester Lösung zugesetzt werden können, Bei der obenerwähnten bekannten Widerstandspaste (duPont 8023) mit Zusatz von Indiumoxid enthielt die resultierende Struktur nach dem Brennen, bezogen aaf das Gewicht, etwa 13,2 % Silber, 13,2 % Palladium, 7396 % Glas und geringe Mengen an Indiumoxid zwischen etwa 0,1 bis 1,5 %. Es wurde gefunden, daß optimale Ergebnisse dann erhalten werden, wenn die Indiumoxidkonzentration im gebrannten Widerstand im Bereich von 0,4 bis 0,8 % liegt Zu Vergleichszwecken wurden Widerstände durch Siebdruck und Brennen der obenerwähnten bekannten Widerstandspaste unter Anwendung des besriebenen Verfahrens, jedoch ohne Zusatz von Indiumoxid i.n der Paste, hergestellt0 Nach dem Abgleich auf den gewünschten Widerstandswert und einer 185 Stunden dauernden Lebensdauerprüfung in einem Ofen bei 1500C betrug die prozentuale Widerstandsänderung AR/R der Widerstände im Mittel + 3,1 %.
  • Die Werte der Widerstandsänderung streuten dabei verhältnismässig stark, sie lagen zwischen -1,7 % und + 5,8 Voo Im Gegensatz dazu betrug die mittlere Widerstandsänderung bei Widerständen, die durch Siebdruck mit der gleichen Widerstandspaste (duPont 8023) der jedoch 0,5 Gewichtsprozent Indiumoxid zugesetgt worden war, hergestellt wurden bei derselben Lebensdauerprüfung im Mittel nur +1,4 %. Die Werte.der Widerstandsänderungen streuten dabei verhältnismässig wenig, sie lagen zwischen + 0,2 % und -+ 3,5 %.
  • Durch den Zusatz eines Stabilisierungsmittels, wie Indiumoxid, zur Widerstandspaste ergibt sich eine Erhöhung des Widerstandswertes -des gebrannten Bauelementes und, wie erwähnt, eine wesentlich höhere Stabilität des endgültigen Widerstandswertes.

Claims (14)

  1. Patentansprüche.
    Elektrischer Widerstand mit einem Körper aus einem glasigen Isoliermaterial, d a d u r c h g e k e n n z-e-i chn e t , daß der Körper ein nichtstöchiometrisches Oxid eines normalerweise zweiwertigen Metalles, das noch einen höheren Oxidationszustand nat, und eine mit dem glasigen Material sowie dem nichtstöchiometrischen Oxid verträgliche Verbindung eines Elementes, das einen stabilen Valenzzustand höher als 2 hat, enthält.
  2. 2. Widerstand nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß das Element mindestens teilweise in substituierender fester Lösung mit dem nichtstöchiometrischen Oxid ist.
  3. 3. Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r zu c h g ek e n n z e i c h n e t, daß das Element dreiwertig ist.
  4. 4. Widerstand nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß das dreiwertige Element ein Metall ist.
  5. 5. Widerstand nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Verbindung ein Oxid des dreiwertigen Elementes enthält.
  6. 6. Widerstand nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Verbindung Indiumoxid Ion203 enthält.
  7. 70 widerstand nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß das Element Iridium, Rhodium, Yttrium oder Ruthenium enthält.
  8. 80Widerstand nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß das normalerweise zweiwertige Metall Palladium enthält.
  9. 9. Widerstand nach Anspruch 8, d a-d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Verbindung Indiumoxid enthält0
  10. 10. Widerstand nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß der Widerstand ausserdem eine Palladium-Silber-Legierung enthält.
  11. 11. Widerstand nach Anspruch 10, d a du r c h g ek e n n z i i c h n e t, daß der Widerstand annähernd, bezogen auf das Gewicht, 73,6 % glasartiges Material, 13,2 % Silber, 13,2 % Palladium und 0,1 bis 1,5 % Indiumoxid enthält.
  12. 12. Widerstand naqh Anspruch 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß er 0,4 bis 0,8 Gewichtsprozent Indium enthält,
  13. 13. Widerstandspaste- oder Farbe, vorzugsweise zur Herstellung eines Widerstandes nach Anspruch 1, d a d u r c h g k e n n z e i c h n e t, daß sie ein erstes oxidierbares zweiwertiges Metall oder ein Oxid dieses Metalles, welches noch einen höheren. Oxidation.szustend hat, ein zweites Metall, das sich mit dem ersten Metall zu legieren vermag, eine Glasfritte, eine verträgliche Verbindung eines Elementes, das eine stabile Valenz höher als 2 hat, und einen flüchtigen organischen Träger ent@ält.
  14. 14. Wid.erstandspast.e oder -Farbe nach Anspruch 13, d a d u r p h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das gegebenenfalls in Form des. pxides vorliegende erste Metall Palladium, das zweite Metall Silber und die verträgliche Verbindung Indiumoxid sind.
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