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Elektrisches Netzwerk und Herstellungsverfahren.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Netzwerk, in dem
zumindest eine Widerstandsschicht mit einer ersten Kunststoffolie stoffschlüssig
verbunden ist, in dem im Randbereich der Kunststoffolie äußere Anschlüsse mit der
Widerstandsschicht stoffschlüssig verbunden sind.
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Ein derartiges Netzwerk in Folientechnik ist beispielsweise aus der
DE-PS 17 6551i bekannt. Auf einer derartigen Folienschaltung können jedoch wegen
der erforderlichen geringen Abmessungen der Bauelemente nur relativ kleine Widerstandswerte
untergebracht werden.
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Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht
bei einem Netzwerk der eingangs beschriebenen Art darin, daß auch hohe Widerstände
bis in den Bereich von Megohm auf kleinen, an heute übliche Rastermaße gebundenen
elektrischen Netzwerken untergebracht werden sollen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest eine
weitere, mit einer Widerstandsschicht versehene Kunststoffolie die erste Kunststoffolie
überlappend angeordnet ist, daß auch die elektrisch leitfähige Schicht auf der weiteren
Kunststoffolie eine Widerstande schicht ist, daß die Widerstandsschichten auf einer
Seite der jeweiligen Folie einen Frei rand freilassen, daß die Freiränder auf benachbarten
Kunststoffolien an einander gegenüber liegenden Seiten des Netzwerkes liegen, daß
die Kunststoffolien so weit gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß die Freiränder
über die jeweils benachbarten Kunststoffolien vollständig hervorstehen, daß eine
erste Kontaktschicht jeweils die Kante einer im Bereich der Versetzung zurückliegenden
Kunststoffolie umfaßt und
die Widerstandsschicht von je einer zurückliegenden
mit der Widerstandsschicht auf einer hervorstehenden Kunststoffolie elektrisch leitend
verbindet, daß die Kontaktschichten zumindest nicht jede vorstehende Kunststoffolie
umfassen, daß auf den beiden freiliegenden Außenseiten der Kunststoffolien je eine
Kontaktfolie angeordnet ist, welche jeweils auf einer Seite des Netzwerkes über
die erste und die weitere Kunststoffolie vorsteht, daß außerhalb der beiden Kontaktfolien
jeweils eine Trennschicht angeordnet ist, welche gegenüber dem vorstehenden Teil
der Kontaktfolie zurückgesetzt endet, die zurückliegende Kante der Kontaktfolie
aber überdeckt und isoliert, daß an diese Trennschichten angrenzend Decklagen angeordnet
sind, daß die ersten Kontaktschichten durch eine Isolierstoffschicht vollständig
bedeckt sind und daß je eine zweite Kontaktschicht auf diese Isolierstoffschichten
aufgebracht ist und jeweils eine Kontaktfolie kontaktiert.
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Das vom Schichtkondensator her bekannte Stapeln von metallisierten
Kunststoffolien wurde stets mit einer Parallelschaltung von allen Belägen verbunden.
Eine großtechnisch herstellbare Serienschaltung von Widerstandsschichten war bisher
nicht möglich. Erst die Gesamtheit der Merkmale der vorliegenden Erfindung zeigt
einen Weg für eine Hintereinanderschaltung von Widerstandsschichten auf engstem
Raum in Serienfertigung. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise
Netzwerke für das Rastermaß 5mm gebaut werden, welche Widerstände im Megohm-Bereich
enthalten.
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Vorteilhaft sind beim vorgeschlagenen Verfahren mehrere Kunststoffolien
vorhanden und die Widerständsschichten so angeordnet, daß zwischen zwei Widerstandsschichten
jeweils eine Kunststoffolie liegt. Dadurch ergibt sich ein einfa-
cher
Aufbau eines Widerstandsnetzwerkes.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Widerstandsschichten
Metallschichten, die Randstreifen verstärkt, die erste und die zweite Kontaktschicht
Spritzmetallschichten und die Kontaktfolie ist eine Metallfolie.
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Die erste Spritzmetallschicht kann dabei mit dem Schoop'-schen Metallspritzverfahren
aufgebracht sein.
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Eine Parallelschaltung von Widerstandsschichten ergibt sich, wenn
die Kunststoffolien um unterschiedliche Beträge gegeneinander seitlichs versetzt
sind und wenn nur um einen genil--n D g gegeneinander versetzte Kunststoffolien
keine Freiränder aufweisen und von der ersten Kontaktschicht an beiden Randern überbrit
sind. Ein besonders stabiler Aufbau wird erreicht, indem die Trennschicht eine Kleberschicht
ist und mit den angrenzenden Schichten verklebt ist.
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Ein RC-Netzwerk wird erreicht, indem zumindest eine Kunststoffolie
beidseitig Freiränder aufweist. In diesem Fall entsteht keine Serienschaltung von
Widerständen, die beidseitig Frei ränder aufweisende Kunststoffolie dient als Kondensatordielektrikum.
Sie kann beidseitig metallisiert sein, wenn ein homogenes Dielektrikum notwendig
ist.
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Durch entsprechende Muster auf den Kunststoffolien können gemäß der
Erfindung einzelne Widerstände und ebenso vorteilhaft beliebige Kombinationen von
Widerständen oder Widerständen und Kondensatoren gebildet werden, soweit nur zwei
äußere Anschlüsse erforderlich sind.
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Ein Grobabgleich der Widerstandswerte ist erfolgt, indem bei einer
unterschiedlichen Versetzung der Kunststoffolien gegeneinander die erste Kontaktschicht
ur so wet abgetragen ist, daß ein dem Abgleich entsprechender Anteil der WiderstandsschidSen
nah aznander zuzueinander parallel geschaltet ist. Ein
Feinabgleich
der Werte ist durch ein Ausbrennen der Widerstandsschichten, beispielsweise mit
einem Laser, möglich.
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Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Netzwerkes der vorgeschlagenen
Art setzt sich aus folgenden Verfahrensschritten zusammen: 1. Bedampfung einer Kunststoffolie
mit einer Widerstandsschicht und Herstellung von Widerstandsstrukturen und Randverstärkungen,
2. Tempern der beschichteten Folie, 3. Herstellung eines Stapels von metallisierten
Kunststoffolien, wobei die Kunststoffolien gegeneinander unterschiedlich weit versetzt
werden, 4. Aufbringen der ersten Kontaktschicht mittels des Schoop'schen Flammspritzverfahrens
5. Erzeugung eines Freirandes durch Ausbrennen oder spanabhebendes Abtragen bis
zu einer vorher bestimmten Tiefe, wobei die Folienlagen mit geringer Versetzung
gegenüber den Nachbarfolien nicht erfaßt werden, 6. Aufbringen der Decklagen, 7.
Aufbringen der Isolierstoffschicht, 8. Erzeugung der zweiten Kontaktschicht mittels
des Schoop' schen Flammspritzverfahrens, 9. Zersägen der beiden Spritzmetallschichten,
nicht aber des Widerstandskörpers, 10. Prüfung der mechanisch noch miteinander verbundenen
Netzwerke und Abgleich mittels Lasers durch die Decklagen hindurch, 11. Trennen
in einzelne Netzwerke.
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Dieses Verfahren kann durch Aufwickeln der Folien auf ein großes Rad
und ein Zersägen der entstehenden Wickel weitergebildet werden. Es kann auch ein
Strang von übereinanderliegenden Folien gebildet werden.
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Die erfindungsgemäßen Netzwerke können vorteilhaft Chipwiderstände
oder einfache Module in Chip-Bauweise sein, die keine Anschlußdrähte aufweisen und
unmittelbar auf eine gedruckte Schaltung oder dergleichen aufgelötet werden können.
Der erfindungsgemäße Aufbau vereint die Vorteile von Netzwerken in Folientechnik
mit einer kompakten Bauweise, die den mechanischen Beanspruchungen bei einer modernen
automatischen Fertigung wie Magazinieren, Gurten, automatisches Besticken, Aufkleben
auf eine gedruckte Schaltung, Schwallen gewachsen ist. Die Widerstandswerte können
beispielsweise ohne besondere Schwierigkeiten bei einem Chip-Widerstand für das
Rastermaß 5mm den Bereich zwischen 5 Ohm und 2Megohm überstreichen.
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Die Widerstandswerte werden durch Variation des Flächenwiderstandes,
der Zahl der Lagen und der Strukturierung der Metallschicht eingestellt.
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Bei der Bedampfung der Kunststoffolien wird vorteilhaft auf die Kunststoffolie
ein gesonderter Widerstandsmeßstreifen aufgedampft, welcher bei den anschließenden
Verfahrensschritten zur weitgehenden Einengung des mit Schwankungen des Flächenwiderstandes
entstehenden Streubereichs der Widerstandswerte ausgewertet wird.
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Der Randbereich der Widerstandsschicht, welcher später durch eine
Kontaktfolie kontaktiert werden soll, wird vorteilhaft durch einen Kontaktstreifen
verstärkt, welcher im Zuge der Bedampfung der Kunststoffolien mit aufgebracht wird.
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zur Verfestigung des Schichtpaketes wird vorteilhaft nach dem Aufbringen
der Widerstandsschicht und der Kontaktstreifen eine Kleberschicht im bead coat Verfahren
auf lackiert.
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Als Widerstandsschichten eignen sich insbesondere Chrom-Nickel-Schichten,
als Verstärkungen insbesondere Kupfer-
schichten oder Aluminiumschichten.
Als Kunststoffolien eignen sich Polyäthylentherephthalatfolien von beispielsweise
3 Stärke, oderFbldfolien (Polyäthylentherephthalat ist zwar nicht beständig bei
Löttemperaturen, aber durch die Isolierstoffschichten ausreichend gesS X t Das Stapeln
der Kunststoffolien kann mit den für Schichtkondensatoren bekannten Methoden und
Verfahrensschritten erfolgen.
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Kunststoffolien mit beidseitigen Freirändern, welche zur Bildung von
Kapazitäten dienen, weisen vorteilhaft eine größere Breite auf, als die übrigen
Kunststoffolien, sind beidseitig metallbeschichtet und derart gefaltet, daß die
Frei ränder an einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Netzwerkes über die unmittelbar
benachbarten Folien hervorragen. Die Breite dieser Kunststoffolie braucht nicht
unbedingt ein Vielfaches der Breite der übrigen Kunststoffolien zu sein, insbesondere
bei der Verwendung von Kleberschichten können auch eine oder mehrere Falten schmaler
sein, als die übrigen Folien. Die Metallschichten auf dieser Kunststoffolie sind
vorteilhaft aus einem Ventilmetall, insbesondere aus Aluminium, und regenerierfägig
dünn.
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Die zweite Kontaktschicht umklammert die Kunststoffschiiten und Decklagen
und gewährleistet in vielen Fällen eine so hohe Festigkeit des Netzwerkes, daß auf
eine Verklebung der einzelnen Folien miteinander verzichtet werden kann.
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Vorteilhaf+ werden auf einem Kunststoffband von der mehrfachen Breite
der im Netzwerk benötigten Kunststoffolien mehrere Widerstandsschichten und Kontaktstreifen
gleichzeitig aufgedampft. Die Folie wird dann anschließend im Bereich der Kontaktstreifen
in Folien von der gelfünschten Breite zertrennt.
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Das Zers$n br SpntzmeCAlschichten kann mit einer Kreissäge oder auch
mit einer Gattersäge erfolgen, wobei die Spritzmetallschichten zertrennt, die Kunststoffschichten
aber nur eingesägt werden.
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Die Kontaktfolie reicht vorteilhaft nur in die zweite Kontaktschicht
hinein, ohne den äußeren Rand dieser zweiten Kontaktschicht zu erreichen. Dadurch
ist sowohl die mechanische Verklammerung durch die zweite Kontaktschicht als auch
der elektrische Kontakt zwischen der zweiten Kontaktschicht und der Kontaktfolie
besonders vorteilhaft. Außerdem läßt sich bei diesem Aufbau eine glatte, maßhaltige
Spritzmetallschicht erreichen.
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Vorteilhaft ist zwischen je zwei Kunststoffolien eine isolierende
Trennschicht angeordnet, welche auf beiden Seiten Randstreifen der Widerstandsschichten
freiläßt.
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Die Trennschicht kann eine Kleberschicht oder eine Lackschicht oder
auch eine gesonderte Folie sein. Sie gewahrleistet, daß die erste Kontaktschicht
am Übergang zwischen zwei benachbarten Folien keinen unzulässig hohen mechanischen
Spannungen ausgesetzt ist. Sie vermindert daher die Gefahr von feinsten Rissen,
die durch mechanische Kräfte hervorgerufen werden könnten, welche an den vorstehenden
Kunststoffolien angreifen. Dies erfolgt durch die Verankerung der ersten Kontaktschicht
in relativ schmalen Spalten im festen Teil des Stapels, wo keine Auflockerung des
Stapels durch eine gegenseitige Versetzung der Folien mehr vorhanden ist.
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Die Erfindung wird nun anhand von zwei Figuren näher erläutert. Sie
ist nicht auf das in den Figuren gezeigte Beispiel beschränkt.
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Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Netzwerk in geschnittener Ansicht.
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Fig. 2 zeigt ein metallisiertes Kunststoffband, welches zur Herstellung
von Folien für ein erfindungsgemäßes Netzwerk geeignet ist. Die Metallisierungen
sind hier schraffiert dargestellt.
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Auf eine erste Kunststoffolie 1 und auf weitere Kunststoffolien 2sind
Widerstandsschichten 3 aufgebracht. Auf die beschichtete Kunststoffolie 1 sind mehrere
weitere Kunststoffolien 2, 20 unter Zwischenlage von Trennschichten 13 gegeneinander
seitlich versetzt aufgestapelt. Die seitliche Versetzung ist nicht bei allen Folien
gleich. Die weitere Kunststoffolie 20 ist gegenüber den benachbarten Folien um einen
relativ geringen Betrag seitlich versetzt.
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Erste Kontaktschichten 6 überbrücken die jeweils zurückgesetzten Kanten
der Kunststoffolien 1, 2 kontaktieren die darauf befindlichen- Widerstandsschichten
3 und reichen an zumindest eine Widerstandsschicht 3 auf einer vazstehenden Folie
heran und kontaktieren auch diese. Dadurch entsteht eine Hintereinanderschaltung
von Widerstandsschichten 3.
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An der nichtmetallisierten Oberfläche der ersten Kunststoffolie 1
und an der Trennschicht 13 über der metallisierten Oberfläche der letzten weiteren
Kunststoffolie 2 ist je eine Kontaktfolie 7 angeordnet. Diese Kontaktfolien 7 reichen
einseitig an einander gegenüber liegenden Seiten deutlichüberalle Kunststoffolien1,2
heraus. Die nicht über die Kunststoffolien1, 2 vorstehenden Ränder der Kontaktfolie
7 liegen so weit gegenüber den benachbarten Kunststssblienl, 2zurückversetzt, daß
die ersten Kontaktschichten 6 die zurückliegenden Ränder der Rontaktfolien 7 mit
Sicherheit nicht erreichen können. Die beiden Außenseiten der Kontaktfolien 7 sind
mittels Trennschichten 17 von je einem Decklagenpaket 8 auf Abstand gehalten.
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Erste Kontaktschichten 6 kontaktieren Widerstands schichten 3, die
sich auf jeweils benachbarten Kunststoflien 1, 2, 18
befinden.
Sie reichen um eine oder mehrere Kanten der Kunststolien 1,2,18 berum.flie Metallisierungen
auf den Kunststcafolien 1,2,% urldieenten Kontaktschichten 6 sind durch Isolierstoffschichten
9 abgedeckt. Die Kontaktfolien 7 überragen die Isolierstoffschichten 9. Auf die
Isolierstoffschichten 9 sind zweite Kontaktschichten 10 aufgebracht, vorzugsweise
nach dem Schoop'schen Flammspritzverfahren aufgespritzt. Die zweiten Kontaktschichten
10 kontaktieren die Kontaktfolien 7 und umklammern den ganzen Stapel inklusive der
Decklagen 8. Sie stellen die äußeren Kontakte des Netzwerkes dar und halten und
verfestigen gleichzeitig das Netzwerk. Insbesondere in dem Zwischenraum zwischen
den Decklagen 8undden Kontaktfolien 7, welcher sich an die Trennschichten 17 anschließt,
entsteht eine sehr sichere Verbindung zwischen den Kontaktfolien 7 und den zweiten
Kontaktschichten 10.
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Äußere Abstandsfolien 11, welchedeEndbereiche 21 der zweiten Kontaktschichten
10 überragen, stellen gegenüber benachbarten Bauelementen für das eingebaute Netzwerk
einen Berührungsschutz dar. Sie ermöglichen eine sehr dichte Packung von Netzwerken
auf einer Schaltungsplatte.
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Die Freiränder 4 sind durch Abbrennen der dort niedergeschlagenen
Teile der ersten Kontaktschichten 6 erzeugt.Sie reichen demgemäß um die Kanten herum
bis in die Nähe der Kanten der benachbarten Kunststoffolien. Die Freiränder15 sind
dagegen durch eine spanabhebende Behandlung der Kanten der Kunststoffolien2, 18entstarienDie
ersten Kontaktschichten 6 reichen daher bis an die Kanten der entsprechenden Kunststof*1ien
2 18 heran. Bei der Herstellung der Freiränder 4 und 15 wurde jeweils die weitere
Kunststofffolie 20 nicht erreicht, da ihre Versetzung gegenüber den benachbarten
Kunststoffolien 1,2 so geringt ist, daß sie auf keiner Seite ausreichend weit über
die benachbarten Kunststoffdlen1, 2übr'steht. Dadurch ist die weitere Kunststoffolie
20 beidseitig von ersten Kontaktschichten 6 umfaßt
und somit die
darauf befindliche Widerstandsschicht 3 zur Widerstandsschicht 3 auf der ersten
Kunststoffolie parallel geschaltet. Sollte das Netzwerk einen zu kleinen Widerstandswert
zeigen, so kann durch ein weiteres Abschleifen der Freiränder 15 auch von der weiteren
Kunststoffolie 20 die erste Kontaktschicht 6 entfernt werden.
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Dadurch würde die Parallelschaltung zwischen den Widerstandsschichten
3 auf dieser und auf der ersten Kunststoffolie in eine Serienschaltung umgewandelt.
Der Widerstand wäre somit vergrößert.
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Zwischen die weiteren Kunststoffolien 2 ist eine breitere Kunststoffolie
18 eingeschoben. Diese ist beidseitig mit Metallbelägen 19, 22 beschichtet. Der
Metallbelag 22 weist auf einer Seite einen Freirand 23 auf. Die breitere Kunststoffolie
18 weist außerdem beidseitig Freiränder 4 bzw.15 auf, da sie die übrigen Folien
beidseitig überragt.
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Dadurch ist ein Kondensator gebildet, dessen Dielektrikum die breitere
Kunststoffolie 18 ist. Der Kondensator ist mit den WiderstandssiLd*en3 in wHS3nSsststoffolien
in Serie geschaltet, wobei alle Widerstandsschichten wirksam sind.
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Bei bedarf können die Widerstandsschichten 3 und die Metallbeläge
19, 22 mit Randverstärkungen 12 versehen werden, um eine sichere Verbindung mit
den ersten Kontaktschichten 6 zu ermöglichen. In diesem Fall wird besonders vorteilhaft
ein Muster aus Widerstandsschichten 3 und Randstreifen 12 auf einem breiten Kunststoffband
14 erzeugt. Meßstreifen 16, die gleichzeitig mit den Widerstandsschichten 3 aufgedampft
werden, dienen zur Kontrolle und ggf. zum Abgleich der Widerstände vor der Weiterverarbeitung.
Das Kunststoffband 14 wird im Bereich der Kontaktstreifen 12 in Kunststoffolien
1, 2, 20 der im Netzwerk benötigten Breite zertrennt. Anstelle der zeigten geraden
Begrenzung der Widerstandsschichten/können die Widerstandsschichten 3 auch in Form
von Mäandern
oder anderen Widerstandskonfigurationen aufgebracht
werden.(Fig. 2).
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Bezugszeichenliste X Pat entansp rüche 2 Figuren