DE3539318A1 - Verfahren zur herstellung von elektrischen festwiderstaenden sowie nach dem verfahren hergestellter festwiderstand - Google Patents
Verfahren zur herstellung von elektrischen festwiderstaenden sowie nach dem verfahren hergestellter festwiderstandInfo
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- H01C17/06—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her
stellung von elektrischen Festwiderständen gemäss dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf eine nach
dem Verfahren hergestellten Festwiderstand gemäss dem
Oberbegriff des Patentanspruches 11.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind
sog. Chip-Widerstände, wenn auch die Erfindung darauf
nicht beschränkt ist. Unter "Chip-Widerständen", die
teilweise auch "SMD- Widerstände" (surface mounted
device) genannt werden, versteht man Widerstände, die
keine Anschlussdrähte bzw. Beinchen haben und damit
direkt auf einer Leiterplatte oder dem Substrat einer
Hybrid-Schaltung aufgelötet werden. Herkömmliche Chip
Widerstände verwenden ein Keramiksubstrat (Aluminium
oxid), auf das im Siebdruck eine Paste aus Widerstands
material aufgedruckt wird.
Diese Paste kann dabei beispielsweise eine Glasfritte
mit Russ sein. Durch die Menge des zugesetzten Russes
wird der spezifische Widerstandswert dieser Paste
eingestellt. Nach dem Drucken muss diese Paste bei einer
Temperatur von ca. 800°C ausgehärtet werden.
Anschliessend können die Enden der aufgedruckten Pasten
auch mit Anschlüssen in Form von lötbaren Kappen
versehen werden.
Nachteilig an den so hergestellten Chip-Widerständen
ist, dass ihre elektrischen Widerstandswerte nur sehr
unpräzise eingestellt werden können. In der Praxis muss
man daher mit Toleranzwerten von + 20% rechnen. Auch
erfordert der Druckvorgang die Herstellung aufwendiger
Drucksiebe sowie das zeit- und energieaufwendige
Aushärten. Werden derartige Chip-Widerstände auf
Leiterplatten aus beispielsweise Hartpapier oder
Kunststoff aufgelötet, so entstehen durch unterschied
liche Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem
Keramiksubstrat und der Leiterplatte mechanische
Spannungen, die zu Haarrissen führen können. Wird auf
einer fertig bestückten Schaltung ein solcher Widerstand
thermisch stark belastet, so kann auch dann noch das
Problem der mechanischen Spannungen auftreten.
Aus der DE-PS 31 48 680 ist eine elektrische Wider
standspaste für Drehwiderstände bekannt, die eine
Kunstharzmischung mit Zusätzen von Russ und/oder Graphit
enthält und zusätzlich einen geringen Anteil eines
Vinylchlorid-Copolymerisats.
Die DE-OS 29 26 516 zeigt einen Metallfolienwiderstand,
bei dem eine Metallfolie auf einem isolierenden Substrat
befestigt wird und dann in einem Aetzvorgang die
gewünschten mäanderförmigen Widerstandsbahnen erzeugt
werden. Die Einstellung des Widerstandswertes erfolgt
primär durch mechanische Bearbeitung der Dicke der
Metallfolie und zusätzlich eventuell auch durch einen
Laserabgleich. Dieser Aetzvorgang ist aufwendig, da er
einmal die Herstellung von Aetzmasken erfordert und
andererseits zu einer Materialvergeudung führt, da das
weggeätzte Metall nicht mehr oder nur noch nach einem
aufwendigen Wiederaufbereitungsverfahren verwendet
werden kann.
Die DE-OS 22 25 774 beschreibt allgemein elektrisch
leitende Elemente in Form von Folien, bei denen
thermoplastische Polymere mit leitenden Füllstoffen, wie
z. B. Russ, Kohlenstoffteilchen oder Graphit versetzt
sind. Derartige Folien sollen dort als Elektroden in
Generatoren verwendet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs genannte
Verfahren dahingehend zu verbessern, dass mit geringem
technischen Aufwand Festwiderstände hergestellt werden,
die vorbestimmte Widerstandswerte innerhalb enger
Toleranzgrenzen haben. Weiterhin soll das Problem der
thermischen Ausdehnung weitestgehend vermieden werden.
Schliesslich soll ein nach dem Verfahren hergestellter
elektrischer Festwiderstand geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil der
Patentansprüche 1 bzw. 11 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Kurz zusammengefasst liegt das Wesen der Erfindung in
folgenden Merkmalen:.
Als Substrat wird eine Platte aus Kunststoff und/oder
Naturfasern verwendet, beispielsweise also eine Platte
aus Hartpapier oder aus glasfaserverstärktem Kunststoff
(GFK). Auf diese Platte wird eine dünne Schicht aus
"Widerstandsmaterial" auflaminiert. Diese Schicht ist
beispielsweise eine Folie aus Kunststoff, der mit
elektrisch leitenden Partikeln wie Kohlenstoff (in Form
von Russ, Graphit etc.) und/oder Metallen versetzt ist.
Statt einer Kunststoffolie kann auch ein Gewebe-Vlies
aus leitenden Fasern auflaminiert werden, wobei die
Fasern aus Kohlenstoff oder Metall (auch Metallegie
rungen) bestehen. Das so hergestellte Zwischenprodukt
enthält im Mehrfachnutzen eine Vielzahl von Festwider
ständen. Die einzelnen Widerstände werden dann von
diesem Zwischenprodukt abgetrennt. Dieses Abtrennen
erfolgt vorzugsweise durch Stanzen. Es kann aber auch
durch Schneiden oder sonstige bekannte Trennverfahren
durchgeführt werden.
Anschliessend werden die abgetrennten bzw. ausgestanzten
Einzelteile mit Lötanschlüssen versehen, indem beispiels
weise an ihren Enden ein Silberlack aufgedruckt wird.
Zur Festlegung des elektrischen Widerstandswertes kann
der Ort (in Längsrichtung), an dem die Lötanschlüsse an
gebracht werden, variiert werden. Damit wird die elek
trisch wirksame Länge der Widerstandsschicht zwischen
zwei gegenüberliegenden Lötanschlüssen verändert und
damit der elektrische Widerstandswert. Bereits mit der
bisher beschriebenen Merkmalskombination können Fest
widerstände mit einer Toleranz in der Grössenordnung
von 1 bis 2% hergestellt werden.
Hiermit werden folgende Vorteile erreicht:
Das Substrat ist aus demselben oder einem ähnlichen
Material wie die "Leiterplatte", auf die die Fest-
Widerstände aufgelötet werden. Damit haben die Fest-
Widerstände auch den gleichen thermischen Ausdehnungs
koeffizienten wie die Leiterplatte, so dass beim Löten
oder bei sonstiger thermischer Belastung keine Wärme
spannungen auftreten;
die elektrischen Widerstandswerte können innerhalb sehr enger Toleranzen eingehalten werden. Der elektrische Widerstandswert des fertigen Festwiderstandes hängt von folgenden Faktoren ab: spezifischer Widerstand der Folie, welcher durch die Menge der zugemischten elektrisch leitenden Partikel und durch die Dicke der Folie bestimmt ist, sowie Länge (elektrisch wirksame Länge zwischen zwei Lötanschlüssen) und Breite des fertigen Festwiderstandes. All diese Parameter lassen sich mit geringem technischem Aufwand innerhalb enger Toleranzgrenzen einhalten. Insbesondere lässt sich der beim bekannten Siebdruck sehr kritische Parameter der Dicke der aufgedruckten Schicht, der hier der Dicke der Folie entspricht, durch Walzen bzw. Kalandrieren der Folie sehr präzise einhalten. Da bei vorgegebener Dicke und vorgegebenem spezifischen Widerstand der Folie der resultierende Widerstandswert des Festwiderstandes somit nur noch von Länge und Breite des Fest- Widerstandes abhängen, ist ersichtlich, dass deren Werte durch ein Stanzwerkzeug präzise eingehalten werden können. Bei der Erfindung wird vorzugsweise die Länge des Festwiderstandes konstant gehalten, so dass letztlich nur noch die Breite und der Abstand der Lötanschlüsse massgeblich für den elektrischen Widerstandswert sind. Ein weiterer beachtlicher Vorteil ist die einfache Her stellung einer grossen Anzahl von Festwiderständen im Mehrfachnutzen unter gleichzeitiger Beibehaltung der guten Toleranzwerte. Dies ist bei dem eingangs beschrie benen Siebdruckverfahren nicht möglich, da beim Sieb drucken im mittleren Bereich des Siebes mehr Material aufgetragen wird als an den Rändern, die sich aufgrund ihrer Fixierung an einem Rahmen weniger durchbiegen lassen als die mittleren Bereiche. Damit ist es beim Siebdruck auch nicht möglich, grössere Flächen mit einer einheitlichen Schichtdicke zu bedrucken.
die elektrischen Widerstandswerte können innerhalb sehr enger Toleranzen eingehalten werden. Der elektrische Widerstandswert des fertigen Festwiderstandes hängt von folgenden Faktoren ab: spezifischer Widerstand der Folie, welcher durch die Menge der zugemischten elektrisch leitenden Partikel und durch die Dicke der Folie bestimmt ist, sowie Länge (elektrisch wirksame Länge zwischen zwei Lötanschlüssen) und Breite des fertigen Festwiderstandes. All diese Parameter lassen sich mit geringem technischem Aufwand innerhalb enger Toleranzgrenzen einhalten. Insbesondere lässt sich der beim bekannten Siebdruck sehr kritische Parameter der Dicke der aufgedruckten Schicht, der hier der Dicke der Folie entspricht, durch Walzen bzw. Kalandrieren der Folie sehr präzise einhalten. Da bei vorgegebener Dicke und vorgegebenem spezifischen Widerstand der Folie der resultierende Widerstandswert des Festwiderstandes somit nur noch von Länge und Breite des Fest- Widerstandes abhängen, ist ersichtlich, dass deren Werte durch ein Stanzwerkzeug präzise eingehalten werden können. Bei der Erfindung wird vorzugsweise die Länge des Festwiderstandes konstant gehalten, so dass letztlich nur noch die Breite und der Abstand der Lötanschlüsse massgeblich für den elektrischen Widerstandswert sind. Ein weiterer beachtlicher Vorteil ist die einfache Her stellung einer grossen Anzahl von Festwiderständen im Mehrfachnutzen unter gleichzeitiger Beibehaltung der guten Toleranzwerte. Dies ist bei dem eingangs beschrie benen Siebdruckverfahren nicht möglich, da beim Sieb drucken im mittleren Bereich des Siebes mehr Material aufgetragen wird als an den Rändern, die sich aufgrund ihrer Fixierung an einem Rahmen weniger durchbiegen lassen als die mittleren Bereiche. Damit ist es beim Siebdruck auch nicht möglich, grössere Flächen mit einer einheitlichen Schichtdicke zu bedrucken.
Schliesslich entfällt auch beim Verfahren nach der
Erfindung das Aushärten. Zwar muss auch das zum Auf
laminieren der Folie verwendete Verbindungsmittel
natürlich aushärten. Hier kann aber beispielsweise ein
kalt aushärtender Kleber verwendet werden, der zudem
auch kurze Aushärtzeiten hat. Auch kann die Folie unter
Anwendung von Druck und Wärme aufgebracht werden,
beispielsweise mittels beheizter Druckwalzen, was mit
dem Aushärten eines aufgedruckten Lackes in einem Ofen
nicht vergleichbar ist. Im Ergebnis erhält man gegenüber
den eingangs genannten Widerständen Kosteneinsparungen
in der Grössenordnung von 50 bis 60%, da das
Substratmaterial deutlich billiger ist als Keramik und
da auch die auflaminierte Folie weitaus billiger ist als
das Siebdrucken von Einzelwiderständen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausfüh
rungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung
ausführlicher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 Eine Schnittansicht des Zwischenproduktes
(Substrat und auflaminierte Folie), das bei
Anwendung der Erfindung erhalten wird;
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Zwischenprodukt
der Fig. 1 mit angedeuteten Stanzlinien;
Fig. 3 und 4 je eine Seitenansicht eines nach der Erfin
dung hergestellten Festwiderstandes und
Fig. 5 eine weitere Variante eines nach der Erfin
dung hergestellten Festwiderstandes.
In Fig. 1 ist eine Substratplatte aus Kunststoff und/
oder Naturfasern wie z. B. aus Hartpapier, glasfaser
verstärktem Kunststoff oder ähnlichem dargestellt, auf
deren eine Seite eine Folie 2 aus Widerstandsmaterial
auflaminiert ist.
In der Draufsicht der Fig. 2 sind mit gestrichelten
Linien die "Stanzlinien" zu erkennen, längs denen die
einzelnen Festwiderstände dann ausgestanzt werden. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel sind m Zeilen und n
Spalten vorhanden, so dass insgesamt m×n
Festwiderstände von einer Platte hergestellt werden
können. Dies kann mit einem einzigen Stanzvorgang
durchgeführt werden.
Die Fig. 3 und 4 zeigen in Seitenansicht zwei fertige
Festwiderstände, deren Substrat mit 4 und deren auf
laminierte Folie mit 5 bezeichnet ist. An den beiden
Enden der Festwiderstände sind lötbare Anschlussbereiche
6 und 7 aufgebracht und zwar hier in Form eines
aufgedruckten, elektrisch leitfähigen und lötbaren
Silberlackes. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 über
lappt dieser Silberlack nur die Enden und die Stirn
seiten der Folie 5. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4
überlappt er dagegen auch zusätzlich die Stirnseiten des
Substrates 4. Auch ist es möglich, dass dieser
Silberlack noch ein Teil der Unterseite des Substrates
bedeckt.
In Fig. 5 ist ein in "Sandwichtechnik" hergestellter
Festwiderstand nach der Erfindung dargestellt, bei dem
die Folie 5 zwischen zwei Substratteilen 4 und 4′
einlaminiert ist. In diesem Falle ist nur an der Stirn
seite der Silberlack aufgebracht, der in elektrischer
Verbindung mit der Folie 5 steht.
Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4 kann ein
Feinabgleich des elektrischen Widerstandswertes durch
Laserschnitte oder mechanische Schnitte erfolgen, die in
die Folie hineingehen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig.
5 ist ein solcher Abgleich nach dem Auflaminieren der
oberen Substratschicht 4′ natürlich nicht mehr möglich.
Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4 ist es
noch möglich, auf die frei liegende Fläche der Folie 5
einen elektrisch isolierenden Schutzlack aufzubringen,
um zum einen die Folie vor mechanischen Beschädigungen
zu schützen und zum anderen eventuelle Kurzschlüsse auf
der Leiterplatte zu verhindern, wenn der Widerstand nach
den Fig. 3 oder 4 mit nach unten d. h. zur Leiterplatte
hin weisender Folie aufgelötet wird. Das Auflöten der
nach der Erfindung hergestellten Festwiderstände kann in
herkömmlicher Weise erfolgen und auch im sog.
"Ueberkopflöten" im Lötbad.
Statt der lötbaren Anschlussflächen aus aufgebrachtem
Silberlack können auch Metallkappen aufgesetzt werden.
Claims (12)
1. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Fest-
Widerständen, bei dem auf ein elektrisch isolie
rendes Substrat eine Schicht aus einem Material
aufgebracht wird, die einen vorgegebenen spezi
fischen Widerstandswert hat, dadurch gekennzeich
net,
dass auf das Substrat aus Kunststoff und/oder
Naturfasern eine dünne Schicht, die elektrisch
leitende Teilchen enthält, im Mehrfachnutzen auf
laminiert wird,
dass aus diesem Zwischenprodukt Einzelteile ab getrennt werden und
dass diese Einzelteile durch Aufbringen von An schlüssen aus lötbarem Material (z. B. Aufdrucken von Silberlack) zu einzelnen Festwiderständen vollendet werden.
dass aus diesem Zwischenprodukt Einzelteile ab getrennt werden und
dass diese Einzelteile durch Aufbringen von An schlüssen aus lötbarem Material (z. B. Aufdrucken von Silberlack) zu einzelnen Festwiderständen vollendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die dünne, auflaminierte Schicht eine Folie
ist, die mit elektrisch leitenden Partikeln ver
setzt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass die dünne, auflaminierte Schicht
ein Gewebe-Vlies aus leitenden Fasern, wie z.B.
Kohlenstoff- oder Metallfasern ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass das Abtrennen der Einzelteile
aus dem Zwischenprodukt durch Stanzen, Schneiden
oder andere bekannte Trennverfahren erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Breite des abgetrennten
Einzelteiles bei konstanter Länge desselben in Ab
hängigkeit vom gewünschten Widerstandswert festge
legt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass zum Abgleich des Widerstands
wertes das Aufbringen der Anschlüsse aus lötbarem
Metall an in Längsrichtung des Widerstandes variabel
vorwählbaren Orten erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Feinabgleich des Wider
standswertes des Festwiderstandes durch nachträg
liche Laserschnitte oder mechanische Schnitte in
die auflaminierte Folie erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die Folie zwischen zwei Substrat
platten einlaminiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass verschiedene elektrische
Widerstandswerte zusätzlich durch Folien unter
schiedlicher Dicke erzeugt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da
durch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Hart
papier, glasfaserverstärktem Kunststoff oder ähn
lichem besteht.
11. Nach dem Verfahren einer der Patentansprüche 1 bis
10 hergestellter elektrischer Festwiderstand mit
einem Substrat aus elektrisch isolierendem Material
und einer darüber aufgebrachten Schicht aus einem
Material, das einen vorgegebenen spezifischen
Widerstandswert hat, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schicht eine auf das Substrat auflaminierte,
elektrisch leitfähige Folie (5) ist, die mit
elektrisch leitenden Partikeln versetzt ist.
12. Festwiderstand nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Folie (5) zwischen zwei
Substraten aus Kunststoff und/oder Naturfasern
einlaminiert ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853539318 DE3539318A1 (de) | 1985-11-06 | 1985-11-06 | Verfahren zur herstellung von elektrischen festwiderstaenden sowie nach dem verfahren hergestellter festwiderstand |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853539318 DE3539318A1 (de) | 1985-11-06 | 1985-11-06 | Verfahren zur herstellung von elektrischen festwiderstaenden sowie nach dem verfahren hergestellter festwiderstand |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3539318A1 true DE3539318A1 (de) | 1987-05-07 |
DE3539318C2 DE3539318C2 (de) | 1990-01-25 |
Family
ID=6285281
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19853539318 Granted DE3539318A1 (de) | 1985-11-06 | 1985-11-06 | Verfahren zur herstellung von elektrischen festwiderstaenden sowie nach dem verfahren hergestellter festwiderstand |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3539318A1 (de) |
Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
DE3722576A1 (de) * | 1987-07-08 | 1989-01-19 | Danfoss As | Elektrischer schichtwiderstand und verfahren zu dessen herstellung |
WO2007036201A1 (de) * | 2005-09-27 | 2007-04-05 | Epcos Ag | Verfahren zur herstellung eines elektrischen bauelements mit einer niedrigen toleranz |
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1985
- 1985-11-06 DE DE19853539318 patent/DE3539318A1/de active Granted
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---|---|
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