DE3722576C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schichtwider
stand, bei dem ein Substrat einen Metallfilm trägt, der
eine Widerstandsbahn mit Anschlußbereichen an seinen
Enden bildet, wobei jeder Anschlußbereich mindestens
eine Aussparung aufweist und ein leitfähiges Anschluß
element den Metallfilm kontaktiert, sowie ein Verfahren
zu dessen Herstellung.
Ein solcher Schichtwiderstand und ein Verfahren zu seiner
Herstellung sind aus der US-PS 42 86 249 bekannt. Dabei
ist jeder Anschlußbereich mit Aussparungen versehen,
durch die Gase entweichen sollen, die bei der Verbindung
von Anschlußdrähten mit den Anschlußbereichen durch
Punkt-Schweißung entstehen. Diese Gase können die Verbin
dung zwischen Draht und Metallfolie zerstören und dadurch
bewirken, daß der Metallfilm vom Substrat abgehoben werden
kann.
Unter der Bezeichnung Pt-100 oder Pt-1000 sind Platin-
Schichtwiderstände bekannt, die insbesondere als Tempera
turfühler mit hoher Genauigkeit verwendet werden. Zu
ihrer Herstellung wird auf ein gemeinsames Keramik-Sub
strat ein dünner Platinfilm durch Kathodenzerstäubung
aufgetragen. Danach wird zur Bildung von mäanderförmigen
Widerstandsbahnen überflüssiges Material des Platinfilms
weggeätzt oder mit Hilfe eines Laserstrahls weggebrannt.
Durch Zerschneiden des gemeinsamen Substrats erhält man
einzelne Schichtwiderstände. An den Anschlußbereichen
werden Drähte mittels Thermokompressionsschweißung be
festigt. Aufgrund von Messungen zwischen den Anschluß
drähten können die einzelnen Widerstände entweder nach
Genauigkeitsklassen sortiert oder nachjustiert werden,
z. B. durch Trimmen mittels Laserstrahl.
Bei diesen Schichtwiderständen besteht die Gefahr, daß
die mit dem Metallfilm verbundenen Anschlußdrähte abrei
ßen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, als Substrat
ein sehr reines Keramiksubstrat mit besonders glatter
Oberfläche, nämlich ein teures, sogenanntes Dünnfilmsub
strat, zu verwenden, so daß die Haftung zwischen Metall
film und Substratoberfläche einen bestimmten Mindestwert
hat. Außerdem versucht man, die Anschlußdrähte zusätzlich
mechanisch zu sichern, indem über der Drahtanschlußstelle
ein Überzug aus geschmolzener Glasfritte angebracht wird.
Letzteres hat zur Folge, daß die einzelnen Schichtwider
stände schon beim Hersteller mit Anschlußdrähten versehen
und in diesem Zustand versandt werden müssen.
DE-OS 35 39 318 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung
von elektrischen Festwiderständen sowie einen nach dem
Verfahren hergestellten Festwiderstand. Der Widerstand
ist schichtweise aufgebaut, wobei auf ein Substrat eine
Folie auflaminiert ist. An den Anschlußbereichen sind
Lötanschlüsse vorgesehen, die beispielsweise durch einen
aufgedruckten Silberlack gebildet werden. Wenn die Lötan
schlüsse im Kantenbereich des Substrates angeordnet sind,
kann der Silbersack auch die Stirnseite des Substrates
überlappen.
DE-GM 76 29 727 zeigt einen Meßwiderstand für Widerstands
thermometer. Hier werden Zuleitungsdrähte durch einen
kurzen Isolierkörper geführt und zusammen mit diesem
mittels einer Glasfrittenschicht an der Widerstandsschicht
und dem das Substrat bildenden Keramikplättchen befestigt.
CH-PS 5 54 061 offenbart ein elektrisches Widerstandselement,
insbesondere für ein Widerstandsthermometer. Hier
trägt ein Substrat eine Widerstandsbahn mit zwei Anschluß
bereichen an seinen Enden, wobei die Anschlußbereiche
mit einer Aussparung versehen sind, durch die ein Platin
draht gezogen wird. Die Bahn wird durch Siebdruck aufge
bracht. Auch sind die Elektroden nicht mit dem Substrat
verbunden. Damit ergeben sich weiterhin die obengenannten
Nachteile, daß sich die Leiterbahnen bei Belastung leicht
vom Substrat abheben können.
Aus dem DE-GM 17 14 031 ist ferner ein drahtgewickelter
elektrischer Widerstand bekannt, der eine ringförmige
Anschlußschelle mit kleinen Durchbrüchen aufweist, die
sich mit Umkleidungsmaterial füllen und so einen festeren
Sitz der Schellen auf dem Grundkörper gewährleisten
sollen.
Aus der DE-OS 24 38 048 ist es bekannt, Widerstandselemente
auf einem Substrat durch eine eingebrannte Dick
schichtpasta zu bilden.
Aus der DE-AS 12 48 780 ist ein elektrischer Schichtwider
stand mit zur Kontaktierung dienender Metallschicht
bekannt, der aus einem zylinderförmigen Substrat, beispiels
weise aus Keramik, besteht, auf dessen gesamter Oberfläche
eine Widerstandsschicht vorhanden ist. An den Kontaktstellen
wird ein Wendelschliff angebracht, woraufhin eine
Metallisierung an den Enden erfolgt. Danach wird die
so gebildete Anschlußzone mit einer Anschlußkappe fest
verbunden. Dabei wird nicht der gesamte metallisierte
Bereich von der Kappe bedeckt. Dieses Verfahren ist relativ
aufwendig und teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektri
schen Schichtwiderstand der eingangs beschriebenen Art
anzugeben, bei dem die Gefahr einer mechanischen Beschä
digung der Anschlüsse wesentlich geringer ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
das Anschlußelement durch die Aussparung mit dem Substrat
verbunden ist.
Bei diesem Aufbau haftet das Anschlußelement nicht nur
über den Metallfilm am Substrat. Vielmehr haftet es auch
unmittelbar an der Substratoberfläche, weil es durch
die Aussparung (im folgenden auch Anschlußaussparung
genannt) hindurchgreift. Dies führt zu einer sehr hohen
mechanischen Beständigkeit. Anschlußdrähte können in
üblicher Weise mit diesen Anschlußelementen verbunden
werden, beispielsweise durch Löten. Dies braucht nicht
beim Hersteller zu geschehen, sondern kann beim Anwender
erfolgen. Hierdurch ergeben sich Vereinfachungen bei
der Herstellung und beim Transport.
Günstig ist es, wenn jeder Anschlußbereich mit einer
Vielzahl von kleinen Anschlußaussparungen versehen ist. Diese
Anschlußaussparungen sind klein, verglichen mit den
Abmessungen des Anschlußbereichs. Hierdurch wird eine gute
mechanische Befestigung mit einer sicheren Kontaktierung
des Metallfilms gewährleistet.
Die Anschlußaussparungen können auch durch beim Auftragen
des Metallfilms auf das Dickschichtsubstrat verbleibende
kleine Löcher gebildet sein. Denn häufig genügen diese
kleinen Löcher, sogenannte "pinholes", um das Anschluß
element sicher an der Substratoberfläche zu befestigen.
Insbesondere ist das Anschlußelement durch eine einge
brannte Dickschichtpasta gebildet. Diese Dickschichtpasten
sind aus der Dickschichttechnik bekannt und bestehen
aus einem Metallpulver, das mit einem Glasfrittepulver
und einem Träger gemischt ist, der aus Ölen und Lösungs
mitteln bestehen kann. Eine solche Dickfilmpasta ergibt
infolge ihrer Konsistenz eine gute Kontaktierung des
Metallfilms und der Substratoberfläche.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Substrat
ein keramisches Dickschichtsubstrat. In der Dickschicht
technik können billigere Keramiksubstrate mit stärkeren
Verunreinigungen und einer rauheren Oberfläche verwendet
werden. Zwar ergibt sich eine geringere Haftung des Me
tallfilms im Vergleich zu einem Dünnfilmsubstrat. Dies
ist aber zulässig, weil der Metallfilm nicht durch die
Anschlußdrähte belastet wird. Umgekehrt ergibt sich in
Verbindung mit der Dickschichtpasta eine besonders gute
Haftung.
Besonders empfehlenswert ist es, daß der Metallfilm mit
einer Schutzschicht überzogen ist, die vom Anschlußelement
durchsetzt ist. Diese schützt den Metallfilm vor einer
mechanischen Beschädigung und einem Ablösen vom Substrat,
behindert aber nicht die freie Zugänglichkeit der An
schlußelemente. Sie kann aus Glas, einem Polymer oder
einem anderen geeigneten Material bestehen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schicht
widerstandes, bei dem ein Metallfilm auf ein Substrat
aufgetragen wird, wobei in den Anschlußbereichen Anschluß
aussparungen vorgesehen werden, ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Auftrag des Metallfilms insbesondere durch
Kathodenzerstäubung erfolgt und daß eine pastenartige
Anschlußmasse in den Anschlußbereichen sowohl auf den
Metallfilm als auch durch die Aussparungen auf das
Substrat aufgetragen und dann zu einem Anschlußelement
verfestigt wird.
Nach dem Auftragen des Metallfilms auf das Substrat können
Trennaussparungen durch Materialentfernung erzeugt werden,
um den Widerstandswert zu justieren.
Für die Erzeugung der Anschlußaussparungen können die
gleichen Mittel verwendet werden wie sie für die Trenn
aussparungen schon benutzt worden sind. Insbesondere
können die Anschlußaussparungen gleichzeitig mit den
Trennaussparungen erzeugt werden. Die pastenartige An
schlußmasse stellt die Kontaktierung der gewünschten
Flächen sicher.
Zweckmäßigerweise enthält die Anschlußmasse außer einem
Metallpulver eine Glasfritte und wird durch Einbrennen
verfestigt. Derartige Verfahren sind aus der Dickschicht
technik bekannt.
Ferner sollte die Anschlußmasse im Siebdruckverfahren
aufgebracht werden. Dies ist eine rationelle Verfahrens
weise, insbesondere wenn die einzelnen Widerstandsbahnen
sich noch auf einem gemeinsamen Substrat befinden.
Wenn der Widerstandswert durch zusätzliche Materialent
fernung justiert wird, sollte die Justierung erst nach
dem Aufbringen und Verfestigen der Anschlußmasse erfol
gen. Die durch die Anschlußmasse möglichen Widerstands
änderungen können dann bei der Justierung berücksichtigt
werden.
Günstig ist es auch, daß nach dem Verfestigen der An
schlußmasse bzw. dem Justieren außerhalb der Anschluß
masse eine Glasfritte aufgetragen und dann zur Bildung
eines Glasüberzugs geschmolzen wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung
dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Schichtwiderstand vor
Anbringung der Anschlußelemente,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt des fertigen
Schichtwiderstandes längs der Linie A-A der Fig. 1,
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt des fertigen
Schichtwiderstandes längs der Linie B-B der Fig. 1 und
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen abgewandelten Teil des
Schichtwiderstandes nach Fig. 1.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen elektrischen Schichtwider
stand 1. Dieser besitzt ein Substrat 2 aus Keramik. Es
ist hier als Dickschichtsubstrat mit 96% Al2O3, Rest
Verunreinigungen, wie SiO2, MgO u.dgl., ausgebildet.
Auf dieses Substrat ist ein dünner Metallfilm 3, hier
ein Platinfilm, aufgetragen. Der Auftrag erfolgte durch
Kathodenzerstäubung. Es kommt aber auch jede andere für
Dünnfilme bekannte Auftragsart in Betracht.
Alsdann wurde aus dem Metallfilm 3 an zahlreichen linien
förmigen Trennaussparungen 4 Material entfernt. Diese
Trennaussparungen sind hier als einfache Striche ange
geben. Auf diese Weise ergab sich eine mäanderförmige
Widerstandsbahn 5. An deren Enden befinden sich zwei
Anschlußbereiche 6 und 7. In diesen Bereichen ist durch
Materialentfernung jeweils eine Anschlußaussparung 8
bzw. 9 erzeugt worden. Das Material der Trennaussparun
gen 4 und der Anschlußaussparungen 8 und 9 wurde durch
Wegbrennen mittels Laserstrahl in einem Arbeitsgang vor
genommen. Es kann aber auch durch Ätzen oder auf andere
Weise entfernt werden.
Anschlußelemente 10 und 11 überdecken die Anschlußberei
che 6 und 7. Sie kontaktieren in einem Randbereich 12
den Metallfilm 3 und greifen durch die Anschlußaussparun
gen 8 und 9, wo sie die Oberfläche 13 des Substrats 2
berühren. Diese Anschlußelemente werden in Form einer
Dickfilmpasta durch ein Siebdruckverfahren oder auf ande
re Weise aufgetragen und anschließend eingebrannt. Diese
Dickfilmpasta besteht aus einem Metallpulver, insbesonde
re einer Silberpalladium- oder Goldpalladium-Mischung,
einem Glasfrittepulver und einem Träger, der beispiels
weise aus Äthylzellulose besteht, das in Kienölderivaten
und Phthalatestern gelöst ist. Es können auch kleinere
Mengen von Rhizinusölderivaten und einem Phospholipid
vorhanden sein. Derartige Pasten werden von der Firma
Dupont unter der Typennummer 9308 und 9572 vertrieben.
Die Dickfilmpasta wird anschließend in einem Durchlauf
ofen eingebrannt. Die Temperaturen liegen beispielsweise
zwischen 750°C und 950°C.
Anschließend wird der Schichtwiderstand justiert. Dies
geschieht dadurch, daß der Widerstand über die Anschluß
elemente 8 und 9 mit einem Meßgerät verbunden wird. Als
dann werden zwei Grobjustier-Trennlinien 14 und 15 sowie
eine Feinjustier-Trennlinie 16 in der entsprechenden
Länge gezogen, bis der genaue Widerstandswert erreicht
ist. Durch Trennung einer Spur mittels der Trennlinie 14
ergibt sich beispielsweise ein Widerstandszuwachs von
50 Ohm und durch Trennung einer Spur mittels der Trenn
linie 15 ein Widerstandszuwachs von beispielsweise 2 Ohm.
Durch die Trennlinie 16 läßt sich eine lineare Wider
standsänderung erzielen.
Abschließend wird eine Schutzschicht 17 über die gesamte
Oberfläche, aber unter Aussparung der Anschlußelemente 10
und 11 gelegt. Dies geschieht durch Aufbringen einer
Glasfritte, die anschließend geschmolzen wird. Auf den
freibleibenden Oberflächen der Anschlußelemente können
dann beim Hersteller oder später beim Anwender die An
schlußdrähte angelötet werden. Das Anbringen der Drähte
kann auch durch ein Schweißverfahren erfolgen.
Fig. 4 zeigt einen abgewandelten Schichtwiderstand 101,
dessen Anschlußbereich 106 nicht mit einer einzigen Aus
sparung 8, sondern mit einer Vielzahl von kleinen Lö
chern 108 versehen ist. Diese "pinholes" ergeben sich
in vielen Fällen von allein, wenn der Metallfilm auf
die rauhe Oberfläche des Dickschichtsubstrats aufgetragen
wird.
Es sei noch bemerkt, daß bei der Herstellung eine große
gemeinsame Substratplatte verwendet werden kann, auf
der eine Vielzahl von Widerstandsbahnen mit zugehörigen
Anschlußelementen gleichzeitig erzeugt wird. Erst nach
Fertigstellung werden die einzelnen Schichtwiderstände
durch Zerschneiden des gemeinsamen Substrats voneinander
getrennt.
Claims (13)
1. Elektrischer Schichtwiderstand, bei dem ein Substrat
einen Metallfilm trägt, der eine Widerstandsbahn mit
Anschlußbereichen an seinen Enden bildet, wobei jeder
Anschlußbereich mindestens eine Aussparung aufweist
und ein leitfähiges Anschlußelement den Metallfilm
kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschluß
element (10, 11) durch die Aussparung mit dem Substrat
(2) verbunden ist.
2. Elektrischer Schichtwiderstand nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß jeder Anschlußbereich (106)
mit einer Vielzahl von Anschlußaussparungen (108)
versehen ist.
3. Elektrischer Schichtwiderstand nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (10,
11) durch eine eingebrannte Dickschichtpasta gebildet
ist.
4. Elektrischer Schichtwiderstand nach einem der Ansprü
che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat
(2) ein keramisches Dickschichtsubstrat ist.
5. Elektrischer Schichtwiderstand nach einem der Ansprü
che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall
film (3) mit einer Schutzschicht (17) überzogen ist,
die vom Anschlußelement (10, 11) durchsetzt ist.
6. Elektrischer Schichtwiderstandes nach einem der An
sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Metallfilm (3) mit Trennaussparungen (14) versehen
ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schicht
widerstandes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei
dem ein Metallfilm auf ein Substrat aufgetragen wird,
wobei in den Anschlußbereichen Anschlußaussparungen
vorgesehen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der
Auftrag des Metallfilms insbesondere durch Kathodenzer
stäubung erfolgt und daß eine pastenartige Anschluß
masse in den Anschlußbereichen sowohl auf den Metall
film als auch durch die Aussparungen auf das Substrat
aufgetragen und dann zu einem Anschlußelement ver
festigt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Auftragen des Metallfilms auf das Substrat
Trennaussparungen durch Materialentfernung erzeugt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußaussparungen in einem Arbeitsgang
mit den Trennaussparungen erzeugt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anschlußmasse außer einem
Metallpulver eine Glasfritte enthält und durch Ein
brennen verfestigt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anschlußmasse im Siebdruck
verfahren aufgebracht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei
dem der Widerstandswert durch zusätzliche Material
entfernung justiert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Justierung nach dem Aufbringen und Verfestigen
der Anschlußmasse erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß nach dem Verfestigen der Anschluß
masse bzw. dem Justieren außerhalb der Anschlußmasse
eine Glasfritte aufgetragen und dann zur Bildung
eines Glasüberzugs geschmolzen wird.
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