DE60029264T2

DE60029264T2 - Verfahren zur Herstellung von mehreren oberflächenmontierten Widerständen und oberflächenmontierter Widerstand

Info

Publication number: DE60029264T2
Application number: DE60029264T
Authority: DE
Inventors: Vishay Dale Electronics Joel J. Columbus Smejkal; Vishay Dale Electronics Steve E. Columbus Hendricks
Original assignee: Vishay Dale Electronics LLC
Current assignee: Vishay Dale Electronics LLC
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2020-02-26
Also published as: US6401329B1; DE60020736T2; DE60020736D1; EP1523015B1; US20020092154A1; WO2001046967A1; US6725529B2; DE60029264D1; US6441718B1; US7278202B2; AU3380100A; US20050104711A1; JP2003518330A; EP1523015A1; US6901655B2; EP1240650B1; US20040168304A1; EP1240650A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen obenflächenmontierbaren Überlagerungs-Widerstand und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Oberflächenmontierbare Widerstände sind auf dem Elektronikmarkt seit vielen Jahren verfügbar. Ihr Aufbau umfaßt ein flaches rechteckiges oder zylinderförmiges keramisches Substrat, wobei die Enden des keramischen Substrats zum Bilden der elektrischen Anschlußstellen mit einem leitfähigen Metall überzogen sind. Ein ohmsches Metall ist zwischen den Anschlußstellen auf dem keramischen Substrat angeordnet und stellt einen elektrischen Kontakt mit jeder der Anschlußstellen zum Bilden eines elektrischen durchgehenden Pfads für den Stromfluß von einer Anschlußstelle zu der anderen bereit.
Ein Fortschritt bei oberflächenmontierbaren Widerständen ist in dem US-Patent 5,604,477 gezeigt. In diesem Patent ist ein oberflächenmontierbarer Widerstand gebildet, in dem drei Streifen von Material miteinander in einer Kante-an-Kante-Beziehung verbunden sind. Die oberen und unteren Streifen sind aus Kupfer gebildet und der zentrale Streifen ist aus einem elektrischen Widerstandsmaterial gebildet. Das Widerstands- (ohmsche) Material ist mit einer Hochtemperaturbeschichtung beschichtet und die oberen und unteren Streifen sind mit Zinn oder Lot beschichtet. Die Streifen können in einem durchgehenden Pfad zum Schneiden, Kalibrieren und Trennen zum Ausbilden einer Mehrzahl von elektrischen Widerständen bewegt werden.
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Bereitstellen eines verbesserten oberflächenmontierbaren Überlagerungs-Widerstands und ein Verfahren für dessen Herstellung.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Bereitstellung eines oberflächenmontierbaren Überlagerungs-Widerstands und ein Verfahren zu dessen Herstellung, welches die Anzahl der Schritte und die Geschwindigkeit der Herstel lung gegenüber derjenigen aus dem US-Patent 5,604,477 verbessert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten oberflächenmontierbaren Überlagerungs-Widerstands und ein Verfahren zu dessen Herstellung, wobei der hervorgebrachte Widerstand effizient im Betrieb und in der Qualität verbessert ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines oberflächenmontierbaren Überlagerungs-Widerstands und ein Verfahren zu dessen Herstellung, wobei dieser ökonomisch in der Herstellung sein soll, langlebig in der Verwendung und effizient im Betrieb.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorstehend genannten Aufgaben können durch einen oberflächenmontierbaren Widerstand gelöst werden, wie er durch die Merkmale von Anspruch 7 definiert ist, aufweisend ein langgestrecktes Widerstandselement aus einem Material mit elektrischem Widerstand, welches erste und zweite Endkanten, gegenüberliegende Seitenkanten, eine vordere Oberfläche und eine rückwärtige Oberfläche aufweist. Das Widerstandselement aus Widerstandsmaterial weist eine Mehrzahl von in seinen Seitenkanten ausgebildeten Schlitzen auf, welche einen geschlängelten (serpentinenartigen) Strompfad zwischen den ersten und zweiten Enden des Widerstands erzeugen.
Erste und zweite leitende Stücke von leitendem Metall sind jeweils mit einer vorderen Oberfläche, einer rückwärtigen Oberfläche, ersten und zweiten gegenüberliegenden Seitenkanten und ersten und zweiten gegenüberliegenden Endkanten ausgebildet. Die ersten und zweiten leitenden Stücke haben jeweils ihre vorderen Oberflächen in zugewandtem Eingriff und sind mit der vorderen Oberfläche des Widerstandsmaterials befestigt und voneinander zum Bilden eines freiliegenden Bereiches der vorderen Oberfläche des Widerstandsmaterials zwischen ihnen beabstandet. Die ersten und zweiten gegenüberliegenden Kanten sowohl der ersten als auch zweiten leitenden Stücke sind angepaßt oder angeordnet zwischen den ersten und zweiten Endkanten und den gegenüberliegenden Seitenkanten des langgestreckten Widerstandstückes.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung, wie durch die Merkmale des Anspruchs 1 bestimmt, enthält das Verwenden eines langgestreckten Widerstandsstreifens eines elektrischen Widerstandsmaterial mit ersten und zweiten gegenüberliegenden Enden, einem oberen Ende, einem unteren Ende, einer vorderen flachen Oberfläche und einer rückwärtigen flachen Oberfläche. Das Verfahren enthält das Verbinden eines ersten langgestreckten leitenden Streifens und eines zweiten langgestreckten leitenden Streifens eines leitenden Materials an der vorderen flachen Oberfläche des Widerstandsstreifens in beabstandeter Beziehung zueinander, um einen freiliegenden Bereich von der vorderen flachen Oberfläche des Widerstandsstreifens zwischen dem ersten und zweiten leitfähigen Streifen zu erstellen. Die verbunden Streifen werden dann in eine Mehrzahl von einzelnen Teilstücken getrennt. Als nächstes wird eine Mehrzahl von Schlitzen durch den freiliegenden Bereich des Widerstandsstreifens geschnitten, um einen geschlängelten Leitungspfad in dem Widerstandsmaterial jedes der Teilstücke auszubilden. Als nächstes werden die Widerstandsstreifen jedes Teilstückes in einer Beschichtung aus elektrisch isolierendem Material verkapselt.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung weist der Befestigungsschritt ein Befestigen eines langgestreckten breiten Leitungsstreifens über im wesentlichen die Gesamtoberfläche der vorderen Oberfläche des Widerstandsstreifens auf, und ein anschließendes Entfernen eines zentralen Bereichs des breiten Leitungsstreifens zum Erzeugen der ersten und zweiten langgestreckten Leitungsstreifen und dem freiliegenden Bereich des langgestreckten Widerstandsstreifens dazwischen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN UND ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht eines gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Widerstandes.
2 ist ein schematisches Flußdiagramm, welches das Verfahren zum Herstellen des vorliegenden Widerstandes zeigt.
2A ist eine vergrößerte Ansicht, entlang der Linie 2A-2A aus 2.
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 aus 2.
3A ist eine Teilansicht von oben, von dem Band aus 3.
4 ist eine vergrößerte Ansicht entlang der Linie 4-4 aus 2.
5 ist eine vergrößerte Ansicht entlang der Linie 5-5 aus 2.
6 ist eine vergrößerte Ansicht entlang der Linie 6-6 aus 2.
6A ist eine Schnittansicht entlang der Linie 6A-6A aus 6.
7 ist eine vergrößerte Ansicht entlang der Linie 7-7 aus 2.
7A ist eine Schnittansicht entlang der Linie 7A-7A aus 7.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es wird auf 1 Bezug genommen, wobei die Zahl 10 im allgemeinen den oberflächenmontierbaren Widerstand der vorliegenden Erfindung bezeichnet.
Der Widerstand 10 weist einen zentralen Teil 12, einen ersten Anschluß 14 und einen zweiten Anschluß 16 auf. Die Anschlüsse 14, 16 weisen jeweils auf ihren unteren Oberflächen eine erste Beabstandung 18 bzw. eine zweite Beabstandung 20 auf. Die Beabstandungen 18, 20 erlauben es, den Widerstand auf einer Oberfläche anzuordnen, wobei der eher zentrale Anteil 12 in geringem Maße über der Oberfläche der Platine beabstandet ist.
Es wird auf die 2 und 2A Bezug genommen. Eine Spule 22 weist eine zu einem durchgehenden Band verbundene Mehrzahl von Streifen auf, bezeichnet mit der Bezugszahl 21. Das Band 21 weist einen Trägerstreifen 24 auf, der entlang einer Schweißlinie 26 an einen Überlagestreifen 26 geschweißt ist. Der Überlagestreifen 26 weist einen Widerstandsstreifen 28 auf, welcher erste und zweite leitfähige Streifen 30, 32 hat, die an einer seiner Oberflächen befestigt sind.
Das Verfahren zum Herstellen des fortlaufenden Bandes ist folgendermaßen: Es wird mit einem Streifen eines metallischen Widerstandsmaterials 28 von geeigneter Breite und Dicke und einem einzelnen Streifen aus Kupfer derselben Breite begonnen, die Metalle werden miteinander durch einen Metallplattierungsprozeß verbunden, um den Überlagerungsstreifen 26 zu bilden. Der Plattierungsprozeß ist in der Technik zur Verbindung ungleicher Metalle bekannt, wobei äußerst hohe Drücke angewendet werden, ohne Klebstoffe oder Brennlegierung (braising alloys). Der sich ergebende Überlagerungsstreifen 26 weist die doppelte Dicke auf, wobei eine Dicke der Kupferstreifen ist und eine Dicke der Widerstandsstreifen.
Während des nächsten Schritts in dem Verfahren wird ein zentraler Teil des leitfähigen Streifens entfernt, um den oberen leitfähigen Streifen 30 und den unteren leitfähigen Streifen 32 zu bilden, mit einem dazwischen liegenden freiliegenden Teil 34. Die Entfernung kann durch Schleifen, Fräsen, Schaben (Rasieren) oder jede beliebige andere Technik erfolgen, die in der Technik zum Entfernen von Metall wohlbekannt ist. Sobald die Entfernung stattgefunden hat, trennt der freiliegende Teil 34 elektrisch den oberen leitfähigen Streifen 30 und den unteren leitfähigen Streifen 32. Dies ist in den 3 und 3A gut zu sehen. In 2A stellt der Block 38 die Befestigung des Trägerstreifens 24 an dem Überlagestreifen 26 durch Schweißen dar, und der Block 40 stellt die Entfernung des Mittelteils des leitfähigen Streifens zur Herstellung der oberen und unteren leitfähigen Streifen 30, 32 dar.
Als nächstes erfolgt in dem Herstellungsverfahren der Stanzschritt, welcher durch Block 42 in 2 dargestellt ist. In diesem Stanzschritt werden Löcher 44 in den Trägerstreifen gestanzt, um eine Indizierung des Streifens während des verbleibenden Herstellungsprozesses zu ermöglichen.
Als nächstes stellt der Block 46 den Trennschritt zum Trennen jedes der elektrischen Widerstände in einzelne Körper dar. Dieser Schritt ist ausführlich in 4 gezeigt. Der obere Teil des Überlagerungsstreifens 26 wird zur Herstellung der oberen Kante 48 jedes der Körper geschnitten. Dann wird ein vertikaler Trennschlitz 50 geschnitten oder zwischen jeden der Köper 51 gestempelt.
Durch die gestrichelte Linie 37 wird eine Schnittlinie dargestellt und stellt dar, wo ein Schnitt später in dem Verfahren durchgeführt wird. Die Schlitze 50 erstrecken sich unterhalb der Schnittlinie 37.
Die getrennten Widerstandskörper werden als nächstes zu einer Einstellungs- und Kalibrierungsstation 52 bewegt. An dieser Station wird jeder Körper auf den erwünschten Widerstandswert eingestellt. Die Einstellung des Widerstandswertes wird durch Schneiden abwechselnder Schlitze 54, 56 (5) durch den freiliegenden Teil 34 des Widerstandsmaterials des Widerstandsstreifens 28 erreicht. Dies bildet einen geschlängelten Strompfad, bezeichnet durch den Pfeil 58. Der geschlängelte Pfad erhöht den Widerstandswert des Widerstandes. Die Schlitze werden durch das Widerstandsmaterial vorzugsweise unter Verwendung eines Laserstrahls oder eines beliebigen Instruments zum Schneiden von metallischen Materialien geschnitten. Der Widerstandswert jedes Widerstandes wird fortlaufend während des einstellenden Schneidens überwacht, bis der erwünschte Widerstand erreicht ist.
Nachdem die Widerstände auf ihre richtigen Widerstandswerte eingestellt wurden, werden die Körper zu einer Verkapselungsstation 60 bewegt, wo ein dielektrisches Verkapselungsmaterial 62 auf die freiliegende Oberfläche und rückwärtige Oberfläche und Kanten des Widerstandsstreifen 28 aufgebracht wird. Der Zweck der Verkapselungsoperation besteht in der Bereitstellung eines Schutzes vor verschiedenen Umgebungen, denen der Widerstand ausgesetzt sein kann; um dem Widerstandselement zusätzliche Festigkeit zu verleihen, welches durch die Widerstandswerteinstellungsoperation geschwächt wurde; und um eine dielektrische Isolation zur Isolation des Widerstandes gegenüber anderen Komponenten oder metallischen Oberflächen bereitzustellen, mit welchen er während des tatsächlichen Betriebs in Kontakt kommen kann. Das Verkapselungsmaterial 62 wird in beliebiger Weise aufgebracht, wobei es nur die Materialien 28 des Widerstandselementes bedeckt. Eine Hochtemperatur-Flüssigbeschichtung eines Materials mit einer Walzenstreichmaschine auf beide Seiten des Widerstandskörpers ist das bevorzugte Verfahren. Die leitenden Elemente 30, 32 jedes Körpers bleiben freiliegend. Diese leitenden Streifen 30, 32 des Widerstandes dienen als elektrische Kontaktpunkte für den Widerstand, wenn er an der Platine durch den Endbenutzer befestigt wird. Da die Enden 30, 32 des Widerstandes dicker als das Widerstandselement 28 in der Mitte des Widerstandes sind, ist der erforderliche Freiraum für die Verkapselung an der Unterseite des Widerstandes wie in 6A gezeigt, bereitgestellt.
Als nächstes erfolgt in dem Herstellungsprozeß die Aufbringung von Markierungsinformationen, ein Druck an der verkapselten vorderseitigen Oberfläche des Widerstandes. Der Schritt wird durch Block 64 in 2 dargestellt. Dies wird durch einen Transferdruck der notwendigen Informationen auf die vorderseitige Oberfläche des Widerstandes mit Kennzeichnungstinte erreicht. Der Streifen wird dann in die Trennstation bewegt, dargestellt durch Block 70, wobei die einzelnen Widerstände von dem Trägerstreifen 24 weggeschnitten werden. Die einzelnen Widerstände werden mit Lot plattiert, um eine Lotbeschichtung 68 zu erzeugen, wie in 7A gezeigt. Die einzelnen Widerstände 10 sind dann vollständig und werden bei einer Verpackungsstation, bezeichnet durch die Bezugszahl 72, auf einem Plastikstreifen 74 befestigt.
Der vorstehende Prozeß kann in einem durchgehende Vorgang, wie in 2 gezeigt, vorgenommen werden oder es ist möglich, die verschiedenen Operationen immer gleichzeitig am gesamten Streifen vorzunehmen. Zum Beispiel können die Befestigungs- und Entfernungsschritte vorgenommen werden, entweder bevor oder nachdem das fortlaufende Band 21 auf eine Rolle gewickelt wurde. Das Stanzen der Übertragungslöcher 44, das Trimmen und die Trennung können dann erfolgen, indem die Rolle abgewickelt wird und der Streifen durch die Stationen 46, 52, 60 zur Vornahme dieser Operation bewegt wird. Ähnliche Opera tionen können gleichzeitig erfolgen, indem die Rolle für jede Operation abgewickelt wird.
Für das Schweißen der Schweißverbindung 36 ist das bevorzugte Verfahren des Schweißens ein Elektronenstrahlschweißen. Jedoch sind andere Arten des Schweißens oder der Befestigung verwendbar. Das bevorzugte Verfahren des Bildens der Übertragungslöcher, zum Trimmen der oberen Kanten des Streifens auf Länge und des Ausbildens von einzelnen Widerstandskörpern ist das Stanzen. Jedoch können noch andere Verfahren, wie zum Beispiel Schneiden mit Laser, Bohren, Ätzen oder Schleifen verwendet werden.
Das bevorzugte Verfahren zum Kalibrieren des Widerstandes ist ein Schneiden des Widerstandes mit einem Laser. Jedoch können Stanzen, Schleifen, Fräsen oder andere herkömmliche Mittel verwendet werden.
Das für den Widerstand verwendete dielektrische Material ist vorzugsweise ein gewalztes Hochtemperaturbeschichtungsmaterial, doch verschiedene Arten von Farbe, Silikon und Gläsern in der Form von Flüssigkeiten, Pudern oder Pasten können verwendet werden. Sie können durch Formen, Sprayen, Pinseln oder statische Dispensierung aufgebracht werden.
Die Markierungstinte, welche für den widerstand vorzugsweise verwendet wird, ist eine weiße Flüssigkeit, doch verschiedene Farben und Arten von Markierungstinte können verwendet werden. Sie können mit Hilfe eines Stempelkissens, Tintenstrahls oder einer Übertragungsrolle aufgebracht werden. Die Markierung kann auch durch die Verwendung eines Laserstrahls vorgenommen werden.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Lot kann vorzugsweise eine Plattierung sein, auch können herkömmliche Lotpaste oder ein Eintauchen in heißen Zinn können verwendet werden.

Claims

Ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von oberflächenmontierbaren Widerständen, umfassend: Bereitstellen eines Bandes (21), das einen langgestreckten Metallwiderstandsstreifen (28), einen langgestreckten ersten metallischen Streifen (32) und einen langgestreckten zweiten metallischen Streifen (30) aufweist, wobei der Widerstandsstreifen eine longitudinale Achse, einen oberen Rand, einen unteren Rand, eine flache Vorderseite, eine flache Rückseite und einen zentralen Abschnitt (12) zwischen dem oberen und dem unteren Rand aufweist, wobei der Widerstandsstreifen aus einem Widerstandsmaterial hergestellt ist und der erste und der zweite metallische Streifen aus einem metallischen Material hergestellt sind, wobei sich das metallische Material von dem Metall des Widerstandsmaterials unterscheidet; Verbinden der langgestreckten ersten und zweiten metallischen Streifen mit der flachen Vorderseite des Widerstandsstreifens benachbart zu dem oberen bzw. dem unteren Rand des Widerstandssteifens, wobei der erste und der zweite metallische Streifen voneinander durch den zentralen Abschnitt (12) des Widerstandsstreifens beabstandet sind, um erste und zweite Anschlüsse (14, 16) aus dem ersten und zweiten metallischen Streifen zu erzeugen; Herstellen einer Mehrzahl von Einschnitten (50) in einer Richtung quer zu der longitudinalen Achse des Widerstandsstreifens, so daß sich die Mehrzahl von Einschnitten durch den Widerstandsstreifen und den ersten und den zweiten Streifen erstreckt, um eine Mehrzahl von Widerstandskörpern (51) zu erzeugen, wobei jeder der Widerstandskörper ein Metallwiderstandselement mit Vorder- und Rückseite und erste und zweite leitfähige Metallanschlüsse, die auf der Vorderseite des Widerstandselements befestigt sind, aufweist; Miteinander-Verbunden-Halten der Mehrzahl von Widerstandskörpern nach dem Schritt des Herstellens der Mehrzahl von Einschnitten; Einstellen der Widerstandswerte jedes der Widerstandselemente der Körper auf einen gewünschten Widerstandswert; Abtrennen der Widerstandskörper voneinander, um die Mehrzahl von oberflächenmontierbaren Widerständen zu erzeugen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Verbindens des ersten und des zweiten Streifens mit dem Widerstandselement ein Verbinden eines einzigen leitfähigen Streifens überlagert über die Vorderseite des Widerstandsstreifens und ein Entfernen eines zentralen Abschnitts des einzigen leitfähigen Streifens umfaßt, um den ersten und den zweiten leitfähigen Streifen beabstandet voneinander durch den zentralen Abschnitt des Widerstandsstreifens zu erzeugen.
Das Verfahren nach Anspruch 1 und ferner umfassend ein Verwenden von Kupfer für das Metall des ersten und des zweiten Streifens.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Einstellens des Widerstandswerts jedes der Körper ein Einschneiden des Widerstandselements jedes der Körper umfaßt.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Einstellens des Widerstandswerts jedes der Körper ein Schneiden wenigstens eines Schlitzes in das Widerstandselement jedes der Körper umfaßt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Verbindens des ersten und des zweiten Metallstreifens mit dem Metall des Widerstandsstreifens durch einen Plattierprozeß ohne Verwendung von Hartlot oder Klebstoffen ausgeführt wird.
Ein elektrischer oberflächenmontierbarer Widerstand, aufweisend: ein Widerstandselement (28) aus einem Metallwiderstandsmaterial, das eine Frontseite mit einem ersten Endabschnitt, einem zweiten Endabschnitt und einem zentralen Abschnitt (12) zwischen dem ersten und dem zweiten Endabschnitt aufweist, wobei das Widerstandselement auch eine Rückseite aufweist; erste und zweite Anschlüsse (30, 32), die beide aus einem Metall hergestellt sind, das sich von dem Metallwiderstandsmaterial des Widerstandselements unterscheidet, wobei der erste und der zweite Anschluß den ersten und den zweiten Endabschnitt der Vorderseite des Widerstandselements in einer Position bedecken, in der sie nicht elektrisch miteinander verbunden und voneinander durch den zentralen Abschnitt der Vorderseite des Widerstandselements beabstandet sind; wobei der erste und der zweite Anschluß mit dem ersten und dem zweiten Endabschnitt der Vorderseite des Widerstandselements verbunden sind; ein dielektrisches Verkapselungsmaterial (62), das zumindest die Vorderseite und die Rückseite des Widerstandselements einkapselt.
Der Widerstand nach Anspruch 7, wobei das Metall des ersten und des zweiten Anschlusses Kupfer ist.
Der Widerstand nach Anspruch 7, wobei der erste und der zweite Anschluß mit dem Widerstandselement durch Plattieren ohne irgendeinen Klebstoff oder ein Hartlot verbunden sind.