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Flaches, elektrisches Schaltelement und Verfahren zur
Herstellung desselben
Die Erfindung betrifft flache, elektrische Schaltelemente, wie z. B. Widerstände und Kondensatoren, die eine oder mehrere an einer Trägerfläche haftende, elektrisch wirksame Schichten (z. B. Widerstands- schicht, Kondensatorbelag) und zwei oder mehr auf dieser Schicht oder diesen Schichten flach angeord- nete für die Zuleitung des elektrischen Stromes an die betreffende Schicht dienende lötbare Metallstrei- fen (Anschlussstreifen) aufweisen.
Die Erfindung betrifft weiter Verfahren zur Herstellung solcher Schaltelemente (z. B. Widerstände, Kondensatoren).
Die erfindungsgemässen Schaltelemente der oberwähnten Art weisen das Merkmal auf, dass die Anschlussstreifen je aus wenigstens zwei Metallschichten aufgebaut sind, von denen wenigstens die untere eine aufgedampfte Schicht ist.
Besondere Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind in der einfachen Herstellbarkeit, in der leichten Einfügbarkeit in Schaltungsanordnungen und in der Zuverlässigkeit zu sehen.
Die Schaltelemente können ohne Benutzung von Anschlussdrähten oder Anschlussklemmen sehr bequem durch einfaches Anlöten auf Platten mit sogenannter gedruckter Verdrahtung angebracht werden.
Die genannten Metallstreifen (im nachfolgenden Anschlussstreifen genannt) dienen dabei zur mechanischen Befestigung und als Anschlussglieder.
Das Löten an den Kontaktstellen der elektrischen Schaltung wird dadurch erleichtert, dass Anschlussstreifen benutzt werden, die an ihrer Oberfläche aus einer Lotlegierung bestehen.
Zum Anbringen von Schaltelementen gemäss der Erfindung auf Platten mit gedruckter Verdrahtung werden vorzugsweise Schaltelemente mit Anschlussstreifen benutzt, deren gegenseitiger Abstand dem Normalraster der Platte entspricht. Dies bedeutet, dass der gegenseitige Abstand derart sein muss, dass, wenn das Schaltelement auf eine Platte mit gedruckter Verdrahtung gelegt wird, einer der Anschlussstreifen auf und in Richtung der Rasterlinie der Platte liegt, der andere Anschlussstreifen oder die andern Anschlussstreifen eine andere, zur ersteren parallele Rasterlinie bedecken.
Schaltelemente üblicher Gestalt, welche mit Anschlussdrähten versehen sind, werden meistens in einer Schutzhülle untergebracht, durch welche die Anschlussdrähte herausgeführt sind. Bei den Schaltelementen nach der Erfindung dient der flache Träger bereits zum Schutz auf einer der Seiten. Zum Schützen der andern flachen Seite, wo die Anschlüsse liegen, kann mit Ausnahme der Anschlussstreifen ein schützender Isolierüberzug, z. B. aus Harz oder Firnis, vorgesehen werden.
Solche mit Anschlussstreifen versehene, flache Schaltelemente lassen sich bequem als Teile eines grösseren, flächenförmigen Ganzen herstellen. Zu diesem Zweck wird zunächst eine Platte hergestellt, die als eine Anzahl nebeneinander angeordneter Schaltelemente nach der Erfindung betrachtet werden kann, die gemeinsam ein ununterbrochenes Ganzes bilden, worauf die Platte längs Linien in der Längs- richtung eines oder mehrerer der Anschlussstreifen durchgeschnitten wird. Die auf diese Weise erhaltenen Streifen lassen sich wieder durch Schneiden längs zu den ersteren senkrechten Linien teilen, so dass aus
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einer einzigen grossen Platte eine Anzahl von Teilen erhalten wird, die je ein Schaltelement bilden.
Die flachen Schaltelemente nach der Erfindung lassen sich vorteilhaft durch Aufdampfen herstel1en.
Hiebei wird zunächst auf einen plattenförmigen Träger aus Isolierstoff (z. B. Glas) eine elektrisch wirksame Schicht (z. B. eine Widerstandsschicht) in einem evakuierten Raum auf dem Träger niedergeschlagen. Darauf wird diese elektrisch wirksame Schicht mit einer Maske abgedeckt, welche die für die Anschlussstreifen zu reservierenden Stellen unbedeckt lässt, welche Stellen darauf durch Aufdampfen einer oder mehrerer Schichten aus gut leitendem Material mit den Anschlussstreifen versehen werden.
Um eine gute Verbindung mit der dünnen, tragenden Schicht zu sichern, kann eine Zwischenschicht aus einem Stoff aufgedampft werden, der in die benachbarten Schichten eindiffundieren kann. Auf dieser Zwischenschicht wird dann eine obere Schicht aus Edelmetall angebracht. Letztere kann erheblich stärker als die andern Schichten sein. Nach dem Anbringen der oberen Schicht kann nach dem Entfernen der Maske an den von ihr vorher abgedeckten Stellen eine Schutzschicht z. B. aus Lack oder Firnis angebracht werden. Durch darauffolgende Erhitzung des Ganzen diffundiert das Material der Zwischenschicht in die Nachbarschichten, so dass eine vorzügliche Verbindung erhalten wird. Wenn eine Schutzschicht angebracht ist, erhärtet sie infolge der Erhitzung gleichzeitig.
Wenn es sich darum handelt, gemäss der Erfindung Widerstände herzustellen, wird auf dem plattenförmigen Träger aus Isolierstoff, z. B. Glas oder keramischem Material, als elektrisch wirksame Schicht eine Widerstandsschicht, z. B. eine MetÅallverbindung oder Metallegierung, durch Aufdampfen angebracht welche Schicht mit Anschlussstreifen versehen wird. Bei der Herstellung solcher Widerstände ist es empfehlenswert, an den Stellen der Anschlussstreifen zunächst eine Unterschicht gut leitenden Stoffes durch
Aufdampfen anzubringen und auf diese die weiteren Schichten, die die Anschlussstreifen bilden, aufzubringen.
Widerstände, deren Widerstandsschicht auf einem plattenförmigen Träger angeordnet ist, lassen sich auf einfache. : Weise abgleichen. Zu diesem Zweck wird eine Widerstandsschicht hergestellt, deren Ober- fläche zu gross ist, worauf jeweils ein Teil dieser Schicht entfernt wird, bis der verlangte Widerstandswert erreicht ist.
Werden die erfindungsgemässen Widerstände als Teile eines grösseren Ganzen in grösserer Zahl auf einer gemeinsamen, später zu teilenden Trägerplatte hergestellt, können durch eine Schablone auf dem gemeinsamen Träger die Widerstandsschichten mit einer bestimmten Formgebung angebracht werden.
Erfindungsgemässe Kondensatoren der eingangs erwähnten Art, welche eine Trägerplatte aus isolierendem Material, auf diese übereinandergeschichtete, als unterer Kondensatorbelag, Dielektrikum bzw. oberer Kondensatorbelag dienende Schichten (wobei der untere Kondensatorbelag seitlich unter der Dielektrikumschicht und dem oberen Kondensatorbelag herausragt) und auf den Kondensatorbelägen angeordnet, für die Zuleitung des elektrischen Stromes an den betreffenden Kondensatorbelag dienende lötbare Metallstreifen (Anschlussstreifen) aufweist, weisen das Merkmal auf, dass die Anschlussstreifen je aus wenigstens zwei Metallschichten aufgebaut sind, von denen wenigstens der untere eine aufgedampfte Schicht ist.
Zur Herstellung erfindungsgemässer Kondensatoren wird zweckmässig so vorgegangen, dass als unterer Kondensatorbelag eine gut leitende Schicht auf eine Trägerplatte aus isolierendem Material aufgedampft wird, worauf unter Abdeckung der für einen Anschlussstreifen bestimmten Stelle eine Schicht eines Isolierstoffes, die sich als Kondensatordielektrikum eignet, und darauf unter Abdeckung der für den Anschlussstreifen des unteren Kondensatorbelages bestimmten Stelle und der Stelle eines Kriechweges, eine gut leitende Schicht als oberer Kondensatorbelag aufgedampft wird, und dass auf beide Kondensatorbeläge darauf die Anschlussstreifen angebracht werden.
Danach wird vorteilhaft so vorgegangen, dass an den für die Anschlussstreifen bestimmten Stellen der Kondensatorbeläge unter Benutzung einer Maske durch Aufdampfen eine leitende Zwischenschicht aus einem Stoff, welcher in die Nachbarschichten eindiffundieren kann, angebracht wird und danach eine weitere Schicht aus Edelmetall angebracht und die Maske entfernt, gegebenenfalls der obere Kondensatorbelag unter Freilassung der Anschlussstreifen mit einer Schutzschicht, z. B. aus Lack oder Firnis, versehen und das Ganze derart erhitzt wird, dass das Material der Zwischenschicht eindiffundiert und die Schutzschicht erhärtet. Weiterbildungen dieses erfindungsge- mässen Verfahrens sehen vor, dass die Zwischenschicht durch das Aufdampfen von Gold, und die weitere Schicht aus Silber, hergestellt wird.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt schematisch verschiedene Stufen der Herstellung flacher Schaltelemente nach der Erfindung und illustriert deren Anwendung. Es zeigen : Fig. 1 eine Trägerplatte, auf welche eine Widerstandsschicht in einem bestimmten Muster aufgedampft ist ; Fig. 2 die gleiche Platte, die bereits mit Anschlussstreifen versehen ist, Fig. 3 einen der Stä-
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be, der durch Teilung der Platte nach Fig. 2 erhalten wird ; Fig. 4 gesonderte Elemente, welche durch Teilung des Stabes nach Fig. 3 erhalten werden ; Fig. 5 einen Schnitt durch einen erfindungsgemässen Widerstand in einer zur Längsrichtung der Anschlussstreifen senkrechten Ebene ; Fig. 6 einen Widerstand nach Fig. 5 oder einen Kondensator nach Fig. 18 der auf einer Platte mit gedruckter Verdrahtung ;
Fig. 7 eine Platte, die zur Herstellung von Kondensatoren mit elektrisch wirksamen Schichten (Kondensatorbelägen) versehen ist) ; Fig. 8 einen Schnitt durch diese Platte ; Fig. 9 die gleiche Platte, nachdem eine Schicht aus Isoliermaterial angebracht ist, welche als Dielektrikum dient ; Fig. 10 einen Schnitt durch die Platte nach Fig. 9 ; Fig. 11 die gleiche Platte, die mit einem zweiten Kondensatorbelag versehen ist ; Fig. 12 einen Schnitt durch die Platte nach Fig. 11 ; Fig. 13 die Platte nach Fig. 11, nachdem sie mit Anschlussstreifen versehen worden ist ; Fig. 14 die Platte nach Fig. 13, nachdem sie mit einer Schutzschicht versehen worden ist ; Fig. 15 einen Schnitt durch die Platte nach Fig. 13 ; Fig. 16 Stäbe, die durch Teilung der Platte nach Fig. 14 in Streifen erhalten sind ;
Fig. 17 einzelne Kondensatoren, die durch Teilung eines der Stäbe nach Fig. 16 erhalten sind ; Fig. 18 einen Schnitt durch einen solchen Kondensator in einer zur Längsrichtung der Anschlussstreifen senkrechten Ebene ; Fig. 19 einen Halter, auf den eine Anzahl flacher Schaltelemente nach der Erfindung gelegt sind und der dazu dient, diese Schaltelemente auf einer Platte mit gedruckter Verdrahtung festzulöten.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Trägerplatte aus Isolierstoff, z. B. Glas oder keramischem Material. Auf einer der flachen Seiten dieser Platte ist durch Ablagerung im Vakuum (Aufdampfen) auf bekannte Weise eine Schicht eines geeigneten Widerstandsmaterials angebracht. Es kann z. B. Chromnickel zu diesem Zweck benutzt werden, aber es ist auch möglich, die Schicht aus andern Materialien, andern Metalle- gierungen, Metallverbindungen, wie z. B. Oxyden und intermetallischen Verbindungen herzustellen. Es sind verschiedene Materialien zu diesem Zweck bekannt.
Um in einem einzigen Vorgang Widerstände verschiedener Werte herzustellen, sind eine Anzahl mit
2 bezeichneter Teilschichten verschiedener Gestalt und Grösse angebracht. Zu deren Herstellung wird beim Aufdampfen eine Schablone benutzt.
Zu dem gleichen Zweck kann die Platte 1 auch vollständig mit einer Widerstandsschicht überzogen werden, worauf bestimmte Teile dieser Schicht entfernt werden, so dass das gewünschte Muster zurückbleibt. Das Entfernen des überflüssigen Materials ist an sich bekannt.
Auf dem mit einer Widerstandsschicht versehenen Träger werden dann die Anschlussstreifen 3 angebracht (Fig. 2). Dies erfolgt dadurch, dass die Widerstandsschicht mit Ausnahme der für die Streifen bestimmten Stellen mit einer Maske abgedeckt wird. An den nicht durch die Maske abgedeckten Stellen wird aus der Dampfphase, im Vakuum, eine Schicht 4 (Fig. 5) niedergeschlagen, die aus einem Material besteht, das gut an der Widerstandsschicht haftet und an sich keinen nennenswerten Widerstandswert hat.
Geeignete Materialien sind : Eisen, Nickel, Kupfermanganlegierung, Silber und Gold. Auf dieser Schicht wird eine Schicht 5 eines Stoffes angebracht, der bei Erhitzung in die Schicht 4 einduffundieren kann. Zu diesem Zweck eignet sich Gold am besten. Darauf wird eine leitende Schicht 6 aus einem Edelmetall z. B. Silber angebracht. Diese Schicht braucht nicht durch Aufdampfung angebracht zu werden. Es können dazu andere, bekannte verfahren angewendet werden, z. B. Anstreichen oder Spritzen von Silberbrei, aus dem nachträglich durch Erhitzung eine reine Silberschicht erhalten werden kann. Dann werden die Teile zwischen den Anschlussstreifen 3 mit einer Schicht 7 aus Lack oder Firnis versehen, die durch Erhitzung eine harte Schutzschicht bildet.
Die so hergestellte Platte wird in einen Ofen eingeführt, in dem sie auf eine Temperatur von 300 bis 3500 C erhitzt wird. Infolge dieser Erhitzung dringt das Material der Zwischenschicht 5 in die Schichten 4 und 6 ein, so dass ein gut zusammenhängendes Ganzes entsteht. Gleichzeitig erhärtet die-Schicht 7.
Die Platte wird darauf in Stücke geteilt, indem sie längs der Linien A-A (Fig. 2) z. B. mittels eines rotierenden Sägeblattes durchgeschnitten wird. Dies ergibt die in Fig. 3 dargestellten Stäbe. Letztere werden wieder in Stücke geteilt, indem sie längs der Linien B-B durchgeschnitten werden, wodurch die in Fig. 4 dargestellten Schaltelemente erhalten werden. Nach dem Erhitzen können die Anschlussstreifen mit einer Schicht einer Lotlegierung 8 versehen werden. Dies kann vor oder nach dem Teilen der Platte erfolgen. Zu diesem Zweck kann die ganze Platte oder können die Teile in ein Bad geschmolzener Lotlegierung z. B. aus Zinn und Blei oder aus Zinn und Silber getaucht werden.
Geeignet bemessene Schaltelemente dieser Art lassen sich auf einer Platte mit gedruckter Verdrahtung sehr einfach befestigen. Zu diesem Zweck muss der gegenseitige Abstand L zwischen den Anschlussstreifen etwas kleiner als eine Teilung oder einganzzahliges Vielfaches des Rasters der Platte mit gedruckter Verdrahtung sein. Der Abstand zwischen den Mitten zweier Anschlussstreifen wird derart gewählt, dass die Streifen auf je einer Rasterlinie liegen können.
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In Fig. 6 bezeichnet 10 eine isolierende Trägerplatte ; U bezeichnet die verdrahtung, die auf der Platte 10 angebracht ist und mit welcher der Widerstand 9 verbunden werden soll. Der Widerstand 9 wird zu diesem Zweck mit den Anschlussstreifen auf die; Kontaktstellen der Verdrahtung gelegt. Indem der Widerstand erhitzt wird, werden die Anschlussstreifen an den Kontaktstellen festgelötet, so dass die elektrische Verbindung hergestellt wird. Weiteres L0tmaterial sowie das Ausrichten und Abschneiden von Anschlussdrähten, die bei Schaltelementen bisher üblicher Bauart meistens erforderlich sind erübrigen sich.
Die folgenden Figuren der Zeichnung beziehen sich auf ein Beispiel der Herstellung von Kondensatoren gemäss der Erfindung.
In Fig. 7 bezeichnet 12 wieder eine Trägerplatte z. B. aus Glas, auf der nach sorgfältiger Reinigung der Oberfläche eine aus zwei Teilen 13 und 14 bestehende, elektrisch wirksame Schicht eines gut leiten den Stoffes durch Aufdampfen angebracht ist, z. B. eine Schicht-aus Aluminium, Nickel oder Gold. Um einen freien Streifen 15 zwischen den Belägen 13 und 14 zu erzielen, wird dieser Streifen beim Aufdampfen durch eine Maske abgedeckt. Diese kann durch einen Streifen ferromagnetischen Materials gebildet werden, der durch einen unter der Platte vorhandenen Magneten während der verlangten Zeit gehalten wird. Die Schichten 13 und 14 dienen später als Kondensatorbeläge.
Nach dem Aufdampfen der Schichten 13 und 14 wird die Maske entfernt, worauf eine Schicht 16 aus Isoliermaterial aufgedampft wird. An den Seitenkanten werden Streifen 17 und 18 mit einer Maske abgedeckt, so dass die. nachträglich für Anschlussstreifen bestimmten Stellen freigelassen werden.
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der Schnitt an der richtigen Stelle durchgeführt werden. In diesem Falle ist es vorteilhaft, dass die Trä- gerplatte aus Glas hergestellt ist, da eine Glasplatte mit grosser Genauigkeit geschnitten werden kann.
Gewünschtenfalls kann man auch eine verhältnismässig rohe Teilung in etwas zu grosse Kondensato- ren machen, worauf mittels eines Verkleinerungsverfahrens jeder Kondensator auf die gewünschte Kapa- zität gebracht wird. Es können dabei bekannte Mittel zum Abschleifen einer Glasoberfläche benutzt wer- den.
Wenn die Kondensatoren auf einer Platte mit gedruckter Verdrahtung angebracht werden sollen, muss dafür gesorgt werden, dass die gegenseitigen Abstände der Anschlussstreifen dem Raster L (Fig. 8 und 13) der Platte entsprechen. Da die Kondensatoren alle die gleiche Breite haben, wird zum Erhalt verschiede- ner Kapazitätswerte deren Länge entsprechend gewählt.
Die in den Fig. 17 und 18 dargestellten Kondensatoren können auf der Platte mit gedruckter Ver- drahtung festgelötet werden, ohne dass Verbindungsdrähte notwendig sind, ähnlich wie vorstehend für den
Widerstand beschrieben ist. Es wird z. B. auf Fig. 6 hingewiesen, wo 9 auch einen Kondensator bezeich- nen kann.
Zum Montieren und Festlöten einer Anzahl von Schaltelementen nach der Erfindung auf einer Platte mit gedruckter Verdrahtung kann man vorteilhaft den in Fig. 19 dargestellten Halter benutzen. Dieser besteht aus einer flachen Platte 28 aus einem temperaturbeständigen Material, welche mit Höhlungen zur
Aufnahme je eines der Schaltelemente für eine bestimmte Schaltungsanordnung versehen ist. Einige dieser Höhlungen sind mit den Bezugsziffern 29, 30 und 31 bezeichnet. Um die richtige Lage dieser Schalt- elemente gegenüber der Platte zu erzielen, kann ein Bezugssystem verwendet werden, das durch Anschlagstifte 32 am Halter und die üblichen Referenzaussparungen der Platte gebildet wird.
Die Bezugsziffern 33,34, 35,36 und 37 bezeichnen Höhlungen der Platte 28 zur Aufnahme anderer Schaltelemente, die nicht die Gestalt der erfindungsgemässen Elemente haben, wie z. B. Transistoren, Transformatoren, Induktivitäten, usw.
Wenn alle Einzelteile angebracht sind und die Platte mit der gedruckten Verdrahtung richtig angeordnet ist, wird. alles zusammen durch den mit 38 bezeichneten Heizwiderstand erhitzt, wodurch die Lotlegierung an den Kontaktstellen festschmilzt. Die Verwendung eines Lötkolbens und das hinderliche Tauchen der Platte in ein Lötbad kommen auf diese Weise in Wegfall.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Flaches, elektrisches Schaltelement, das eine oder mehrere an einer Trägerfläche haftende, elektrisch wirksame Schichten und zwei oder mehrere auf dieser Schicht oder diesen Schichten flach angeordnete, für die Zuleitung des elektrischen Stromes an die betreffende Schicht dienende lötbare Metallstreifen (Anschlussstreifen) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstreifen je aus wenigstens zwei Metallschichten aufgebaut sind, von denen wenigstens die untere eine aufgedampfte Schicht ist.