DD213782A1

DD213782A1 - Widerstandsmaterial zur herstellung polymerer schichtsysteme

Info

Publication number: DD213782A1
Application number: DD24851283A
Authority: DD
Inventors: Hans-Joachim Teuschler
Original assignee: Elektronische Bauelemente Veb
Priority date: 1983-03-07
Filing date: 1983-03-07
Publication date: 1984-09-19

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik. Ziel ist es, einen Kompromiss von zwar guenstigen, aber sich gegenseitig ausschliessenden Bauelementeparametern, zu vermeiden. Die Aufgabe besteht darin, zur Herstellung polymerer Schichtsysteme eine entsprechende Kohlenstoffmodifikation als Widerstandskomponente neben bekannten und funktionsgemaessen Harzen und Loesungsmitteln einzusetzen.Erfindungsgemaess wird ein Sondergrafit angewendet, welcher durch Chlorierung von Carbiden bei hoeheren Temperaturen erhalten wird. Die Erfindung wird angewendet in der elektrotechnischen Bauelementeindustrie zur Herstellung von festen und veraenderbaren elektrischen Widerstaeden.

Description

Widerstandsmaterial zur Herste llung polynierer Schichtsyste me

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik und findet Anwendung in der Konsumgüterindustrie, der kommerziellen Technik sowie der Militär- und Weltraunrtechnik. Dieses Widerstandsmaterial gelangt in Forin von Pasten, wobei der Schwerpunkt in der Anwendung der Siebdrucktechnik liegt» als auch in Form von Suspensionen zum Einsatz, wobei diese Systeme durch Spritzen, Tauchen und Streichen weiter verarbeitet werden. Folgende Bauelementegruppen werden zur Herstellung von Widerstandsfunktionen erfaßt:

Chipwiderstände

Integrierte Widerstandsnetz^erke Hybridschaltungen

Veränderbare Widerstände

Charakteristik der "bekannten technischen Lösungen

Harzgebundene Schicht systeme auf der Basis von Kolloidkohlenstoffschichten unter Verwendung spezieller Ruß- und Kolloidgrafitsorten sind bekannt und begründen ihre Existenz voralletn für die folgenden Anwendungsfälle:

.- Festwiderstände, vor allem im hochohmigen Gebiet (10 bis 10 Ohm/Quadrat), im Hochspannungsgebiet (bis 30 KV/Quadrat) und für den Pattern- Zwischendruck auf Leiterplatten.

- Veränderbare Widerstände, vor allem als Potentiometer, Einstellregler und Flachbahnregler ♦

Zur Verbesserung der Bauelementeparameter, wie z.B. des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes, der Langzeitstabilität, der Betätigungsfestigkeit usw., wurden zahlreiche Kompositionen sowohl an der leitenden als auch an der isolierenden Phase vorgeschlagen. Speziell wurden Untersuchungen zum Kohlenstoffanteil durchgeführt. Hierbei wurde die gesamte bekannte Variationsbreite dieser Werkstoffvarianten einbezogen; also vom noritischen Kohlenstoff bis zu verschiedenen leitfähigen Rußen und Grafiten.

Es zeigt sich, daß im Ergebnis nur einander entgegenwirkende Parameter zu beeinflussen sind. Die Folge ist, daß in Bezug auf diese Parameter ein qualitativer Kompromiß für den entsprechenden Anwendungsfall gefunden werden muß. An dieser Stelle setzt die empirische Bearbeitungsweise ein. Das DDV?53 167 gibt hierzu Angaben zum Konzentrationsverhältnis von leitenden und nichtleitenden Komponenten und das DDWP47 227 zur Anwendung von niederohmigen Rußen und/oder hochmolekularen rußähnlichen Stoffen.

Ziel der Erfindung

Der nützliche Effekt besteht darin, da3 als Widerstandsmaterial auf Kohlenstoffbasis nur solcheKohlenstoffmodifikationen eingesetzt werden, die einen Kompromiß von zwar günstigen, aber sich gegenseitig ausschließenden Bauelementepararoetern vermeiden. Das Material soll sowohl in Pastenform siebdruckfähig als auch in Suspensionsform spritz-, tauch- und streichfähig -sein. Zur Herstellung der polymeren Schichtsysteme sollen die üblichen Produktionsmittel angewendet werden. Durch die Erhöhung der Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität sowie durch Verbesserung des Widerstandstemperaturkoeffizienten und der Wärmebeständigkeit sollen durch den Erfindungsgegenstand auch die Anwendungsgebiete erschlossen werden, die bisher hauptsächlich nur durch edelmetallhaltige Schichtsysteme möglich sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe besteht darin, daß für das Widerstandsmaterial zur Herstellung polymerer Schichtsysteme unter Verwendung •von bekannten und funktionsgemäßen Harzen und Lösungsmitteln eine entsprechende Eohlenstoffmodifikation als 7/iderstandskomponente eingesetzt wird.

Die Ursachen der Mangel liegen darin begründet, daß alle bekannten polymeren Schichtsysteme Qualitätskompromisse zu Lebensdauer-, Zuverlässigkeit-, Klima- u.a. Parametern aufweisen, und weiterhin den Mindestanforderungen an Temperaturkoeffizienten, Bausch- und Nichtlinearitäten entsprechen müssen.

Srfindungsgemäß wird ein Sondergrafit eingesetzt, welcher durch Chlorierung von Carbiden bei höheren Temperaturen gekommen wird.

SiC + 2 Gl₂ ~^U" ^υ G + Ta₂G + 3 Gl₂ a G + 2 TiC + 2 Gl₉ . σ +

Form und Größe der ursprünglichen Garbide bleiben erhalten , während sich die Kohlenstoffe nach den Pseudoraorphosen durch schwache und -verbreitete Röntgeninterferenzen auszeichnen. Aus diesen Gründen weisen die "eindimensional" gequollenen hexagonalen Kohlenstoffstrukturen gegenüber Rußen große Primärteilchen mit großen Mikroporenvolumina auf. Eine Veränderung dieser Strukturen durch thermische Einflüsse tritt erst oberhalb von 1 000 ⁰G auf. Eine Grafitierung ist erst bei ca. 2 800 ⁰G abgeschlossen. Die technologische Verarbeitung der speziellen Kohlenstoffphasen mit grafitähnlicher Struktur zu Widerstandssuspensionen bzw. Widerstandspasten erfolgt in bestimmten Konsentrationen unter Zusatz eines flüchtigen Lösungsmittels und eines wärmehärtbaren Harzes im Falle der Suspensionen. Im Falle der Widerstandspasten werden jedoch Polymere eingesetzt, die nicht zur weiteren Vernetzung ange-> regt zu werden brauchen. Ansonsten wird analog verfahren. Um bestimmte Widerstandsfunktionen zu realisieren kann ein bestimmtes Kornband'der erhaltenen Kohleηstoffmodifikation eingesetzt werden. Es kann aber auch eine Mischung verschiedener Kornbänder eingesetzt werden bzw. ein bestimmtes Kornbandverhältnis z.B. von zwei Kornfraktionen zum Einsatz gelangen.

Ausführungsbeispiel

Die Metallcarbide werden vor dem Reaktionsproaeß auf ein Mazimalkorn < 63 mm gesiebt. Es ist auf unverträgliche Verunreinigungen zu achten, vor allem durch metallische Phasen. Unter Umständen muß eine Zerkleinerung beispielsweise in einer Schwingmühle Vorgenommen werden.

Zur Chlorierung ausgewählter Metallcarbide, wie Silizium-, Titan- und Thalliumcarbid, wird zweckmäßig ein Rohrofen von ca. 10 ctd Weite und ca. 120 era temperierbarer Länge mit einer 8-10 Ohm-Widerstandswicklung und einer maximalen Leistungsaufnahme -von ca. 5 EW eingesetzt. Die Rohrenden sind mit Armierungen -versehen, welche die Zu- und Ableitung definierter Gase gestatten, so z.B. Stickstoff fUr die Aufheiz- und Abkühlungsperioden und Ohlor für die Reaktionsperiode.

Die Chlorierung der Carbide erfolgt in einem Schiffchen von ca. 50 am Länge und ca. 8 cm Breite. Die Füllung erfolgt bis zu einer Höhe von ca. 2 cm. Das Schiffchen wird in einem Rohrofen eingeführt und unter Stickstoffspülung auf die notwendigen Beaktionstemperatüren erhitzt. Die Einleitung von Chlor wird dosiert aus der Flasche durchgeführt. Es wird mit einem geringen Überschuß an Chlor gearbeitet. Die Reaktion ist nach ca» 10-15 min abgeschlossen. Die Abkühlung erfolgt ebenfalls unter Stickstoffspülung. An diesen Prozeß schließt sich eine Trennung durch Siebung und/oder Windsichtung in Kornbänder 0,5-2 /um, 2-5/um, 5-10/um, 10-30/um und 30 bis 60yum an.

Zur Herstellung der Suspensionen und Pasten mit Wider-

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Standscharakteristik im Spektrum von 10 bis 10 0hm/ Quadrat können alle üblichen Harssysterae eingesetzt werden, wie beispielsweise Ai$yde, Epoxide, Polyester, Phenoplaste usw,- Je nach Forderungen bezüglich erhöhter thermischer Stabilitäten des Systems bzw. der Dauerwärmebeständigkeit der Bauelementefunktionen ist die Auswahl zu treffen.

Als Lösungsmittel werden diejenigen mit entsprechenden funktioneilen Lösungseigenschaften verwendet. Nach dem Mischungs- und BeschichtungsprosseS werden sie quantitativ aus den Widerstandsschichten entfernt. Je nach Widerstandswert wird der Anteil an Spezialgrafit- und Harzkomponente in einem bestimmten Verhältnis eingesetzt.

Bei ca. 100 Ohm "beträgt die Konzentration des Grafits im Harz ca. 20-35 Gew. % und bei 10 Ohm/Quadrat ca. 5-10 Gew. %.

Um den Widerstandstenrperaturkoeffizienten und spezifischen Widerstand günstig zu "beeinflussen, können Mischungen -verschiedener Kornbänder des Grafits -verwendet werden.

Um die Suspensionen bzw. Pasten aufzubringen, werden die üblichen BeSchichtungstechnologien des Spritzens, Tauchens, Streichens und Siebdrucks als auch die üblichen Produktionsmittel angewendet.

Die notwendigen Aushärtungs- und/oder Trocknungsparameter, gegenbenenfalls mit einer 1-5 rain. UY-Hachbestrahlung, richten sich nach den jeweils verwendeten Harzkooiponenten und entsprechen dem bekannten Stand der Technik.

Claims

Erfindungsanspruch

. Widerstandsmaterial zur Herstellung polymerer Widerstandsschichten auf der Basis von grafitischen und/oder amorphen Kohlenstoff nach dem Pastenprinzip .-zum Siebdrücken oder dem Suspensionsprinzip zum Spritzen, Tauchen oder Streichen, ein organisches Bindemittel enthaltend, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandskomponente eine Kohlenstoffmodifikation eingesetzt "wird, welche durch Chlorierung von Metallcarbiden bei höheren Temperaturen erhalten -wird.
2» Widerstandsmaterial nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oarbide von Silizium, Titan oder Tantal eingesetzt werden, welche zwischen 500 und 800 ⁰G chloriert vrarden.
3« Widerstandsmaterial nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung bestimmter Schichtifliderstandsparameter ein Kornband eingesetzt wird oder nach Mischung verschiedene Kornbänder der erhaltenen Kohlenstoffraodifikation eingesetzt werden.