DE10139323C1

DE10139323C1 - Low resistance electrical resistor consists of a rectangular piece of sheet metallic resistance alloy with connection contacts galvanized onto the opposite ends

Info

Publication number: DE10139323C1
Application number: DE2001139323
Authority: DE
Inventors: Ullrich Hetzler
Original assignee: IsabellenHuette Heusler GmbH and Co KG; Isabellen Huette GmbH
Current assignee: IsabellenHuette Heusler GmbH and Co KG; Isabellen Huette GmbH
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2021-08-11

Abstract

The device consists of a rectangular piece of sheet metallic resistance alloy (1') with connection contacts (4',4'') galvanized onto the opposite ends. The ends of the sheet part and the connection contacts on these ends and the lateral surfaces (8) perpendicular to these ends and the connection contacts are aligned with respect to each other perpendicularly to the plane of the sheet part. AN Independent claim is made for a method of manufacturing a low resistance electrical resistor.

Description

Die Erfindung betrifft einen niederohmigen elektrischen Wider stand und ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß dem Ober begriff der unabhängigen Patentansprüche. Insbesondere handelt es sich um extrem niederohmige Präzisionswiderstände für Strom messzwecke in SMD- oder Chipbauweise.The invention relates to a low-resistance electrical resistance stood and a process for its manufacture according to the Ober concept of independent claims. In particular acts extremely low-resistance precision resistors for electricity Measuring purposes in SMD or chip design.

Bei einem aus der EP 0841668 A1 bekannten Verfahren zum Her stellen von SMD-Messwiderständen mit Widerstandswerten im Mil liohmbereich wird zunächst ein Laminat aus einem als Substrat dienenden Kupferblech, einer Folie aus einer Widerstandslegie rung auf Cu-Basis und einer zwischen ihnen befindlichen wärme leitenden Klebefolie gebildet. Auf der freien Oberseite der Le gierungsfolie werden dann Anschlusskontaktbereiche für die ein zelnen Widerstände photolithographisch definiert, galvanisch verkupfert und mit Nickel überzogen. Nach der galvanischen Me tallisierung wird die eigentliche Struktur der Widerstände und ihrer Anschlusskontakte durch Ätzen erzeugt. Die Widerstands struktur kann die übliche Vierpol- und/oder Mäanderform haben. Das Vereinzeln der Widerstände kann mit einer Laserschneidanla ge oder vorzugsweise durch Zerbrechen der Klebefolie nach beid seitigem Durchätzen der Metallschichten längs der vorgesehenen Trennlinien erfolgen. Dieses bekannte Verfahren ist relativ aufwendig. Vor allem aber ist es kaum möglich, durch das bisher notwendige Ätzen Widerstände mit genau definierten Widerstands werten zu erzeugen. Besonders schwierig ist es, auf die Legie rungsfolie aufgalvanisierte Anschlusskontakte durch Ätzen zu strukturieren, ohne das darunter befindliche Legierungsmetall anzugreifen, wobei die Präzision außerdem durch die für das Ät zen typische undefinierte Form der Stirnflächen der Anschluss kontakte beeinträchtigt wird, die nicht genau senkrecht zur Oberfläche, sondern mehr oder weniger konkav bis in die Legie rungsoberfläche verlaufen.In a method for manufacturing known from EP 0841668 A1 of SMD measuring resistors with resistance values in the mil Liohm range is first a laminate from a substrate serving copper sheet, a foil from a resistance alloy Cu based and a heat between them conductive adhesive film formed. On the free top of the Le embossing foil are then connection contact areas for the one individual resistors defined photolithographically, galvanically copper-plated and coated with nickel. After the galvanic measurement the actual structure of the resistors and their connection contacts generated by etching. The resistance structure can have the usual four-pole and / or meandering shape. The separation of the resistors can be done with a laser cutting machine ge or preferably by breaking the adhesive film after both etching through the metal layers along the intended Separation lines are made. This known method is relative consuming. Above all, however, it is hardly possible thanks to this necessary etching resistors with precisely defined resistance to generate values. It is particularly difficult on the Legie galvanized connection contacts by etching structure without the underlying alloy metal attack, the precision also by the for the Et zen typical undefined shape of the end faces of the connection contacts that are not exactly perpendicular to the Surface, but more or less concave down to the alloy surface.

Bei einem anderen, aus der EP 0484756 B1 bekannten Verfahren werden Anschlusskontakte einer auf ein Substrat geklebten in üblicher Weise strukturierten Widerstandsfolie ggf. nach einer galvanischen Vorverzinnung der Anschlussbereiche als Paste im Siebdruckverfahren auf die Folie aufgebracht und dann in kom pakte "Perlen" umgeschmolzen. Auch hier kann der gewünschte präzise Widerstandswert nur durch anschließendes Abgleichen er reicht werden.In another method known from EP 0484756 B1 are connecting contacts of a glued in on a substrate in the usual way structured resistance film, if necessary after a galvanic pre-tinning of the connection areas as paste in the Screen printing process applied to the film and then in com pacts "pearls" remelted. Here, too, the one you want precise resistance value only by subsequent adjustment be enough.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Präzisionswiderständen der betrachteten Art an zugeben, das einfacher ist als vergleichbare bekannte Verfahren und insbesondere die Bildung der Anschlusskontakte ohne Ätzen ermöglicht.The invention has for its object a method for Manufacture of precision resistors of the type under consideration admit that is simpler than comparable known methods and in particular the formation of the connection contacts without etching allows.

Diese Aufgabe wird durch das in den Patentansprüchen angegebene Verfahren gelöst.This object is achieved by what is stated in the claims Procedure solved.

Erfindungsgemäß können mit wenigen einfachen Arbeitsgängen Prä zisionswiderstände im Milliohm-Bereich hergestellt werden, die mit Widerstandstoleranzen von maximal ±5% keinen nachträgli chen Abgleich erfordern. Weder die Anschlusskontakte noch die Legierungsbereiche müssen geätzt werden, womit die Nachteile der ätztechnischen Strukturierung vermieden werden, nämlich die Ausbildung auslaufender, nicht senkrechter Ätzflanken, die zu großen Schwankungen des Widerstandswertes und schlechter Repro duzierbarkeit führen.According to the invention, Pre precision resistors in the milliohm range are manufactured, the with resistance tolerances of max. ± 5% no later require adjustment. Neither the connection contacts nor the Alloy areas have to be etched, with the disadvantages the etching structuring can be avoided, namely the Formation of leaking, non-vertical etching flanks leading to large fluctuations in the resistance value and poor reproduction leadability.

Vorteilhaft wirkt sich aus, dass erfindungsgemäß nach fotoli thografischer Definition der Abscheidungsflächen die ver gleichsweise dicken Kupfer-Kontaktschichten sehr genau galva nisch abgeschieden werden können, wobei insbesondere die zu der Hauptfläche des Bleches senkrechte Ausbildung und die Position der dem aktiven Widerstandsbereich zugewandten Flanken wichtig sind.The fact that according to fotoli according to the invention has an advantageous effect thographic definition of the separation areas the ver equally thick copper contact layers very precisely galva niche can be deposited, in particular the to Main surface of the sheet vertical formation and the position of the flanks facing the active resistance area is important are.

Die zweite Voraussetzung zur erfindungsgemäßen Herstellung ge nauer Widerstände ist die Erzeugung einer definierten Breite durch Zersägen des galvanisierten Bleches.The second prerequisite for ge production according to the invention exact resistances is the creation of a defined width by sawing the galvanized sheet.

Durch das Sägen ergibt sich eine wesentlich höhere Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Widerstände als bei anderen Trenn verfahren wie Ätzen und z. B. auch bei der an sich ebenfalls möglichen Verwendung von Lasern. Außerdem kann durch das Sägen die Anzahl der bei einer gegebenen Nutzfläche herstellbaren Wi derstände maximiert werden.Sawing results in much higher accuracy and reproducibility of the resistances than with other isolators proceed like etching and z. B. also in itself possible use of lasers. In addition, by sawing the number of Wi that can be produced for a given usable area can be maximized.

Das Verfahren eignet sich insbesondere für die Herstellung ex trem niederohmiger Widerstände vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 mΩ bis 5 mΩ in großen Stückzahlen, doch können auch Wider stände mit noch niedrigeren oder mit höheren Widerstandswerten hergestellt werden, z. B. 0,01-50 mΩ. Die Widerstände sind dar über hinaus flexibel und können je nach gewünschter Belastbar keit fast beliebig groß oder klein hergestellt werden. Da der erfindungsgemäß hergestellte Widerstand nur aus Metall ohne die bei den erwähnten bekannten Verfahren verwendete organische Kleberschicht besteht, hat er den Vorteil hoher Temperaturbe ständigkeit und hoher Belastbarkeit. In den für diesen Wider stand typischen Anwendungsfällen genügt es, die Verlustwärme über die Anschlusskontakte abzuleiten, beispielsweise in eine Schaltungsplatte, auf deren Oberfläche die Widerstände gemäß der SMD-Technik montiert werden.The method is particularly suitable for the production of ex tremendously low resistance, preferably in the range of about 0.5 mΩ to 5 mΩ in large quantities, but can also contr stands with even lower or with higher resistance values are produced, e.g. B. 0.01-50 mΩ. The resistances are there beyond flexible and can be resilient depending on the desired load can be made almost any size or size. Since the Resistor manufactured according to the invention only from metal without the Organic used in the known methods mentioned There is an adhesive layer, it has the advantage of high Temperaturbe durability and high resilience. In the for this contra typical applications, it is sufficient to use the heat loss derive via the connection contacts, for example in a Circuit board, on the surface of which the resistors according the SMD technology.

An dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen On the embodiment shown in the drawing the invention explained in more detail. Show it

Fig. 1 die verschiedenen Schritte oder Stufen des Verfah rens; und FIG. 1 shows the various steps or stages of the procedure; and

Fig. 2 eine schematische schrägbildliche Darstellung eines erfindungsgemäß hergestellten Widerstands. Fig. 2 is a schematic oblique representation of a resistor manufactured according to the invention.

Gemäß Fig. 1A) wird im ersten Verfahrensschritt ein blankes rechteckiges Blech 1 aus einer metallischen Widerstandslegie rung mit eine Photoresistschicht 2 bedeckt, die in der bei der Photolithographie üblichen Weise durch eine Photomaske (nicht dargestellt) belichtet werden kann. Das Blech 1 kann in prakti schen Fällen eine Nutzfläche von z. B. etwa 300 × 400 mm haben und zwischen 0,1 und 1 mm dick sein. Es besteht vorzugsweise aus einer der bewährten Widerstandslegierungen auf Cu-Basis wie z. B. CuMn12Ni od. dgl.According to Fig. 1A) in the first step of the process, a bare rectangular sheet 1 made of a metallic resistance alloy is covered with a photoresist layer 2 , which can be exposed in the usual manner in photolithography through a photomask (not shown). The sheet 1 can in practical cases rule a usable area of z. B. have about 300 × 400 mm and be between 0.1 and 1 mm thick. It preferably consists of one of the proven copper-based resistance alloys such as B. CuMn12Ni or the like.

Im nächsten Schritt gemäß Fig. 1B) wird in ebenfalls an sich bekannter Weise durch partielles Entfernen die photolithogra phische Struktur der Photoresistschicht 2 gebildet. Diese als Abdeckmaske dienende Struktur besteht aus einer Vielzahl sich über die gesamte Breite oder Länge der in der Zeichnung oberen Oberfläche des Bleches 1 oder wenigstens der zu nutzenden Ober fläche erstreckender paralleler Streifen 2', die in der Regel die gleiche Breite und gleiche, über die gesamte Streifenlänge gleichbleibende gegenseitige Abstände haben.In the next step according to FIG. 1B), the photolithographic structure of the photoresist layer 2 is formed in a manner known per se by partial removal. This structure, which serves as a mask, consists of a plurality of parallel strips 2 'extending over the entire width or length of the upper surface of the sheet 1 in the drawing or at least the upper surface to be used, which generally have the same width and the same over which the entire strip length have constant mutual distances.

Vor, nach oder gleichzeitig mit der photolithographischen Strukturierung der Photoresistschicht 2 wird die Unterseite des Bleches 1 mit einer Schutzfolie 3 bedeckt, die bei der an schließenden Galvanisierung eine Metallisierung der Blechunter seite verhindert.Before, after or at the same time as the photolithographic structuring of the photoresist layer 2 , the underside of the sheet 1 is covered with a protective film 3 which prevents metallization of the underside of the sheet during the subsequent galvanization.

Fig. 1C) zeigt die Verfahrensstufe nach der galvanischen Ab scheidung von Kupfer auf den zwischen den Streifen 2' der Ab deckmaske frei gelassenen Blechstreifen. Die abgeschiedenen Kupferstreifen 4 erstrecken sich folglich ebenfalls mit unter einander gleicher Breite und gleichen, über die gesamte Strei fenlänge gleichbleibenden gegenseitigen Abständen über die ge samte Breite oder Länge der Nutzenoberfläche des Bleches 1. Fig. 1C) shows the process stage after the galvanic separation of copper from the sheet mask between the strips 2 'of the mask mask left blank. The deposited copper strips 4 consequently also extend with the same width and the same mutual mutual spacing over the entire length of the strip over the entire width or length of the utility surface of the plate 1 .

In der Verfahrensstufe gemäß Fig. 1D) sind die Photore siststreifen 2' entfernt und durch Schutzlack ersetzt worden. Die Schutzlackstreifen 5 können beispielsweise von Hand durch Spachteln oder Rakeln aufgebracht werden. Sie verhindern eine Metallisierung der zwischen den Kupferstreifen 4 liegenden Be reiche des Bleches 1 bei einer nachfolgenden galvanischen Ver stärkung der Kupferstreifen und schützen im übrigen später e benso wie die Schutzfolie 3 die Oberfläche des Legierungsberei ches des fertigen Widerstands.In the process stage according to FIG. 1D), the photoresist strips 2 'have been removed and replaced by protective lacquer. The protective lacquer strips 5 can be applied, for example, by hand using spatulas or doctor blades. They prevent a metallization of the areas between the copper strips 4 Be the sheet 1 in a subsequent galvanic Ver reinforcement of the copper strips and protect later e e as well as the protective film 3, the surface of the alloy range of the finished resistor.

Gemäß Fig. 1E) kann auf den Kupferstreifen 4 galvanisch weite res Kupfer zur Verstärkung der Kontakte und/oder ein zusätzli ches Metall abgeschieden werden. Durch eine Zinnschicht 6 auf der Kupferoberfläche wird diese vor Anlaufen geschützt und das spätere Auflöten des Widerstands auf eine Schaltungsplatte od. dgl. erleichtert. Die Streifen 4 mit der Zinnschicht 6 bilden die Anschlusskontakte der zu erzeugenden einzelnen Widerstände.According to FIG. 1E), copper can be deposited on the copper strip 4 in order to reinforce the contacts and / or an additional metal. A tin layer 6 on the copper surface protects it from tarnishing and the subsequent soldering of the resistor onto a circuit board or the like is made easier. The strips 4 with the tin layer 6 form the connection contacts of the individual resistors to be produced.

Nun können die insoweit bereits fertig gestellten Präzisionswi derstände vereinzelt werden. Zu diesem Zweck wird das mit den Anschlusskontakten versehene Blech 1 längs senkrecht zu der Blechoberfläche und senkrecht zueinander verlaufender Gruppen von Schnittebenen zertrennt. Die Schnittebenen der einen dieser beiden Gruppen verlaufen parallel zu den Kupferstreifen 4 und somit zu einem der Ränder des Bleches 1 durch das gesamte Blech und liegen jeweils in der Mitte eines der Kupferstreifen 4, die dadurch jeweils in zwei gleiche Streifenteile zertrennt werden, längs der Pfeile 7 in Fig. 1E) und in Figur F). In Figur F) ist als letzte oder vorletzte Verfahrensstufe der vereinzelte Wi derstand oder ein noch längs der zweiten Gruppe von Schnittebe nen zu zerteilender Streifen dargestellt. Die Schnittebenen der zweiten Gruppe verlaufen parallel zu dem anderen Blechrand e benfalls durch das gesamte Blech längs der seitlichen Ränder der einzelnen Widerstände.The precision resistors that have already been completed can now be separated. For this purpose, the sheet metal 1 provided with the connection contacts is cut longitudinally perpendicular to the sheet metal surface and perpendicular to each other groups of cutting planes. The cutting planes of one of these two groups run parallel to the copper strips 4 and thus to one of the edges of the sheet 1 through the entire sheet and lie in the middle of one of the copper strips 4 , which are thereby separated into two identical strip parts, along the arrows 7 in Fig. 1E) and in Figure F). In FIG. F), the last resistance or the penultimate stage of the process is the isolated resistance or a strip to be divided along the second group of sectional planes. The cutting planes of the second group run parallel to the other sheet edge, likewise through the entire sheet along the lateral edges of the individual resistors.

Diese Vereinzelung der Widerstände erfolgt am besten durch Zer sägen an den einzelnen Schnittebenen. Das Sägen hat den Vor teil, dass sehr präzise die jeweils gewünschten Abmessungen der Widerstände mit zu der Blechebene genau senkrechten ebenen Schnittflächen gewährleistet werden können. Hierfür geeignete Präzisionssägemaschinen, die z. B. optisch mit dem galvanisier ten Blech ausgerichtet (referenziert) werden können und mit ho her Genauigkeit im µm-Bereich arbeiten, sind an sich bekannt und im Handel erhältlich. Das Blech wird zum Zersägen zweckmä ßig auf eine Unterlage geklebt, von deren Klebeschicht die ver einzelten Widerstände dann problemlos gelöst werden können. Zweckmäßig wird das galvanisierte Blech zunächst längs einer der beiden Gruppen von Schnittebenen in einzelne Streifen zer sägt, die dann ihrerseits zur Bildung der einzelnen Widerstände zersägt werden. Je nach Art der Sägemaschine könnten theore tisch auch mehrere Streifen gleichzeitig abgesägt bzw. zersägt werden. Aus einem Blech mit dem oben als Beispiel erwähnten Nutzen von ca. 300 × 400 mm lassen sich auf die hier beschrie bene Weise mehrere 10.000 Widerstände aussägen.This separation of the resistors is best done by Zer saw on the individual cutting planes. Sawing has the upside part that very precisely the dimensions of each desired Resistors with levels exactly perpendicular to the sheet level Cut surfaces can be guaranteed. Suitable for this Precision sawing machines, e.g. B. optically with the galvanizing th sheet can be aligned (referenced) and with ho accuracy in the µm range are known per se and commercially available. The sheet is expedient for sawing glued to a base, the ver individual resistors can then be easily solved. The galvanized sheet is first expediently along one the two groups of cutting planes into individual strips then saws to form the individual resistors be sawn. Depending on the type of sawing machine, theories could table also sawed or sawn several strips at the same time become. From a sheet with the example mentioned above Use of approx. 300 × 400 mm can be described here saw out several 10,000 resistors.

Der nach dem letzten Verfahrensschritt entstandene einzelne Wi derstand ist schematisch (nicht maßstabsgetreu) in Fig. 2 dar gestellt. Der fertige Widerstand besteht aus dem rechteckigen Legierungsblechstück 1', an dessen entgegengesetzten Enden die rechteckigen Anschlusskontakte 4' und 4" mit den Zinnschichten 6', 6" aufgalvanisiert sind. Die durch das galvanische Ab schneiden von Kupfer ggf. in mehreren Schichten gebildeten An schlusskontakte sind vorzugsweise relativ dick, u. a. um guten Eingang und Ausgang des Stroms in die bzw. aus der Legierung zu gewährleisten. Beispielsweise kann die Dicke des Kupfers unge fähr 50-100 µm betragen. The individual resistance created after the last process step is shown schematically (not to scale) in FIG. 2. The finished resistor consists of the rectangular piece of alloy sheet metal 1 ', at the opposite ends of which the rectangular connection contacts 4 ' and 4 "are galvanized with the tin layers 6 ', 6 ". The connection contacts formed by the galvanic cutting of copper, possibly in several layers, are preferably relatively thick, inter alia in order to ensure good input and output of the current into and from the alloy. For example, the thickness of the copper can be approximately 50-100 μm.

Wie ersichtlich ist, hat der Widerstand an den genannten entge gengesetzten Enden ebene Stirnflächen 7 der Anschlusskontakte und des Blechstücks 1' selbst, die genau senkrecht zu der Blechebene miteinander fluchten. Dasselbe gilt für die beiden seitlichen Stirnflächen 8 der Anschlusskontakte und des Blech stücks 1'. Zwischen den Anschlusskontakten befindet sich die Schutzlackschicht 5', während die den Kontakten abgewandte O berfläche des Widerstands noch von der Schutzfolie 3' bedeckt sein kann.As can be seen, the resistance at the opposite opposite ends has flat end faces 7 of the contacts and the sheet metal piece 1 'itself, which are aligned exactly perpendicular to the sheet metal plane. The same applies to the two lateral end faces 8 of the connection contacts and the sheet metal piece 1 '. The protective lacquer layer 5 'is located between the connection contacts, while the surface of the resistor facing away from the contacts can still be covered by the protective film 3 '.

Claims

1. Low-resistance electrical resistance, consisting of a rectangular piece of sheet metal ( 1 ') made of a metallic resistance alloy and on the sheet metal piece ( 1 ') at opposite ends galvanized connection contacts ( 4 ', 4 "), the end faces ( 7 ) of the sheet metal piece ( 1 ') and the connection contacts ( 4 ', 4 ") at these ends and the side faces ( 8 ) of the sheet metal piece ( 1 ') and the connection contacts ( 4 ', 4 ") adjacent to these end faces ( 7 ), each perpendicular to the sheet metal plane are aligned.

2. Resistor according to claim 1, characterized in that its resistance value is between about 0.5 mΩ and about 5.0 mΩ is.

3.Procedure for the production of low-resistance electrical resistors, in which, on photolithographically defined areas of a metallic resistance alloy, the sheets ( 1 ) galvanically deposit a metal to form connection contacts ( 4 ) for a large number of individual resistors and that with the connection contacts ( 4 ) provided sheet metal ( 1 ) is divided into the individual resistors, characterized by the process steps
photolithographic production of a mask, which is formed by a multiplicity of parallel strips ( 2 '), which extend over the one surface of the sheet ( 1 ) and are at equal mutual spacings;
Electroplating of the sheet ( 1 ) only on its surface which carries the mask for depositing the contact metal on the sheet metal strip lying between the parallel mask strips ( 2 '); and
Cutting the galvanized sheet ( 1 ) lengthways perpendicular to the sheet surface and perpendicular to each other groups of cutting planes, of which one cutting plane ( 7 ) parallel to the contact strips ( 4 ) each cut one of the connecting contact strips, while the other cutting planes resisted separate from one another at their edges running transversely to the connection contact strips ( 4 ).

4. The method according to claim 3, characterized in that the galvanized sheet ( 1 ) is sawn zer to separate the resistors.

5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the back of the sheet ( 1 ) is covered with a protective film ( 3 ) before the galvanization.

6. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that after the deposition of the terminal contact metal, the mask strips ( 2 ') are removed and a protective lacquer ( 5 ) is applied in their place.

7. The method according to any one of claims 3 to 6, characterized in that at least one additional layer ( 6 ) made of the same metal or of a different metal is applied galvanically to the connection contact strips ( 4 ) before the resistors are separated.

8. The method according to any one of claims 3 to 7, characterized in that a sheet ( 1 ) is copper-plated from a Cu alloy to form the connection contact strips and the copper strips ( 4 ) are tinned.

9. The method according to any one of claims 3 to 8, characterized in that the length, width and thickness of the pieces of sheet metal ( 1 ') remaining after the singling of the resistors and the mutual distance between the remaining connecting contacts ( 4 ', 4 ") for Resistance values between about 0.1 mΩ and about 5 mΩ can be measured.