DE10159587B4

DE10159587B4 - Widerstand und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10159587B4
Application number: DE10159587A
Authority: DE
Inventors: Kenji Okamoto; Kazuhiro Imamura
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: US6528860B2; JP2002175901A; DE10159587A1; CN1256736C; US20020140038A1; JP3803025B2; CN1359111A

Abstract

Widerstand umfassend:
eine Widerstandsplatte (2) aus einer elektrischen Widerstandslegierung, die 42,0 bis 48,0 Gewichts-% Nickel, 0,3 bis 2,5 Gewichts-% Mangan, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht, sowie Kupfer enthält, wobei der Gesamtgehalt an Kupfer, Nickel und Mangan nicht weniger als 98 Gewichts-% beträgt und eine Korngrenze der Legierung in Form eines Hohlraums geätzt ist,
eine Harzisolierschicht (3), die auf die Widerstandsplatte (2) geschichtet ist, und
eine metallische Wärmeableitplatte 4, die auf die der Widerstandsplatte (2) abgewandte Seite der Harzisolierschicht (3) geschichtet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strommeßwiderstand zur Verwendung bei einem Stromrichter, etwa einem Wechselrichter.

Bei Stromrichtern wie Wechselrichtern oder Leistungsmodulen mit einem IGBT oder ähnlichem wird zur genauen Messung eines hohen Stroms von bis zu 400 A ein 0,1 bis 100 mΩ Widerstand hoher Genauigkeit verwendet. Dabei muß dafür gesorgt werden, daß die infolge des hohen Stroms von dem Widerstand erzeugte Wärme abgeleitet wird. Zu diesem Zweck wird ein Widerstand eingesetzt, bei dem gemäß Darstellung in 1 eine Widerstandsplatte 2 aus einer Widerstandslegierung unter Zwischenlage einer Harzisolierschicht 3 auf eine metallische Wärmeableitplatte 4 geschichtet ist. Solch ein aus drei Schichten zusammengesetzter Widerstand ist in der JP 3-16799B und der JP 10-149901A offenbart.

Eine Kupfer-Mangan-Legierung, eine Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung oder eine Kupfer-Nickel-Legierung mit hohem spezifischen Widerstand wird als Widerstandslegierung zur Messung eines elektrischen Stroms mit hoher Genauigkeit verwendet. Die Warenbezeichnung Manganin ist als Beispiel einer Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung bekannt. Warennamen wie Advance oder Ideal mit kleinen Mengen an Mn, Fe und Si sowie Konstantan sind als Beispiele für die Kupfer-Nickel-Legierung bekannt.

Der oben beschriebene Schichtwiderstand ist jedoch mit folgenden Problemen behaftet.

2 zeigt den Verlauf des Temperaturkoeffizienten des Widerstands von Manganin (mit 85 % Kupfer, 12 % Mangan, 2 % Nickel und 1 % Eisen) als einer typischen Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung, sowie von der Kupfer-Nickel-Legierung (mit 54,5 % Kupfer, 43,7 % Nickel und 1,8 % Mangan). Im Fall der Kupfer-Mangan-Legierung oder der Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung, die im großen Ausmaß eingesetzt wird, ist der Absolutwert des Temperaturkoeffizienten des Widerstands mit 10 ppm/°C oder weniger innerhalb eines Temperaturbereichs von Raumtemperatur bei etwa 60°C außerordentlich klein, steigt jedoch bei Temperaturen außerhalb dieses Bereichs, also unterhalb und oberhalb des Bereichs, an. Im Gegensatz dazu beträgt der Absolutwert des Temperaturkoeffizienten des Widerstands der Kupfer-Nickel-Legierung nahezu konstant 15 ppm/°C oder weniger unabhängig von der Temperatur. Stromrichter, bei denen die Temperatur über 100°C steigt, erfordern daher den Einsatz der Kupfer-Nickel-Legierung, deren Temperaturkoeffizient des Widerstands bei hoher Umgebungstemperatur gering ist.

Wenn die Widerstandsplatte 2 Strom führt, wird Joulsche Wärme erzeugt. Damit der Strom korrekt gemessen wird, muß der Stromrichter den Temperaturanstieg dieser Widerstandsplatte 2 so steuern, daß ein Temperaturanstieg innerhalb des Stromrichters infolge dieser erzeugten Wärme verhindert wird. Der Schichtwiderstand strahlt die erzeugte Wärme über die Harzisolierschicht 3 ab und wird dadurch gekühlt. Deshalb sollte die Wärmeleitfähigkeit der Harzisolierschicht 3 so hoch wie möglich sein.

Das Zusetzen größerer Mengen an anorganischem Füllstoff ist für die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit vorteilhaft. Die Menge an anorganischem Füllstoff, die zum Harzmaterial beim herkömmlichen Schichtwiderstand zugesetzt wird, beträgt maximal 70 Gewichts-%, und der Widerstand weist eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Wärmewiderstand auf. Die Kühleigenschaften sind daher nicht zufriedenstellend. Ein Harzmaterial, dem 80 bis 90 Gewichts-% anorganischer Füllstoff zugesetzt sind, um die Wärmeabstrahleigenschaft zu verbessern, weist eine größere Kontaktfläche zwischen dem Füllstoff und der Metallfläche auf, was die Haftung mit der Widerstandsplatte 2 verschlechtert. Zur Verbesserung der Haftung wird die Haftfläche gewöhnlich aufgerauht. Eine elektrolytische Kupferfolie oder ähnliches zur Verwendung bei einer gedruckten Leiterplatte wird auf eine Tiefe von 5 bis 15 μm aufgerauht. Selbst ein stark versetztes Harzmaterial mit 80 bis 90 Gewichts-% anorganischem Füllstoff hat einen starken Ankereffekt. Im Fall einer gerollten Kupferfolie mit einer glatten Fläche, werden in einem sogenannten Schwärzungsprozeß Nadelkristalle aus oxidiertem Kupfer zum Aufrauhen der Oberfläche auf der Oberfläche ausgebildet. Kürzlich wurde die Oberfläche von Kupfer über eine Tiefe von etlichen μm in einem sogenannten Mikro-Ätzprozeß aufgerauht.

Eine gerollte Platte, die als Widerstandsplatte 2 zur Verwendung bei herkömmlichen Schichtwiderständen dient, weist eine glatte Oberfläche auf. Aus diesem Grund kann die Oberfläche nicht aufgerauht werden, es sei denn der Aufrauhprozeß wird wie im Fall einer gerollten Folie ausgeführt. Wie bei der gerollten Kupferfolie kann die oben erwähnte Kupfer-Mangan-Legierung oder Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung leicht geschwärzt oder mikrogeätzt werden, da sie mit 82 bis 85 % eine große Menge an Kupfer beinhaltet. Dagegen kann die Kupfer-Nickel-Legierung, deren Temperaturkoeffizient des Widerstands innerhalb eines weiten Temperaturbereichs auf niedrigem Wert konstant ist, nur schwer oxidiert werden, weshalb es schwierig ist, die Kupfer-Nickel-Legierung so aufzurauhen, wie die Kupfer-Mangan-Legierung oder die Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung.

Wenn der Widerstand zur besseren Kühlung direkt auf eine auf Erdpotential befindliche Metallplatte eines Leistungsmoduls montiert wird, liegt die Schaltungsspannung des Stromrichters an der Harzisolierschicht 3 an. Diese Spannung kann einen Spitzenwert von maximal 1000 V erreichen. Folglich muß die Harzisolierschicht eine hohe dielektrische Festigkeit aufweisen und für einen langen Zeitraum behalten.

Die US 5,469,131 A offenbart einen Widerstandskörper zur Messung von Überstrom, der in Form eines Widerstandsmusters auf einem Harzfilm ausgebildet ist. Als Beispiele für das Material des Widerstandsmusters sind angegeben: eine Cu-Ni Legierung aus 55 Gew.-% Cu und 45 Gew.-% Ni mit einem Widerstands-Temperaturkoeffizienten von 15 ppm; eine Legierung aus 58 Gew.-% Cu und 42 Gew.-% Ni mit einem Widerstands-Temperaturkoeffizienten von etwa Null; eine Cu-MN Legierung aus 50 bis 80 Gew.-% Cu und 12 bis 30 Gew.-% Mn mit einem Widerstands-Temperaturkoeffizienten von 1 ppm; eine Cu-Ni Legierung aus 50 bis 80 Gew.-% Cu und 2 bis 16 Gew.-% Ni mit einem Widerstands-Temperaturkoeffizienten von 1 ppm; und eine Ni-Cr Legierung, die ebenfalls einen niedrigen Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweist.

Die JP 11-245328 A offenbart einen Meßwiderstand für Überstrom mit einem spezifischen Volmenwiderstand von 0,1 bis 0,8 μΩ·m, der auf eine oder beide Seiten einer Keramikplatte, insbesondere eine Aluminumnitrid-Platte eine Dicke von 0.3 to 2 mm gelötet ist, deren Wärmeleitfähigkeit 100 W/mK oder mehr beträgt. Als Widerstandsmaterial werden eine Cu-Mn Legierung, eine Cu-Ni Legierung und eine Cu-Mn-Ni Legierung vorgeschlagen. Der Mn-Anteil liegt bei 0.5 bis 13 Gew.-% und der Ni-Anteil bei 1 bis 48 Gew.-%.

Die JP 2000-031643 A beschreibt eine Mehrschicht-Leiterplatte mit einer leitenden Unterschicht, auf der sich eine isolierende Harz-Zwischenschicht befindet. Die Unterschicht besitzt eine mittels eines Ätzmittels aufgerauhte Oberfläche, auf die ein Metal aus der Gruppe Titan, Aluminium, Zink, Eisen, Indium, Thallium, Kobalt, Nickel, Zinn, Blei, Bismut, und Edelmetallen geschichtet ist. Erst auf diesem Metall befindet sich die Zwischenschicht.

Die DE 196 46 441 A1 offenbart einen elektrischen Widerstand mit einer aus einer Widerstandslegierung bestehenden Metallfolie, einem aus gut wärmeleitfähigem Metall bestehenden Substrat und einer zwischen der Widerstandsfolie und dem Substrat befindlichen und diese fest miteinander verbindenden Klebeschicht aus einem mit Pulver aus wärmeleitfähigem Isoliermaterial gefüllten Kunststoffmaterial.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schichtwiderstand der genannten Art so auszubilden, daß eine hohe Haftfestigkeit zwischen einer Widerstandsplatte aus einer Kupfer-Nickel-Legierung und einem wärmeleitenden Harzmaterial besteht, und der einen niedrigen spezifischen Wärmewiderstand, ausgezeichnete Kühleigenschaften und ausgezeichnete Isoliereigenschaften aufweist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Widerstand zur Verwendung bei einem Stromrichter zu schaffen, der einen geringen Temperaturkoeffizienten innerhalb eines weiten Temperaturbereichs, eine hohe Genauigkeit bei der Strommessung, eine hohe Haftfestigkeit zwischen einer Widerstandsplatte und einer wärmeleitenden Harzplatte, eine hohe Wärmeleitfähigkeit, ausgezeichnete Kühleigenschaften und ausgezeichnete Isoliereigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Widerstand gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der erfindungsgemäße Widerstand aus einer Widerstandsplatte aus einer elektrischen Widerstandslegierung und einer metallischen Wärmeableitplatte, die unter Zwischenlage einer Harzisolierschicht aufeinandergeschichtet sind, wobei die Widerstandslegierung 42,0 bis 48,0 Gewichts-% Nickel, 0,3 bis 2,5 Gewichts-% Mangan sowie Kupfer bezogen auf das Gesamtgewicht enthält, wobei der gesamte Gehalt an Kupfer, Nickel und Mangan nicht weniger als 98 Gewichts-% beträgt, die Widerstandsplatte eine Dicke von 1 mm oder mehr aufweist und ihre Korngrenzen zur Bildung einer konkaven Form geätzt sind, so daß sie an der Harzisolierschicht anhaften kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht des Widerstands, und
2 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Umgebungstemperatur und dem Temperaturkoeffizienten einer Kupfer-Mangan-Legierung und einer Kupfer-Nickel-Legierung,
Eine Kupfer-Nickel-Legierung zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung ist eine Legierung mit 40 bis 50 Gewichts-% Nickel und 60 bis 50 Gewichts-% Kupfer jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung. Bevorzugter ist eine Kupfer-Nickel-Legierung mit 42,0 bis 48,0 Gewichts-% Nickel und 58,0 bis 52,0 Gewichts-% Kupfer. Die Kupfer-Nickel-Legierung umfaßt hauptsächlich Kupfer und Nickel, es können aber geringe Mengen anderer Metalle (z. B. Mn, Fe und Si) enthalten sein, solange der Absolutwert des Temperaturkoeffizienten des Widerstands nicht erhöht wird. Beispielsweise enthält die Kupfer-Nickel-Legierung zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung 42,0 bis 48,0 Gewichts-% Nickel, 0,3 bis 0,5 Gewichts-% Mangan sowie Kupfer, wobei der Gesamtgehalt an Kupfer, Nickel und Mangan nicht weniger als 98 Gewichts-% beträgt. Die Kupfer-Nickel-Legierung mit dieser Zusammensetzung besitzt einen Temperaturkoeffizienten des Widerstands innerhalb des Bereichs von ± 20 ppm/°C und noch besser –15 bis +15 ppm/°C in einem Temperaturbereich zwischen –50°C und 200°C.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat die elektrische Widerstandsplatte 2 aus der Kupfer-Nickel-Legierung eine Dicke von 0,1 mm oder mehr, noch besser 0,1 bis 0,5 mm.
Die Widerstandsplatte 2 aus der Kupfer-Nickel-Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise unter Verwendung eines organischen Säureätzmittels aufgerauht. Beispiele organischer Säuren zur Verwendung in dem organischen Säureätzmittel gemäß der Erfindung sind gesättigte Fettsäuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure und Capronsäure, ungesättigte Fettsäuren wie Acrylsäure, Crotonsäure und Isocrotonsäure; aliphatische gesättigte Dicarbonsäuren wie Oxalsäure, Malonsäure, Succinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure und Pimelinsäure, aliphatische ungesättigte Dicarbonsäuren wie Maleinsäure; aromatische Karbonsäuren wie Benzoesäure, Phthalsäure und Zinnamonsäure; Oxycarbonsäuren wie Glycolsäure, Milchsäure, Äpfelsäure und Zitronensäure; Kohlensäure mit Substituent wie Sulfaminsäure, β-Chlorpropionsäure, Nikotinsäure, Ascorbinsäure, Hydroxypivalinsäure, Lävulinsäure; und Derivate dieser Säuren. Diese organischen Säuren können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Vorzugsweise wird die Ameisensäure als Material für das organische Ätzmittel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet. Bedarfsweise kann das organische Säureätzmittel Zusätze (z. B. eine zweite Kupferionenquelle und eine Halogenionenquelle) enthalten. Vorzugsweise ist das organische Säureätzmittel zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung eine wäßrige Lösung, die eine Kombination aus einer organischen Säure, der zweiten Kupferionenquelle und der Halogenionenquelle mit 10 bis 20 Gewichts-% aufweist und einen pH-Wert von 3,0 bis 3,5 besitzt.
Der Aufrauhprozeß wird normalerweise 30 s bis 3 min lang abhängig von Art und Konzentration des eingesetzten organischen Säureätzmittels ausgeführt. Normalerweise erfolgt das Aufrauhen durch Aufstrahlen eines Ätzmittels mit einem Strahldruck von 0,15 bis 0,2 MPa bei einer Temperatur im Bereich von 25 bis 40°C, noch besser im Bereich von 30 bis 40°C.
Der oben beschriebene Aufrauhprozeß bildet einen konkaven Hohlraum mit einer Tiefe von etlichen μm längs einer Kristallgrenze der Kupfer-Nickel-Legierung. Insbesondere wird die Oberfläche der Kupfer-Nickel-Legierung aufgerauht, was nachfolgend die Haftfähigkeit gegenüber der Harzisolierschicht 3 verbessert.
Die Harzisolierschicht 3 zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung umfaßt Epoxyharz mit einem anorganischen Füllstoff. Die Harzisolierschicht 3 muß eine hohe Wärmeleitfähigkeit (niedrigen Wärmewiderstand) aufweisen, um wirkungsvoll Wärme von der elektrischen Widerstandsplatte 2 zur metallischen Wärmeableitplatte 4 zu übertragen. Zur Realisierung der hohen Wärmeleitfähigkeit enthält die Harzisolierschicht 3 gemäß der Erfindung 71 bis 95 Gewichts-% des anorganischen Füllstoffs (bezogen auf das Gesamtgewicht der Harzisolierschicht), und noch besser 71 bis 90 Gewichts-%.
Das Epoxyharz zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung umfaßt Bisphenol-A-Epoxyharz oder eine Mischung aus Bisphenol-A-Epoxyharz und Phenol-Novolakharz. Der anorganische Füllstoff zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung umfaßt SiO₂, Al₂O₃, BN, AlN, MgO oder eine Mischung aus diesen Stoffen.
Die Harzisolierschicht 3 gemäß der Erfindung kann als Dispersionsflüssigkeit oder -lösung zur Beschichtung der Widerstandslegierungsschicht 2 oder der Wärmeableitplatte 4 bereitgestellt werden. Methylethylketon oder Toluol können als Lösungsmittel eingesetzt werden.
Wie schon angegeben, kann, wenn der Widerstand der vorliegenden Erfindung direkt auf eine auf Erdpotential liegende Metallplatte eines Leistungsmoduls montiert wird, maximal eine Spannung von etwa 1000 Vp (Spitzenspannung) an der Harzisolierschicht 3 anliegen. Folglich muß die Harzisolierschicht eine hohe dielektrische Festigkeit aufweisen und diese für eine lange Zeit behalten. Außerdem muß die Harzisolierschicht 3 ein besonders gutes Haftvermögen bezuglich der Widerstandsplatte 2 und der Wärmeableitplatte 4 aufweisen. Zur Erfüllung dieser Erfordernisse weist die Harzisolierschicht 3 eine Dicke von 50 bis 200 μm, vorzugsweise von 50 bis 150 μm auf. Die Harzisolierschicht 3 besitzt eine dielektrische Festigkeit von 500 kV_eff (Effektivspannung) oder mehr und vorzugsweise von 6 kV_eff oder mehr. Aufgrund dieser dielektrischen Festigkeit unterliegt der Widerstand gemäß der Erfindung über lange Zeit keinem Durchbruch, selbst wenn er direkt auf eine auf Erdpotential liegende Metallplatte eines Leistungsmoduls montiert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Metallplatte aus Kupfer oder Aluminium mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise als metallische Wärmeableitplatte 4 verwendet. Ähnlich der Widerstandsplatte 2 muß die Oberfläche der Wärmeableitplatte 4, die mit der Harzisolierschicht 3 verbunden wird, aufgerauht werden, damit eine gute Haftung mit dem wärmeleitenden Harz der Harzisolierschicht 3 gewährleistet wird. Die Oberfläche der Wärmeableitplatte 4 kann auf herkömmliche Weise unabhängig vom Material aufgerauht werden. Wenn Kupfer verwendet wird, kann die Oberfläche durch einen als Schwärzungsprozeß bezeichneten Oxidationsprozeß aufgerauht werden, bei dem Nadelkristalle gebildet werden. Wenn Aluminium verwendet wird, kann ein anodischer Oxidbeschichtungsprozeß die Oberfläche aufrauhen. Außerdem kann eine Kühlrippe oder ein Prisma auf der der Harzisolierschicht 3 abgewandten Seite der Wärmeableitplatte 4 vorgesehen sein, um die Oberfläche zur Erhöhung der Wärmeabstrahlwirkung zu vergrößern.
Die Harzisolierschicht 3 kann mit der Widerstandsplatte 2 und der Wärmeableitplatte 4 durch Heißpressen verbunden werden. Die Harzisolierschicht 3, die auf die Wärmeableitplatte 4 geschichtet und bis zum halbausgehärteten Zustand getrocknet wird, wird auf die Widerstandsplatte 2 geschichtet, so daß sie während des Heißpressens an dieser anhaftet. Alternativ wird die Widerstandsplatte 2 mit der Harzisolierschicht 3 beschichtet, letztere dann bis zum halbausgehärteten Zustand getrocknet und dann auf die Wärmeableitplatte 4 geschichtet, um an dieser während des Heißpressens anzuhaften. Alternativ ist es möglich, ein Harzisolierschicht-Spenderblatt zu verwenden, das durch Beschichten eines Zwischenträgers (etwa aus PET) mit der Harzisolierschicht 3 und deren nachfolgendes Trocknen bis zum halbgehärteten Zustand hergestellt wird. In diesem Fall wird das Spenderblatt mit der Harzisolierschicht 3 auf die Widerstandsplatte 2 oder die Wärmeableitplatte 4 gebracht, so daß die Harzisolierschicht 3 in engen Kontakt mit der Widerstandsplatte 2 bzw. der Wärmeableitplatte 4 kommt. Die Harzisolierschicht 3 wird dann vorübergehend durch Anwenden von Hitze oder von ähnlichem an die Widerstandsplatte 2 bzw. die Wärmeableitplatte 4 angeheftet. Der Zwischenträger wird dann von der Harzisolierschicht 3 abgelöst, wodurch ein Laminat aus der Harzisolierschicht 3 und der Widerstandsplatte 2 bzw. der Wärmeableitplatte 4 gebildet wird. Die Wärmeableitplatte 4 bzw. die Widerstandsplatte 3 wird dann auf dieses Laminat geschichtet, und beide dann durch Heißpressen zur Bildung des Widerstands gemäß der vorliegenden Erfindung miteinander verbunden. Während des Verbindens wird ein Druck von 4,9 MPa (50 kp/cm²) bei einer Temperatur von 180°C über 60 min aufgebracht.
Schließlich wird die Kupfer-Nickel-Platte, die als Widerstandsplatte 2 dient, in vorbestimmten Proben geätzt, und zwar unter Einsatz eines chemischen Ätzmittels wie Eisenchlorid oder Kupferchlorid. Die resultierenden Probe werden durch Pressen oder V-Schneiden zur Bildung einzelner Widerstände getrennt.
Beispiel 1
Unter Einsatz verschiedener Mittel wurde versucht, die Oberfläche einer Widerstandplatte aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit 54,5 Gewichts-% Kupfer, 43,7 Gewichts-% Nickel und 1,8 Gewichts-% Mangan mit einer Dicke von 0,2 mm aufzurauhen. Die Ergebnisse wurden anhand von REM-(Rasterelektronenmikroskop)-Fotographien (mit einem Durchmesservergrößerungsfaktor von 2000) beurteilt.
Die Oberfläche einer Probe 1 wurde mechanisch poliert, und zwar mit einem ungewebten Stoff #320. Die Oberfläche war nicht aufgerauht, obwohl eine geringe Menge an Säumen auf der Oberfläche ausgebildet ist.
Die Oberfläche einer Probe 2 wurde unter Verwendung von Chromsäure elektrolytisch poliert. Ähnlich wie bei der Probe 1 war die Oberfläche der Kupfer-Nickel-Legierungsplatte nicht aufgerauht.
Die Oberfläche einer Probe 3 wurde mittels eines Salpretigsäureätzmittels behandelt. Eine geringe Menge an Säumen war auf der Oberfläche erkennbar.
Die Oberfläche einer Probe 4 wurde mittels eines Salzsäureätzmittels behandelt. Die Oberfläche war nicht aufgerauht.
Die Oberfläche einer Probe 5 wurde durch Bestrahlen mittels eines organischen Säureätzmittels auf der Basis von Ameisensäure bei einem Strahldruck von 0,15 MPa und einer Temperatur von 35°C aufgerauht. Hohlräume mit einer Tiefe von etlichen μm wurden dabei längs der Korngrenzen der Kupfer-Nickel-Legierung ausgebildet.
Wie oben angegeben, kann die Oberfläche der Kupfer-Nickel-Legierung gemäß der Erfindung durch elektrolytisches Polieren unter Verwendung von Chromsäure oder durch Ätzen unter Verwendung von Salpetrigsäure oder Salzsäure, d.h. einem herkömmlichen Verfahren, nicht ausreichend aufgerauht werden. Gemäß der Erfindung können dagegen die Korngrenzen der Kupfer-Nickel-Legierung durch Aufrauhen mittels des organischen Säureätzmittels zur Bildung von Hohlräumen geätzt werden.
Als nächstes wurden jeweils eine Widerstandsplatte aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit einer Breite von 150 mm, einer Länge von 500 mm und einer Dicke von 0,2 mm, die auf die obigen Weisen behandelt bzw. aufgerauht worden waren, und eine Aluminiumplatte mit einer Dicke von 2 mm unter Zwischenlage eines Epoxyharzisoliermaterials mit einem SiO₂-Füllstoff aufeinandergeschichtet. Das Isoliermaterial war Bisphenol-A-Epoxyharz mit 80 Gewichts-% SiO₂-Füllstoff. Die Widerstandsplatte wurde unter Verwendung einer Heißpresse für die Dauer von 60 min bei einer Temperatur von 180°C und einem Druck von 4,9 MPa mit dem Isoliermaterial verbunden. Die Isoliermaterialschicht besaß eine Dicke von 125 μm. Nachdem die Isoliermaterialschicht vollständig ausgehärtet war, wurde die aufgeschichtete Widerstandsplatte durch Eisenchlorid auf die Größe 10 mal 10 mm geätzt.
Ein Werkzeug zur Messung der Zugfestigkeit wurde mit der laminierten Platte verlötet, und ein Zugtester bewertete die Zugfestigkeit. Die Haftfestigkeit der Proben 1 bis 3 betrug nur 160 N/cm², während diejenige der Probe 5 immerhin 654 N/cm² betrug.
Tabelle 1
Beispiel 2
Die Durchbruchspannung der laminierten Platte, die im Beispiel 1 hergestellt wurde, wurde für verschiedene Dicken der Harzisolierschicht 3 gemessen. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Messung. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, kann die dielektrische Festigkeit (Durchbruchspannung), die für den Widerstand erforderlich ist, realisiert werden, wenn die Harzisolierschicht 3 eine Dicke von 50 μm oder mehr aufweist.
Tabelle 2
Gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Verwendung der Widerstandsplatte aus einer Kupfer-Nickel-Legierung den Einsatz eines Widerstands für einen Stromrichter, etwa einen Wechselrichter. Die vorliegende Erfindung schafft einen Strommeßwiderstand hoher Genauigkeit, dessen Widerstandswert sich bei Temperaturänderungen nicht stark ändert. Die Oberfläche der Kupfer-Nickel-Legierung ist mittels eines organischen Säureätzmittels aufgerauht, um dadurch die Haftfestigkeit zwischen der Legierung und der Harzisolierschicht zu verbessern, die eine große Menge an anorganischem Füllstoff enthält. Die Verwendung einer Harzisolierschicht mit einer großen Menge an anorganischem Füllstoff führt zu einem Widerstand mit sehr guter Wärmeableiteigenschaft und dielektrischer Festigkeit.

Claims

Widerstand umfassend: eine Widerstandsplatte (2) aus einer elektrischen Widerstandslegierung, die 42,0 bis 48,0 Gewichts-% Nickel, 0,3 bis 2,5 Gewichts-% Mangan, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht, sowie Kupfer enthält, wobei der Gesamtgehalt an Kupfer, Nickel und Mangan nicht weniger als 98 Gewichts-% beträgt und eine Korngrenze der Legierung in Form eines Hohlraums geätzt ist, eine Harzisolierschicht (3), die auf die Widerstandsplatte (2) geschichtet ist, und eine metallische Wärmeableitplatte 4, die auf die der Widerstandsplatte (2) abgewandte Seite der Harzisolierschicht (3) geschichtet ist.
Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsplatte (2) eine Dicke von 0,1 mm oder mehr aufweist.
Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzisolierschicht (3) aus einem Epoxyharz mit 71 bis 95 Gewichts-% anorganischem Füllstoff besteht.
Widerstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzisolierschicht eine Dicke von 50 bis 200 μm und eine Durchbruchspannung von 5 kV_eff oder mehr aufweist.
Widerstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableitplatte (4) aus Kupfer oder Aluminium besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Widerstands gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung der Widerstandsplatte (2) unter Verwendung eines organischen Säureätzmittels geätzt wird.