DE102006060387A1

DE102006060387A1 - Widerstand, insbesondere SMD-Widerstand, und zugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102006060387A1
Application number: DE102006060387A
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: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-06-26
Also published as: CA2654216A1; US8013713B2; ATE436077T1; PL1941520T3; CN101484952B; DE202006020215U1; US20090322467A1; WO2008055582A1; CN101484952A; MX2009000553A; DE502007001025D1; KR101371053B1; ES2329425T3; EP1941520B1; BRPI0720449A2; JP5237299B2; EP1941520A1; KR20090096304A; JP2010514171A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Widerstand (18), insbesondere einen SMD-Widerstand, mit einem flächigen, metallischen Trägerelement (19) mit einer Oberseite und einer Unterseite, einem flächigen Widerstandselement (21) aus einem Widerstandsmaterial, wobei das Widerstandselement (21) auf der Unterseite des Trägerelements (19) angeordnet ist, sowie mit mindestens zwei getrennten metallischen Anschlussteilen (22, 23), die das Widerstandselement (21) elektrisch kontaktieren und teilweise an der Unterseite des Trägerelements (19) angeordnet sind. Es wird vorgeschlagen, dass die Anschlussteile (22, 23) an dem Widerstand (18) seitlich frei liegen und seitlich sichtbar von einem Lot benetzbar sind. Weiterhin umfasst die Erfindung ein entsprechendes Herstellungsverfahren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Widerstand, insbesondere einen SMD-Widerstand, sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen SMD-Widerstands 1 (SMD: Surface Mounted Device), der von der Anmelderin vertrieben wird. Der bekannte SMD-Widerstand 1 weist einen plattenförmigen metallischen Träger 2 auf, der beispielsweise aus Kupfer bestehen kann. Auf die Oberseite des Trägers 2 wird bei der Herstellung eine elektrisch isolierende Kleberschicht 3 aufgebracht, mit der dann eine Widerstandsschicht auf die Oberseite des Trägers 2 festgeklebt wird. Anschließend wird die Widerstandsschicht ätztechnisch strukturiert, so dass sich an der Oberseite des Trägers 2 eine mäanderförmig verlaufende Widerstandsbahn 4 bildet. Der Widerstand 1 wird dann oben von einem Schutzlack 5 abgedeckt, der die Widerstandsbahn 4 elektrisch isoliert. Vor der Fertigstellung wird dann in den Träger 2 ein quer verlaufender Einschnitt 6 eingebracht, der den Träger 2 in zwei getrennte Trägerelemente 2.1, 2.2 aufteilt und dadurch einen direkten Stromfluss zwischen den beiden Trägerelementen 2.1, 2.2 verhindert. Die Trägerelemente 2.1, 2.2 bilden hierbei also die elektrischen Anschlussteile des SMD-Widerstands 1, die auf Lötpads 7, 8 aufgelötet werden können, wie in der Zeichnung durch die Pfeile schematisch angedeutet ist.
Nachteilig an dem bekannten SMD-Widerstand 1 ist die aufwendige elektrische Verbindung der unten liegenden Trägerelemente 2.1, 2.2 mit der oben aufgeklebten Widerstandsschicht, welche die Widerstandsbahn 4 bildet. Hierzu muss zunächst als Vorbereitung einer strombelastbaren, galvanisch aufgebrachten Kontaktierung auf der Außenkante der Kleberschicht 3 eine leitfähige Oberfläche erreicht werden (chemische Durchkontaktierung), um anschließend in einem mehrstufigen galvanischen Prozess eine Kupferschicht aufzubringen, die den Gesamtstrom sicher leitet. Diese Kontaktierung ist jedoch Teil des Strompfads durch den SMD-Widerstand und beeinflusst deshalb ebenfalls den Widerstandswert des SMD-Widerstands 1, was bei niederohmigen Ausführungen mit einem Widerstandswert von weniger als 25 mΩ erfordert, dass der Widerstandsabgleich am vereinzelten SMD-Widerstand 1 erfolgen muss, wohingegen ein Widerstandsabgleich an einem Nutzen mit mehreren Widerständen hierbei ausgeschlossen ist.
Ein weiterer Nachteil des bekannten SMD-Widerstands 1 rührt von dem Einschnitt 6 in dem Träger 2 her, da der Einschnitt 6 zur mechanischen Stabilisierung des SMD-Widerstands 1 mit einem Lack oder einem Epoxidharz gefüllt wird, der sich beim Auflöten ausdehnt und zur Verbiegung des SMD-Widerstands 1 führt, wobei die Verbiegung nach der Erstarrung des Lötzinns quasi eingefroren wird und in dem fertigen Bauteil zumindest als optischer Mangel erhalten bleibt. Dieses Problem tritt insbesondere bei einer Verwendung bleifreier Lote auf, die eine höhere Löttemperatur erfordern. Darüber hinaus ist in dem Einschnitt 6 ein bestimmtes Lackvolumen erforderlich, um den SMD-Widerstand 1 trotz des Einschnitts 6 mechanisch zu stabilisieren, was wiederum voraussetzt, dass der Träger 2 relativ dick ist. In der Praxis muss der Träger 2 deshalb eine Dicke von mindestens 0,5 mm aufweisen, was der Miniaturi sierung des SMD-Widerstands 1 Grenzen setzt. Unabhängig von der Dicke des Trägers 2 ist die mechanische Belastbarkeit des SMD-Widerstands 1 aufgrund der mechanischen Schwächung durch den Einschnitt 6 begrenzt.
Ein weiterer Nachteil des SMD-Widerstands 1 sind die hohen Galvanik-Kosten, die ungefähr 25% der gesamten Fertigungskosten ausmachen. Diese hohen Galvanik-Kosten rühren daher, dass die seitlich Umkontaktierung von den beiden Trägerelementen 2.1, 2.2 zu der Widerstandsbahn 4 den vollen Stromfluss übernehmen muss, so dass die Anforderungen an die Dichte und den effektiven Querschnitt der galvanisch aufgebrachten Kupferschicht relativ hoch sind. Darüber hinaus ist bei niederohmigen Widerstandswerten der Kupfereinfluss auf die elektrischen Eigenschaften nicht völlig vernachlässigbar.
Schließlich entsprechen die Trägerelemente 2.1, 2.2 als Anschlussteile nicht den üblichen Standardabmessungen von Lötpads, sondern weisen eine wesentlich größere Länge auf. Eine Verkürzung der beiden Trägerelemente 2.1, 2.2 und damit eine Verbreiterung des Einschnitts 6 würde jedoch zu einer weiteren mechanischen und thermischen Schwächung führen und ist deshalb nicht möglich.
5 zeigt eine andere Bauweise eines bekannten SMD-Widerstands 9, der von der Anmelderin vertrieben wird. Der SMD-Widerstand 9 weist einen plattenförmigen dünnen Träger 10 aus Aluminium auf, wobei der Träger 10 bei dieser Bauweise keinen Einschnitt und damit keine mechanische Schwächung aufweist. An der Unterseite des plattenförmigen Trägers 10 ist mit einer Kleberschicht 11 eine Widerstandsschicht 12 festgeklebt, die ätztechnisch strukturiert ist und eine mäanderförmige Widerstandsbahn bildet. An den schmalen Stirnseiten des SMD-Widerstands 9 sind an der Unterseite streifenförmige Kup ferkontaktierungen 13 aufgebracht, die streifenförmige Anschlussteile 14, 15 elektrisch kontaktieren. Schließlich weist der SMD-Widerstand 9 bei dieser Bauweise an der Oberseite und an der Unterseite eine Schutzlackschicht 16, 17 auf.
Vorteilhaft an dieser Bauweise des SMD-Widerstands 9 ist zunächst die Tatsache, dass der Träger 10 keine mechanische Schwächung aufweist, so dass die darauf beruhenden und vorstehend beschriebenen Probleme vermieden werden.
Nachteilig an dem SMD-Widerstand 9 ist jedoch die Tatsache, dass die Anschlussteile 14, 15 und damit auch die Lötstellen an der Unterseite des SMD-Widerstands 9 liegen, wo die Lötstellen keiner Sichtkontrolle zugänglich sind. Eine seitliche Anbringung der Lötstellen ist jedoch bei dem SMD-Widerstand 9 nicht möglich, da die Lötstellen andernfalls einen unerwünschten elektrischen Nebenschluss über den elektrisch leitenden Träger 10 herstellen würden.
Ein weiterer Nachteil des SMD-Widerstands 9 besteht darin, dass der Träger 10 aus eloxiertem Aluminium relativ hart ist und deshalb beim Vereinzeln des SMD-Widerstands 9 durch Sägen die Standzeit des verwendeten Sägeblatts herabsetzt. Darüber hinaus führt das Absägen der einzelnen SMD-Widerstände 9 von einem Aluminium-Nutzen aufgrund des niedrigen Schmelzpunkts des Aluminiums im Vergleich zu Kupfer zu einem störenden Sägegrat an dem abgesägten SMD-Widerstand 9.
Schließlich verursacht die Aufbringung des Schutzlacks 6 auf der Oberseite des SMD-Widerstands 9 und die Beschriftung des SMD-Widerstands 9 materialbedingte Produktionsschwierigkeiten.
Eine andere herkömmliche Bauweise eines SMD-Widerstands weist schließlich einen plattenförmigen Keramikträger auf, der an seiner Oberseite eine strukturierte Widerstandsschicht trägt, wobei die Widerstandsschicht ebenfalls eine mäanderförmige Widerstandsbahn bildet. Die elektrische Kontaktierung des SMD-Widerstands erfolgt bei dieser Bauweise durch Lötkappen aus einer hochleitfähigen, meist galvanisch verstärkten, lötfähigen Metallschicht (z. B. Nickel-Chrom-Legierung), wobei die Lötkappen im Querschnitt U-förmig sind und die gegenüberliegenden schmalen Kanten des SMD-Widerstands kappenförmig umgreifen. Die Lötkappen sind hierbei seitlich zugänglich, so dass beim Festlöten seitlich sichtbare Lötstellen entstehen, die eine einfache Sichtkontrolle der Lötverbindungen ermöglichen.
Nachteilig an dieser Bauweise ist jedoch die Tatsache, dass der Träger aus Keramik besteht und deshalb im Vergleich zu Kupfer (vgl. 4) oder Aluminium (vgl. 5) eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit und einen geringen, einer normalen Leiterplatte schlecht angepassten Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist. Darüber hinaus ist die Widerstandsschicht hierbei auf der Oberseite des Trägers angeordnet, was zu den vorstehend beschriebenen nachteiligen Einflüssen auf den Gesamtwiderstand führt.
Der Erfindung liegt deshalb, ausgehend von dem bekannten SMD-Widerstand 9 gemäß 5, die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des SMD-Widerstands 9 zu beseitigen, indem eine einfache Sichtkontrolle der Lötstellen ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Widerstand bzw. ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, die Anschlussteile an dem Widerstand seitlich freiliegend anzuordnen, so dass die Anschlussteile seitlich sichtbar von einem Lot benetzbar sind, um eine Sichtkontrolle der jeweiligen Lötverbindung zu ermöglichen.
Der erfindungsgemäße Widerstand ist vorzugsweise als SMD-Widerstand ausgebildet und ermöglicht eine herkömmliche Oberflächenmontage. Die Erfindung ist jedoch nicht auf SMD-Widerstände beschränkt, sondern umfasst grundsätzlich auch andere Widertandstypen, die beispielsweise eine herkömmliche Kontaktierung durch Lötpins vorsehen.
Weiterhin weist der erfindungsgemäße Widerstand ein flächiges, metallisches Trägerelement auf, das aufgrund seiner metallischen Materialzusammensetzung eine gute Wärmeleitfähigkeit und einen angepassten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, was im Betrieb des erfindungsgemäßen Widerstands vorteilhaft ist.
Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Widerstand ein flächiges Widerstandselement aus einem Widerstandsmaterial auf, wobei das Widerstandselement auf der Unterseite des flächigen Trägerelements angeordnet ist.
Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines flächigen Widerstandselements bzw. Trägerelements ist allgemein zu verstehen und nicht auf die mathematisch-geometrische Definition einer Fläche beschränkt. Vorzugsweise stellt dieses Merkmal jedoch darauf ab, dass die seitliche Ausdehnung des Trägerelements bzw. des Widerstandselements wesentlich größer ist als die Dicke des Trägerelements bzw. Widerstandselements. Darüber hinaus umfasst dieses Merkmal vorzugsweise auch, dass die Oberseite und die Unterseite des Trägerele ments bzw. Widerstandselements jeweils parallel zueinander verlaufen. Ferner sind das Trägerelement und das Widerstandselement vorzugsweise eben, jedoch sind auch gekrümmte und gebogene Formgebungen für das Trägerelement und das Widerstandselement möglich.
Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Widerstand mindestens zwei getrennte metallische Anschlussteile auf, die das Widerstandselement elektrisch kontaktieren und teilweise an der Unterseite des Trägerelements angeordnet sind. Im Gegensatz zu dem eingangs beschriebenen bekannten SMD-Widerstand gemäß 5 sind die Anschlussteile jedoch nicht vollständig an der Unterseite angeordnet, sondern liegen zumindest teilweise seitlich an dem Widerstand frei, so dass sich beim Festlöten seitlich sichtbare Lötstellen bilden, die eine einfache Sichtkontrolle ermöglichen.
Vorzugsweise reichen die metallischen Anschlussteile jeweils seitlich an dem Widerstand nach oben bis zu dem metallischen Trägerelement, wo die Anschlussteile das Trägerelement berühren und elektrisch und thermisch kontaktieren. Beispielsweise können die Anschlussteile jeweils einen U-förmigen Querschnitt aufweisen und den Widerstand an gegenüberliegenden Kanten jeweils kappenförmig umgreifen, wobei auch eine seitliche Metallisierung im Kontaktbereich möglich ist.
Das metallische Trägerelement hat jedoch bei dem erfindungsgemäßen Widerstand nur die Funktion eines Trägers und eines Wärmeleiters, wohingegen das Trägerelement bei dem erfindungsgemäßen Widerstands kein Stromleiter sein soll, um einen unerwünschten Nebenschluss über das metallische Trägerelement zu vermeiden. Vorzugsweise weist das metallische Trägerelement deshalb bei dem erfindungsgemäßen Widerstand einen Einschnitt auf, der das Trägerelement in mindestens zwei elekt risch voneinander isolierte Teile aufteilt und einen Stromfluss über das Trägerelement zwischen den beiden Anschlussteilen verhindert. In der einfachsten Form kann der Einschnitt in der gleichen Weise ausgebildet sein wie bei dem bekannten SMD-Widerstand gemäß 4, bei dem die Widerstandsschicht jedoch an der Oberseite des Trägers angeordnet ist. Vorzugsweise verläuft der Einschnitt in dem Trägerelement jedoch mindestens teilweise schräg, beispielsweise V-förmig, W-förmig oder mäanderförmig. Eine derartige Formgebung des Einschnitts in dem Trägerelement führt vorteilhaft zu einer größeren mechanischen Stabilität des Widerstands als bei einem quer verlaufenden Einschnitt.
Weiterhin sind die Anschlussteile bei dem erfindungsgemäßen Widerstands vorzugsweise in ihrer Größe an Standard-Lötpads angepasst, wodurch sich der erfindungsgemäße Widerstand von dem bekannten SMD-Widerstand gemäß 4 unterscheidet, bei dem die Anschlussteile eine wesentlich größere seitliche Ausdehnung aufweisen. Bei dem erfindungsgemäßen Widerstand weisen die Anschlussteile deshalb vorzugsweise eine seitliche Ausdehnung auf, die kleiner ist als 30%, 20% oder 15% des Abstands zwischen den beiden Anschlussteilen. Bei einer extremen Miniaturisierung des erfindungsgemäßen Widerstands führt eine relative Bemessung der Anschlussteile relativ zu dem Abstand zwischen den Anschlussteilen dagegen zu übermäßig kleinen Anschlussteilen. Als Maximalwerte für die seitliche Ausdehnung der Anschlussteile können dann Grenzwerte von 1 mm, 0,5 mm oder 0,1 mm vorgegeben werden. Beispielsweise können die streifenförmigen Anschlussteile eine Breite im Bereich von 0,1–0,3 mm (Bauform 0402), 0,15–0,40 mm (Bauform 0603), 0,25–0,75 mm (Bauform 1206) oder 0,35–0,85 mm (Bauform 2512) aufweisen.
Vorzugsweise besteht das Widerstandsmaterial des erfindungsgemäßen Widerstands aus einer Kupfer-Mangan-Legierung, wie beispielsweise einer Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung. Beispielsweise können die Legierungen CuMn12Ni, CuMn7Sn oder CuMn3 als Widerstandsmaterial eingesetzt werden. Alternativ besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass als Widerstandsmaterial eine Nickel-Chrom-Legierung, insbesondere eine Nickel-Chrom-Aluminium-Legierung eingesetzt wird. Beispiele derartiger möglicher Legierungen sind NiCr20AlSi1MnFe, NiCr6015, NiCr8020 und NiCr3020. Darüber hinaus kann das Widerstandselement auch aus einer Kupfer-Nickel-Legierung, wie beispielsweise CuNi15 oder CuNi10, bestehen. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der einsetzbaren Widerstandsmaterialien nicht auf die vorstehend genannten Beispiele beschränkt, sondern grundsätzlich auch mit anderen Widerstandsmaterialien realisierbar.
Ferner ist zu erwähnen, dass der erfindungsgemäße Widerstand vorzugsweise einen hohen Miniaturisierungsgrad aufweist. Beispielsweise kann die Dicke des erfindungsgemäßen Widerstands kleiner als 2 mm, 1 mm, 0,5 mm oder sogar 0,3 mm sein. Die Länge des erfindungsgemäßen Widerstands kann kleiner als 10 mm, 5 mm, 2 mm oder sogar kleiner als 1 mm sein. Die Breite des erfindungsgemäßen Widerstands ist dagegen vorzugsweise kleiner als 5 mm, 2 mm oder sogar kleiner als 1 mm.
Entsprechend weist das Trägerelement bei dem erfindungsgemäßen Widerstand vorzugsweise eine Dicke auf, die im Bereich von 0,05–0,3 mm liegt.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Widerstand an seiner Außenseite vorzugsweise mit einer temperaturbeständigen Isolationsschicht (im Folgenden allgemein als Lötstopplack bezeichnet) beschichtet ist, was von herkömmlichen SMD- Widerständen bekannt ist. Der Lötstopplack ist deshalb bei dem erfindungsgemäßen Widerstand vorzugsweise auf die Oberseite des Trägerelements und auf die Unterseite des Widerstandselements aufgebracht.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die Anschlussteile vorzugsweise aus einem hochleitfähigen Material bestehen, um einen möglichst geringen Anschlusswiderstand zu erreichen. Darüber hinaus bestehen das Trägerelement und/oder die Anschlussteile bei dem erfindungsgemäßen Widerstand vorzugsweise aus einem thermisch hochleitfähigen Material, um eine effektive Wärmeabfuhr von dem Widerstandselement zu erreichen. Beispielsweise können die Anschlussteile und/oder das Trägerelement hierzu aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.
Die einzelnen Anschlussteile sind vorzugsweise kappenförmig und können im Querschnitt beispielsweise U-förmig sein. Bei einem derartigen kappenförmigen Anschlussteil mit einem U-förmigen Querschnitt umgreift der obere Schenkel des Anschlussteils das Trägerelement oben, während der untere Schenkel des U-förmigen Anschlussteils das Widerstandselement unten umgreift. Bei einem derartigen kappenförmigen Anschlussteil ist vorzugsweise vorgesehen, dass die kappenförmigen Anschlussteile das Trägerelement und/oder das Widerstandselement nicht nur oben bzw. unten umgreifen, sondern auch seitlich. Dies ist möglich, wenn die kappenförmigen Anschlussteile erst dann aufgebracht werden, wenn die Widerstände im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens von dem Nutzen abgetrennt sind, da erst dann die seitlichen Schnittflächen der vereinzelten Widerstände frei liegen.
Ferner ist zu erwähnen, dass auch bei dem erfindungsgemäßen Widerstand vorzugsweise eine Kleberschicht zwischen dem flä chigen Widerstandselement und dem flächigen Trägerelement angeordnet ist. Zum einen fixiert die Kleberschicht das flächige Widerstandselement an der Unterseite des Trägerelements. Zum anderen ist die Kleberschicht elektrisch isolierend und verhindert deshalb störende elektrische Nebenschlüsse über das metallische Trägerelement.
Weiterhin ist das flächige Widerstandselement bei dem erfindungsgemäßen Widerstand vorzugsweise ätztechnisch oder in sonstiger Weise (z. B. durch Laser-Bearbeitung) strukturiert, so dass das Widerstandselement eine einfache rechteckige oder mäanderförmig verlaufende Widerstandsbahn aufweist, wie es auch bei den eingangs beschriebenen bekannten SMD-Widerständen der Fall ist.
Der erfindungsgemäße Widerstand ermöglicht vorteilhaft niedrige Widerstandswerte im Milliohmbereich, wobei der Widerstand kleiner als 500 mΩ, 200 mΩ, 50 mΩ, 30 mΩ, 20 mΩ, 10 mΩ, 5 mΩ oder sogar kleiner als 1 mΩ sein kann.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass das Widerstandselement bei dem erfindungsgemäßen Widerstand vorzugsweise vollständig nach außen elektrisch isoliert ist, sofern man von den Anschlussteilen absieht.
Die Erfindung umfasst jedoch nicht nur den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Widerstand, sondern auch ein entsprechendes Herstellungsverfahren, bei dem die Anschlussteile an dem Widerstand so angebracht werden, dass die Anschlussteile seitlich frei liegen und seitlich sichtbar von einem Lot benetzbar sind, um eine Sichtkontrolle der jeweiligen Lötstelle zu ermöglichen.
Der vorstehend beschriebene Einschnitt in dem metallischen Trägerelement kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren beispielsweise ätztechnisch oder durch eine Laserbearbeitung hergestellt werden.
Das gleiche gilt für die Strukturierung des Widerstandselements zur Ausbildung der mäanderförmigen Widerstandsbahn, die ebenfalls ätztechnisch oder durch Laserbearbeitung erfolgen kann.
Weiterhin ist zu dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren zu erwähnen, dass die Vereinzelung der Widerstände durch Sägen, Stanzen oder durch Laserschneiden von einem Nutzen verfolgen kann. Bei einer Fertigung des Trägerelements aus Kupfer ermöglicht die Erfindung vorteilhaft eine längere Standzeit des verwendeten Sägeblattes, da Kupfer wesentlich weicher ist als das bei dem eingangs beschriebenen bekannten SMD-Widerstand gemäß 5 verwendete eloxierte Aluminium.
Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung vorteilhaft die Durchführung eines Widerstandsabgleichs an einem Nutzen mit mehreren, noch nicht vereinzelten Widerständen, so dass nach der Vereinzelung der Widerstände kein Widerstandsabgleich mehr erforderlich ist.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen SMD-Widerstands,
2A–2G verschiedene Fertigungsstadien eines erfindungsgemäßen SMD-Widerstands,
3 das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren in Form eines Flussdiagramms,
4 den eingangs beschriebenen bekannten SMD-Widerstand in einer Perspektivansicht, sowie
5 eine Perspektivansicht des ebenfalls eingangs beschriebenen bekannten SMD-Widerstands.
Die Querschnittsansicht in 1 zeigt einen erfindungsgemäßen SMD-Widerstand 18, der beispielsweise die Bauform 0604 haben kann. Dies bedeutet, dass der SMD-Widerstand 18 in X-Richtung eine Länge von 0,06 Zoll (1,524 mm) und eine Breite in Z-Richtung von 0,04 Zoll (1,016 mm) hat. Weiterhin kann der SMD-Widerstand 18 eine Dicke in Y-Richtung von z. B. 0,4 mm haben.
Der SMD-Widerstand 18 weist ein plattenförmiges Trägerelement 19 aus Kupfer auf, wobei an der Unterseite des Trägerelements 19 mittels einer Kleberschicht 20 eine Widerstandsschicht 21 aus einer Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung (CuMn12Ni) festgeklebt ist. Zum einen bewirkt die Kleberschicht 20 eine Fixierung der Widerstandsschicht 21 an der Unterseite des plattenförmigen Trägerelements 19. Zum anderen ist die Kleberschicht 20 elektrisch isolierend und isoliert deshalb das leitfähige Trägerelement 19 gegenüber der Widerstandsschicht 21.
Weiterhin weist der SMD-Widerstand 18 seitlich jeweils kappenförmige Anschlussteile 22, 23 auf, wobei die beiden Anschlussteile 22, 23 das Trägerelement 19 und die Widerstands schicht 21 oben, seitlich und unten umgreifen. Die beiden Anschlussteile 22, 23 kontaktieren also die Widerstandsschicht 21 elektrisch, so dass im montierten Zustand ein Strom über die beiden Anschlussteile 22, 23 und die Widerstandsschicht 21 fließen kann.
In dem plattenförmigen Trägerelement 19 befindet sich ein im wesentlichen V-förmiger Einschnitt 24, der das Trägerelement 19 in zwei Teile 19.1, 19.2 aufteilt, wobei die beiden Teile 19.1, 19.2 von dem Einschnitt 24 elektrisch gegeneinander isoliert werden. Die Kleberschicht 20 zwischen der Widerstandsschicht 21 und dem plattenförmigen Trägerelement 19 verhindert also in Verbindung mit dem Einschnitt 24 störende elektrische Nebenschlüsse über das Trägerelement 19. Das Trägerelement 19 dient hierbei also lediglich als mechanischer Träger und zur Wärmeableitung, aber nicht zur Stromleitung.
Schließlich ist noch zu erwähnen, dass auf die Oberseite des Trägerelements 19 zwischen den beiden Anschlussteilen 22, 23 flächig ein Lötstopplack 25 aufgetragen ist. Darüber hinaus ist auch auf die Unterseite der Widerstandsschicht 21 zwischen den beiden Anschlussteilen 22, 23 flächig ein Lötstopplack 26 aufgetragen. Die Widerstandsschicht 21 ist also in dem SMD-Widerstand 18 bis auf die Anschlussteile 22, 23 vollständig nach außen isoliert.
Im Folgenden wird nun anhand der 2A–2G und anhand des Flussdiagramms gemäß 3 das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren beschrieben, wobei die 2A–2G verschiedene Zwischenstadien des erfindungsgemäßen SMD-Widerstands 18 zeigen.
In einem ersten Schritt S1 des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird zunächst das Trägerelement 19 in Form ei ner Kupfer-Folie bereitgestellt, wie in 2A dargestellt ist.
In einem weiteren Schritt S2 wird dann auf die Unterseite des Trägerelements 19 die Widerstandsschicht 21 aufgeklebt, wobei die Verklebung mittels der Kleberschicht 20 erfolgt, wie aus 2B ersichtlich ist.
Im nächsten Schritt S3 wird dann der Einschnitt 24 in das Trägerelement 19 eingebracht, um später einen elektrischen Nebenschluss über das elektrisch leitfähige Trägerelement 19 zu verhindern. Die Erzeugung des Einschnitts 24 kann beispielsweise ätztechnisch oder durch eine Laserbearbeitung erfolgen. Der Schritt S3 führt zu dem Zwischenstadium gemäß 2C.
In dem Schritt S4 wird dann auf die Oberseite des Trägerelements 19 ein Lötstopplack aufgebracht, was an sich bekannt ist.
In einem weiteren Schritt S5 erfolgt dann eine ätztechnische Strukturierung der Widerstandsschicht 21, die dann anschließend eine mäanderförmige Widerstandsbahn bildet.
In dem Schritt S6 wird dann der Lötstopplack 26 auf die Unterseite der Widerstandsschicht 21 aufgebracht, wie aus 2D ersichtlich ist.
In den nächsten Schritten S7 und S8 erfolgt dann eine streifenförmige Freilegung des Trägerelements 19 an den in X-Richtung gegenüberliegenden Kanten des SMD-Widerstands 18, damit anschließend die Anschlussteile 22, 23 das Trägerelement 19 thermisch kontaktieren können. Die Querschnittsan sicht in 2E zeigt diesen Zustand nach der streifenförmigen Freilegung des Trägerelements.
Anschließend erfolgt dann in einem Schritt S9 die Aufbringung einer Kupferschicht mit einer Dicke von z. B. 10 μm auf die freiliegenden Kanten der Widerstandsschicht 21 an deren Unterseite.
Im nächsten Schritt S10 erfolgt dann an einem Nutzen mit zahlreichen, noch nicht vereinzelten SMD-Widerständen ein Widerstandsabgleich.
Nach dem Widerstandsabgleich werden dann von dem Nutzen in einem Schritt S11 die einzelnen SMD-Widerstände 18 abgetrennt, was durch Zersägen, Stanzen oder durch Laserbearbeitung erfolgen kann.
In einem letzten Schritt S12 werden dann die Anschlussteile 22, 23 als Lötkappen auf die freigelegten Kanten aufgebracht. Diese Aufbringung der Anschlussteile 22, 23 nach der Vereinzelung des SMD-Widerstands 18 ermöglicht es, dass die Anschlussteile 22, 23 das Trägerelement 19 auch seitlich an den Schnittflächen umgreifen, wie aus der Perspektivansicht in 1 ersichtlich ist.
2G zeigt schließlich den erfindungsgemäßen SMD-Widerstand 18 auf einer Leiterplatte 27 mit zwei Standard-Lötpads 28, 29 und zwei Lötstellen 30, 31. Aus der Querschnittsansicht ist ersichtlich, dass die Lötstellen 30, 31 seitlich an dem SMD-Widerstand 18 frei liegen und deshalb einer Sichtkontrolle zugänglich sind.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

1: SMD-Widerstand
2: Träger
2.1, 2.2: Trägerelemente
3: Kleberschicht
4: Widerstandsbahn
5: Schutzlack
6: Einschnitt
7: Lötpad
8: Lötpad
9: SMD-Widerstand
10: Träger
11: Kleberschicht
12: Widerstandsschicht
13: Kupferkontaktierungen
14, 15: Anschlussteile
16, 17: Schutzlackschicht
18: SMD-Widerstand
19: Trägerelement
19.1, 19.2: Teile
20: Kleberschicht
21: Widerstandsschicht
22, 23: Anschlussteile
24: Einschnitt
25, 26: Lötstopplack
27: Leiterplatte
28, 29: Standard-Lötpads
30, 31: Lötstellen

Claims

Widerstand (18), insbesondere SMD-Widerstand, mit a) einem flächigen, metallischen Trägerelement (19) mit einer Oberseite und einer Unterseite, b) einem flächigen Widerstandselement (21) aus einem Widerstandsmaterial, wobei das Widerstandselement (21) auf der Unterseite des Trägerelements (19) angeordnet ist, c) mindestens zwei getrennten metallischen Anschlussteilen (22, 23), die das Widerstandselement (21) elektrisch kontaktierend und teilweise an der Unterseite des Trägerelements (19) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass e) die Anschlussteile (22, 23) an dem Widerstand (18) seitlich frei liegen und seitlich sichtbar von einem Lot benetzbar sind.
Widerstand (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Anschlussteile (22, 23) jeweils seitlich an dem Widerstand (18) nach oben bis zu dem metallischen Trägerelement (19) reichen und das Trägerelement (19) berühren und elektrisch und thermisch kontaktieren.
Widerstand (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (19) einen Einschnitt (24) aufweist, der das Trägerelement (19) in mindestens zwei elektrisch voneinander isolierte Teile (19.1, 19.2) aufteilt und einen Stromfluss über das Trägerelement (19) zwischen den beiden Anschlussteilen (22, 23) verhindert.
Widerstand (18) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschnitt (24) in dem Trägerelement (19) mindestens teilweise schräg verläuft.
Widerstand (18) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschnitt (24) in dem Trägerelement (19) V-förmig, W-förmig oder mäanderförmig verläuft.
Widerstand (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Anschlussteile (22, 23) eine seitliche Ausdehnung aufweisen, die kleiner ist als 30%, 20% oder 15% der seitlichen Ausdehnung des Widerstands (18), um die Kontaktierung von Standard-Lötpads (28, 29) zu erleichtern, und/oder b) dass die Anschlussteile (22, 23) eine seitliche Ausdehnung aufweisen, die kleiner ist als 1 mm, 0,5 mm oder 0,1 mm, um die Kontaktierung von Standard-Lötpads (28, 29) zu erleichtern.
Widerstand (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsmaterial eines der folgenden Materialien ist: a) Kupfer-Mangan-Legierung, insbesondere Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung, insbesondere CuMn12Ni, CuMn7Sn oder CuMn3, b) Nickel-Chrom-Legierung, insbesondere Nickel-Chrom-Aluminium-Legierung, insbesondere NiCr20AlSi1MnFe, NiCr6015, NiCr8020, NiCr3020, c) Kupfer-Nickel-Legierung, insbesondere CuNi15 oder CuNi10.
Widerstand (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch a) eine Dicke von weniger als 2 mm, 1 mm, 0,5 mm oder 0,3 mm, und/oder b) eine Länge von weniger als 10 mm, 5 mm, 2 mm oder 1 mm, und/oder c) eine Breite von weniger als 5 mm, 2 mm oder 1 mm.
Widerstand (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (19) eine Dicke aufweist, die kleiner als 0,3 mm und/oder größer als 0,05 mm ist.
Widerstand (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Trägerelement (19) an seiner Oberseite flächig mit einem Lötstopplack (25) beschichtet ist, und/oder b) dass das Widerstandselement (21) an seiner Unterseite flächig mit einem Lötstopplack (26) beschicht ist.
Widerstand (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Anschlussteile (22, 23) aus einem hochleitfähigen Material bestehen, und/oder b) dass das Trägerelement (19) aus einem thermisch hochleitfähigen Material bestehen.
Widerstandselement (21) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Anschlussteile (22, 23) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen, und/oder b) dass das Trägerelement (19) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
Widerstand (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die einzelnen Anschlussteile (22, 23) das Trägerelement (19) oben und das Widerstandselement (21) unten kappenförmig umgreifen, und/oder b) dass die einzelnen Anschlussteile (22, 23) das Trägerelement (19) und/oder das Widerstandselement (21) seitlich kappenförmig umgreifen.
Widerstand (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kleberschicht (20) zwischen dem Widerstandselement (21) und dem Trägerelement (19).
Widerstand (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (21) eine einfach rechteckige oder mäanderförmig verlaufende Widerstandsbahn aufweist.
Widerstand (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Widerstandswert im Milliohmbereich, insbesondere einen Widerstandswert von weniger als 500 mΩ, 200 mΩ, 50 mΩ, 30 mΩ, 20 mΩ, 10 mΩ, 5 mΩ oder 1 mΩ.
Widerstand (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (21) mit Ausnahme der Anschlussteile (22, 23) nach außen vollständig elektrisch isoliert ist.
Herstellungsverfahren für Widerstände, insbesondere für Widerstände nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellung eines flächigen, metallischen Trägerelements (19) mit einer Oberseite und einer Unterseite, b) Aufbringen eines flächigen Widerstandselements (21) aus einem Widerstandsmaterial auf die Unterseite des Trägerelements (19), c) Elektrische Kontaktierung des Widerstandselements (21) durch mindestens zwei getrennte metallische Anschlussteile (22, 23), die teilweise an der Unterseite des Trägerelements (19) angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass e) die Anschlussteile (22, 23) an dem Widerstand (18) so angebracht werden, dass die Anschlussteile (22, 23) seitlich frei liegen und seitlich sichtbar von einem Lot benetzbar sind.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: Erzeugung eines Einschnitts (24) in dem Trägerelement (19), wobei der Einschnitt (24) das Trägerelement (19) in zwei Teile (19.1, 19.2) trennt und einen Stromfluss über das Trägerelement (19) zwischen den beiden Anschlussteilen (22, 23) verhindert.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschnitt (24) in dem Trägerelement (19) ätztechnisch oder durch Laserbearbeitung hergestellt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschnitt (24) in dem Trägerelement (19) mindestens teilweise schräg geformt wird, insbesondere V-förmig, W-förmig oder mäanderförmig.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (21) durch eine Kleberschicht (20) auf die Unterseite des Trägerelements (19) aufgeklebt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (21) ätztechnisch oder durch Laserbearbeitung strukturiert wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Strukturierung des Widerstandselements (21) eine mäanderförmige Widerstandsbahn in dem Widerstandselement (21) erzeugt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Flächiges Aufbringen eines Lötstopplacks (25) auf die Oberseite des Trägerelements (19), und/oder b) Flächiges Aufbringen eines Lötstopplacks (26) auf die Unterseite des Widerstandselements (21).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Streifenförmige Entfernung des Lötstopplacks (25) an der Oberseite des Trägerelements (19) an zwei gegenüber liegenden Kanten, und/oder b) Streifenförmige Entfernung des Lötstopplacks (26) an der Unterseite des Widerstandselements (21) an den gegenüber liegenden Kanten, und/oder c) Streifenförmige Entfernung der Klebeschicht (20) zwischen dem Trägerelement (19) und dem Widerstandselement (21) an den gegenüber liegenden Kanten, und/oder d) Streifenförmige Entfernung des Widerstandselements (21) an der Unterseite des Trägerelements (19) an den beiden gegenüber liegenden Kanten zur streifenförmigen Freilegung des Widerstandselements (21) für eine elektrische Kontaktierung.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 26, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: Vereinzelung der Widerstände (18) durch Trennung von einem Nutzen, der mehrere Widerstände (18) umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Vereinzeln der Widerstände (18) durch Sägen, Stanzen oder durch Laserschneiden des Nutzens erfolgt.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 27 oder 28, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: Durchführung eines Widerstandsabgleichs vor der Vereinzelung der Widerstände (18).
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussteile (22, 23) nach dem Widerstandsabgleich und/oder nach dem Vereinzeln aufgebracht werden.