DE1089861B - Metallschichtwiderstand mit aufgedampfter Widerstandsschicht aus einer Nickel-Chrom-Legierung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Metallschichtwiderstand mit einer Widerstandsschicht aus einer aufgedampften Nickel-Chrom-Legierung und einer ebenfalls aufgedampften zweiten Schicht.

Bei der Herstellung von elektrischen Widerständen ist man stets bestrebt, einen Widerstand zu erhalten, der einen niedrigen Widerstandstemperaturkoeffizienten besitzt, d. h. der je Grad Temperaturänderung seinen Widerstandswert nur wenig ändert, und dessen Widerstandswert sich infolge von Änderungen der Feuchtigkeit, der elektrischen Belastung oder anderer Betriebsbedingungen nur geringfügig ändert. Es hat sich gezeigt, daß Schichtwiderstände> bei denen auf einem isolierten Träger eine dünne Widerstandsschicht aus einem Metall oder einer Metallegierung aufgebracht ist, einen kleinen Temperaturkoeffizienten besitzen. So ist es bekannt, eine Widerstandsschicht aus einer Nickel-Chrom-Legierung auf einen Isolierträger aufzudampfen, die einen sehr kleinen Temperaturkoeifizienten aufweist. Weiterhin ist es bekannt, eine auf diese Weise gebildete Widerstandsschicht mit einer zweiten Schutzschicht aus Quarz od. dgl. durch Aufdampfen zu überziehen.

Bei der Massenherstellung von Widerständen durch Aufdampfen von Widerstandsmaterial im Vakuum ist es sehr schwierig, eine Widerstandsschicht aus einem Metall oder einer Legierung zu erzeugen, die einerseits einen niedrigen Temperaturkoeffizienten besitzt und damit gegen Temperaturschwankungen unempfindlich ist und die außerdem sehr stabil gegenüber anderen Betriebsbedingungsänderungen, wie Feuchtigkeit, Belastung od. dgl. ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Metallschichtwiderstand mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten zu schaffen, der unter den in Frage kommenden Betriebsbedingungen stabil ist und der sich leicht durch Massenfertigung herstellen läßt.

Die Erfindung besteht darin, daß als Nickel-Chrom-Schicht eine Legierung mit einer Nennzusammensetzung von 74,5% Nickel, 20% Chrom, 2,75% Aluminium und 2,75% Kupfer aufgedampft und als zweite Schicht auf die so gebildete Schicht eine Chromschicht aufgedampft ist. Vorzugsweise wird die Dicke der Schichten so gewählt, daß die aus der Nickel-Chrom-Legierung bestehende Schicht 80 bis 90% des Widerstandes der Widerstandsschicht und die aus Chrom bestehende Schicht 10 bis 20% des Widerstandes der Schicht liefert.

Der Metallschichtwiderstand gemäß der Erfindung besitzt durch die Nickel-Chrom-Schicht einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten und ist daher gegenüber Temperaturschwankungen sehr unempfindlich. Durch die zweite Schicht aus Chrom ist der Widerstand jedoch außerdem unempfindlich gegenüber Ände-

mit aufgedampfter Widerstandsschicht

aus einer Nickel-Chrom-Legierung

Anmelder:

International Resistance Company,
Philadelphia, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,

Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Benjamin Solow, North Hollywood, Calif. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

rangen der Feuchtigkeit, der elektrischen Belastung oder anderen sich ändernden Betriebsbedingungen. Durch die Kombination der beiden Schichten wird also erreicht, daß der Widerstand nahezu völlig unempfindlich gegenüber sämtlichen sich ändernden Betriebsgrößen ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Zeichnung veranschaulicht einen Widerstand gemäß der Erfindung im Längsschnitt.

Auf den Kern 10 ist eine dünne Widerstandsschicht 12 aus einer Nickel-Chrom-Legierung mit einem niedrigen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufgebracht; diese Legierung enthält 74,5% Nickel, 20% Chrom, 2,75 % Aluminium und 2,75 % Kupfer; sie ist als Überzug unmittelbar auf die Oberfläche des Kerns 10 aufgebracht, und diese Schicht ist mit einer zweiten dünnen Schicht 14 aus Chrom überzogen, so daß die Schicht 12 aus der Legierung von der Schicht 14 bedeckt ist. Damit die beiden getrennten Schichten 12 und 14 in der Zeichnung gut erkennbar sind, ist die Dicke der Schichten in übertriebenem Maß stäbe dargestellt. Tatsächlich liegt die Gesamtdicke der beiden Schichten 12 und 14 zwischen etwa 200 und 500 Ängström-Einheiten. Die dünne Legierungsschicht 12 bildet ein Widerstandsmaterial mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes. Diese

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Schicht ist jedoch allein gegenüber Änderungen der Feuchtigkeit, der elektrischen Belastung und anderer Betriebsbedingungen nicht stabil. Bei Chrom hat es sich gezeigt, daß es zwar eine gute Stabilität besitzt, daß aber der Temperaturkoeffizient des Widerstandes einer Chromschicht in weiten Grenzen variiert. Es wurde jedoch festgestellt, daß bei einem Widerstandsfilm, der eine Schicht aus der oben angegebenen Legierung umfaßt, die mit einer Chromschicht überzogen ist, der Film bzw. die Schicht die gute Stabilität des Chroms aufweist und daß trotzdem das Chrom den leicht reproduzierbaren niedrigen Temperaturkoeffizienten der Legierung nicht nachteilig beeinflußt, und zwar insbesondere dann, wenn die Legierungsschicht zwischen 80 und 90% des Widerstandes der Schicht, d. h. des Widerstandes je Flächeneinheit, und das Chrom zwischen 10 und 20% des Widerstandes des Films liefert. Es zeigt sich sogar, daß der Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes durch das Chrom noch gesenkt wird. Der Ausdruck »Senkung des Temperaturkoeffizienten« bedeutet, daß sich der Temperaturkoeffizient zahlenmäßig dem Wert Null stärker nähert.

Aus der nachstehenden Tabelle gehen die Betriebscharakteristiken von derartigen Metallschichtwider- ständen hervor. Diese Tabelle zeigt die Ergebnisse von Standardversuchen, bei denen die Betriebsbedingungen nachgeahmt wurden, unter denen die Widerstände in der Praxis benutzt werden. Jedes der aufgeführten Ergebnisse stellt den Mittelwert der Ergebnisse der Prüfung einer großen Zahl von Widerständen dar.

(Die Zahlen geben die prozentuale Änderung des Widerstandswertes von 0,5-Watt-Widerständen wieder).

Widerstandswert	Veränderliche Temperaturen	Tiefe Temperaturen	Kurzzeitige Überlastung	Feuchtigkeit	Lebensdauer (1000 S bei 100° C	bei Belastung tunden) bei 125° C
100 Ohm 1000 Ohm 0,237 Megohm 0,5 Megohm	0,11 0,03 0,04 0,04	0,04 0,01 0,04 0,03	0,17 0,02 0,01 0,01	0,15 0,11 0,09 0,20	0,07 0,06 0,13 0,10	0,15 0,10 0,18 0,14

Bei der Prüfung bei zyklisch veränderter Temperatur werden die Widerstände in eine Kammer eingebracht, und die Temperatur in der Kammer wird innerhalb weiter Grenzen in vorbestimmter Weise geändert, um festzustellen, welche Wirkung die Temperaturänderungen auf den Widerstandswert ausüben. Zur Prüfung des Verhaltens bei tiefer Temperatur werden die Widerstände in eine Kammer gebracht, die sich auf einer Temperatur von etwa —65° C befindet; die Widerstände bleiben während einer vorbestimmten Zeitspanne in dieser Kältekammer. Bei der Prüfung des Verhaltens bei kurzzeitiger Überlastung wird jeder Widerstand einer elektrischen Belastung ausgesetzt, die während einer kurzen Zeitspanne das Zweieinhalbfache der Nennbelastung beträgt. Bei der Prüfung des Einflusses der Feuchtigkeit wird jeder Widerstand in eine Kammer gebracht, in der die relative Feuchte etwa 90 bis 98% beträgt, und die in der Kammer herrschende Temperatur wird variiert, wobei der Widerstand jeweils belastet oder nicht belastet ist. Zur Prüfung der Lebensdauer bei Belastung wird jeder Widerstand in eine auf einer konstanten Temperatur gehaltene Kammer gebracht, und die elektrische Belastung des Widerstandes wird entsprechend einem vorbestimmten Zyklus während einer Zeitspanne von annähernd 1000 Stunden variiert. Bei jedem Versuch wurde der Widerstandswert der Widerstände vorher und nachher gemessen, um die Änderung des Widerstandswertes zu ermitteln. Je geringer die Änderung des Widerstandswertes ist, desto stabiler ist natürlich der Widerstand.- Aus der obigen Tabelle ist zu ersehen, daß die größte beobachtete Änderung bei irgendeinem Widerstand 0,2*/» betrug und daß sie in den meisten Fällen bei 0,1% oder darunter lag. Man erkennt somit, daß der Metallschichtwiderstand gemäß der Erfindung unter sämtlichen Betriebsbedingungen nur eine vernachlässigbar kleine Änderung des Widerstandswertes erleidet, daß die Widerstände somit sehr stabil sind. Die Widerstände lassen sich im Wege der Massenfertigung mit einem Temperaturkoeffizienten des Widerstandes herstellen, der zwischen Null und nur 25 Teilen in einer Million je Celsiusgrad der Temperaturänderung beträgt. Dies bedeutet, daß die maximale Änderung des Widerstandswertes bei einer Temperaturänderung um 1°C nur 0,0025% beträgt.

Bei der Herstellung des Widerstandes wird das Widerstandsmaterial in Form einer Schicht im Wege des Aufdampfens im Vakuum auf den Träger oder Kern 10 aufgebracht. Dieses Verfahren wird angewendet, da es eine genaue Kontrolle der aufgebrachten Schicht ermöglicht. Ferner gestattet es dies Verfahren, ohne Schwierigkeiten die richtigen Materialmengen für jede der Schichten 12 und 14 aufzubringen. Im allgemeinen wird die Widerstandsmaterialschicht dadurch erzeugt, daß man einen Träger oder Kern 10 zusammen mit der Nickel-Chrom-Legierung in eine Kammer einbringt. Diese Kammer wird abgedichtet und bis zu einem Druck von mindestens 0,005 mm und vorzugsweise bis zu einem noch niedrigeren Druck evakuiert. Die Legierung wird dann erhitzt, bis sie verdampft; dies ist bei einer Temperatur von etwa 1200° C der Fall. Die Dämpfe diffundieren durch die gesamte Kammer, und die mit dem Kern 10 in Berührung kommenden Dämpfe kondensieren auf ihm und bilden die erste Schicht 12. Wenn die richtige Menge des Materials auf den Kern 10 aufgebracht ist, wird das Aufdampfen unterbrochen. Hierauf bringt man die Kammer wieder auf den Atmosphärendruck und ersetzt die zu verdampfende Legierung durch einen Chromvorrat. Nunmehr wird die Kammer erneut evakuiert, und das Chrom wird erhitzt, bis es verdampft, was bei einer Temperatur von etwa 800^QC der Fall ist. Das Verdampfen des Chroms wird fortgesetzt, bis eine ausreichende Menge an Chromdämpfen auf der Schicht 12 kondensiert ist und sich die äußere Chromschicht 14 ausgebildet hat. Hierauf wird das Aufdampfen des Chroms unterbrochen, und der Widerstand wird aus der Kammer entfernt. Um den Widerstand fertigzustellen, werden an dem Widerstandsschichtmaterial Anschluß drähte 16, z. B. mit Hilfe von Metallkappen 18, befestigt, mit

denen die Anschluß drähte 16 in beliebiger bekannter Weise verbunden werden. Gegebenenfalls kann man den Widerstand mit einem Überzug versehen, um ihn gegen Verschmutzung und Beschädigung zu schützen. Hierbei kann es sich um ein Rohr oder ein Gehäuse handeln, in das der Widerstand mit abdichtender Wirkung eingesetzt wird, oder um einen Überzug aus einem isolierenden Material oder um einen plastischen Überzug, in dem der Widerstand eingeformt wird; alle diese Verfahren zum Schützen von Widerständen sind bekannt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Metallschichtwiderstand aus einem isolierenden Träger mit einer Widerstandsschicht aus einer aufgedampften Nickel-Chrom-Legierung und einer

ebenfalls aufgedampften zweiten Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß als Nickel-Chrom-Schicht eine Legierung mit einer Nennzusammensetzung von 74,5% Nickel, 20 % Chrom, 2,75 «/0 Aluminium und 2,75% Kupfer aufgedampft und als zweite Schicht auf die so gebildete Schicht eine Chromschicht aufgedampft ist.

2. Metallschichtwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Nickel-Chrom-Legierung bestehende Schicht 80 bis 90% des Widerstandes der Widerstandsschicht und die aus Chrom bestehende Schicht 10 bis 20% des Widerstandes der Schicht liefert.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 610 606.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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