DE1490986B2 - Verfahren zur herstellung eines elektrischen widerstandselements mit teilweiser entfernung der widerstandsschicht zwecks einstellung der widerstandseigenschaften - Google Patents

Description

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menhängendes Muster, wie etwa eine spiralförmige Rille oder die Oberfläche des Trägerkörpers durchziehende Längsstreifen, so daß nach der Entfernung der Widerstandsschicht von den spitzen Erhebungen die in den Vertiefungen verbleibenden Schichtteile eine regelmäßig geformte, in sich zusammenhängende Widerstandsstruktur bilden.

Bei der Herstellung von Miniaturwiderständen wird eine Vergrößerung des Verhältnisses von Länge zu Breite einer Widerstandsschicht durch die damit verbundenen technologischen Schwierigkeiten, immer feinere Widerstandsstrukturen etwa durch Fotoätzung herzustellen, begrenzt Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich bei befriedigendem Tempersturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes in einfacher Weise ein sehr hoher Widerstandswert erzielen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst die Widerstandsschicht mit derartiger Stärke aufgebracht wird, daß die WiderstanJ-schieht einen negativen Temperatorkoeffizienten des elektrischen Widerstandes aufweist und die Widerstandsschicht oberhalb der Erhebungen gerin-ere Schichtstärke als oberhalb der Vertiefungen hat. und daß dann in unregelmäßiger Weise die Widerstandsschicht an den Erhebungen abgerieben wird, so daß sich, verbunden mit einer Erhöhung des Widerstandswertes, eine Verringerung des Betrages des negativen Temperaturkoeffizienten der Widerstandsschicht ergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in äußerst einfacher Weise durchführbar; in vielen Fällen wird eine Bearbeitung des Trägerkörpers nicht erforderlich sein, wenn dieser bereits die gewünschte Rauhigkeit aufweist, ferner ist der darauffolgende AbtragvoTiiang auf vielerlei Weise durchführbar und mit keinerlei Präzisionsanforderungen belastet. Wegen der äuße.st hohen erzielbaren Widerstandswerte können W'iderstandselemente auch für Miniaturschaltungen hergestellt werden, ohne daß dazu ein kompliziert herzustellendes Verhältnis von Länge zu Breite des Widerstandselements erforderlich ist. Da nach dem Abtragvorgang überviegend nur noch die dickeren stabileren Teile der Widerstandsschicht übrigbleiben, wird auch eine befriedigende zeitliche Stabilität des Widerstandswertes erreicht.

Ausführungsbeispi.*'e zeigen die nachfolgenden Figuren, und zwar:

Fig. 1 einen bei einem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten, im wesentlichen gleichmäßig glatten Trägerkörper,

F i g. 2 eine Oberflächenbehandlung des Λ rägerkörpers von Fig. 1,

Fig. 3 den Trägerkörper nach erfolgter Oberflächenbehandlung,

F i g. 4 den Trägerkörper von F i g. 3 mit darauf aufgebrachter Widerstandsschichi,

Fig. 5 das Abschleifen der Oberfläche der Anordnung von Fig. 4,

F i g. 6 und 7 das bei dem ersten Ausführungsbeispiel erhaltene Widerstandselement mit im wesentlichen gleichmäßiger Oberfläche,

Fig. 8 einen bei einem zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten Trägerkörper mit ungleichmäßiger Oberflächenrauhigkeit,

Fig. 9 den Träge: körper von Fig. 8 mit darauf aufeebrachter Widerstandsschicht, Fig. 10 den Abschleif Vorgang an der Anordnung von F i g. 9 und

Fig. 11 und 12 Ansichten des nach dem Verfah_ren de_r ρ ig. 8 bis 10 erhaltenen Widerstandselements.

Der Trägerkörper 10 von Fig. 1 besteht aus einem geeigneten dielektrischen Material wie Keramik. Glas od. dgl. Die Oberfläche des Trägerkörpers 10 ist gleichmäßig glatt, um eine genaue Bearbeitung xo desselben zu ermöglichen und eine Gleichmäßigkeit der elektrischen Eigenschaften der darauf herzustel- !enden Widerstandsschicht zu gewährleisten. Es kann sich beispielsweise um einen Mikroskop-Objektträger mit einer Oberflächenbearbeitung handeln, die einem mit einem Profilmeßgerät gemessenen Wert von 2,5 X 10~· mm entspricht

Bevor das Widerstandsmaterial aufgebracht wird, wird der Trägerkörper 10 gemäß Fig. 2 behandelt. Eine rotierende Bürste 11 bewirkt eine Aufraiihxmg ao der Oberfläche des Trägerkö pers 10 mittels eines Schmirgelbreis 12. Dabei wird die Bürste Il in einer

Ebene parallel zur Oberfläche des Trägerkörpers 10 bewegt, so daß sich eine gleichmäßige Aufrauhun^ ergibt. Als Schrnirgelbrei ist z. B. Aluminiumoxidas brei benutzt worden, wobei an einem als Glas bestehenden Objektträger eine Oberflächenrauhigkcit von 250 10 «mm erzielt wurde. Andere geeignete Aufrauhungsmethoden sind Sandstrahlverfahren oder chemische Behandlungen.

Gemäß Fig. 3 besteht die solchermaßen aufge rauhte Oberfläche des Trägerkörpers Ό aus kleinen spitzen Erhebungen 13 und dazwischen befindlichen Vertiefungen 14 in gleichmäßiger Anordnung, wobei Fi^. 3 eine stark übertriebene Darstellung ist. Die in dieser Weise vorbehandelte Oberfläche des Tragerkörpers 10 wird dann gemäß Fig. 4 mit einer dünnen Widerstandsschicht 15 überzogen, was bei-.,piclsweise durcl·. Aufdampfen im Vakuum oder durch Aufsprühen erfolgen kann. Die Widerstands₊o schicht 15 kann aus einem bekannten Widerstandsmaterial bestehen, wie beispielsweise aus Chrom. Zinnoxid. Nickel-Chromlegierungen, Nickel, Chromsilikonoxid od. dgl. Es ist zu beachten, daß das Widerstandsmaterial die Neigung hat, die zwischen den Erhebungen 13 befindlichen Vertiefungen auszufüllen, so daß die Widerstandsschicht 15 eine ungleichmäßige Stärke hat. Diejenigen Teile der Widerstandsschicht 15. welche den Vertiefungen entsprechen und dicker sind, haben einen starker positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes als diejenigen Teile, welche den Erhebungen entsprechen und einen hochnegativen Teinperatur-Koeffizienten des Widerstandes haben. Di-se higenschäften werden dazu benutzt, um Widerstandselemente hohen Widerstandswertes und guter Temperaturkonstanz herzustellen.

Gemäß Flg. 5 wird dann die Widerstandsschicht 15 durch ein Schleifrad 17 einem Abschleifprozeü unterworfen, wobei das Rad 17 m Richtung der gezeigten Pfeile bewegt wird. Das Rad 17 kann aus Radiergummimaterial oder aus anderen weicnen Schleifmaterialien bestehen. Durch diese Jjearoeitung wird Widerstandsmaterial an den Erhebungen entfernt, so daß die dünneren Stellen *r *" Standsschicht 15 beseitigt werden. »«™™Γ der Gesamtwiderstand der ™toBMdssd£htU« höht, und der Tenweraturkoefflaent wrdwemg negativ gemacht. Die Oberflachenbehandlung

Widerstandsschicht 15 kann auch chemisch erfolgen, Stellen entfernt wird und die gewünschten Änderun-

indem sie beispielsweise mit einem aus Wolle be- gen in bezug auf eine Widerstandserhöhung und

stehenden, in Salzsäure getauchten Bausch abge- günstigere Werte des Temperaturkoeffizienten des

rieben wird oder in ein geeignetes Lösungsmittel, Widerstandes erzielt werden.

beispielsweise Salzsäure, getaucht wird, so daß die 5 Fig. 11 und 12 zeigen das solchermaßen herge-

dünneren Teile der Widerstandsschicht 15 weggelöst stellte Widerstandselement. Die den Erhebungen 21

werden. entsprechenden Stellen haben einen theoretisch un-

Gemäß Fig. 6 und 7 weist das so erhaltene Wi- endlich hohen Widerstand. Gemäß Fig. 12 ist eine der Standselement Rippen 18 auf, die den durch die unterbrochene Widerstandsschicht entstanden, wobei

Radierwirkung des Rades 17 entfernten Teilen der io die dickeren Schichtteile in den Vertiefungen 22 ins-

Widerstandsschicht 15, welche sich vorher oberhalb gesamt einen weniger stark negativen oder sogar

der Erhebungen 13 befanden, entsprechen und theo- positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen

retisch Stellen unendlich hohen Widerstandes bilden. Widerstandes bedingen.

Die stärkeren Stellen der Widerstandsschicht 15, In der beschriebenen Weise ist die Herstellung welche in den Vertiefungen 14 verbleiben, haben 15 außerordentlich hoher Widerstandswerte mit gerineinen geringeren negativen oder positiven Tempera- gern Aufwand möglich. Es ist nur erforderlich, von turkoeffizienten des Widerstandes, und der Flächen- einer Widerstandsschicht 25 mit insgesamt negawiderstand der Durchlöcherungen aufweisenden tivem Temperaturkoeffizienten auszugehen und durch Widerstandsschicht 15, gemessen an einem genügend Abradieren bzw. Abschleifen den gewünschten Wigroßen quadratischen Schichtelement, ist im wesent- »o derstandswert einzustellen, der dabei durch ein Ohmlichen konstant über diese ganze Schicht. Diese meter angezeigt werden kann. Dabei wird der Tem-Gleichmäßigkeit geht auf die im Zusammenhang mit peraturkoeffizient des elektrischen Widerstandes Fig. 1 und 2 beschriebene Vorbehandlung zurück, verbessert. Auf diese Weise ist es möglich, ohne welche einen Trägerkörper 10 von im wesentlichen Änderung von Länge zu Breite eine Widerstandsgleichmäßiger Rauhigkeit erzeugt. Ein derartiges as schicht mit einem Widerstandswert von 5000 Ω, die Widerstandselement ist besonders bei Mikroschalt- aus ein. ι Chromschicht mit einem auf ein quadrageräten verwendbar. tisches Schichtelement genügender Größe bezogenen

Der Trägerkörper 20 von F i g. 8 besteht aus einem Flächenwiderstand von 4000 Ω hergestellt worden

geeigneten Isoliermaterial wie Keramik, Glas, Kunst- ist, auf einen Widerstandswert von lOMö zu brin-

siorl od. dgl. Bei diesem Ausruhrungsbeispie! hat der 30 gen Rei dem Herstellungsverfahren gemäß den

Trägerkörper nicht eine feinbehandelte Oberfläche; Fig. 8 bis 12 sind die Gleichmäßigkeit "der Widcr-

vielmehr ist in diesem Fall der rauhe Zustand der Standsschicht sowie die Oberflächenbearbeitung des

Oberfläche erwünscht. Der Trägerkörper 20 hat Tragkörpers nicht kritisch. Jedoch zeigte sich, daß

kleine spitze Erhebungen 21 und kleine Vertiefun- beim Abreiben des Widerstandsmaterials bei solchen

gen22, die in Fig. 8 in stark übertriebener Höhe 35 Widerstandsschichten, die auf Trägerkörpern einer

dargestellt sind. Obwohl die Rauhigkeit und die Rauhigkeit von 125 X 10 "mm aufgebracht wurden,

Gleichmäßigkeit derselben nicht kritisch ist, so ist ein größerer Druck angewendet werden mußte als

doch eine Rauhigkeit von etwa 125 X 10* mm bis bei Widerstandsschichten, die auf Oberflächen grö-

450 X 10*mm vorzuziehen. Wie Fig. 9 zeigt, hat ßerer Rauhigkeit von 300 bis 380 χ 10 «mm auf-

das Widerstandsmaterial der dann aufgebrachten 40 gebracht wurden.

Widerstandsschicht 25 die Neigung, die Vertiefungen Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde 22 auszufüllen, und daher ergibt sich eine ungleich- folgendermaßen verfahren. Ein Keramikstreifen, bemäßige Dicke der Widerstandsschicht 25. Diejenigen stehend aus 99 °/o Aluminiumoxid und 1 °/o Magne-Teile der Widerstandsschicht 25, welche den Erhe- sium, der bis 1000⁰C temperaturbeständig war, bungen des Trägerkörpers 20 entsprechen, sind in 45 wurde als Trägerkörper verwendet. Dieser Trägerbezug auf diejenigen Stellen angehoben, welche den körper wurde in einem Vakuum von 10^s Torr auf Vertiefungen 22 entsprechen. In dieser Phase der eine Temperatur von 350° C erhitzt und aus einem Herstellung soll der gesamte Temperaturkoeffizient Wolframschiffchen während einer Zeitdauer zwischen der Widerstandsschicht 25 negativ sein. Es ist anzu- 1 und 5 Minuten mit Chrom bedampft. Die Vakuumnehmen, daß diejenigen Teile der Schicht 25, welche 50 kaminer wurde dann abgekühlt und bei etwa 100° C den Erhebungen entsprechen, einen stärkeren nega- belüftet. Nach Abkühlung auf Zimmertemperatur tiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes wurde der elektrische Widerstand der Chromschicht haben als diejenigen Stellen, welche den Vertiefun- mittels eines Ohmmeters gemessen. Während die gen entsprechen. Die Entfernung der Stellen der Chromschicht noch mit dem Ohmmeter verbunden Schicht 25 mit stark negativem Temperaturkoeffi- 55 war, wurde sie mittels eines normalen Radiergummis zienten hat dann die folgenden beiden Effekte zur abradiert. Dieses Abradieren wurde fortgesetzt und Folge: Es wird der resultierende Temperaturkoeffi- dabei kontinuierlich der elektrische Widerstand bezient der Widerstandsschicht 25 weniger negativ, und obachtet. Der Temperaturkoeffizient des Widerstander Widerstandswert der Widerstandsschicht 25 wird des der Chromschicht war vor dem Abradieren stark vergrößert. 60 negativ und wurde dann mit zunehmendem Wider-

Zur selektiven Entfernung von Teilen der Wider- standswert erheblich weniger negativ.

Standsschicht25 wird dann gemäß Fig. 10 der Ab- Widerstandselemente mit Widerstandswerten im

radierkörper 28 auf der Oberfläche der Widerstands- Megohmbereich wurden nach dem erfindungsgemä-

schicht25 hin- und herbewegt, wodurch Wider- Ben Verfahren mit einer Flächengröße von etwa

Standsmaterial insbesondere an den erhabenen 65 1 cm² hergestellt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1 2

Widerstandswert, mit teilweiser Entfernung der Wi-

Patentansprüche: derstandsschicht zwecks Einstellung der Widerstands

eigenschaften.

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung Widerstandselements, bestehend aus einer auf 5 eines Widerstandselements (USA.-Patentschrift einem isolierenden, mh Vertiefungen und spitzen 1 962438) wird eine auf eine Emailunterlage auf geErhebungen versehenen Trägerkörper aufge- brachte Graphitschicht durch Abschleifen mh einem brachten metallischen Widerstandsschicht mit radiergummiartigen Schleifrad auf den gewünschten einem unterhalb des Sollwertes liegerden Wider- Widerstandswert gebracht

standswert, mh teüweiser Entfernung der Wider- xo Es ist ferner bekannt (USA.-Patentschrift Standsschicht zwecks Einsteflung der Wider- 2 926325), eine metallische Widerstandsschicht Standseigenschaften, dadurch gekenn- auf einen aufgerauhten isolierenden Trägerkörper zeichnet, daß zunächst die Widerstandsschicht aufzubringen, auf die Widerstandsschicht eine (15, 25) mit derartiger Stärke aufgebracht wird, Schutzschicht aus dielektrischem Material aufzubrindaß die Widerstandsschicht (15,25) einen nega- 15 gen und die Schutzschicht so weit abzuschleifen, daß tiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen die höchsten Stellen der Widerstandsschicht freige-Widerstandes aufweist und die Widerstands- legt werden. Die dielektrische Schutzschicht hat dabei schicht (15. 2f ) oberhalb der Erhebungen (13,21 > den Zweck, eine übermäßige Abnutzung des Widergeringere Schichtstärke als oberhalb de; Ver- Standselements bei Verwendung desselben in einem titfungen(14 22) hat, und daß dann in unregel- 30 Potentiometer durch den Schleifkontakt zu verhinmüßiger Weise die Widerstandsschicht (15,^5) dem; der Schleifkontakt greift dann n?mlich nur an an den Erhebungen abgerieben wird, so daß sich. den freigelegten Stellen der Widerstandsschicht an. verbunden mit einer Erhöhung des Widerstands- Die metallische Widerstandsschicht selbst wird bei wertes, eine Verringerung des Eetrages des nega- dem Abschleifvorgang nicht angegriffen, so daß sich tiven Temperaturkoeffizienten der Widerstands- 25 deren Widerstandswert dabei auch nicht ändert. Die schicht (15.25) ergibt. Widerstandsschicht schmiegt sich derart an die Un-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- cbenheiten des Trägerkörpers an, daß die Dicke der kennzeichnet, d?ß die Widerstandsschicht (15. Widerstandsschicht praktisch überall gleich ist.

25) aus Chrom. Zinnoxid, einer Nickel-Chrom- Es ist grundsätzlich bekannt (deutsche Auslege-

Legierung oder aus N.ckel-C.irom-Siliciurnoxid 30 schrift 1 120 583). daß sehr dünne Widerstandsbesteht. schichten Halbleitereigenschaften aufweisen und da-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. da- her einen negativen Temperaturkoeffizienten des durch gekennzeichnet, daß der isolierende Trä- Widerstandes besitzen, während dickere Schichten gerkörper(10,20) zu 99⁹O aus Aluminiumoxid vorwiegend einen positiven Temperaturkoeffizienten und zu I⁰O aus Magnesium besteht. 35 aufweisen; es gibt daher eine werkstoffabhängige

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden optimale Schichtdicke, bei der de* Temperaturkoeffi-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ziem annähernd verschwindet. Um bei dieser Schichtteilweise Entfernung der Widerstandsschicht (15. dicke sehr hohe Widerstandswert; zu erzielen, kann 25) durch mechanischen Abrieb erfolgt. man die Schicht optimaler Schichtdicke schrauben-

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 40 linig verlaufen lassen, so daß der hohe Widerstandsbis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise wert durch das große Verhältnis von Länge /u Entfernung der Widerstandsschicht (15.25) Breite zustandekommt.

durch chemische Ätzung erfolgt. Zur Erzielung sehr hoher WicLrstandswerte bei

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden befriedigendem Temperaturkoeffizienten des Wider-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der 45 Standes ist es femer bekannt (deutsche Auslegeschrift Trägerkörper (10) gleichmäßig aufgerauht ist 1 132 220), auf einen keramischen Tragerkörper ein (Fig. 3). Gemisch aus Metallteilchen und Glasteilchen derart

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge- aufzubrennen, daß eine kontinuierliche Glasphase kennzeichnet, daß die Rauhigkeit des Träger- entsteht, in der die Metallteilchen fein verteilt sind, körpers(20) ungefähr 125 bis 450 χ 10 »mm 50 Bei derartigen glaskeramischen Widerständen lassen beträgt (F i g. 8). sich Widerstandsschichten mit Flächenwiderständen

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge- bis zu ein^;gen Megohm herstellen; jedoch ist die kennzeichnet, daß die Rauhigkeit des Träger- Anwendbarkeit eines derartigen Herstellungsverfahkörpers(lO) vor der Aufrauhung 2,5 X 10 »mm rens wegen der relativ hohen Aufbrenntemperatur beträgt (F i g. 1). 55 beschränkt, und femer können metallkcramische

Widerstandsschichten nicht so leicht bearbeitet werden wie etwa metallische Widerstandsschichten, die

z. B. leicht ätzbar sind.

Es sind femer Verfahren der eingangs genannten

60 Art bekannt (deutsche Patentschrift 821 380, USA.-

Patentschriften 2792 620, 2962393), bei denen

durch Entfernung der Widerstandsschicht von den

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herste!- spitzen Erhebungen des Trägerkörpers, z. B. durch lung eines elektrischen Widerstandselements, be- Abschleifen, der Widerstandswert auf die gewünschte stehend aus einer auf einem isolierenden, mit Ver- 65 Höhe gebracht wird, was während des Abtragvortiefungen und spitzen Erhebungen versehenen Trä- ganges mit Hilfe eines Ohmmeters überwacht wergerkörper aufgebrachten metallischen Widerstands- den kann. Die in dem Trägerkörper vorgesehenen schicht mit einem unterhalb des Sollwertes liegenden Vertiefungen bilden dabei ein regelmäßiges zusam-