DE1640524B2

DE1640524B2 - Elektrischer widerstand

Info

Publication number: DE1640524B2
Application number: DE19671640524
Authority: DE
Inventors: William Andrew Willing boro N J Murphy Remington Morris Ros lyn Pa Mulligan, (V St A )
Original assignee: TRW Ine , Cleveland, Ohio (V St A )
Priority date: 1966-04-21
Filing date: 1967-04-19
Publication date: 1972-01-27
Also published as: NL155392B; FR1502273A; DE1640524A1; DK121965B; GB1158381A; US3441516A; NL6703226A

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Widerstand aus einem keramischen Körper und einer glasigen, leitenden Widerstandsschicht, die in feindisperscr Verteilung leitendes Material enthält.

Beim Hau von elektronischen Geräten werden häufig als Bauelemente keramische Widerstände angewandt, deren leitende Widcrstandsschichl ein iso- .);. licrcndes Glas mit darin eingebetteten, feindispersen, leitenden Teilchen, insbesondere aus Metallen, Metalllegierungen oder elektrisch leitenden Hartmetallen, sind. Hs zeigte sich nun, daß diese elektrischen Widervon

Widerslandsschicht in Form einer Glasschicht, enthaltend in feindisperser Verteilung leitendes Material, welche die Nachteile des älteren Vorschlags nicht aufweisen, jedoch eine hohe Temperaturstahiiitiit des Widerstands besitzen. Sie sind dadurch gekennzeichnet, d.ißdie Glasschieht 2 bis 15 Gewichtsprozent, insbesondere 5 Gewichtsprozent Kaolin, enthält

Als feindisperses, leitendes Material bevorzugt nun bekannterweise Palladium und Silber, wobei der Anteil an leitendem Material in der Glasschieht 30 bis 55 Gewichtsprozent betragen .soll, [-.in anderes, ■ehr brauchbares leitendes Material ist ein Gemisch Wolframcarbid und Wolfram in einer Mciiye

n 25 bis ¹X) Gewichtsprozent der Glassehichi. I₅In Abwandlung dieses leitenden Materials kann nun auch ein Gemisch eines schwer schmelzbaren Metalls und dessen Nitrids in einer Menge zwischen 5 und 15 Volumprozent anwenden.

Durch die erfindungsgemäßc Anwesenheil von Kaolin in der Widerstandsschicht läßt sich der Temperaturbeiwert des Widerstands, also die Änderung des Widerstands mit der Betriebstemperatur wesentlich verringern. Die bisher auf dem Mark! befindlichen Widerstände analogen Aufbaus besitzen Temperaturbeiwerte nicht besser als 0,2%,grd. Mit den erfindungsgemäßen Widerständen erreicht man jedoch Werte, die gegen Null gehen.

Diese vorteilhafte Wirkung wird bei einer Kaolinmenge wesentlich unter 2% nicht mehr erreicht. Kaolinmengen über 15% können in manchen Fällen zu Schwierigkeiten bei der Herstellung führen, denn es kann beim Hinbringen des Kaolins in die Glasmasse zu einem Zusammenballen kommen. Hinsichtlich der Wirksamkeit und der Verarbeitungstechnik erwiesen sich Kaolinmengen von etwa 15% als besonders günstig.

Die Herstellung der erfindu^gsgemäßen Widerstände geschieht in üblicher Weise, So wird aus dem Glasversatz zuerst eine Glasfritte hergestellt, dann ein Gemisch aus Glasfritte, leitendem Material und Kaolin auf den keramischen Trägerkörper aufgebracht und das Glas eingeschmolzen. Als Glasfritten kann man beliebige Gläser verwenden. Bevorzugt werden Borosilikate, enthaltend Blei, Wismut, Cadmium. Barium und/oder Calcium oder andere Erdalkalien. Als feindisperse, leitende Materialien eignen sich Metalle, Legierungen, Gemische von Metallpulvcrn und leitenden Metallverbindungen. Bevorzugt werden Edelmetalle, insbesondere Palladium oder eine PaIIa-

stände häufig zu Schwierigkeiten Anlaß geben, weil 50 dium-Silber-Lcgicrung, Gemische von Wolfram mit

sich der Widerstand mit der Betriebstemperatur ändert, 's sind in einem solchen Fall dann oft recht komplizierte und aufwendige Kompcnsationsschaltungen erforderlich, um die nötige Gerätcstabililät auch bei nicht temperalurstabilen Bauteilen sicherzustellen.

Nach einem älteren Vorschlag soll die Widerstandsänderung mit der Betriebstemperatur dadurch eliminiert b/w. gering gehalten werden, daß ein ganz spezielles Uariumborosilikatglas als Matrix für das <*> eingebettete, feindisperse, leitende Material gewählt wird. Hei diesen Widerständen, die zwar hinsichtlich der Stabilität entsprechen mögen, wirkt sich die starke Beschränkung auf die Anwendbarkeit eines speziellen Glases für die Widerstandsschiehl manchmal sehr ^ nachteilig aus.

Die Erfindung betrifft nun elektrische Widerstände aus einem keramischen Körper und einer leitenden Wolframcarbid und hochschmelzcndc Metalle im Gemisch mit deren Nitriden wie von Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän oder Wolfram.

Die glasige Widerstandsschicht soll wie erwähnt einen Anteil an leitendem Material zwischen 30 und SS Gewichtsprozent und einen glasigen Anteil von 68 bis 30 Gewichtsprozent, neben den erfindungsgemäßen 2 bis 15 Gewichtsprozent Kaolin aufweisen. Wird ein Gemisch von hochschmclzcndcm Metall und dessen Nitrid angewandt, so beträgt der Glasanteil vorzugsweise 50 bis 95 Volumprozent. Das Verhältnis zwischen hochschmelzendem Metallnitrid und dem Metall kann 0,5 bis 5:1 betragen.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren weiter erläutert.

Fig.) zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Widerstand;

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Ii α ι /CiUi in einem Diagramm die Abhängigen des I Jmperaturheiwerls des Widerstands vom Kaolin-,ehalt der Widerstandsschicht.

IX-r Widerstand 10 der Fig. I besteht aus dem Kerunikkorper !2 und der Widerstandsschichi N. Der Keramikkörper kann in üblicher Weise aus GI-iN Porzellan, Sieatit. Bariumlitanai, Tonerde od. diil b.-stehen Die Widerstandsschicht 14 besteht aus ,Ier'( ,!.-,masse 16. dem elektrisch !eilenden Pulver I« und dem Kaolinpulver 20.

Bei dem dem Diagramm der F i g. 2 zugrunde liegenden Glas handelte es sich um ein Bleihorosilfkatulas-als leitendes Material dienten lidelmeialle. namlich Palladium und Silber, vorzugsweise ..Is Legicrung mit 56".. Pd und 44",. Ag. Die Kurve.-! zeigt die Verhältnisse /wischen 25 und ISo c _lllH| die Kurve B /wischen -.VMiOd t -> I .

Aus den beiden Kurven ergibt sich, dall du· WiderstaiuKschicht »line kaolin einen positiven k lurheiwert hcMt/l. Bei Zugabe von Kaolin r

Temperaturucrl von positiv an und überquer! die Nullinie, so dall die Widerstandsschichi in tkn \kreich eines negativen lemperaturheiwa ι, kommt. Hei etwa 5".. zeigt sich, da» der Anstieg dci Kurven sehr viel geringer wird. Bei 10% Kaolin wird gegenüber 5% nicht mehr viel gewonnen. Der Anstieg bei 15\, ist müßig. Die <!iesen Kurven /ugrunde liegenden Meßpunkte und die Zusammcnsei/ung der Widersiandsschiehten sind in folgender I ahelle /iK.mtniengefaßt:

Kiiolm

U.)llr.iin I.inulinmJ l.mi.il

(i.-u.Jn.pr.v,·!!! <,^.,hi-pn v-in (,L->wJii,pi.)/cni

55

50
44

	17	445	■· nod"M
	17	540	ι ο.ι 1021
34	1800	τ 0.037(1
34	200	■1-0.0015

Heiden Fritten 1 und 2 handelte es sich um Bariumcalcmmborosilikatglaser und bei den Fritten 3 und 4 um Barium-Tilan-Aluminium-Borosilikate.

Die F.rfmdung wird an folgenden Beispielen weiter orliiiitert:

^{B e} ' ^s P ' ^e ' '

10 Ciewichtsprozcnt einer Bleiborosilikatfrit'.e. 55 Gewichtsprozent eines Pulvergemisch^ von PaIIadiiim und Silber (56:44) sowie 5 Gewichtsprozent 3i K.'olin. Körnung etwa < 2 ^m. wurden mit einem Anmachmittel auf einem Walzenstuhl durchgearbeitet und dant. mit Hilfe von Schablonen auf Keramikkörper aufgetragen. Diese wurden in einem Tunnelofen bei 825 C 30 Minuten gehalten, so da? die Glasfritte zusammenschmelzen konnte.

Widerstand: 100 12/(Z]. mittlerer Temperaturbeiwert zwischen 25 und 150'C:+0.0048% und zwischen -55 und +25 C^- +0(X)4%

Beispiel II

Im Sinne des Beispiels i wurden 35 Gewichtsprozent des Fdclmctallgemischcs angewandt. Die erhaltenen Widerstände hatten einen Widerstand von 5 k'2'Π-Cincn mittleren Temperaturbeiwert zwischen 25 und 150 C von +0,0064% und zwischen -55 und 25 C 10,0077%.

. . .
^HclsP'^cl "■'

Das Beispiel I wurde dahingehend abgewandelt. ilaß nur 30 Gewichtsprozent leitendes Material angewandt wurden.

Widerstand: 15 kH/Π. mittlerer Temperalurbeiwert zwischen 25 und 150"C: 10,0078% und zwischen -55 und +25"C: -0,0091%. ^

Beispiel IV

53 Gewichtsprozent einer Barium-Calcium-Borosilikat-Frittc, 35 Gewichtsprozent eines Gemisches von Wolframcarbid und Wolfram 14: I) und 13 Gewichtsprozent Kaolin wurden mit Diathylenglykolmonoäthylatheracetat in einer Kugelmühle gemischt und auf Steatstäbe (8,9 χ 2,35 mm Durchmessen durch Fintauchen aufgetragen, 30 Minuten in Stickstoflatmosphäre bei 960 C gebrannt und abgekühlt.

Widerstand: 2,8 kti ]. mittlerer Temperaturbeiwert zwischen 25 und 105 C: + (),()O64"-i, grd und zwischen -55 und 25 C: :. 0,0037% grd.

Beispiel V

Das Beispiel IV wurde dahingehend abgewandelt, daß 34 Gewichtsprozent Glasfrittc, 55 Gewiehtsprozent leitendes Material und 13 Gewichtsprozent Kaolin angewandt wurden. Hs wurde 25 Minuten bei 990 C gebrannt. _r

Widerstand: 890 12, , mittlerer Tcmperaturbei^wcrt zwischen 25 und 105 C: +0.0061% grd und zwischen -55 und 25 C: 1 0,(X)I % grd.

Beispiel Vl

38 Gewichtsprozent einer Barium-Titan-Ahiminium-Borosilikat-Glasfrilte, 57 Gewichtsprozent eines Gcmischcs von Titannitrid und Tantal (2:1) und 5% Kaolin wurden mit obigem llilfsmi'tel in der Kugelmühle gemischt und bei I KM) C gebrannt.

Widerstand: llOuf ], mittlerer Tcmperaturheiwert zwischen 25 und 150 C: 0.0045% grd.

Beispiel VIl

Das Beispiel Vl wurde dahingehend abgewandelt, daß nur 27 Gewichtsprozent Glasfrittc und 69 Gewichtsprozent leitendes Material bei 5 Gcwichtsprozent Kaolin angewandt wurden.

Widersland: 45 U/Q mittlerer Temperaturbeiwerl zwischen 25 und 105 C: -0,011%/grd.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

640 524 Patentansprüche:

1. Hlektiischer Widersland aus einem keraini-NChCIi Kcirper und einer leitenden Widerstandsscliicht in Form einer Glasschieht. enthaltend in leindisperser Verteilung leitendes Muteria!, dadurch gekennzeichnet, daß die Glassehichi 2 bis 15 Gewichtsprozent, insbesondere 5"u. Kaolin enthält.

2. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Widerstandsmaterialgemisch elektrisch leitende Materialteilchen aus einem Gemisch von Palladium und Silber in einer Menge von 30 bis 55 Gewichtsprozent vorhanden sind.

3. Widerstand nach Anspruch 2. dadurch iie kennzeichnet- ivat. die elektrisch leitenden Materialteilchen zu 56"o aus Palladium und zu 44% aus Silber bestehen.

4. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daü in dem Widerstandsmaterialgemisch elektrisch leitende Materialteilchen aus einem Gemisch von Wolframkarbid und Wolfram in einer Menge von 25 bis 90 Gewichtsprozent vorhanden sind.

5. Widerstand :iach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, (!aß in dem Widerstandsmaterialgemisch elektrisch leitende Materialteilchen aus einem Gemisch von ' .it, id ein-s schwer schmelzbaren Materials und einem schwer schmelzbaren Metall in einer Menge von 5 bis .0 Volumprozent vorhanden sind.