DE1944584A1 - Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Widerstandselementes - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE 1 9 4 A 5 8 A

dr. ing. H. NEGENDANK · dipping. H. HATJCK · dipl-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTEXIiUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 38 · NBPERWALL41

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Syracuse. Hew York 13201/[JSA

Hamburg, den 2β Sept. 1969

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Widerstandselementes

Es ist "bekannt, Widerstandspasten zur Aufbringung durch Siebdruck oder ähnlicher !Techniken auf einen Träger, wie z. B₀ ein Cermetsubstrat, vorzusehen. Ein beispielhaftes Verfahren besteht darin, zuerst ein Glas-Metall-Eesinat herzustellen durch Überziehen von kleinen Glasteilchen mit Edelmetallen, wie Gold, Iridium, Ruthenium oder Rhodium. Das Glas-Metall-Resinat kann dann mit anderen Edelmetallen in Pulverform gemischt werden, für diesen Zweck geeignet sind Palladium und Silber. Die nächste Stuf-e in einem typischen Verfahren besteht im Mischen der beschriebenen Mischung mit einem organischen Träger zur Bildung einer Paste mit einer Viskosität, die zum Aufbringen durch Siebdruck auf das Cermetsubstrat ν oder andere Aufbringungsarten geeignet ist.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß mindestens zwei

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zwei Schwierigkeiten vorhanden sind, welche den wirtschaftlichen Erfolg der Herstellung nach den "beschriebenen Verfahren beeinträchtigt haben. Erstens hat man festgestellt, daß die bekannten organischen Träger, mit den anderen Bestandteilen vermischt, dazu neigen, bei laufender Produktion auf dem Sieb auszutrocknen oder andere erwünschte Siebeigenschaften zu verlieren. Zweitens hat die Flüchtigkeit der flüssigen Träger, die bisher verwendet wurden, zu einer Viskosität der Paste geführt, die niedriger lag als erwünscht, was zur Folge hatte, daß die festen Partikel in der Paste zum Absetzen neigten und folglich die Paste nur kurze Zeit gebrauchsfähig war.

Per vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Widerstandselementes zu schaffen, dem diese Nachteile nicht anhaften. Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung einer Widerstandspaste, die zur Herstellung von elektrischen Widerst and se lernen ten, welche für Anwendungszwecke, wie ζ. B₀ Potentiometer,geeignet ist. Bei dem Verfahren, das nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird,

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wird ein Glas-Metall-Resinat aus pulverisiertem Glas und einer Kombination von Edelmetallen hergestellt und mit Pulvern anderer Edelmetalle vermischt, und dann mit einem neuen Träger im Mischer (muller) vermischt, wobei der Träger vorzugsweise besteht aus Athylcellulose und einem geradkettigen Alkohol, der mit Bezug auf folgende Eigenschaften besonders ausgewählt wurdet relativ niedriger Dampfdruck, relativ hohe Viskosität, geringe Affinität gegenüber Feuchtigkeit und der weiteren wichtigen Eigenschaft, bei Erwärmen im wesentlichen vollständig zu verdampfen, so daß, wenn überhaupt, nur ' wenig Kohlenstoff enthaltender Best vorhanden ist. Außergewöhnlich gute Ergebnisse sind bis jetzt erhalten worden, wenn als Alkohol 1-Undecanol oder 1-Decanol eingesetzt wurde.

Nachstehend soll die Erfindung in Verbindung mit den Figuren beschrieben werden*

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische

Barstellung einer Anwendungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist ein Fließschema, das eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.

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Dicke Filme von Widerstandspasten finden zahlreich Anwendung "bei der Herstellung von elektrischen Tei-" len, wie Kondensatorelektroden, Leitern und Widerständen. Eine besonders wichtige Anwendung für Widerstand selemente ist ihr Einsatz in Potentiometern, ob lineare, feststehende oder umlaufende Typen. Eine anschauliche Bauarf, welche diese Erfindung wiedergibt, ist in Pig-. 1 abgebildet, die ein lineares Potentiometer zeigt, das mit dem Bezugszeichen 10

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gekennzeichnet ist. Das Potentiometer 10 kann bestehen aus einem Bodenkörper 12, der so gebaut ist, daß er ein

Halteteil 14 einschließt, auf welchem ein Gehäuse 16 feststehend befestigt ist, welches gleitbar, zur Befestigung mittels Leim oder ähnlichen Mitteln,,ein Widerstandselement 18 aufnimmt, an welchem Leitungen 18a und 18b angeordnet sind*

Das Potentiometer 10 umfaßt ferner ein Zwischenteil ^ oder einen Kollektorstreifen 20 von U-förmigem Querschnitt, mit einer darin vorgesehenen langgestreckten Öffnung 20a, welche, wenn das Potentiometer zusammengefügt wird, die Beschichtung C auf dem Widerstandselement 18 freigibt. Wie ebenfalls in Fig* 1 zu erkennen, ist der Kollektorstreifen oder die Sammelschiene

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20 mit einer Verbindung oder leitung 20b versehen. Ein Abgreifergehäuse 22 ist vorgesehen, das so konstruiert ist, daß es den Bodenkörper 12, das davon aufgenommene Widerstandselement 18 und den Kollektorstreifen 20 überragend angebracht werden kann. .

Das .Gehäuse 22 hat einen Hauptteil 22a, der an den gegenüberliegenden Enden mit Gewinden versehen ist zur Aufnahme von Schrauben 22b, an welchen ein Abstreifkörper 22c, der mit einem Blatt oder dergleichen 22d versehen ist, entlangbewegt werden kann. Der Hauptteil 22a ist in zweckmäßiger Weise eingekerbt, wie bei 22e, zur Unterbringung der Leitungen 18a, 18b und 20b, wenn die Teile, welche das !Potentiometer 10 ausmachen, durdh geeignete Befestigungsmittel zusammengefügt werden. Da die Elemente des ganzen Gefüges, wie beschrieben, mit Ausnahme des Widerstandskörpers 18 und der Beschichtung 0 darauf an sich bekannt sind, erscheint eine weitere Erklärung unnötig.

Obwohl das Widerstandselement 18 und die Beschichtung 0 darauf nach verschiedenen Ferfahren hergestellt werden können, ist ein bevorzugtes das in dem Hießschema der Pig. 2 gezeigte. Die erste Stufe des Verfahrens der Erfindung besteht im Mischen einer vorbestimmten Menge

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eines Blei-Bor-Silikatglases mit einer EdelmetalJ.-Resinat-Ijösung, bereitet aus einer Kombination von Gold, Rhodium, Ruthenium und Iridium. Zweckmäßigerweise verwendet man hochschmelzendes Glas, das bei etwa 800 ⁰C* geschmolzen wird, und behandelt es in einer Kugelmühle mit Methanol oder einem anderen Träger ausreichend lange, dass es durch ein Sieb einer Maschenweite von 44yu (325 mesh) hindurchgeht. Die Glas- und Metall-Mischung kann sich beispielsweise zusammensetzen aus etwa 795,6 g Glas, 187,2 g GoId-Resinat, 93f60 g Rhodium-Resinat, 93,60 g Rutheniumresinat und 30,60 g Iridium-Resinat_e

Die Glas-Metall-Resinat-Mischung wird nach dem Mischen auf etwa 805 ⁰C (400 ⁰F) ca. 45 Minuten erhitzt und nach dem Abkühlen gemahlen oder gebrochen, etwa 60 Minuten, bis die meisten der dabei entstandenen Partikel einen Durchmesser unter 1,587 mm haben. Die erhaltenen Partikel werden auf einem Sieb einer lichten Maschenweite

von 44AX (325 mesh) gesiebt* die Partikel, die durch das Sieb passieren, werden etwa 40 Minuten bei ca. 449 ⁰C (840 ⁰I) erhitzt oder gesintert und dann wieder gesiebt.

Bei dieser Stufe des Verfahrens ist es üblich, das

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Glas-Metall-Reainat mit einem flüchtigen flüssigen Träger zusammenzubringen und ein oder mehrere Edelmetalle zuzufügen. Ein gebräuchlicher organischer Träger ist Butylacetatj Verbindungen dieser Art haben jedoch'mehrere Nachteile, der wesentlichste ist, daß die Glas-Eesinat-Mischung, wenn sie mit dem organischen Träger und den zusä-tzlichen Edelmetallen versetzt ist, während des Siebvorganges "lay down" "sich absetzt". Dieser hauptsächliche Nachteil der bekannten organischen Träger ist wahrscheinlich

der relativ niedrigen Viskosität des Suspensionsmediums, das bisher verwendet wurde, zuzuschreiben, verbunden mit einem ziemlich hohen Dampfdruck und hohen Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen. Ferner erzeugen viele bisher verwendete organische Träger während des Erhitzens kohlenstoffhaltige Rückstände, was zu Unterschieden im spezifischen Widerstand der überzogenen Cermetelemente über ihre Länge oder ihren Umfang führt.

Um diesel Unzulänglichkeiten vorzubeugen, wird ein neues organisches Medium oder flüchtiger flüssiger Träger bei den in Fig. 2 gezeigten Verfahren eingesetzt. Der bevorzugte Träger besteht aus Polyvinylalkohol oder Äthylcellulose, letzteres wird gegenwärtig bevorzugt, gelöst in einem geradkettigen

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Alkohol, wie ζ. Β_β 1-Undeeanol oder 1-Decanol oder einem Äquivalent davon. Sine typische Zusammensetzung für das organische Medium ists ca. 30 g Äthyleellulose niedriger Viskosität in 180 g Undecylalkohol, wobei ersteres zweckmäßigerweise in zwei abgemessenen Mengen dem lösungsmittel unter Eühren zugesetzt und die Dispersion auf etwa*66 ⁰C (150 ⁰F) drei "bis fünf Stunden

-_.--■"■. dann erhitzt wird. Das organische Medium wird/nach dem Abkühlen mit der Glas-Eesinat-Lösung, vorher her gestellt, ztisammengegeben, und diese· Materialien werden in den Mengenverhältnissen von etwa 180 g Glas-Resinat-

Material_r 14,82 g Silberpulver, 5,18 g Palladiumpulver und 70 g organischer Träger bzw. organisches Lösungsmittel (vehicle) gemischt. Die Mischung wird dann im Kollergang behandelt und einem Mischvorgang etwa 3 Minuten lang unterworfen.

Das durch die so weit beschriebenen Maßnahmen erhaltene Produkt wird dann auf einen siliziumhaltigen Grund, in Fig. 1 mit 18 bezeichnet, aufgebracht. Der Grund bzw. das Substrat ist zweckmäßigerweise ein Cermet, die •bevorzugten Materialien sind Steatit, Fosterit, gesinterte oder geschmolzene Tonerde oder Zirkon-Porzellane.

Siebdruck oder ähnliche Techniken werden angewendet, um die Mischung auf das Substrat aufzubringen} ein

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typischer Einbrennzyklus zum Verschmelzen des im . vorstehenden Absatz beschriebenen Produktes mit dem Cermet ist von etwa 15 bis 20 Minuten bei einer Temperatur im Bereich von ca. 760 bis 982 ⁰G (1400 bis 1800 ⁰F).' Natürlich kann ein Ofen mit abgestuften Temperaturzonen verwendet werden? die Geschwindigkeit des Durchganges des überzogenen Widerstand selemen te s durch den Ofen wird geregelt, um feste Bindung sicherzustellen.

Nach dem Aufdrucken und Einbauen, in !ig. 2 gezeigt, werden die elektrischen Daten gemessen, um sicherzugehen, daß das überzogene Cermetelement wirksam arbeitet, wenn es z. B. in ein Arbeitsgerät, wie in Fig. 1 gezeigt, eingebaut ist. Bei Anwendung der bekannten Analysenmethoden ist gefunden worden, daß ein Widerstandselement, das gemäß der Erfindung hergestellt ist, einen Widerstand von ca. 200 000 ohm pro 9,29 m (200 000 ohms per square), eine Widerstandstoleranz von ca. - 5 $, einaa Temperaturkoeffizienten von -0,000050 0hm pro 0hm pro ⁰C und einen leistungs-

₂(40 watts per.square inch) verbrauch von 40 Watt pro 6,45 cm /Widerstandsoberfläche hat. Für das Widerstandselement gemäß der Erfindung ist auch kennzeichnend, daß es im; Temperaturbereich von -55 ⁰C bis +125 ⁰C arbeitet und eine Widerstandslinearität

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von 1 $ hat, wenn durch die länge dea Elementes in inch definiert wird,

Ebenso wichtig ist es, daß ein Widerstandselemeat 18, das einen Überzug C aufweist, die Nachteile dsr bekannten Materialien nicht hat infolge besserer Biegungseigensehaften und einer sehr viel längeren Haltbarkeit. Der Dampfdruck des verwendeten Alkohols ist nicht höher als 0,01 mm Quecksilber bei 25 ⁰G, und das organische Medium hat eine relativ hohe Viskosität, eine geringe Affinität zu !Feuchtigkeit, und während des Einbrennens auf dem Cermet ver-flüchtigt sich der Träger, das organische lösungsmittel, praktisch vollständig mit dem Ergebnis, daß im wesentlichen kein kohlenstoffhaltiger Bückstand vorhanden ist.

Viele Modifikationen können an der Zusammensetzung und den Verfahren, hierin offenbart, vorgenommen werden, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

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Claims (4)

19U584 - ri - Patentansprüche : C\

1. /Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Widerstandselementes, dadurch gekennzeichnet, daß man ein

inniges Gemisch aus Glas und Metall -her ate lit und dieses mit einem organischen Medium, bestehend aus Äthylcellulose oder Polyvinylalkohol- und einem geradkettigen Alkohol, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend im wesentlichen aus 1-Undecanol und 1-Decanol, zu einem Gemisch druckfähiger Konsistenz vermischt, dieses Gemisch auf eine Grundlage aus Germet aufbringt und auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, um das Gemisch fest mit der Cermetgrundlage zu verbinden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Glas-Metall-Gemisch durch Mischen eines pulverförmigen Blei-Bor-Silikat-GlaBes mit einem Gemisch von Gold, Iridium, Ruthenium und Rhodium herstellt,

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man fein zerteilte Edelmetalle mit dem organischen Medium mischt.

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"■: 19ΑΛ584

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Edelmetalle Silber und/oder Palladium verwendet.

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