DE2604839A1

DE2604839A1 - Elektrisches, niederohmiges schicht- widerstandselement und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2604839A1
Application number: DE19762604839
Authority: DE
Inventors: Helmut Hampich; Tibor Hargita
Original assignee: Wilhelm Ruf KG
Current assignee: Wilhelm Ruf KG
Priority date: 1976-02-07
Filing date: 1976-02-07
Publication date: 1977-08-11

Description

Elektrisches, niederohmiges Schicht-Widerstands-
element und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schicht-Widerstandselement, bestehend aus einem elektrisch isolierenden Träger und einer auf diesem Träger aufgebrachten niederohmigen Widerstandsschicht aus einer Nickel-Kupfer-Phosphor-Legierung und ein Verfahren zur Herstellung solcher niederohmigen Widerstandsschichten auf einem isolierenden Träger durch stromlose Abscheidung.
Die Erfindung geht dabei von dem nach Shipley bekannten Plattierungsverfahren aus, welches einschließlich der Vorbehandlung im wesentlichen aus folgenden Arbeitsgängen besteht: a) Reinigen des Trägers b) Anätzen des Trägers in verdünntem HF (Fluorwasserstoff) bei anschließendem Spülen unter fließendem Wasser c) Vorbehandlung des Trägers in einem Bad aus oberflächenaktiven Netzmitteln, Gelaten und NaOH (Shipley-Conditioner-Bad 1175) und Spülen unter fließendem Wasser d) Zweite Vorbehandlung des Trägers in verdünnter Salzsäure e) Bekeimen des Trägers durch eine kolloidale Zinn-/ Palladium-Metallsalziösung (Shipley-Catalyst-Bad 9F) und Spülen unter fließendem Wasser f) Aktivieren des Trägers in einem Bad aus organischen Substanzen und nichtoxydierenden Mineralsäuren (Shipley-Accelerator-Bad) und Spülen unter fließendem Wasser g) Behandlung des Trägers durch stromlose Abscheidung in einem Bad aus einer Nickel-Kupfer-Phosphor-Salzlösung zur Erzielung einer Plattierung aus einer Legierung mit den Anteilen Nickel 87-88 56, Kupfer 1 %, Phosphor 11-12 g (Shipley-Niculoy-22-Bad).
Durch dieses unter Anwendung von Shipley-Spezialbädern durchgeführte Verfahren einer stromlosen Abscheidung zur Herstellung von Plattierungen werden im Mittel Widerstandsschichten mit einem Temperaturkoeffizienten von 200 bis 300 ppm/°C und Widerstandswerten von ungefähr 1 Q erzielt. Diese Werte sind für niederohmige Präzisionswiderstände, wie sie von der Industrie verlangt werden, jedoch unzureichend.
Nach einem durch das Deutsche Patent 1 690 507 bekannten Verfahren zur Herstellung von niederohmigen Widerstandsschichten werden Widerstande mit einem Oberflächenwiderstand pro quadratischer Fläche von minimal 0,5 n bei einem Temperaturkoeffizienten größer 50 ppm/°C erreicht. Dieses Verfahren geht dabei von einem gereinigten Träger aus, der durch Behandlung mit einer Zinn (11)-Salzlösung aktiviert, gewaschen, nochmals in Palladiumchlorid aktiviert und gewaschen, sodann in einer Reaktivierungs-Lösung aus Natriumhypophosphit und Nickelionen behandelt und schließlich in einem Bad aus Nickelsulfat, Natriumhypophosphit, Natriumsuccinat und Bernsteinsäure bei einer 0 Temperatur von 90 C stromlos beschichtet wird. Kern dieses geschützten Verfahrens ist im wesentlichen die Zusammensetzung des Reaktivierungsbades. Die mit diesem Verfahren erzielten Widerstandsschichten sind jedoch ebenfalls nicht ausreichend in den Widerstandswerten und dem Temperaturkoeffizienten, weshalb sie für niederohmige Präzisionswiderstände nur bedingt bis gar nicht brauchbar sind.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, niederohmige Präzisionswiderstände mit Widerstandsschichten kleiner 0,5 Q Oberflächenwiderstand pro quadratischer Fläche und einen Temperaturkoeffi zienten von kleiner als 50 ppm/OC und ein Verfahren zur Herstellung solcher Widerstandsschichten zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Träger für eine erste Beschichtung durch stromlose Abscheidung mit den Anteilen Nickel 87-88 %0, Kupfer 1 %, Phosphor 11-12 % etwa 10 bis 15 Sekunden in ein Bad aus einer Nickel-Kupfer-Phosphor-Salzlösung 0 mit einem pH-Wert von 4,7 und einer Expositionstemperatur von 91 0 gegeben wird und sodann unmittelbar in ein zweites Plattierungsbad aus einer Nickel-Kupfer-Phosphor-Salzlösung eingesetzt und mit einer Plattierung aus einer Zusammensetzung von Nickel 79-87 %, Kupfer 1 %, Phosphor 12-20 % versehen wird, wobei der pH-Wert dieses zweiten Plattierungsbades zur stromlosen Abscheidung mit verdünnter Schwefelsäure auf etwa 2,5 bis 3,5 und die Expositionstemperatur auf etwa 820C bis 880C gesenkt wird und die Expositionszeit je nach dem geforderten Widerstands-Grundwert 2 bis 8 Stunden beträgt und der so beschichtete Träger anschließend unter fließendem Wasser gespült und bei etwa 180 bis 21OOC etwa 1 bis 3 Tage stabilisiert wird.
Ein nach dieser Erfindung hergestelltes Widerstandselement weist eine Widerstandsschicht mit einem Oberflächenwiderstand pro quadratische Fläche je nach gewählter Expositionszeit von etwa 0, 15 bis 0,5 Q und einen Temperaturkoeffizienten in Abhängigkeit des gewählten pH-Wertes und der gewählten Expositionstemperatur von 5 bis 30 ppm/°C auf. Der durch den Abnehmer und Anwender dieser niederohmigen Widerstandselemente exakt geforderte Widerstandswert wird durch Wendeln eingestellt. Durch dieses Wendeln steigt der Wert des Temperaturkoeffizienten zwar etwas an, er bleibt jedoch kleiner 50 ppm0.
Die Reinigung des Trägers entsprechend dem eingangs genannten Arbeitsgang a) erfolgt in chlorierten Kohlenwasserstoffen, wie beispielsweise Trichloräthylen, während das Anätzen unter b) vorzugsweise in 5%igem Fluorwasserstoff und die zweite Vorbehandlung unter d) vorzugsweise in 1 : 3 verdünnter Salzsäure stattfindet.
Nach den durchgeführten Versuchen wurde ermittelt, daß durch das Originalplattierungsverfahren von Shipley in einem Bad aus einer Nickel-Kupfer-Phosphor-Salzlösung und einem pH-Wert von 4,7 , einer Expositionstemperatur von 91 oC und einer Expositionszeit von etwa 2 Stunden zwar eine gute, glänzende Plattierungsschicht erzielt wurde, die jedoch für niederohmige Präzisionswiderstände einen zu hohen Widerstandswert von etwa 0,8 Q bei einem ebenfalls zu hohen Temperaturkoeffizienten von 300 ppm/°C zeigte. Die Verringerung des pH-Wertes und die Verringerung der Expositionstemperatur brachte zwar einen geringeren Temperaturkoeffizienten, wobei jedoch gleichzeitig ein erheblich höherer Widerstandswert und eine Verschlechterung der Abscheidung festzustellen war. So wurde beispielsweise ermittelt, daß bei einem pH-Wert von etwa 3,6 , einerExpositionstemperatur von 88 OC und einer nach wie vor gleichen Expositionszeit von etwa 2 Stunden eine fleckige und nur noch teilweise vorhandene Abscheidung eintrat bei einem gemessenen Widerstandswert von größer 50 Q und einem Temperaturkoeffizienten von etwa 150 ppmPC. Damit war erwiesen, daß ein elektrisches Schicht-Widerstcindselement mit einer niederohmiaen Widerstardsschicht von ca.
0,2 Q Oberflächenwiderstand je quadratischer Fläche und einem Temperaturkoeffizienten kleiner 50 ppmPC C mit dem bekannten Verfahren nicht erreichbar war, auch dann nicht, wenn man die Expositionszeit beim Original-Shipley-Verfahren auf etwa 5 Stunden erhöht, wodurch sich zwar der Widerstandswert auf kleiner 0,5 Q verringert, jedoch der TK-Wert nach wie vor zu hoch bleibt.
Erst die erfindungsgemdßen weiteren Schritte, nämlich daß eine erste Behandlung des Trägers in dem Originalplattierungsbad von Shipley mit einem pH-Wert von etwa 4,7 und einer Expositionstemepratur von 9100 nur 10 bis 15 Sekunden durchgeführt wird, wobei eine nur extrem dünne Abscheidung auf dem Träger erfolgt, um dem unmittelbar daran anschließenden zweiten Plattierungsverfahren in einem Bad aus einer Nickel-Kupfer-Phosphor-Salziösung, einem verringertem pH-Wert von etwa 2,5 bis 3,5 und eine ver-0 ringerte Expositionstemperatur von ca. 82 bis 88 0 sowie einer Badbehoilung von etwa 2 bis 8 Stunden beseitigte die aufgeführten Mängel und führte zu dem angestrebten technischen Erfolg.
Dabei hat sich herausgestellt, daß die besten Ergebnisse mit einem durch verdünnte H2504 herabgesenktenpH-Wert von 2,9, einer Expositionstemperatur von etwa 850C, einer Expositionszeit von ca. 5 Stunden und einer Stabilisierung bei etwa 2000C und 50 Stunden erzielt werden. Durch die Verringerung des pH-Wertes und der Expositionstemperatur wird die Nickel-Kupfer-Phosphor-Legierung prozentual etwa auf die Anteile Nickel 79-87 %, Kupfer 1 % und Phosphor 12-20 % verändert. Im Ergebnis wurde bei Anwendung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ein Widerstandswert von etwa 0,2 Q Oberflächenwiderstand je quadratischer Fläche und ein Temperaturkoeffizient von etwa 5 ppm/°C erzielt.
Sämtliche in der Beschreibung erläuterten Einzelheiten sind für die Erfindung wichtig und stellen Merkmale des Schutzbereiches des Patentanspruches dar.
- Patentanspruch -

Claims

Patentanspruch Elektrisches Schjcht-Widerstandselement, bestehend aus einem isolierenden Träger und einer auf diesen Träger aufgebrachten niederohmigen Widerstandsschicht aus einer Nickel-Kupfer-Phosphor-Legierung, und Verfahren zur Herstellung solcher Widerstandsschichten durch stromlose Abscheidung unter modifizierter Anwendung des Plattierungsverfahrens nach Shipley, wobei nach dem Reinigen des Trägers ein Anätzen des Trägers in verdünntem Fluorwasserstoff bei nachfolgendem Spülen unter fließendem Wasser, anschließend eine Vorbehandlung des Trägers in einem Bad mit oberflochenaktiven Netzmitteln, Gelaten und NaOH und Spülen unter fließendem Wasser, anschließend eine zweite Vorbehandlung in verdünnter Salzsäure, anschließend das Bekeimen des Trägers durch eine kolloidale Zinn-/Palladium-Metallsalziösung und Spülen unter fließendem Wasser, anschließend die Aktivierung des Trägers in einem Bad mit organischen Substanzen und nicht oxydierenden Mineralsäuren und Spülen unter fließendem Wasser und anschließend die Plattierung des Tragers durch stromlose Abscheidung in einem Bad aus einer Nickel-Kupfer-Phosphor-Salzlösung zur Herstellung einer Schicht mit den Anteilen Nickel 87-88 %, Kupfer 1 %, Phosphor 11-12 % stattfindet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Trager für die Beschichtung durch stromlose Abscheidungin dem ersten Bad aus einer Nickel-Kupfer-Phosphor-Salziösung mit einem pH-Wert von etwa 4,7 und einer Expositionstemperatur von etwa 91 OC ca. 10 bis 15 Sekunden eingegeben wird und im Anschluß an das erste Plattierungsbad der Träger in ein zweites Plattierungsbad aus einer Nickel-Kupfer-Phosphor-Salzlösung eingesetzt und mit einer Plattierung aus einer Zusammensetzung von Nickel 79-87 , Kupfer 1 %, Phosphor 12-20 % versehen wird, wobei der pH-Wert dieses zweiten Plattierungsbades zur stromlosen Abscheidung mit verdünnter Schwefelsäure auf 2,5 bis 3,5 und die Expositionstemperatur auf 82 bis 880 C gesenkt wird und die Expositionszeit je nach dem geforderten Widerstands-Grundwert 2 bis 8 Stunden beträgt und der so beschichtete Träger anschließend unter fließendem Wasser gespült und bei 180 bis 210 °C etwa 1 bis 3 Tage stabilisiert wird.