DE2726134A1

DE2726134A1 - Potentiometer variable resistance formed by coating on substrate - consists of thick layer of one material with second layer of anisotropic conductivity

Info

Publication number: DE2726134A1
Application number: DE19772726134
Authority: DE
Inventors: Michael Ing Grad Struck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-06-10
Filing date: 1977-06-10
Publication date: 1978-12-21

Abstract

An adjustable resistance is designed for use as a sliding surface of a potentiometer, where the surface of a substrate is coated with a resistance material. It consists of several layers of conducting plastics. There is a wiper in contact with the resistance track. The resistance track consists of several layers (2, 3) of different types of material. There is a first thick layer (2) on the substrate with a coefficient of resistance smaller than that of the second layer. The second layer (3) in contact with the wiper (4) has an anisotropic electrical conductivity in the direction at right angles to the surface of the layer.

Description

Einstellbarer WiderstandAdjustable resistance

Zusammenfassung Es wird ein einstellbarer Widerstand für eine Potentiometer-Schleifbahn vorgeschlagen, bei der auf ein Substrat eine Widerstandsbahn aufgebracht ist, die aus mehreren Schichten, vorzugsweise einer ersten Schicht aus Dickschichtmaterial und einer zweiten Schicht aus leitendem Kunststoff besteht. Die Quadratwiderstände der Schichten und deren Schichtdicken sind so dimensioniert, daß der Hauptanteil des Stromes durch die elektrisch stabilere Dickschichtbahn fließt. Der Schleifer des Potentiometers gleitet auf der zweiten Schicht aus leitendem Kunststoff, die über bessere mechanische und elektrische Eigenschaften als Schleiferbahnmaterial verfügt.Summary It becomes an adjustable resistor for a potentiometer sliding track proposed in which a resistor track is applied to a substrate, which of several layers, preferably a first layer of thick-film material and a second layer of conductive plastic. The square resistors of the layers and their layer thicknesses are dimensioned so that the main portion of the current flows through the electrically more stable thick-film web. The grinder The potentiometer slides on the second layer of conductive plastic, the has better mechanical and electrical properties than slider web material disposes.

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Widerstand nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind bereits zahlreiche Ausführungsformen von einstellbaren Widerständen bekannt, beispielsweise aus dem Buch von Dummer, Variable Resistors and Potentiometers, Seite 38, London 1963, bei denen ein Schleifer auf einer Widerstandsbahn gleitet und wobei zwischen dem Schleifer und einem Ende der Widerstandsbahn ein variabler elektrischer Widerstand auftritt. Die Widerstandsbahnen sind dabei im allgemeinen aus einer Kohleschicht aufgebaut, deren mechanische und elektrische Eigenschaften insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur jedoch nicht allen Anwendungsfällen genügen.PRIOR ART The invention is based on a resistor the genre of the main claim. There are already numerous embodiments of adjustable resistors known, for example from Dummer's book, Variable Resistors and Potentiometers, page 38, London 1963, which have a grinder on a resistance track slides and being between the wiper and one end of the Resistance track a variable electrical resistance occurs. The resistance tracks are generally composed of a carbon layer, the mechanical and electrical properties in particular as a function of the temperature, however are not sufficient for all use cases.

So werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen einstellbare Widerstände als Bauelemente von Weggebern benötigt, die die Auslenkung von beweglichen Teilen des Kraftfahrzeuges, beispielsweise der Drosselklappe oder des Fahrpedals in elektrisch auswertbare Größen umsetzen. Diese Widerstände sind jedoch in besonderem Maße den rauhen Betriebsbedingungen ausgesetzt, wie sie an Bord eines Kraftfahrzeuges auftreten.For example, adjustable resistances are used in motor vehicles required as components of displacement transducers that control the deflection of moving parts of the motor vehicle, for example the throttle valve or the accelerator pedal in electrical mode implement evaluable variables. However, these resistances are particularly the exposed to harsh operating conditions as they occur on board a motor vehicle.

Hierzu zählen die hohe Zahl der mechanischen Spiele dieser Weggeber, der große Temperaturbereich, der durch die im Motorraum eines Kraftfahrzeuges auftretenden Temperaturen bestimmt ist, und die mechanische Beanspruchung durch Schütteln usw.These include the high number of mechanical plays in these displacement transducers, the large temperature range that occurs in the engine compartment of a motor vehicle Temperatures is determined, and the mechanical stress caused by shaking, etc.

Diesen Bedingungen können die eingangs geschilderten bekannten einstellbaren Widerstände nur in begrenztem Maße gerecht werden, zumal der einstellbare Widerstand bei den heute in Kraftfahrzeugen üblichen elektronischen Einrichtungen häufig zur Bildung einer Eingangströße herangezogen wird und damit außer den genannten Eigenschaften noch ein möglichst geringes Rauschen aufweisen soll.The known adjustable conditions described at the outset can be set to these conditions Resistances only to a limited extent do justice, especially since the adjustable resistance in the electronic devices commonly used in motor vehicles today Formation of an input current is used and therefore apart from the properties mentioned should still have the lowest possible noise.

Vorteile der Erfindung De erfindungsgemäße Widerstand mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß seine Widerstandsbahn aus mehreren Schichten aufgebaut ist, die unterschiedliche elektrische und mechanische Eigenschaften haben. Dadurch werden die mechanischen Vorteile des einen Werkstoffes mit den elektrischen Vorteilen des anderen Werkstoffes kombiniert, so daß ein einstellbarer Widerstand entsteht, der neben verbesserten mechanischen Eigenschaften eine besonders gute thermische Stabilität und geringes elektrisches Rauschen aufweist.Advantages of the invention De resistor according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage that its resistance track is made up of several layers that are different electrical and mechanical Have properties. This increases the mechanical advantages of one material combined with the electrical advantages of the other material, so that an adjustable Resistance arises, which in addition to improved mechanical properties is a special one has good thermal stability and low electrical noise.

Zeichnungen Ein Prinzipbild zur Erläuterung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Widerstandes und ein elektrisches Ersatzschältbild sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer Widerstandsbahn eines erfindungsgemäßen Widerstandes; Figur 2 das elektrische Ersatzschaltbild der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform einer Widerstandsbahn eines erfindungsgemäßen Widerstandes.Drawings A schematic diagram to explain the structure of the invention Resistance and an electrical equivalent circuit diagram are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. They show: FIG. 1 a Cross section through an embodiment of a resistance track of an inventive Resistance; FIG. 2 shows the electrical equivalent circuit diagram for that shown in FIG Embodiment of a resistance track of a resistor according to the invention.

Beschreibung der Erfindung Der erfindungsgemäße, einstellbare Widerstand ist in an sich bekannter Weise aus einer auf einem Substrat befindlichen Widerstandsbahn aufgebaut, auf der ein Schleifer längs der Widerstandsbahn verschoben werden kann. Die Enden der Widerstandsbahn und der Schleifer weisen elektrische Anschlüsse auf, so daß der einstellbare Widerstand in bekannter Weise als Potentiometer geschaltet werden kann.Description of the Invention The adjustable resistor according to the invention is in a manner known per se from a resistance track located on a substrate built on which a slider can be moved along the resistance track. The ends of the resistance track and the wiper have electrical connections, so that the adjustable resistor is connected in a known manner as a potentiometer can be.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer Widerstandsbahn eines erfindungsgemäßen Widerstandes.Fig. 1 shows a cross section through an embodiment of a resistance track a resistor according to the invention.

Auf ein Substrat 1 ist eine erste Schicht 2, auf die erste Schicht 2 eine zweite Schicht 3 aufgetragen. Auf der zweiten Schicht 3 gleitet ein Schleifer 4. Die elektrischen Anschlüsse an den Enden der aus der ersten Schicht 2 und der zweiten Schicht 3 gebildeten Widerstandsbahn und am Schleifer 4 sind nicht dargestellt.On a substrate 1 is a first layer 2, on the first layer 2 a second layer 3 is applied. A grinder slides on the second layer 3 4. The electrical connections at the ends of the from the first layer 2 and the second layer 3 formed resistance track and on the grinder 4 are not shown.

In Fig. 2 ist das elektrische Ersatzschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Widerstandes mit einer nach Fig. 1 aufgebauten Widerstandsbahn dargestellt. Ein erster Widerstand 5 stellt den Bahnwiderstand der ersten Schicht 2, Widerstände 6 den Übergangswiderstand zwischen der ersten Schicht 2 und der zweiten Schicht 3 und Widerstände 7 den Bahnwiderstand der zweiten Schicht 3 dar.In Fig. 2 is the electrical equivalent circuit diagram of an embodiment a resistor according to the invention with a resistance track constructed according to FIG. 1 shown. A first resistor 5 represents the sheet resistance of the first layer 2, resistors 6 the contact resistance between the first layer 2 and the second Layer 3 and resistors 7 represent the sheet resistance of the second layer 3.

Die Bahnwiderstände der ersten Schicht 1 und der zweiten Schicht 2 sind durch geeignete Wahl der Quadratwiderstände (Rq) einstellbar. Hierzu müssen die elektrische Leitfähigkeit der Werkstoffe der ersten Schicht 2 und der zweiten Schicht 3, die Schichtdicken und die Geometrie der Widerstandsbahn in geeigneter Weise festgelegt werden. Da die erste Schicht 1 und die zweite Schicht 2 aufeinander aufgebracht sind, entsteht im Ersatzschaltbild nach Fig. 2 eine aus den Widerständen 7 bestehende und den Bahnwiderstand der zweiten Schicht 3 darstellende Widerstandskette, die über die für den Übergangswiderstand zwischen den Schichten 2, 3 stehenden Querwiderstände 6 mit dem Widerstand 5, der für den Bahnwiderstand der ersten Schicat 2 steht, verbunden ist. Durch geeignete Wahl des Verhältnisses der Schichtwiderstände kann nun erreicht werden, daß der überwiegende Anteil des durch die Widerstandsbahn fließenden Querstromes (Iq) durch die erste Schicht 2 fließt. im Ersatzschaltbild nach Fig. 2 bedeutet dies, daß die Widerstände 6, 7 gegenüber dem Widerstand 5 hochohmig sind.The track resistances of the first layer 1 and the second layer 2 can be set by suitable selection of the square resistances (Rq). To do this you have to the electrical conductivity of the materials of the first layer 2 and the second Layer 3, the layer thicknesses and the geometry of the resistance track in a suitable manner Way to be set. Because the first layer 1 and the second layer 2 are on top of each other are applied, one arises from the resistors in the equivalent circuit diagram according to FIG. 2 7 existing resistance chain representing the sheet resistance of the second layer 3, the transverse resistances that represent the contact resistance between layers 2, 3 6 with the resistor 5, which stands for the resistance of the first Schicat 2, connected is. A suitable choice of the ratio of the sheet resistances can now be achieved that the majority of the cross-current flowing through the resistance track (Iq) flows through the first layer 2. in the equivalent circuit according to FIG. 2 means this that the resistors 6, 7 with respect to the resistor 5 high resistance are.

Dann wirkt sich der Schichtwiderstand der zweiten Schicht 3 nur noch als konstanter Durchgangswiderstand aus und der an ihr durch den Schleiferstrom (Is) hervorgerufene Spannungsabfall hängt lediglich vom Schleiferstrom, nicht jedoch von der Schleiferstellung ab. Dies bedeutet jedoch, daß man bei entsprechend niedriger Belastung des einstellbaren Widerstandes, d.h. niedrigem Schleiferstrom (Is) das Eigenrauschen des einstellbaren Widerstandes sehr weit vermindern kann.Then the sheet resistance of the second layer 3 only has an effect as constant volume resistance and that of it through the wiper current (Is) caused voltage drop depends only on the wiper current, but not from the grinder position. However, this means that one should be correspondingly lower Load on the adjustable resistor, i.e. low wiper current (Is) das Can reduce intrinsic noise of the adjustable resistor very much.

Eine besonders gute Wirkung wird erzielt, wenn die erste Schicht 2 aus einem dicken Schichtmaterial besteht, das bekanntermaßen besonders unempfindlich gegen Temperaturbelastung ist. In einer weiteren besonders bevorgzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die zweite Schicht 3 aus einem leitenden Kunststoff, der über besonders gute mechanische Eigenschaften verfügt. Auf diese Weise sind die Vorteile der Temperaturstabilität der elektrischen Eigenschaften des Dickschichtmateriales mit denen der mechanischen Belastbarkeit des leitenden Kunststoffes vereint. Hierdurch ergeben sich besonders gute mechanische Eigenschaften und ein niedriges Rauschen, was sich vorteilhaft bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Widerstandes im Eingang einer elektronischen Schaltung auswirkt.A particularly good effect is achieved if the first layer 2 consists of a thick layer material, which is known to be particularly insensitive against thermal stress. In a further particularly preferred embodiment The invention consists of the second layer 3 made of a conductive plastic, which over has particularly good mechanical properties. That way are the benefits the temperature stability of the electrical properties of the thick-film material combined with those of the mechanical resilience of the conductive plastic. Through this result in particularly good mechanical properties and low noise, which is advantageous when using the resistor according to the invention in the input an electronic circuit.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht die zweite Schicht 3 aus einem Werkstoff mit einer anisotropen Leitfähigkeit. Die Anisotropie der Leitfähigkeit bewirkt, daß der Strom in der Schicht 3 sich bevorzugt in einer Richtung senkrecht zur Schicntoberfläche ausbreitet.In another embodiment of the invention, there is the second Layer 3 made of a material with anisotropic conductivity. The anisotropy the conductivity causes that the current in the layer 3 is preferably in a Direction spreads perpendicular to the Schicntfläche.

Damit würde erreicht, daß der durch das endliche Verhältnis der Schichtwiderstände der ersten Schicht 2 und der zweiten Schicht 3 auftretende Restfehler insbesondere an den Enden der Widerstandsbahn weiter vermindert würde. Besonders anschaulich wird dieser Zusammenhang bei Betrachtung des Brsatzschaltbildes nach Fig. 2, in dem sich die Anisotropie der Leitfähigkeit der zweiten Schicht 3 durch eine Erhöhung der Werte der Widerstände 7 gegenüber den Widerständen 6 auswirkt. Bei vollständiger Anisotropie der Leitfähigkeit der zweiten Schicht 3 ist der Wert der Widerstände 7 unendlich.This would mean that the finite ratio of the sheet resistances residual defects occurring in the first layer 2 and the second layer 3 in particular would be further reduced at the ends of the resistance track. Particularly vivid this relationship becomes apparent when looking at the block diagram after Fig. 2, in which the anisotropy of the conductivity of the second layer 3 by an increase in the values of the resistors 7 compared to the resistors 6 has the effect. With complete anisotropy of the conductivity of the second layer 3, the value is of the resistances 7 infinite.

Bei Verwendung eines leitfähigen Kunststoffes ist die Ausbildung einer anisotropen Leitfähigkeit beispielsweise in der Weise erzielbar, daß die zweite Schicht 3 während der Aushärtphase einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, wodurch sich durch Ausrichten des leitfähigem Pigmentes im Kunststoff Strompfade geringeren elektrischen Widerstandes bilden und daher den Durchgangswiderstand in der Richtung des elektrischen Feldes senken.When using a conductive plastic, the formation is a anisotropic conductivity can be achieved, for example, in such a way that the second Layer 3 is exposed to an electric field during the curing phase, whereby By aligning the conductive pigment in the plastic, the current paths are reduced electrical resistance and therefore the volume resistance in the direction lower the electric field.

Claims

Claims 9 Adjustable resistor with one applied to a substrate Resistance track and a movably arranged, with the resistance track in electrical Contact standing wiper, characterized in that the resistance track consists of several layers (2, 3) is built up with different materials.

2. Resistor according to claim 1, characterized in that on the Substrate (1) a first layer (2) made of thick film material and on top of the first layer (2) a second layer (3) is applied.

3. Resistor according to claim 2, characterized in that the second Layer (3) consists of conductive plastic.

4. Resistor according to claim 2 or 3, characterized in that the first layer (2) and the second layer (3) are formed so that the square resistance (R) of the first layer (2) much smaller than that of the second layer (3) is.

5. Resistor according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the uppermost layer (3) connected to the grinder (4) is anisotropic having electrical conductivity in the direction perpendicular to the layer surface.

6. Resistor according to one of claims 3 to 5, characterized in that that the conductive plastic forming the second layer (3) is acted upon anisotropic conductivity is imparted with an electric field.