DE2816665A1

DE2816665A1 - Schichtwiderstandselement

Info

Publication number: DE2816665A1
Application number: DE19782816665
Authority: DE
Inventors: Bela Dr Rer Nat Roesner; Heinz-Juergen Dipl Ing Siede; Wolf-Erhard Dipl I Steigerwald; Juergen Zimmermann
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 1978-04-18
Filing date: 1978-04-18
Publication date: 1979-10-25
Also published as: US4243969A

Description

Schichtwiderstandselement

Die Erfindung betrifft ein Schichtwiderstandselement für einen einstellbaren Widerstand mit nichtlinearer Kennlinie mit einer auf einem isolierenden Substrat in Form eines Streifens oder Ringes mit zwei Längsseiten und zwei mit äußeren Anschlußelektroden verbundenen Querseiten aufgebrachten Widerstandsschicht.

Derartige Schichtwiderstandselemente mit nichtlinearer Kennlinie finden in der Elektroakustik und in der Mess-, Regel- und Nachrichtentechnik vielseitige Verwendung. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Abstimmung von HF-Kreisen mit Kapazitätedioden, bei welchen die Sperrspannung dieser Dioden mit diesen Spannungsteilern eingestellt wird.

Zur Herstellung von Schichtwiderstandselementen mit nichtlinearer Kennlinie ist es bereits bekannt, auf einer rechteckigen Isolierstoffplatte an gegenüberliegenden Rändern gut leitende vorzugsweise Leitsilberschichten aufzubringen. Zwischen diesen befinden sich Widerstandsflächen, deren zur Schleiferbahn senkrechtes Breitenmaß nach einer gewünschten Funktion

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zu- oder abnimmt. Diese Punktion kann noch durch besondere Gestaltung der Potentialverteilung an den Einspeisungs- oder den Ableitungskontaktflächen beeinflußt werden.

Es ist weiterhin ein Verfahren zum Abgleich eines Widerstandselementes bekannt, bei dem auf einem isolierenden Substrat zwischen zwei Anschlußelektroden eine Widerstandsschicht aufgebracht ist. Die Anordnung der Anschlußelektroden ist dabei so gewählt, daß sich innerhalb der Widerstandsschicht zwei Stromwege unterschiedlicher Länge ausbilden. Zum Abgleich werden nun senkrecht zu den Längsseiten Einstellschlitze eingearbeitet, wobei zunächst im Bereich des kürzeren Stromweges ein Einstellschlitz zum Grobabgleich und im Bereich des längeren Stromweges ein Einstellschlitz zum Feinabgleich vorgesehen ist. Hierdurch wird eine größere Genauigkeit bei der Einstellung des Gesamtwiderstandes erreicht.

Es ist bereits bekannt, derartige Einstellschlitze mit Hilfe von rechnergesteuerten Laserstrahl-Trimmsystemen einzuarbeiten. Insbesondere wird dieses Verfahren zum Justieren von Festwiderständen in Hybridschaltungen in Dickschicht- oder Dünnfilmtechnik angewendet. Wenn in einfachen Fällen der Sollwert nur auf + 5% eingehalten werden soll, genügt ein einfacher Einstellschlitz von einer der Längsseiten her. Für engere Toleranzen bis + 0,5% wird ein sogenannter L-Schnitt vorgenommen. Der Einstellschlitz quer zur Widerstandsbahn dient dem Grobabgleich, während der senkrecht hierzu in Richtung zur Widerstandsbahn liegende Einstellschlitzfortsatz dem Feinabgleich dient. Eine andere Variante des Feinabgleichs ist der Doppelschütz oder der Mäander schnitt,

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bei dem man stufenweise höhere Endwiderstandswerte auf kleiner Fläche erzielt. Da es sich um einen Festwiderstand handelt, weisen die Einstellschlitze bei der letztgenannten Variante gleiche Tiefe und Länge auf und ihr Abstand zueinander ist gleich.

Es ist bereits ein einstellbarer elektrischer Widerstand bekannt, bei dem auf einem isolierenden Trägerkörper eine Widerstandsbahn zickzackförmig mit gleicher Breite und gleichem Abstand der Teilfläche aufgebracht ist. über diese Widerstandsbahn gleitet eine Kontaktfeder mit mehreren Kontaktzungen, so daß ständig mindestens eine der einzelnen Kontaktzungen mit der Widerstandsbahn in Berührung steht. Hierdurch wird erreicht, daß man eine nahezu lineare Ausgangsspannung abgreifen kann. Die Kontaktfeder besitzt eine Breite, die nicht größer ist als die der Widerstandsbahn. Eine Variante sieht vor, daß die Breite der Widerstandsbahn allmählich oder stufenförmig vom Anfang bis zum Ende der Regelstrecke verändert wird. Die Kontaktfeder hat jetzt eine Breite, die größer als' die maximale Breite einer Windung der Widerstandsbahn ist. Um eine größere Widerstandsänderung zu erreichen, ist vor die zickzackförmige Widerstandsbahn eine rechteckförmige oder dreieckförmige Widerstandsfläche geschaltet. Findet als Widerstandsbahn ein dünner Goldfilm Verwendung, so können Widerstandsänderungen von einigen hundert Ohm bis hin zu mehreren KOhm erreicht werden bei relativ kleinen vorgegebenen Abmessungen des Trägerkörpers. Das Verhältnis des größten zum kleinsten erreichbaren Widerstandswert beträgt bezogen auf eine bestimmte Einstellstrecke bzw. Längeneinheit bestenfalls 25. Für manche Anwendungsfälle sind diese erreichbaren Widerstandswerte jedoch noch zu gering.

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Es ist ein weiterer einstellbarer Widerstand bekannt, bei dem auf einem isolierenden Träger eine zickzackförmige Widerstandsbahn aus einem Widerstandsdraht befestigt ist. Darüber befindet sich ein Widerstandsfilm aus Kohleharz. Auf diesem Film gleitet eine Kontaktfeder. Der Widerstandsdraht kann senkrecht zu seiner Längsrichtung in seiner Hohe oder in der Anzahl der Zickzackbahnen pro Längeneinheit unterschiedlich angeordnet sein. Außerdem sieht eine Variante vor, daß in dem Umkehrbereich des zickzackförmigen Widerstandselementes ein zusätzlicher Widerstand zum Feinabgleich hinzugefügt wird. Mit der Aufbringung des Films soll erreicht werden, daß im Kurvenverlauf keine Sprünge eintreten. Da der Widerstandswert des Filmes größer ist als der des Widerstandsdrahtes, wird zwar eine gewisse Glättung erreicht, aber eine Kurve ohne merkliche Übergänge wird hierdurch nicht erzielt, insbesondere wenn die Kontaktfeder, wie meist üblich, einen punktförmigen Abgriff besitzt. Über die Art der Kontaktfeder ist in dieser Veröffentlichung jedoch keine Aussage gemacht. Da zwischen den Windungen des Widerstandsdrahtes noch Widerstandsfilme vorhanden sein können, ist auch hier die Widerstandsänderung pro Längeneinheit bestenfalls mit 25 anzunehmen. Falls der Widerstand universell einsetzbar sein soll, ist dieser Wert jedoch zu gering.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein mit einfachen Mitteln herzustellendes Schichtwiderstandselement der eingangs genannten Art mit einem möglichst geringem Temperaturkoeffizienten zu schaffen, mit dem eine hohe Widerstandsänderung pro Längeneinheit erzielt wird und mit dem unabhängig von der konstruktiven Ausbildung der Schleifkontaktfeder Sprünge im Kurvenverlauf vermieden werden.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Widerstandselement aus mindestens zwei übereinander auf das Substrat aufgebrachten Widerstandsschichten mit niedrigerer und höherer spezifischer Leitfähigkeit besteht, bei dem in der ersten zunächst auf das Substrat aufgebrachten Widerstandsschicht mit höherer spezifischer Leitfähigkeit von den Längsseiten her abwechselnd kamraartig miteinander verzahnte Trennschlitze mit einer im Vergleich zur Widerstandsschicht vernachlässigbaren Fläche vorhanden sind, deren Länge und deren Abstand zueinander ungleich und nach einer gewünschten Kennlinie bestimmt sind, und daß sich die über der ersten Widerstandsschicht liegende zweite Widerstandsschicht mit niedrigerer spezifischer Leitfähigkeit über eine der Längsseiten der ersten Widerstandsschicht hinaus in eine Seitenfläche erstreckt und daß der Schleifer des einstellbaren Widerstandes auf dieser Seitenfläche gleitet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und weitere Einzelheiten werden nachfolgend für zwei Aus führung sb ei spiele anhand der Zeichnungen verdeutlicht und näher beschrieben.

Von den Figuren zeigt

Figur 1 ein Widerstandselement, bestehend aus einem Substrat mit einer aufgebrachten ersten Widerstandsschicht ,

Figur 2 das gleiche Widerstandselement mit der aufgebrachten ersten und der zweiten Widerstandsschicht,

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Figur 3 die Kennlinie des Widerstandselementes,

Figur k ein anderes Widerstandselement, bestehend aus einem Substrat mit einer aufgebrachten ersten Widerstandsschicht in einer von einem Rechteck abweichenden Flächenform,

Figur 5 das gleiche Widerstandselement mit der aufgebrachten ersten und einer zweiten Widerstandsschicht,

Figur 6 die Kennlinie dieses Widerstandselementes.

In Figur 1 ist mit 1 ein längliches Substrat, das aus einem Isolierstoff, wie z.B. Hartpapier oder Keramik, besteht, bezeichnet. Auf dieses Substrat ist in herkömmlicher Technik eine erste Widerstandsschicht 2 aufgebracht, die zwei parallele Längsseiten und zwei Querseiten aufweist. An den Querseiten ist die Widerstandsschicht mit gut leitenden Anschlußelektroden 3 verbunden. Von den beiden Längsseiten her sind in diese Widerstandsschicht Trennschlitze k eingearbeitet. Dies kann bereits mit dem Aufbringen der Widerstandsschicht z.B. unter Verwendung der Fotolitographie oder auch nachträglich erfolgen. Bei der nachträglichen Einarbeitung der Trennschlitze kann man Laserstrahlen, Sandstrahlen, Elektronenstrahlen oder mechanische Ritzverfahren oder chemische Ätzverfahren verwenden. Bei allen anwendbaren Verfahren müssen die Trennschlitze im Vergleich zu der Widerstandsschicht eine vernachlässigbare Fläche aufweisen. Durch diese Bedingung wird gewährleistet, daß man große Widerstandsänderungen pro Längeneinheit erhält.

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Die Trennschlitze werden abwechselnd von beiden Längsseiten her eingearbeitet, so daß sie kammartig miteinander verzahnt sind. Zur Erzielung einer nichtlinearen Kennlinie ist die Länge bzw. Tiefe und der Abstand der Trennschlitze untereinander ungleich. Die Hüllkurve der Kammzinken und damit die Länge und der Abstand kann durch einen Rechner so bestimmt werden, daß sie eine gewünschte monoton steigende oder monoton fallende Kennlinie ergeben. Um gewünschte Widerstandsänderungen zu erreichen, müssen die Trennschlitze sich über die Hälfte der Querseite erstrecken. Mit dieser Maßnahme können so Widerstandsänderungen in der Größenordnung von 1000 erreicht werden. Damit ist das erfindungsgemäß ausgebildete Widerstandselement in einem wesentlich größeren Anwendungsbereich einsetzbar als das in der Beschreibungseinleitung beim Stand der Technik angeführte Widerstandselement.

Würde man auf dem Widerstandselement der Figur 1 mit einer Schleifkontaktfeder entlangfahren, so bekäme man eine Widerstandskennlinie mit Sprüngen an den Stellen, an denen sich Trennschlitze befinden. Um diesen Nachteil zu beheben, ist über diese erste Widerstandsschicht eine zweite Widerstandsschicht 5 gelegt. Die erste Widerstandsschicht weist eine höhere spezifische Leitfähigkeit auf, während die zweite hochohmige Widerstandsschicht eine geringere spezifische Leitfähigkeit besitzt. Hierdurch wird unter anderem erreicht, daß das Verhalten des Temperaturkoeffizienten des gesamten Widerstandselementes dem der ersten Widerstandsschicht annähernd entspricht. Da niederohmige Schichten günstigere TK-Werte als hochohmige besitzen, wird der TK-Wert des Widerstandselementes dadurch günstig beeinflußt.

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Zweckmäßigerweise wird man zur Herstellung der beiden Widerstandsschichten von dem gleichen Bindemittel ausgehen, dem nur eine unterschiedliche Anzahl von elektrisch leitenden Teilchen beigemengt sind. Hierdurch wird die Herstellung vereinfacht.

Die zweite Widerstandsschicht wird so auf das Substrat aufgebracht, daß sie teilweise oder ganz die erste Widerstandsschicht bedeckt. Außerdem erstreckt sich die erste Widerstandsschicht, wie aus Figur 2 hervorgeht, noch über eine der Längsseiten der ersten Widerstandsschicht hinaus in eine Seitenfläche 6. Auf dieser Seitenfläche gleitet die Schleifkontaktfeder. Ihr Weg ist in Figur 2 strichpunktiert angedeutet. Die in Figur 3 dargestellte Widerstandskennlinie weist durch die vorstehend genannte Maßnahme unmerkbare Sprünge auf.

Falls eine noch größere Widerstandsänderung gefordert wird, so kann das Widerstandselement gemäß den Figuren 4 und 5 ausgebildet sein. Die erste Widerstandsschicht 7 weist am Anfang und am Ende eine von einem Rechteck abweichende Flächenform auf. Hierdurch gewinnt man bei dem in den Figuren k und 5 dargestellten Beispiel gegenüber dem vorgenannten Widerstandselement nochmals einen Faktor 10 bei der erreichbaren Widerstandsänderung.

Auf die erste Widerstandeschicht 7 ist eine zweite hochohmige Widerstandsschicht 8 aufgebracht, die die erste niederohmige Widerstandsschicht nur teilweise bedeckt und eine Rechteckflächenform aufweist. Auch hier besitzt die zweite Widerstandsschicht eine Seitenfläche 9, auf

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der die Schleifkontaktfeder gleitet. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die konstruktive Ausführung der Schleifkontaktfeder für einen Punkt- oder Flächerikontakt unwesentlich ist.

In den Beispielen wurden nur geradlinige Widerstandselemente dargestellt. Selbstverständlich läßt sich der Erfindungsgedanke auch bei Drehwiderständen mit kreisförmigen Widerstandselementen anwenden.

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Claims

Patentansprüche

ί1.ySchichtwiderStandselement für einen einstellbaren ^-^ Widerstand mit nichtlinearer Kennlinie mit einer auf einem isolierenden Substrat in Form eines Streifens oder Ringes mit zwei Längsseiten und zwei mit äußeren Anschlußelektroden verbundenen Quersexten aufgebrachte Widerstandsschicht,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Widerstandselement aus mindestens zwei übereinander auf das Substrat aufgebrachten Widerstandsschichten mit niedrigerer und höherer spezifischer Leitfähigkeit besteht, bei dem in der ersten zunächst auf das Substrat aufgebrachten Widerstandsschicht mit höherer spezifischer Leitfähigkeit von den Längsseiten her abwechselnd kammartig miteinander verzahnte Trennschlitze mit einer im Vergleich zur Widerstandsschicht vernachlässigbaren Fläche vorhanden sind, deren Länge und deren Abstand zueinander ungleich und nach einer gewünschten Kennlinie bestimmt sind, und daß sich die über der ersten Widerstandsschicht liegende zweite Widerstandsschicht mit niedrigerer spezifischer Leitfähigkeit über eine der Längsseiten der ersten Widerstandsschicht hinaus in eine Seitenfläche erstreckt und daß der Schleifer des einstellbaren Widerstandes auf dieser Seitenfläche gleitet.
2. Schichtwiderstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kennlinie monoton wachsend oder monoton fallend ist.

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3. Schichtwiderstandselement nach einem der Ansprüche 1 bis 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß sich die Trennschlitze über die Hälfte der Querseite erstrecken.
4. Schichtwiderstandselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Widerstandsschicht nur teilweise über der ersten Widerstandsschicht liegt.
5. Schichtwiderstandselement nach einem der Ansprüche 1 bis Ί,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Trennschlitze durch Laserstrahlen, Sandstrahlen, Elektronenstrahlen, mechanische Ritzverfahren oder durch chemische Ätzverfahren eingearbeitet sind.
6. Schichtwiderstandselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Längsseiten der mit den Trennschlitzen versehenen ersten Widerstandsschicht parallel verlaufen.

7· Schichtwiderstandselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

da durch g ekennz βi chnet,

daß die mit den Trennschlitzen versehene erste Widerstandsschicht eine von einem Rechteck abweisende Flächenform aufweist.

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