DE3539318C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Chip-Widerstand gemäß dem Oberbegriffe der Patentansprüche 1 bis 4. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von solchen elektrischen Chip-Widerständen.

Ein Chip-Widerstand der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 30 27 159 bekannt. Dort ist ein elektrischer Schichtwiderstand beschrieben, der metallische Widerstandsschichten verwendet, die aufgedampft oder aufgestäubt werden.

Die DE-OS 32 01 434 zeigt einen Chip-Widerstand, bei dem ebenfalls auf eine Kunststoffolie eine metallische Widerstandsschicht aufgebracht wird. Zur Kontaktierung werden an den beiden Enden der Widerstandsschicht weitere Metallschichten aufgebracht sowie elektrische Kontakte, die in Berührung mit diesen Metallschichten stehen, wobei diese dann wiederum in eine Kunststoffschicht eingegossen werden. Solche Chip- Widerstände sind auch im Handel erhältlich. Sie sind allerdings sehr teuer, da ihr Herstellverfahren außerordentlich aufwendig ist. Auch wird die metallische Widerstandsschicht durch Aufdampfen oder Aufsputtern auf das Substrat aufgebracht, da nur mit sehr dünnen Metallschichten überhaupt höhere Widerstandswerte erreicht werden können.

Die DE-OS 26 45 783 zeigt einen Chip-Widerstand, der so hergestellt wird, daß ein Substrat in einer besonderen Drucktechnik mit elektrisch leitfähigem Lack bedruckt wird.

Die DE-OS 20 57 017 zeigt einen Heizwiderstand, bei dem Kohlefasern unter Anwendung von Papierherstellungstechniken zu einem papierblattartigen Widerstandselement verarbeitet werden. Dieses Kohlefaser-Widerstandselement kann dann beidseitig mit isolierendem Kunstharz imprägniert oder zwischen zwei Kunstharzfolien eingebettet werden. Ziel dieser Druckschrift ist es allerdings, Heizwiderstände zu erzeugen, bei denen sich die Wärme möglichst gleichförmig verteilt, wobei ein möglichst flacher, biegsamer Wärmegenerator erzeugt werden soll. Der Widerstandswert spielt bei solchen Heizwiderständen eine relativ untergeordnete Rolle. Toleranzen von 10 bis 20% können daher ohne weiteres hingenommen werden, zumal bei Heizwiderständen der positive Temperaturkoeffizient der meisten Widerstandsmaterialien den erwünschten Effekt der Strombegrenzung bei höheren Temperaturen bringt. Als hochpräzises Bauelement für die Bestückung von Leiterplatten ist dieser Heizwiderstand daher nicht geeignet.

Aus der DE-Z: "Radio und Fernsehen", 11/1957, S. 323-336 ist eine Variante von selbsthaftenden Bandwiderständen mit einer Widerstandsfolie aus PVC und einer Füllung aus kolloidalem Graphit bekannt. Solche Klebewiderstände sollten dann mittels eines Klebers auf Leiterplatten aufgeklebt werden. Diese Technik hat sich in der Praxis nicht durchgesetzt. Eine klebende, in sich elektrisch leitfähige Folie ist nämlich als Widerstand für die SMD-Technik nicht verwendbar. Sie kann mit den heutigen Bestückungsautomaten nicht verarbeitet werden, sie läßt sich nicht löten, sie muß zur Befestigung auf einer Leiterplatte einer Wärmebehandlung unterzogen werden, sie unterliegt Alterungsproblemen hinsichtlich der Haftung des Klebers etc. Aus all diesen Gründen hat sie sich auch nicht durchgesetzt.

Die AT-PS 3 51 639 zeigt ein Verfahren zum Herstellen von Widerständen im Mehrfachnutzen, wobei ohmsche Widerstandsbahnen aus elektrisch leitfähigem Lack bestehen, der aufgedruckt, getrocknet und ggf. sogar eingebrannt wird. Es handelt sich dabei also im Ergebnis um eine Drucktechnik mit Leitlacken zur Erzeugung von elektrischen Widerständen.

Die Erfindung bezieht sich auf Chip-Widerstände, die teilweise auch "SMD- Widerstände" (surface mounted device) genannt werden. Es handelt sich hierbei um Widerstände, die keine Anschlußdrähte bzw. Beinchen haben und die damit direkt auf einer Leiterplatte oder dem Substrat einer Hybrid-Schaltung aufgelötet werden. Herkömmliche Chip-Widerstände verwenden ein Keramiksubstrat (Aluminiumoxid), auf das im Siebdruck eine Paste aus Widerstandsmaterial aufgedruckt wird. Diese Paste kann dabei beispielsweise eine Glasfritte mit Ruß sein. Durch die Menge des zugesetzten Rußes wird der spezifische Widerstandswert dieser Paste eingestellt. Nach dem Drucken muß diese Paste dann bei einer Temperatur von ca. 800°C ausgehärtet werden. Anschließend können die Enden der aufgedruckten Pasten auch mit Anschlüssen in Form von lötbaren Kappen versehen werden.

Nachteilig an den so hergestellten Chip-Widerständen ist, daß ihre elektrischen Widerstandswerte nur sehr unpräzise eingestellt werden können. In der Praxis muß man daher mit Toleranzwerten von +20% rechnen. Auch erfordert der Druckvorgang die Herstellung aufwendiger Drucksiebe sowie das zeit- und energieaufwendige Aushärten. Werden derartige Chip- Widerstände auf Leiterplatten aus beispielsweise Hartpapier oder Kunststoff aufgelötet, so entstehen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Keramiksubstrat und der Leiterplatte mechanische Spannungen, die zu Haarrissen führen können. Wird auf einer fertig bestückten Schaltung ein solcher Widerstand thermisch stark belastet, so kann auch dann noch das Problem der mechanischen Spannungen auftreten.

Aus der DE-PS 31 48 680 ist eine elektrische Widerstandspaste für Drehwiderstände bekannt, die eine Kunstharzmischung mit Zusätzen von Ruß und/oder Graphit enthält und zusätzlich einen geringen Anteil eines Vinylchlorid-Copolymerisats.

Die DE-OS 29 26 516 zeigt einen Metallfolienwiderstand, bei dem eine Metallfolie auf einem isolierenden Substrat befestigt wird und dann in einem Ätzvorgang die gewünschten mäanderförmigen Widerstandsbahnen erzeugt werden. Die Einstellung des Widerstandswertes erfolgt primär durch mechanische Bearbeitung der Dicke der Metallfolie und zusätzlich eventuell auch durch einen Laserabgleich. Dieser Ätzvorgang ist aufwendig, da er einmal die Herstellung von Ätzmasken erfordert und andererseits zu einer Materialvergeudung führt, da das weggeätzte Metall nicht mehr oder nur noch nach einem aufwendigen Wiederaufbereitungsverfahren verwendet werden kann.

Die DE-OS 22 25 774 beschreibt allgemein elektrisch leitende Elemente in Form von Folien, bei denen thermoplastische Polymere mit leitenden Füllstoffen, wie z. B. Ruß, Kohlenstoffteilchen oder Graphit versetzt sind. Derartige Folien sollen dort als Elektroden in Generatoren verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Chip-Widerstand der eingangs genannten Art sowie das Verfahren zu seiner Herstellung dahingehend zu verbessern, daß mit geringem technischen Aufwand vorbestimmte Widerstandswerte innerhalb enger Toleranzgrenzen erhalten werden.

Diese Aufgabe wird mit verschiedenen unabhängigen Lösungsvarianten nach der Erfindung durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 4 und verfahrensmäßig durch die Merkmale der Patentansprüche 5 bis 12 gelöst.

Als Substrat wird eine Platte aus ggf. verstärktem Kunststoff verwendet, beispielsweise also eine Platte aus Hartpapier oder aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Auf diese Platte wird eine dünne Schicht aus "Widerstandsmaterial" auflaminiert. Diese Schicht ist eine Folie aus Kunststoff, der mit elektrisch leitenden Partikeln wie Kohlenstoff (in Form von Ruß, Graphit etc.) und/oder Metallen versetzt ist. Statt einer Kunststoffolie kann auch ein Gewebe-Vlies aus leitenden Fasern auflaminiert werden, wobei die Fasern aus Kohlenstoff oder Metall (auch Metallegie­ rungen) bestehen. Das so hergestellte Zwischenprodukt enthält im Mehrfachnutzen eine Vielzahl von Festwider­ ständen. Die einzelnen Widerstände werden dann von diesem Zwischenprodukt abgetrennt. Dieses Abtrennen erfolgt vorzugsweise durch Stanzen. Es kann aber auch durch Schneiden oder sonstige bekannte Trennverfahren durchgeführt werden.

Anschließend werden die abgetrennten bzw. ausgestanzten Einzelteile mit Lötanschlüssen versehen, indem beispiels­ weise an ihren Enden ein Silberlack aufgedruckt wird. Zur Festlegung des elektrischen Widerstandswertes kann der Ort (in Längsrichtung), an dem die Lötanschlüsse an­ gebracht werden, variiert werden. Damit wird die elek­ trisch wirksame Länge der Widerstandsschicht zwischen zwei gegenüberliegenden Lötanschlüssen verändert und damit der elektrische Widerstandswert. Bereits mit der bisher beschriebenen Merkmalskombination können Fest­ widerstände mit einer Toleranz in der Größenordnung von 1 bis 2% hergestellt werden.

Hiermit werden folgende Vorteile erreicht: Das Substrat ist aus demselben oder einem ähnlichen Material wie die "Leiterplatte", auf die die Fest- Widerstände aufgelötet werden. Damit haben die Fest- Widerstände auch den gleichen thermischen Ausdehnungs­ koeffizienten wie die Leiterplatte, so daß beim Löten oder bei sonstiger thermischer Belastung keine Wärme­ spannungen auftreten;
die elektrischen Widerstandswerte können innerhalb sehr enger Toleranzen eingehalten werden. Der elektrische Widerstandswert des fertigen Festwiderstandes hängt von folgenden Faktoren ab: spezifischer Widerstand der Folie, welcher durch die Menge der zugemischten elektrisch leitenden Partikel und durch die Dicke der Folie bestimmt ist, sowie Länge (elektrisch wirksame Länge zwischen zwei Lötanschlüssen) und Breite des fertigen Festwiderstandes. All diese Parameter lassen sich mit geringem technischem Aufwand innerhalb enger Toleranzgrenzen einhalten. Insbesondere läßt sich der beim bekannten Siebdruck sehr kritische Parameter der Dicke der aufgedruckten Schicht, der hier der Dicke der Folie entspricht, durch Walzen bzw. Kalandrieren der Folie sehr präzise einhalten. Da bei vorgegebener Dicke und vorgegebenem spezifischen Widerstand der Folie der resultierende Widerstandswert des Festwiderstandes somit nur noch von Länge und Breite des Fest-Widerstandes abhängen, ist ersichtlich, daß deren Werte durch ein Stanzwerkzeug präzise eingehalten werden können. Es wird vorzugsweise die Länge des Festwiderstandes konstant gehalten, so daß letztlich nur noch die Breite und der Abstand der Lötanschlüsse maßgeblich für den elektrischen Widerstandswert sind.

Ein weiterer beachtlicher Vorteil ist die einfache Her­ stellung einer großen Anzahl von Festwiderständen im Mehrfachnutzen unter gleichzeitiger Beibehaltung der guten Toleranzwerte. Dies ist bei dem eingangs beschrie­ benen Siebdruckverfahren nicht möglich, da beim Sieb­ drucken im mittleren Bereich des Siebes mehr Material aufgetragen wird als an den Rändern, die sich aufgrund ihrer Fixierung an einem Rahmen weniger durchbiegen lassen als die mittleren Bereiche. Damit ist es beim Siebdruck auch nicht möglich, größere Flächen mit einer einheitlichen Schichtdicke zu bedrucken.

Schließlich entfällt auch beim Verfahren nach der Erfindung das Aushärten. Zwar muß auch das zum Auf­ laminieren der Folie verwendete Verbindungsmittel natürlich aushärten. Hier kann aber beispielsweise ein kalt aushärtender Kleber verwendet werden, der zudem auch kurze Aushärtzeiten hat. Auch kann die Folie unter Anwendung von Druck und Wärme aufgebracht werden, beispielsweise mittels beheizter Druckwalzen, was mit dem Aushärten eines aufgedruckten Lackes in einem Ofen nicht vergleichbar ist. Im Ergebnis erhält man gegenüber den eingangs genannten Widerständen Kosteneinsparungen in der Größenordnung von 50 bis 60%, da das Substratmaterial deutlich billiger ist als Keramik und da auch die auflaminierte Folie weitaus billiger ist als das Siebdrucken von Einzelwiderständen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Eine Schnittansicht des Zwischenproduktes (Substrat und auflaminierte Folie), das bei Anwendung der Erfindung erhalten wird;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Zwischenprodukt der Fig. 1 mit angedeuteten Stanzlinien;

Fig. 3 und 4 je eine Seitenansicht eines nach der Erfin­ dung hergestellten Festwiderstandes und

Fig. 5 eine weitere Variante eines nach der Erfin­ dung hergestellten Festwiderstandes.

In Fig. 1 ist eine Substratplatte aus ggf. verstärktem Kunststoff wie z. B. aus Hartpapier, glasfaser­ verstärktem Kunststoff oder ähnlichem dargestellt, auf deren eine Seite eine Folie 2 aus Widerstandsmaterial auflaminiert ist.

In der Draufsicht der Fig. 2 sind mit gestrichelten Linien die "Stanzlinien" zu erkennen, längs denen die einzelnen Festwiderstände dann ausgestanzt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind m Zeilen und n Spalten vorhanden, so daß insgesamt m × n Festwiderstände von einer Platte hergestellt werden können. Dies kann mit einem einzigen Stanzvorgang durchgeführt werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen in Seitenansicht zwei fertige Festwiderstände, deren Substrat mit 4 und deren auf­ laminierte Folie mit 5 bezeichnet ist. An den beiden Enden der Festwiderstände sind lötbare Anschlußbereiche 6 und 7 aufgebracht und zwar hier in Form eines aufgedruckten, elektrisch leitfähigen und lötbaren Silberlackes. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 über­ lappt dieser Silberlack nur die Enden und die Stirn­ seiten der Folie 5. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 überlappt er dagegen auch zusätzlich die Stirnseiten des Substrates 4. Auch ist es möglich, daß dieser Silberlack noch ein Teil der Unterseite des Substrates bedeckt.

In Fig. 5 ist ein in "Sandwichtechnik" hergestellter Festwiderstand nach der Erfindung dargestellt, bei dem die Folie 5 zwischen zwei Substratteilen 4 und 4′ einlaminiert ist. In diesem Falle ist nur an der Stirn­ seite der Silberlack aufgebracht, der in elektrischer Verbindung mit der Folie 5 steht.

Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4 kann ein Feinabgleich des elektrischen Widerstandswertes durch Laserschnitte oder mechanische Schnitte erfolgen, die in die Folie hineingehen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist ein solcher Abgleich nach dem Auflaminieren der oberen Substratschicht 4′ natürlich nicht mehr möglich.

Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4 ist es noch möglich, auf die frei liegende Fläche der Folie 5 einen elektrisch isolierenden Schutzlack aufzubringen, um zum einen die Folie vor mechanischen Beschädigungen zu schützen und zum anderen eventuelle Kurzschlüsse auf der Leiterplatte zu verhindern, wenn der Widerstand nach den Fig. 3 oder 4 mit nach unten d. h. zur Leiterplatte hin weisender Folie aufgelötet wird. Das Auflöten der nach der Erfindung hergestellten Festwiderstände kann in herkömmlicher Weise erfolgen und auch im sog. "Überkopflöten" im Lötbad.

Statt der lötbaren Anschlußflächen aus aufgebrachtem Silberlack können auch Metallkappen aufgesetzt werden.

Claims (12)

1. Chip-Widerstand mit einem rechteckigen, plattenförmigen Substrat aus ggfs. verstärktem Kunststoff, auf dessen einer Plattenseite eine Widerstandsschicht angebracht ist, die von an den beiden Längsenden des Substrats vorgesehenen und die Widerstandsschicht auf der diese tragenden Plattenseite kontaktierenden lötbaren Anschlußbereichen überlappt ist und dessen Widerstandsschicht auf den gewünschten Widerstandswert abgeglichen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandsschicht eine sich allseits bis an den Plattenrand des Substrats erstreckende Folie (5) aufgebracht ist, die elektrisch leitende Teilchen enthält.

2. Chip-Widerstand mit einem rechteckigen, plattenförmigen Substrat aus ggfs. verstärktem Kunststoff, auf dessen einer Plattenseite eine Widerstandsschicht aufgebracht ist, die von an den beiden Längsenden des Substrats vorgesehenen und die Widerstandsschicht auf der diese tragenden Plattenseite kontaktierenden lötbaren Anschlußbereichen überlappt ist und dessen Widerstandsschicht auf den gewünschten Widerstandswert abgeglichen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandsschicht ein sich allseits bis an den Plattenrand des Substrats erstreckendes Gewebe-Vlies aus leitenden Fasern aufgebracht ist.

3. Chip-Widerstand mit einem rechteckigen, plattenförmigen Widerstandskörper, gekennzeichnet durch eine zwischen zwei Kunststoffplatten einlaminierte und sich allseits bis zum Plattenrand erstreckende Folie (5), in die elektrisch leitende Teilchen eingebettet sind.

4. Chip-Widerstand mit einem rechteckigen, plattenförmigen Widerstandskörper, gekennzeichnet durch ein zwischen zwei Kunststoffplatten einlaminiertes und sich allseits bis zum Plattenrand erstreckendes Gewebe-Vlies aus elektrisch leitenden Fasern.

5. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Chip- Widerständen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) auf eine Platte aus ggf. verstärktem Kunststoff eine mit elektrisch leitenden Partikeln versehene Folie aufgebracht wird,
• b) daß aus dieser beschichteten Platte rechteckige, plattenförmige Substrate abgetrennt werden derart, daß die Breite der abgetrennten Einzelteile bei konstanter Länge derselben in Abhängigkeit vom gewünschten Widerstandswert festgesetzt wird, und
• c) daß diese plattenförmigen Substrate durch Aufbringen von Anschlüssen aus lötbarem Material an den Längsenden zu einzelnen Festwiderständen vollendet werden.

6. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Chip- Widerständen nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) auf eine Platte aus ggf. verstärktem Kunststoff ein Gewebe-Vlies aus leitenden Fasern aufgebracht wird,
• b) daß aus dieser beschichteten Platte rechteckige, plattenförmige Substrate abgetrennt werden, derart, daß die Breite der abgetrennten Einzelteile bei konstanter Länge derselben in Abhängigkeit vom gewünschten Widerstandswert festgesetzt wird, und
• c) daß diese plattenförmigen Substrate durch Aufbringen von Anschlüssen aus lötbarem Material an den Längsenden zu einzelnen Festwiderständen vollendet werden.

7. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Chip- Widerständen nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) zwischen zwei Platten aus ggf. verstärktem Kunststoff eine mit elektrisch leitenden Teilchen versehene Folie einlaminiert wird.
• b) daß aus dieser beschichteten Platte rechteckige, plattenförmige Substrate abgetrennt werden, derart, daß die Breite der abgetrennten Einzelteile bei konstanter Länge derselben in Abhängigkeit vom gewünschten Widerstandswert festgesetzt wird, und
• c) daß diese plattenförmigen Substrate durch Aufbringen von Anschlüssen aus lötbarem Material an den Längsenden zu einzelnen Festwiderständen vollendet werden.

8. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Chip- Widerständen nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) zwischen zwei Platten aus ggf. verstärktem Kunststoff ein Gewebe-Vlies aus leitenden Fasern einlaminiert wird,
• b) daß aus dieser beschichteten Platte rechteckige, plattenförmige Substrate abgetrennt werden, derart, daß die Breite der abgetrennten Einzelteile bei konstanter Länge derselben in Abhängigkeit vom gewünschten Widerstandswert festgesetzt wird, und
• c) daß diese plattenförmigen Substrate durch Aufbringen von Anschlüssen aus lötbarem Material an den Längsenden zu einzelnen Festwiderständen vollendet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtrennen der Einzelteile aus dem Zwischenprodukt durch Stanzen oder Schneiden erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene elektrische Widerstandswerte zusätzlich durch Folien unterschiedlicher Dicke erzeugt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene elektrische Widerstandswerte durch Folien unterschiedlichen Füllungsgrades an elektrisch leitenden Teilchen erzeugt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feinabgleich des Widerstandswertes des Chip-Widerstands durch Laserschnitte oder mechanische Schnitte in die Folie oder das Gewebe-Vlies erfolgt.