DE4243349A1 - Herstellung von Widerständen aus Verbundmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerständen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 insbesondere von niederohmigen Widerständen für Meßzwecke oder von Nebenwiderständen, sowie ein nach diesem Verfahren her­ stellbares elektrisches Bauelement.

Mit dem Spannungsabfall an niederohmigen, häufig im Milliohm­ bereich liegenden Widerständen lassen sich bekanntlich hohe Ströme messen. Zu diesem Zweck werden Bauelemente verwendet, bei denen ein metallisches Widerstandselement zwischen zwei Anschlußteilen aus Metall hoher Leitfähigkeit eingesetzt ist, und die gewöhnlich in Vierleitertechnik mit getrennten Strom- und Spannungsanschlüssen ausgebildet sind. Die Herstellung solcher Bauelemente erforderte bisher hohen Aufwand, da die Verbindung der verschiedenen Metallteile durch Hartlöten erfolgt. Überdies konnte die Herstellung nicht vollständig automatisiert erfolgen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Herstellung von insbesondere niederohmigen Widerständen einschließlich in Vierleitertechnik ausgebildeter Bauelemente mit guten elektrischen und mechani­ schen Eigenschaften in großen Stückzahlen ohne hohen Aufwand zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst.

Das Widerstandselement wird erfindungsgemäß durch Verschweißen mit den Anschlußteilen verbunden. Dies hat den Vorteil, daß eine sehr stabile, elektrisch sichere und im Vergleich mit der bisherigen Hartlöttechnik weniger aufwendige Verbindung hergestellt werden kann. Weiterhin hat die Erfindung den Vor­ teil, daß Widerstände aus einem Endlosband z. B. komplett in einem Stanz-Biege-Automaten gefertigt werden können. Das Verfahren zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß es im Unterschied zu anderen Herstellungsverfahren sehr flexibel ist, da die geometrischen Formen des Widerstandselements und der Anschlußteile nicht genau aufeinander abgestimmt sein müssen.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei der Herstellung von Bauelementen in Vierleitertechnik, da die von dem Verbund­ materialband abgetrennten Widerstandsstücke mit ihren Anschluß­ teilen sehr einfach durch Weichlöten mit einer mit den erfor­ derlichen Anschlüssen versehenen Unterlage verbunden werden können.

Darüber hinaus lassen sich erfindungsgemäß hergestellte Wider­ stände hoher Belastbarkeit sehr einfach und vorteilhaft nach Art der SMD-Technik ("Oberflächenmontage") auf Leiterplatten und sonstigen Trägermaterialien montieren. Bei dieser Technik werden die Bauelemente bekanntlich nicht mit z. B. drahtartigen Anschlußbeinchen an die zugehörigen externen Leitungen ange­ schlossen, sondern unter Verwendung von Lotzinn oder sonstigem Weichlötmaterial mit flachen Kontaktelementen auf flache Anschlußleiter aufgelötet, im vorliegenden Fall mit den ange­ schweißten ebenen Anschlußteilen.

Gemäß einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel des hier beschrie­ benen Verfahrens wird ein flaches Band z. B. aus einer CuMnNi- Legierung oder einer anderen konventionellen Widerstandslegie­ rung vorzugsweise auf Kupferbasis gemeinsam mit einem Kupfer­ band einer Schweißstation zugeführt, wo die beiden Bänder in an sich bekannter Weise im Durchlaufverfahren kontinuierlich an ihren Längskanten miteinander verschweißt werden. Häufig ist es zweckmäßig, nicht nur ein Kupferband auf einer Seite, sondern je ein Kupferband auf beiden Seiten des in der Mitte liegenden Bandes aus der Widerstandslegierung anzuschweißen. Es werden Bänder mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt verwendet, und je nach Anwendungsfall können Endlosbänder oder für eine bestimmte Anzahl von Widerständen bemessene Bänder verwendet werden. Beispielsweise können diese Bänder durch zweiseitiges Elektronenstrahlschweißen verbunden werden. Besonders bei dickeren Bändern kann man statt dessen auch ein Rollnahtschweißverfahren anwenden, bei dem die Bänder an ihren Rändern unter Druck aufeinandergerollt und gleichzeitig durch hohen elektrischen Strom erhitzt werden. Weitere bekannte Durchlauf- oder Nahtschweißverfahren sind ebenfalls anwendbar.

Es kann zweckmäßig sein, das fertig verschweißte Band anschließend zu walzen, so daß es aufgrund der Dickenreduzie­ rung länger und breiter wird, ohne hierdurch an mechanischer und elektrischer Qualität zu verlieren.

Aus einem derart hergestellten Verbundmaterialband lassen sich dann durch Abtrennen von einzelnen Stücken eine Vielzahl von Widerständen gewinnen, die anschließend unverändert oder aber in die verschiedensten Formen zugeschnitten weiterver­ wendet werden können.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird die Erfindung nach­ stehend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäß hergestellten Widerstand;

Fig. 2 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäß hergestellten Widerstands; und

Fig. 3 die Verbindung eines aus einem Verbundmaterialband gewonnenen Widerstands mit einer Unterlage zur Schaffung eines Vierleiter-Meßwiderstands.

In Fig. 1 ist ein Widerstand 10 einfachster Art perspektivisch dargestellt, der erfindungsgemäß durch Abschneiden von einem in der oben beschriebenen Weise aus einem Widerstandsband und zwei Leitermaterialbändern erzeugten Verbundmaterialband quer zur Bandlängsrichtung hergestellt worden ist. Die Anschluß­ teile 1, 2 bestehen also aus einem Metall hoher Leitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer. Zwischen ihnen befindet sich das Wider­ standselement 3 aus einem Bandstück mit rechteckförmigem Quer­ schnitt. Die Geometrie der zu verbindenden Metallteile muß nicht notwendigerweise übereinstimmen. Vielmehr kann beispiels­ weise die Stärke oder die Breite der Anschlußteile 1, 2 von der des Widerstandselements 3 abweichen. Vorzugsweise sind jedoch die Anschlußteile 1, 2 und das Widerstandselement 3 plattenförmig ausgebildet mit einer Stärke der Anschlußteile 1 und 2 von z. B. 0,1 bis 1,5 mm und des Widerstandselements 3 von z. B. 0,1 bis 2 mm. Das Widerstandselement 3 ist entlang der Längsnähte 4 mit den Anschlußteilen 1, 2 verschweißt.

Fig. 2 zeigt einen anderen, ebenfalls sehr einfachen Wider­ stand, der von einem in der beschriebenen Weise hergestellten, aber aus dem Widerstandslegierungsband und nur einem einzigen angeschweißten Kupferband od. dgl. bestehenden Verbundmaterial­ band stammt. Es handelt sich hier also um ein nur auf seiner einen Seite mit einem Anschlußteil verschweißtes Widerstands­ element 3′. Ausgehend von dem in der Zeichnung linken in Band­ längsrichtung verlaufenden Rand des Leitermaterialteils wurde der dargestellte Einschnitt 6 durch diesen Teil hindurch senkrecht zur Bandlängsrichtung bis in das Widerstandselement 3′ hinein erzeugt, beispielsweise durch Ausstanzen oder Fräsen, so daß das Widerstandselement 3′ zwei voneinander getrennte Anschlußteile 1′ aus dem Leitermaterial hat. Der Einschnitt 6 kann erzeugt werden, bevor oder auch nachdem das Widerstands­ stück von dem Verbundmaterialband senkrecht zu dessen Längs­ richtung abgeschnitten wird.

In Fig. 3 ist eine besonders vorteilhafte Verwendung eines nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Meßwiderstands 10 gemäß Fig. 1 dargestellt. Das Bauelement wird hier mit einer Platine 20 verbunden, die vorgefertigte Kontaktierungs­ flächen 23A, 23B, 24A und 24B aufweist, die mit einer elek­ tronischen Meß- oder Auswerteschaltung verbunden werden können. Als Substrat dient vorzugsweise eine Glasfaser- oder Aluminiumplatte 21, die für eine gute Wärmeableitung sorgt. Auf einer isolierenden Deckschicht 22 sind großflächige, vorzugsweise aus Kupfer bestehende Kontaktierungsflächen 23A, 24A aufgebracht, von denen aus Leiterbahnen zu am Rand liegenden kleineren Kontaktierungsflächen 23B, 24B führen. Hierüber befindet sich eine weitere Isolierschicht (z. B. Lötstopplack, nicht dargestellt), die vorzugsweise die gesamte Oberfläche der Unterlage und insbesondere die Leiterbahnen 25 bedeckt, die zur Verbindung mit dem Widerstand 10 bzw. mit der externen Schaltung dienenden Kontaktierungsflächen 23A, 23B, 24A und 24B dagegen freiläßt. Die Anschlußteile 1, 2 des Widerstands 10 werden durch Weichlot 27 mit den Kontaktierungs­ flächen 24A bzw. 23A verbunden. Der Strom kann über die Kon­ taktierungsflächen 23A, 24A zugeführt werden. Statt dessen können die Anschlußteile 1, 2 des Widerstands 10 aber auch mit Schrauben 11A, 11B versehen werden, über die der Strom zuge­ führt wird.

Die Verbindung zwischen der Platine 20 und dem Widerstand 10 kann automatisch beispielsweise in einem Bestückungsautomaten erfolgen.

Weitere Vorteile des gemäß Fig. 3 hergestellten Bauelements sind einerseits die kleine, kompakte und mechanisch stabile Bauform und andererseits eine sehr niedrige Induktivität. Durch die Schweißverbindung des Widerstands 10 mit seinen Anschlußteilen 1, 2 ergibt sich ferner eine hohe zeitliche Stabilität. Vorteilhaft ist weiterhin, daß die Auswerteelek­ tronik in unmittelbarer Nähe des Widerstands auf der Platine 20 untergebracht werden kann, wodurch störende Einstreuungen weitgehend vermieden werden können.

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen von elektrischen Widerständen, insbesondere von niederohmigen Widerständen für Meßzwecke od. dgl., wobei ein aus einer Widerstandslegierung bestehendes Widerstandselement mit Anschlußteilen aus Leitermetall hoher elektrischer Leitfähigkeit verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein langes Band aus der Widerstandslegierung an mindestens einer seiner Längs­ kanten durchgehend mit einem entsprechend langen Band aus dem Leitermetall verschweißt wird, so daß ein Band aus Verbund­ material entsteht, und daß dieses Band dann zur Erzeugung einer Vielzahl einzelner Widerstandsstücke jeweils quer zur Bandlängsrichtung zertrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder kontinuierlich beim Durchlaufen einer Schweiß­ station verschweißt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder durch Elektronenstrahlschweißen verbunden werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder durch Rollnahtschweißen verbunden werden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Bandes aus der Widerstandslegierung jeweils ein Band aus dem Leiter­ metall angeschweißt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterialband vor dem Abtrennen der Widerstandsstücke gewalzt wird, so daß es wesentlich länger und breiter wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem quer zur Bandlängs­ richtung von dem Verbundmaterialband abgetrennten oder abzu­ trennenden Streifen durch einen Einschnitt, der sich ausgehend von einem in Bandlängsrichtung verlaufenden Rand des Leiter­ metallteils durch diesen Teil hindurch quer zur Bandlängs­ richtung in den Legierungsteil erstreckt, ein Widerstands­ stück mit voneinander getrennten Anschlußteilen aus dem Leiter­ metall gebildet wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Widerstands mit Vierleiteranschlüssen das aus dem Verbundmaterialband abgetrennte Widerstandsstück auf einer mit metallischen Anschlußflächen hoher Leitfähigkeit versehenen Unterlage angeordnet wird und die aus dem Leitermetall bestehenden Anschlußteile des Widerstandsstücks mit Teilen dieser Anschluß­ flächen verlötet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Unterlage (21) mit isolierender Oberfläche (22) Kontaktierungsflächen (23A, 23B; 24A, 24B) derart aufgebracht werden, daß jeweils eine relativ große Kontaktierungsfläche (23A, 24A) mit einer am Rand liegenden Kontaktierungsfläche (23B, 24B) durch Leiterbahnen (25) verbunden wird, und daß zum Verbinden des aus dem Verbundmaterialband abgetrennten Widerstands (10) mit der Unterlage (21) die Anschlußteile (1, 2) des Widerstands (10) mit den relativ großen Kontaktie­ rungsflächen (23A, 24A) vermittels eines Weichlots (27) verbunden werden.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Anschlußteile (1, 2) Stromanschlußschrauben (11A, 11B) angebracht werden.

11. Elektrischer Widerstand, insbesondere niederohmiger Meßwiderstand, mit zwei voneinander getrennten Anschlußteilen (1, 2) aus Metall hoher Leitfähigkeit, an die Leiter für den durch den Widerstand fließenden Strom und zusätzliche Leiter für den Spannungsabgriff anschließbar sind, und mit einem zwischen die Anschlußteile (1, 2) eingesetzten, diese elektrisch und mechanisch verbindenden, aus einer Widerstandslegierung bestehenden Widerstandselement (3), dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußteile (1, 2) an das Widerstandselement (3) angeschweißt sind,
daß das Widerstandselement (3) auf einer Unterlage (21) ange­ ordnet ist, die mit Kontaktierungsflächen (23A, 23B) versehen ist, welche mit den Anschlußteilen (1, 2) durch ein Weichlot verlötet sind, und
daß die Kontaktierungsflächen (23A, 23B) durch von dem Widerstandselement (3) und den Anschlußteilen (1, 2) isolierte Leiterbahnen mit gesonderten Anschlußflächen (24A, 24B) verbunden sind.

12. Verwendung eines nach Anspruch 1 hergestellten Wider­ stands zur Oberflächenmontage auf einer mit flächenförmigen Anschlußleitern versehenen Unterlage, dadurch gekennzeichnet, daß die angeschweißten Leitermetall­ teile auf die Anschlußleiter der Unterlage aufgelötet werden.