EP0841668A1 - Elektrischer Widerstand und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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EP0841668A1
EP0841668A1 EP97119468A EP97119468A EP0841668A1 EP 0841668 A1 EP0841668 A1 EP 0841668A1 EP 97119468 A EP97119468 A EP 97119468A EP 97119468 A EP97119468 A EP 97119468A EP 0841668 A1 EP0841668 A1 EP 0841668A1
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EP
European Patent Office
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resistance
substrate
resistors
adhesive layer
foil
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EP97119468A
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Ullrich Dr. Hetzler
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IsabellenHuette Heusler GmbH and Co KG
Original Assignee
IsabellenHuette Heusler GmbH and Co KG
Isabellen Huette GmbH
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/08—Cooling, heating or ventilating arrangements
    • H01C1/084—Cooling, heating or ventilating arrangements using self-cooling, e.g. fins, heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H01C1/142—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors the terminals or tapping points being coated on the resistive element
    • H—ELECTRICITY
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    • H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/006—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for manufacturing resistor chips
    • H—ELECTRICITY
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    • H01C—RESISTORS
    • H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/06—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
    • H01C17/07—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by resistor foil bonding, e.g. cladding

Definitions

  • the invention relates to an electrical resistor according to the preamble of claim 1, preferably with on the Arranged side of the resistance film facing away from the substrate Terminal contact surfaces, and method for producing such Resistances.
  • Low-resistance measuring power resistors of this type their resistance values are often in the milliohm range, for some applications but also up to orders of magnitude of more than 100 Ohm can be enough, are often required in SMD design, so that they like the well-known chip components with their flat Connection contacts directly on flat connection conductors from PCBs soldered or with their substrate flat on the Surface of a heat sink can be soldered or glued.
  • the resistors can also be used together with power semiconductors and other passive components in so-called power hybrid circuits are used, with the connection contact layers the resistors external leads be attached (“bonding").
  • a major advantage of this Surface mounting is next to a possible downsizing and better use of space the good heat dissipation from the resistance element.
  • connection contact Pearl made of solder.
  • an aluminum substrate e.g. made of AlMg3 sheet
  • a foil made of a resistance alloy between which there is an adhesive film.
  • the resistance foil is photo-etched into the desired one Form with the required path structures.
  • the surface of the resistor foil carrying the resistance foil is etched Composite body in the screen printing process with a layer of Solder mask coated, the later connection contact areas defined and left out, which are then screen printed be printed with a solder paste from which finally through a remelting process the connection contact forming solder pearl is created.
  • the object of the invention is a suitable as a power resistor for current measurements To create resistance that is even more resilient than before and easy to manufacture and reuse in large quantities is without the required precision and reliability resistance is impaired.
  • the invention enables the production of a large number of Resistors with the properties mentioned above from the prefabricated Triple composite laminate made of resistance film, adhesive layer and substrate with little effort. If it extreme miniaturization is important, for example 8000 resistors from a "benefit" of 300 x 400 mm produce.
  • the resistors can be used as needed SMD components for printed circuit boards or as internal elements used for other types of resistance, e.g. built into housing or attached to thicker copper supports, heat sinks, etc. be etc.
  • a relatively strong resin adhesive filled with ceramic powder preferably in the form of a film as an adhesive layer of the laminate advantageous, both in the manufacture, in particular when separating the resistors, as well as when manufacturing Component.
  • This adhesive layer is mechanical and thermal resilient and so far in the manufacture of resistors used polyimide adhesive films with regard to the derivation of the Superior heat loss of the resistance foil.
  • Those with ceramic powder or other thermally conductive, but electrically insulating granular material are filled plastic adhesive layers known per se, namely for gluing semiconductor components on heat-dissipating housing parts or heat sinks. In which however, they have resistance described here in the known case non-relevant advantages such as brittleness and easy breakability.
  • the contact layers are not as before after Etching of the resistance structure, but by partial Pre-metallization of the resistance foil are applied, either on the top or e.g. in previously etched Cutouts in the resistance foil. If the connection contact layers larger to simplify the procedure can be formed as desired later, the resistance and contact structures can be combined in a single Operation can be etched. This advantage also applies to Use of other adhesive layers without ceramic filling. On the other hand there are advantages of using the filled Adhesive even for resistors whose resistance foil does not have pre-metallized contact layers, but only Terminal contact surfaces, which only occur when the resistance is isolated be contacted.
  • the invention is particularly suitable for extremely small resistors, but also for large components with side lengths of a few cm.
  • the resistance shown in Fig. 1A essentially exists from a substrate 1 made of a metal such as copper or Aluminum, the resistance foil 2 made of metal such as one of the CuNi alloys known for precision measuring resistors and an interposed adhesive layer 3 with which the Resistance film 2 is attached to the substrate 1.
  • the Substrate 1 is usually thicker than the resistance film and can serve as a heat sink in addition to the supporting function.
  • the resistance foil is in the usual way for the one you want Structured resistance value, for example in a four-pole version (see FIG. 2B) and / or in the form of a meander track, and has on its surface facing away from the substrate opposite ends each at the edge of the resistor its electrical connection to external circuits separate contact pads.
  • connection contacts can each consist of several Layers consist of different metals, e.g. out a lower layer 5 made of copper, which has a low resistance Creates contact transition, and a layer thereon 6 made of nickel, which makes subsequent external contacting easier, So depending on the application, a soldered connection or that Connect connecting wires.
  • the adhesive layer 3 which is is a flexible plastic film that e.g. a thickness can be on the order of 75 or 100 ⁇ m. she should on the one hand in addition to the required electrical insulation firm and permanently reliable adhesion of the resistance foil on the substrate even at high mechanical and thermal Load and on the other hand the best possible thermal conductivity guarantee.
  • layer 3 consists of a plastic adhesive such as Epoxy resin or polyimide material, which is filled with a heat-conducting powder, preferably with ceramic powder, e.g. Alumina, boron nitride or the same as is known per se for other purposes.
  • connection contact layer 4 ' can be made from or at Several different metal layers are required. As can be seen from Fig. 1 and also from the following described method results, there are the contact layers 4 completely within the outer circumference of the Resistance layer, which in turn is inside the outer circumference of the substrate.
  • the resistance element shown schematically can then provide protective layers in the usual way and / or easily in housing or other external Arrangements are installed.
  • the laminate shown in FIG. 2A is first made from a metal sheet forming the substrate 1, which can be, for example, a 0.5 mm thick copper sheet, the adhesive layer 3 and the metallic resistance film 2 in a several thousand resistors resulting size generated.
  • the adhesive is either applied in several layers using the screen printing process, for example to the substrate, or transferred as a prefabricated dry film in a tempered press.
  • the resistance structure 22 for two separate pads be formed at their opposite ends, as at 23 is indicated.
  • this four-pole design can two connection contacts for the power connection and the serve the other two for the voltage connection, as it is for Measurement purposes is required.
  • Fig. 2C shows a section through Fig. 2B along the plane A-A.
  • the metallization of the areas 42 can be with or according to Fig. 2C several layers are carried out.
  • the bottom, Layer 5 preferably made of copper (see also FIG. 1A) is used to make this area less resistive, while the uppermost layer 6, preferably made of nickel later contacting made easier, as already mentioned.
  • the resistance foil in the defined areas 42 before Metallization etched by an amount thinner, approximately corresponds to the later thickness of the copper layer.
  • the etched trough-like depressions or recesses are in the (corresponding in Fig. 2C) 2D at 43 recognizable. Again, this can be done in the Recesses 43 introduced copper preferably a thinner Nickel layer 6 are metallized.
  • the "benefit" Only after the partial precoating described Resistance side of the laminate (the "benefit") becomes the real one Structure of the resistors and the contact areas defined another photolithography process and by etching generated.
  • the etching is advantageously carried out in one Operation, being in the area of the actual resistance only the resistance material and in the contact area the resistance foil etched through with their metallization up to the adhesive layer 3 as shown in Fig. 2E using the example of (to Fig. 2C alternative) embodiment according to Fig. 2D can be seen.
  • the resistors After etching the resistance structure and after removing the auxiliary layers required for etching and cleaning of the laminate the resistors are now ready to be separated. If needed, can do a comparison of the resistance values beforehand, ie while still "using” in a known manner e.g. through incisions in the resistance foil be performed.
  • the resistors could be e.g. in the so far usual way (DE 43 39 551 C1) with a coordinate punch are punched out in order.
  • the ceramic filling of the preferably used in the method described here glue can have a highly abrasive effect on the punching tools have, which are therefore constantly reworked must, for example after every less than 1000 work steps, so that not even the resistances of a "benefit" could be separated without reworking the punch.
  • the edge area 31, by means of which the adhesive can be detached from the substrate be more than 0.5 mm. This danger arises in particular in the one used here, due to the high degree of ceramic filling relatively brittle adhesive and limits the desired miniaturization of resistance.
  • One way to avoid this difficulty would be Separating the resistors by cutting, especially with a laser cutting system, which is relatively complex and is slow and also the electrical properties of the Components can affect.
  • the method described here is less complex and more gentle separation method applied.
  • the metal substrate 1 of its the back of the resistance film 2 facing away in one narrow area etched following the outline of the resistance so that the continuous up to the adhesive layer 3 Incisions 50 and consequently side surfaces etched on the substrate 1 51 of the component to be produced, similar to the etched side surfaces 44 (FIG. 2E) of the resistance foil 2 and the connection contact surfaces 5 and 6. Since the contour of the Separation lines or incisions 50 photolithographically and etching defined and generated, it can easily be almost arbitrarily complex. It is also particularly advantageous that this also desired other recesses as required or creates holes in the resistor with no extra effort can be.
  • the resistors of the type described here which are made of foils, are suitable for both SMD assembly and for contacting via bond wires and can be used above all as measuring resistors with resistance values in the milliohm range (typically between 1 and 500 mOhm). They are highly resilient and, due to their extremely low internal thermal resistance (typically less than 1 K / W x cm 2 ), can also be considerably overloaded for a short time.
  • resistors according to the invention with the filled Glue between its resistance film and its substrate methods other than those described above are also suitable.
  • the resistors could be known per se Isolated by cutting the laminate with a laser will.
  • the described method can also Have advantages over comparable known methods, if adhesive films without ceramic powder filling are used.

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Abstract

Elektrische Meß- oder Leistungswiderstände, die aus einem Laminat aus einem Metallsubstrat, einem mit Keramikpulver gefüllten Kleber und einer Widerstandsmetallfolie mit Anschlußkontaktschichten auf der dem Substrat abgewandten Seite bestehen, werden dadurch hergestellt, daß zunächst die Widerstandsfolie zur Erzeugung der Anschlußkontaktschichten metallisiert wird und danach durch Ätzen die gewünschten Widerstands- und Kontaktstrukturen für eine Vielzahl von Bauelementen erzeugt werden. Zum Vereinzeln der Bauelemente wird anschließend das Metallsubstrat von seiner der Widerstandsfolie abgewandten Seite her durchgeätzt und das Laminat an den noch verbliebenen Kleberbrücken zerbrochen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Widerstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, vorzugsweise mit auf der dem Substrat abgewandten Seite der Widerstandsfolie angeordneten Anschlußkontaktflächen, und Verfahren zur Herstellung solcher Widerstände.
Niederohmige Meß-Leistungswiderstände dieser Art, deren Widerstandswerte häufig im Milliohmbereich liegen, für manche Anwendungsfälle aber auch bis in Größenordnungen von mehr als 100 Ohm reichen können, werden häufig in SMD-Bauweise benötigt, so daß sie wie die bekannten Chip-Bauelemente mit ihren flachen Anschlußkontakten unmittelbar auf flache Anschlußleiter von Leiterplatten aufgelötet oder mit ihrem Substrat flach auf die Oberfläche eines Kühlkörpers gelötet oder geklebt werden können. Die Widerstände können auch zusammen mit Leistungshalbleitern und anderen passiven Komponenten in sogenannten Leistungshybridschaltungen eingesetzt werden, wobei an den Anschlußkontaktschichten der Widerstände externe Anschlußdrähte angebracht werden ("Bonden"). Ein wesentlicher Vorteil dieser Oberflächenmontage ist neben einer möglichen Verkleinerung und besseren Platzausnutzung die gute Wärmeableitung aus dem Widerstandselement. In vielen Fällen wird ferner eine immer weitergehende Miniaturisierung von Meß- oder Leistungswiderständen verlangt. Andererseits werden immer höhere Belastungen der Widerstände und entsprechend höhere Betriebstemperaturen erforderlich. Hinzu kommt, daß die Widerstände mit möglichst geringem Aufwand herstellbar und weiterverwendbar sein sollen, da die zu bestückenden Schaltungen oft sehr kostenempfindlich sind. Diese Anforderungen werden durch die bisher bekannten SMD- oder Chip-Widerstände nicht immer ausreichend erfüllt.
Ein aus dem DE-GM 90 15 206 bekannter SMD-Widerstand der eingangs genannten Art hat als Anschlußkontakt eine kompakte Perle aus Lötzinn. Zu seiner Herstellung bildet man zunächst einen Verbundkörper durch Verpressen eines Aluminiumsubstrates (z.B. aus AlMg3-Blech) mit einer Folie aus einer Widerstandslegierung, zwischen denen sich eine Klebefolie befindet. Dann wird die Widerstandsfolie durch Fotoätzen in die gewünschte Form mit den erforderlichen Bahnstrukturen gebracht. Nach dem Ätzen wird die die Widerstandsfolie tragende Oberfläche des Verbundkörpers im Siebdruckverfahren mit einer Schicht aus Lötstopplack beschichtet, wobei die späteren Anschlußkontaktbereiche definiert und ausgespart werden, die sodann im Siebdruckverfahren mit einer Lotpaste bedruckt werden, aus der schließlich durch einen Umschmelzvorgang eine den Anschlußkontakt bildende Lotperle entsteht.
Aus der DE 43 39 551 C1 ist ferner ein niederohmiger Meßwiderstand in SMD-Bauweise bekannt, dessen Anschlußkontakte sich nicht auf der dem Substrat abgewandten Seite der Widerstandsfolie befinden, sondern durch das Substrat selbst gebildet werden. Zur Herstellung wird zunächst aus einem Kupferblech, einer mit einem Kleber bedeckten Polyimidfolie und der Widerstandsfolie ein relativ großes Laminat gebildet, das den sogenannten "Nutzen" bildet, aus dem nach Ätzen der erforderlichen Widerstandsstruktur, anschließendem Erzeugen von die Widerstandsfolie mit dem Kupferblech verbindenden Kupferschichten und Durchätzen des Kupferbleches zur Trennung der durch das Substrat gebildeten Anschlußkontakte beispielsweise etwa 2000 Widerstände vereinzelt werden können.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen als Leistungswiderstand für Strommessungen geeigneten Widerstand zu schaffen, der noch höher belastbar ist als bisher und einfach in großen Stückzahlen herstellbar und weiterverwendbar ist, ohne daß die erforderliche Präzision und Zuverlässigkeit des Widerstands beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Durch die Erfindung wird die Herstellung einer großen Zahl von Widerständen mit den oben erwähnten Eigenschaften aus dem vorgefertigten Dreifachverbund-Laminat aus Widerstandsfolie, Klebeschicht und Substrat mit geringem Aufwand ermöglicht. Wenn es auf extreme Miniaturisierung ankommt, lassen sich beispielsweise aus einem "Nutzen" von 300 x 400 mm problemlos 8000 Widerstände herstellen. Die Widerstände können je nach Bedarf als SMD-Bauelemente für Leiterplatten oder auch als Innenelemente für andere Widerstandstypen verwendet, z.B. in Gehäuse eingebaut oder an dickeren Kupferträgern, Kühlkörpern usw. befestgt werden usw.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist die Verwendung eines relativ stark mit Keramikpulver gefüllten Kunstharzklebers vorzugsweise in Form einer Folie als Klebeschicht des Laminats vorteilhaft, und zwar sowohl bei der Herstellung, insbesondere beim Vereinzeln der Widerstände, als auch beim fertigen Bauelement. Diese Klebeschicht ist mechanisch und thermisch belastbar und den bisher bei der Herstellung von Widerständen verwendeten Polyimidklebefolien hinsichtlich der Ableitung der Verlustwärme der Widerstandsfolie überlegen. Solche mit Keramikpulver oder anderem wärmeleitenden, aber elektrisch isolierendem körnigem Material gefüllte Kunststoffklebeschichten sind an sich bekannt, nämlich zum Aufkleben von Halbleiterbauelementen auf wärmeableitende Gehäuseteile oder Kühlkörper. Bei dem hier beschriebenen Widerstand haben sie aber im bekannten Fall nicht relevante Vorteile wie Sprödigkeit und leichte Zerbrechbarkeit.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung das vorzugsweise ein gut wärmeleitendes Metall wie Kupfer oder Aluminium enthaltende Substrat zum Zertrennen des Laminats von seiner der Widerstandsfolie abgewandten Rückseite her längs der Trennlinien durchgeätzt wird. Dort befindet sich dann nur noch das Material der Klebeschicht, da an den Trennstellen zuvor beim Ätzen der Widerstandsstrukturen und erforderlichenfalls der Anschlußkontaktschichten auch alles Metall von der anderen Seite her entfernt worden war. Insbesondere der oben erwähnte gefüllte Kleber ist relativ spröde und kann zum Vereinzeln der Widerstände leicht durchgebrochen werden, zweckmäßig in einem einzigen Arbeitsgang mit einer auf die Widerstandsseite des Laminats gepreßten gummielastischen Matte, die die gesamte Oberfläche des "Nutzens" bedeckt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ergeben sich wesentliche, insbesondere verfahrenstechnische Vorteile daraus, daß die Anschlußkontaktschichten nicht wie bisher nach dem Ätzen der Widerstandsstruktur, sondern durch partielle Vormetallisierung der Widerstandsfolie aufgebracht werden, entweder auf deren Oberseite oder z.B. in zuvor eingeätzte Ausnehmungen der Widerstandsfolie. Wenn die Anschlußkontaktschichten zur Vereinfachung des Verfahrens zunächst größer ausgebildet werden als später gewünscht, können die Widerstands- und Kontaktstrukturen in einem einzigen gemeinsamen Arbeitsgang geätzt werden. Dieser Vorteil besteht auch bei Verwendung anderer Klebeschichten ohne Keramikfüllung. Andererseits ergeben sich die Vorteile der Verwendung des gefüllten Klebers auch bei Widerständen, deren Widerstandsfolie keine vormetallisierten Kontaktschichten haben, sondern lediglich Anschlußkontaktflächen, die erst beim vereinzelten Widerstand kontaktiert werden.
Die Erfindung eignet sich besonders für extrem kleine Widerstände, aber auch für großflächige Bauelemente mit Seitenlängen von einigen cm.
An einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1A und 1B
zwei Ausführungsformen des zu erzeugenden Widerstands in schematischer Darstellung;
Fig. 2A bis 2G
schematische Darstellungen zur Erläuterung aufeinanderfolgender bzw. alternativer Verfahrensschritte bei der Herstellung der Widerstände; und
Fig. 3
eine Darstellung zur Erläuterung von Vorteilen der bevorzugten Vereinzelungsmethode bei dem beschriebenen Verfahren.
Der in Fig. 1A dargestellte Widerstand besteht im wesentlichen aus einem Substrat 1 aus einem Metall wie Kupfer oder Aluminium, der Widerstandsfolie 2 aus Metall wie z.B.einer der für Präzisionsmeßwiderstände bekannten CuNi-Legierungen und einer dazwischen angeordneten Klebeschicht 3, mit der die Widerstandsfolie 2 auf dem Substrat 1 befestigt ist. Das Substrat 1 ist in der Regel dicker als die Widerstandsfolie und kann neben der Tragfunktion als Kühlkörper dienen. Die Widerstandsfolie ist in üblicher Weise für den jeweils gewünschten Widerstandswert strukturiert, beispielsweise in Vierpolausführung (vgl. Fig. 2B) und/oder in Form einer Mäanderbahn, und hat auf ihrer dem Substrat abgewandten Oberfläche an entgegengesetzten Enden jeweils am Rand des Widerstands die zu seinem elektrischen Anschluß an externe Schaltungen dienenden voneinander getrennten Anschlußkontaktflächen. Bei dem dargestellten Beispiel befinden sich auf diesen Flächen aufmetallisierte Anschlußkontaktschichten 4, die aber nicht immer notwendig sind. Die Anschlußkontakte können jeweils aus mehreren Schichten aus unterschiedlichen Metallen bestehen, z.B. aus einer unteren Schicht 5 aus Kupfer, die einen niederohmigen Kontaktübergang schafft, und einer darauf befindlichen Schicht 6 aus Nickel, die die spätere externe Kontaktierung erleichtert, also je nach Anwendungsfall eine Lötverbindung oder das Anschließen von Verbindungsdrähten.
Wichtig für Herstellung und Eigenschaften des hier beschriebenen Widerstands ist die Klebeschicht 3, bei der es sich um eine flexible Kunststoff-Folie handelt, die z.B. eine Dicke in der Größenordnung von 75 oder 100 µm haben kann. Sie soll einerseits neben der erforderlichen elektrischen Isolierung die feste und dauerhaft zuverlässige Haftung der Widerstandsfolie auf dem Substrat auch bei hoher mechanischer und thermischer Belastung und andererseits möglichst gute Wärmeleitfähigkeit gewährleisten. Aus diesen Gründen besteht die Schicht 3 aus einem Kunststoffkleber wie z.B. Epoxydharz oder Polyimidmaterial, der mit einem wärmeleitenden Pulver gefüllt ist, vorzugsweise mit Keramikpulver, z.B. Aluminiumoxid, Bornitrid oder dergleichen, wie es für andere Zwecke an sich bekannt ist. Wie schon erwähnt wurde, wird dadurch bei dem hier beschriebenen Widerstand die Wärmeableitung aus der Widerstandsfolie in das Substrat im Vergleich mit den zur Herstellung von Widerständen bisher verwendeten Kunststoffklebeschichten wesentlich verbessert. Der Füllgrad (z.B. 60-70 %, bezogen auf das Kunststoffgewicht) ist so gewählt, daß sich bei guter Wärmeleitung (hoher Füllgrad) noch eine ausreichende Haftung der Widerstandsfolie 2 auf dem Substrat 1 ergibt.
Fig. 1B zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Widerstands, dessen Anschlußkontaktschichten 4' in Ausnehmungen 8 angeordnet sind, die an den seitlichen Rändern des Widerstands in die dem Substrat 1 abgewandte Oberseite der Widerstandsfolie 2' eingearbeitet sind, wie noch näher erläutert wird. Auch hier kann die Anschlußkontaktschicht 4' aus einer oder bei Bedarf mehreren unterschiedlichen Metallschichten bestehen. Wie aus Fig. 1 erkennbar ist und sich auch aus dem nachfolgend beschriebenen Verfahren ergibt, befinden sich die Anschlußkontaktschichten 4 vollständig innerhalb des Außenumfangs der Widerstandsschicht, die ihrerseits innerhalb des Außenumfangs des Substrates liegt.
Das schematisch dargestellte Widerstandselement kann anschließend in üblicher Weise mit Schutzschichten versehen und/oder problemlos in Gehäuse oder sonstige externe Anordnungen eingebaut werden.
Zur Herstellung der Widerstände wird zunächst das in Fig. 2A dargestellte Laminat aus einem das Substrat 1 bildenden Metallblech, bei dem es sich beispielsweise um ein 0,5 mm dickes Kupferblech handeln kann, der Klebeschicht 3 und der metallischen Widerstandsfolie 2 in einer mehrere tausend Widerstände ergebenden Größe erzeugt. Der Kleber wird entweder im Siebdruckverfahren in mehreren Schichten z.B. auf das Substrat aufgetragen oder als vorgefertigter Trockenfilm in einer temperierten Presse übertragen. Die eigentliche Verklebung dieses Dreifachverbundes erfolgt danach in einer Vakuumpresse bei hoher Temperatur (z.B. in der Größenordnung von 180 °C) und hohem Druck (beispielsweise in der Größenordnung von 20 bar = 20 x 105 Pa). Vakuum kann hierbei notwendig sein zur Vermeidung von Lufteinschlüssen, die die Haftfestigkeit und die Wärmeableitung durch den Kleber stark reduzieren würden.
Zum Erzeugen der einzelnen Widerstände werden nun in einem ersten Arbeitsschritt in der aus der Fotolithographie bekannten Weise mit Hilfe einer Fotomaske und einer lichtempfindlichen auflaminierten Folie Bereiche definiert, die die späteren Kontaktflächen der Widerstände umfaßt. Wie in Fig. 2B erkennbar ist, werden zunächst Bereiche 42 definiert, die größer sind als die späteren Kontaktbereiche 23 des fertigen Widerstands, weil das einfacher ist als eine genau den gewünschten Anschlußkontaktschichten entsprechende fotolithografische Definierung. Die später zu erzeugende Widerstandsstruktur ist bei 22 angedeutet. In den Bereichen 42 wird dann eine galvanische oder chemische Metallisierung durchgeführt, wobei der zwischen den Bereichen 42 liegende Teil während der Metallisierung mit einer Fotoresist- oder sonstigen Schutzschicht abgedeckt sein kann. Die partielle Metallisierung kann aber auch dadurch erfolgen, daß zunächst die Gesamtfläche beschichtet und danach der zu den Kontaktflächen komplementäre Bereich selektiv abgeätzt wird (ohne das darunterliegende Widerstandsmetall anzugreifen).
Wie ebenfalls aus Fig. 2B erkennbar ist, kann die Widerstandsstruktur 22 für je zwei voneinander getrennte Anschlußflächen an ihren entgegengesetzten Enden ausgebildet sein, wie bei 23 angedeutet ist. Bei dieser vierpoligen Ausbildung können bekanntlich zwei Anschlußkontakte für den Stromanschluß und die beiden anderen für den Spannungsanschluß dienen, wie es für Meßzwecke erforderlich ist.
Fig. 2C zeigt einen Schnitt durch Fig. 2B längs der Ebene A-A. Die Metallisierung der Bereiche 42 kann mit einer oder gemäß Fig. 2C mehreren Schichten durchgeführt werden. Die unterste, vorzugsweise aus Kupfer bestehende Schicht 5 (vgl. auch Fig. 1A) dient dazu, diesen Bereich niederohmiger zu machen, während die oberste, vorzugsweise aus Nickel bestehende Schicht 6 die spätere Kontaktierung erleichtert, wie schon erwähnt wurde.
Bei extrem niedrigen Widerstandswerten muß eine entsprechend dicke Widerstandsfolie verwendet werden, was wiederum zur Folge hat, daß auch eine entsprechend dicke Kupferschicht als Anschlußkontaktschicht abgeschieden werden muß, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Insbesondere in diesen Fällen wird die Widerstandsfolie in den definierten Bereichen 42 vor der Metallisierung um einen Betrag dünner geätzt, der ungefähr der späteren Auftragsdicke der Kupferschicht entspricht. Das hat u.a. den Vorteil, daß die nachfolgenden Arbeitsgänge nicht durch eine Stufe vom beschichteten zum unbeschichteten Bereich behindert werden. Die eingeätzten wannenartigen Vertiefungen oder Ausnehmungen sind in der (im übrigen Fig. 2C entsprechenden) Fig. 2D bei 43 erkennbar. Auch hier kann auf das in die Ausnehmungen 43 eingebrachte Kupfer eine vorzugsweise dünnere Nickelschicht 6 aufmetallisiert werden.
Erst nach der beschriebenen partiellen Vorbeschichtung der Widerstandsseite des Laminats (des "Nutzens") wird die eigentliche Struktur der Widerstände und der Kontaktflächen durch einen weiteren Fotolithographieprozeß definiert und durch Ätzen erzeugt. Vorteilhaft erfolgt das Ätzen in einem einzigen Arbeitsgang, wobei im Bereich des eigentlichen Widerstands nur das Widerstandsmaterial und im Kontaktbereich die Widerstandsfolie mit ihrer Metallisierung bis zu der Klebeschicht 3 durchgeätzt werden, wie in Fig. 2E am Beispiel der (zu Fig. 2C alternativen) Ausführungsform nach Fig. 2D erkennbar ist. Die Ätzkanten an den Rändern der späteren Widerstände sind dort mit 44 bezeichnet.
Abweichend von dem hier beschriebenen Verfahren besteht die Möglichkeit, Widerstände ohne Anschlußkontaktschichten herzustellen. In diesem Fall wird nur die gewünschte Widersstandsstruktur fotolithografisch definiert und geätzt. Je nach Anwendungsfall können die nötigen Anschlüsse später bei Weiterverwendung der einzelnen, im wesentlichen fertigen Widerstände gebildet werden.
Nach dem Ätzen der Widerstandsstruktur und nach Entfernung der zum Ätzen benötigten Hilfsschichten und der Reinigung des Laminats sind die Widerstände nun fertig zum Vereinzeln. Wenn nötig, kann zuvor, also noch am "Nutzen", ein Abgleich der Widerstandswerte in bekannter Weise z.B. durch Einschnitte in die Widerstandsfolie durchgeführt werden.
Zum Vereinzeln könnten die Widerstände z.B. in der bisher üblichen Weise (DE 43 39 551 C1) mit einer Koordinatenstanze der Reihe nach ausgestanzt werden. Die keramische Füllung des bei dem hier beschriebenen Verfahren vorzugsweise verwendeten Klebers kann aber eine stark abrasive Wirkung auf die Stanzwerkzeuge haben, die deshalb ständig nachgearbeitet werden müssen, beispielsweise nach jeweils weniger als 1000 Arbeitsgängen, so daß nicht einmal die Widerstände eines "Nutzens" ohne Nacharbeitung der Stanze vereinzelt werden könnten. Außerdem besteht beim Stanzen die Gefahr, daß im Randbereich der Widerstände, wo beim Stanzen ein Materialeinzug auftritt, eine mehr oder weniger breite Kleberablösung erfolgt, wie in Fig. 3 zur Erläuterung bei 30 dargestellt ist. Der Randbereich 31, über den sich der Kleber vom Substrat löst, kann mehr als 0,5 mm betragen. Diese Gefahr ergibt sich insbesondere bei dem hier verwendeten, aufgrund des hohen Keramikfüllgrades relativ spröden Kleber und begrenzt die gewünschte Miniaturisierung der Widerstände.
Eine Möglichkeit zur Vermeidung dieser Schwierigkeit wäre das Vereinzeln der Widerstände durch Zerschneiden, insbesondere mit einer Laser-Schneideanlage, die aber relativ aufwendig und langsam ist und außerdem die elektrischen Eigenschaften der Bauelemente beeinträchtigen kann.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird eine weniger aufwendige und schonendere Vereinzelungsmethode angewendet. Wie in Fig. 2F dargestellt ist, wird das Metallsubstrat 1 von seiner der Widerstandsfolie 2 abgewandten Rückseite her in einem schmalen, dem Umriß des Widerstandes folgenden Bereich abgeätzt, so daß sich die bis zu der Klebeschicht 3 durchgehenden Einschnitte 50 und folglich am Substrat 1 geätzte Seitenflächen 51 des zu erzeugenden Bauelements ergeben, ähnlich wie die geätzten Seitenflächen 44 (Fig. 2E) der Widerstandsfolie 2 und der Anschlußkontaktflächen 5 und 6. Da die Kontur der Trennlinien bzw. Einschnitte 50 fotolithographisch und ätztechnisch definiert und erzeugt wird, kann sie problemlos nahezu beliebig komplex sein. Besonders vorteilhaft ist ferner, daß hierbei auch je nach Bedarf gewünschte sonstige Aussparungen oder Löcher in dem Widerstand ohne Mehraufwand erzeugt werden können.
Da dieser Ätzvorgang noch am "Nutzen" für alle Widerstände gleichzeitig durchgeführt wird, ergibt sich ein im Vergleich mit der individuellen Bearbeitung der einzelnen Bauelemente entsprechend reduzierter Aufwand.
Nach dem Ätzen hängen die Widerstände über die Klebeschicht 3 noch im "Nutzen", also im ursprünglichen großen Laminat zusammen, so daß problemlos die weitere Handhabung möglich ist. Da andererseits bei dem oben anhand von Fig. 2E erläuterten Strukturätzvorgang auch das Widerstandsmetall bis innerhalb der Trennlinien entfernt worden war, wie in Fig. 2F erkennbar ist, sind die Widerstände nach dem Einätzen der Einschnitte 50 nur noch durch die kurzen Klebeschichtbrücken 52 verbunden, die aufgrund ihrer Sprödigkeit leicht zerbrochen werden können. Die Vereinzelung geschieht durch einen einfachen Preßzyklus in einer Plattenpresse. Auf der Widerstandsseite wird ganzflächig über den "Nutzen" eine Silikonmatte 54 gelegt, so daß beim Zufahren der Presse durch den Materialfluß des Silikons ein Abscheren oder Brechen des Klebers über die Außenkante erfolgt, wie in Fig. 2G an den Bruchstellen 55 erkennbar ist.
Die aus Folien hergestellten Widerstände der hier beschriebenen Art eignen sich sowohl für de SMD-Montage als auch für die Kontaktierung über Bond-Drähte und können vor allem als Meßwiderstand mit Widerstandswerten im Milliohmbereich (typisch zwischen 1 und 500 mOhm) verwendet werden. Sie sind hoch belastbar und wegen ihres extrem niedrigen inneren Wärmewiderstands (typisch kleiner als 1 K/W x cm2) kurzzeitig auch erheblich überlastbar.
Zur Herstellung erfindungsgemäßer Widerstände mit dem gefüllten Kleber zwischen seiner Widerstandsfolie und seinem Substrat eignen sich auch andere als das oben beschriebene Verfahren. Beispielsweise könnten die Widerstände in an sich bekannter Weise durch Zerschneiden des Laminats mit einem Laser vereinzelt werden. Andererseits kann das beschriebene Verfahren auch Vorteile gegenüber vergleichbaren bekannten Verfahren haben, wenn Klebefolien ohne Keramikpulverfüllung verwendet werden.

Claims (18)

  1. Elektrischer, insbesondere niederohmiger Widerstand mit einer aus einer Widerstandslegierung bestehenden Metallfolie (2), einem gut wärmeleitfähigen Substrat (1) und einer zwischen der Widerstandsfolie (2) und dem Substrat (1) befindlichen und diese fest miteinander verbindenden Klebeschicht (3) aus Isoliermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (3) aus einem mit Pulver aus wärmeleitfähigem Isoliermaterial gefüllten Kunststoffmaterial besteht.
  2. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (3) aus einem mit Keramikpulver gefüllten Epoxydharz oder Polyimidkunststoff besteht.
  3. Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllgrad des Pulvers etwa 60-70 % beträgt.
  4. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit auf der dem Substrat (1) abgewandten Seite der Widerstandsfolie (2) angeordneten Anschlußkontaktschichten (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußkontaktschichten (4) aus einer galvanisch oder chemisch aufgebrachten Metallisierung beispielsweise aus Kupfer und/oder Nickel bestehen.
  5. Widerstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er in Ausnehmungen (43) der Widerstandsfolie (2) in deren dem Substrat (1) abgewandten Oberfläche angeordnete Anschlußkontakte enthält.
  6. Widerstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die quer zu den Schichtebenen verlaufenden metallischen Seitenflächen (44; 51) durch Ätzen gebildet sind.
  7. Verfahren zur Herstellung von elektrischen, insbesondere niederohmigen Widerständen mit einer Widerstandsfolie (2), die sich vollständig innerhalb des Umfangs eines Substrates (1) der einzelnen Widerstände befindet, wobei eine Metallfolie (2) aus einer Widerstandslegierung mittels einer wärmeleitfähigen Klebeschicht (3) aus Isoliermaterial auf ein aus gut wärmeleitfähigem Material bestehendes Substrat (1) geklebt wird, wobei die Widerstandsfolie (2) zur Erzeugung einer Vielzahl einzelner Widerstandselemente geätzt wird, und wobei das aus der geätzten Widerstandsfolie, dem Substrat und der dazwischen befindlichen Klebeschicht bestehende Laminat in die einzelnen Widerstände zertrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsfolie (2), das Substrat (1) und die zwischen ihnen angeordnete Schicht (3) aus einem Kunststoffkleber, der mit einem Pulver aus wärmeleitendem Isolierwerkstoff gefüllt ist, in einer Presse erhitzt und zusammengepreßt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verklebung durch Verpressen des Laminats (1, 2, 3) im Vakuum durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (3) im Siebdruckverfahren aufgetragen oder als vorgefertigter Trockenfilm zwischen Widerstandsfolie (2) und Substrat (1) angeordnet wird.
  10. Verfahren zur Herstellung von elektrischen, insbesondere niederohmigen Widerständen mit einer Widerstandsfolie, die sich vollständig innerhalb des Umfangs eines Substrates (1) der einzelnen Widerstände befindet, und mit auf der dem Substrat (1) abgewandten Oberfläche der Widerstandsfolie (2) befindlichen Anschlußkontakschichten (4), wobei eine Metallfolie (2) aus einer Widerstandslegierung mittels einer wärmeleitfähigen Klebeschicht (3) aus Isoliermaterial auf ein aus gut wärmeleitfähigem Material bestehendes Substrat (1) geklebt wird, wobei die Widerstandsfolie (2) zur Erzeugung einer Vielzahl einzelner Widerstandselemente geätzt wird, und wobei das aus der geätzten Widerstandsfolie, dem Substrat und der dazwischen befindlichen Klebeschicht bestehende Laminat in die einzelnen Widerstände zertrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf der dem Substrat (1) abgewandten Oberfläche der Widerstandsfolie (2) an den Stellen, an denen sich die Anschlußkontaktschichten (4) der zu erzeugenden Widerstände befinden sollen, fotolithographisch mindestens die Flächen (23) der gewünschten Anschlußkontakte enthaltende begrenzte Flächenbereiche (42) gebildet und diese begrenzten Bereiche (42) dann mit Anschlußkontaktmetall beschichtet werden, und daß anschließend die partiell metallisierte Widerstandsfolie (2) zur Erzeugung der Widerstandsstrukturen (22) geätzt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die begrenzten metallisierten Flächenbereiche (42) zunächst größer sind als die gewünschten Anschlußkontaktflächen (23), und daß die gewünschten Anschlußkontaktschichten (4) durch Ätzen gleichzeitig mit der Erzeugung der Widerstandsstrukturen (22) erzeugt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußkontaktmetall durch galvanische oder chemische Metallisierung aufgebracht wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlußkontaktmetall zwei Schichten (5, 6) aus unterschiedlichen Metallen (z.B. Cu, Ni) aufgebracht werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur partiellen Metallisierung der Widerstandsfolie (2) an den begrenzten Flächenbereichen (42) zunächst Ausnehmungen (43) in der dem Substrat (1) abgewandten Oberfläche der Widerstandsfolie (2) gebildet und diese Ausnehmungen (43) dann mit Kontaktmetall (5) ausgefüllt werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (43) eingeätzt werden.
  16. Verfahren zur Herstellung von elektrischen, insbesondere niederohmigen Widerständen mit einer Widerstandsfolie (2), die sich vollständig innerhalb des Umfangs des Substrates (1) der einzelnen Widerstände befindet, wobei eine Metallfolie (2) aus einer Widerstandslegierung mittels einer wärmeleitfähigen Klebeschicht (3) aus Isoliermaterial auf ein aus gut wärmeleitfähigem Metall bestehendes Substrat (1) geklebt wird, wobei die Widerstandsfolie (2) zur Erzeugung einer Vielzahl einzelner Widerstandselemente geätzt wird, und wobei das aus der geätzten Widerstandsfolie, dem Substrat und der dazwischen befindlichen Klebeschicht bestehende Laminat in die einzelnen Widerstände zertrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zertrennen des Laminats das Substrat (1) längs der Trennlinien von der der Widerstandsfolie (2) abgewandten Oberfläche aus bis zu der Klebeschicht (3) durchgeätzt wird und dann auf die dem Substrat (1) abgewandte Seite des Laminats Druck ausgeübt wird, wodurch die noch verbliebenen Klebeschichtbrücken (52) zerbrochen und die Widerstände vereinzelt werden.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-16, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebeschicht (3) zur Bildung des Laminats eine Folie aus einem Kunststoffkleber verwendet wird, der mit Keramikpulver gefüllt ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zum Vereinzeln der Widerstände in einer Presse von einer die gesamte Oberfläche des Laminats (1, 2, 3) bedeckenden gummielastischen Matte (54) ausgeübt wird.
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