ES2229026T3 - Resistencia electrica de baja impedancia y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents

Abstract

Resistencia eléctrica de baja impedancia, que comprende una pieza metálica rectangular plana (1'', 11), de una aleación de resistencia eléctrica y de contactos de conexión (4'', 4'''', 14), galvanizados encima de una superficie principal de la pieza metálica en extremos opuestos, en las que las caras exteriores (9) de la pieza metálica (1'', 11) y los contactos de conexión (4'', 4'''', 14) en estos extremos y las caras laterales (8) que limitan perpendicularmente con estas caras exteriores (9) de la pieza metálica (1'') y los contactos de conexión (4'', 4'''', 14) están alineados respectivamente de modo perpendicular al plano de la superficie principal de la pieza metálica (1'', 11).

Description

Resistencia eléctrica de baja impedancia y procedimiento para su fabricación.

La invención se refiere a una resistencia eléctrica de baja impedancia y a un procedimiento para su fabricación según el concepto más amplio de las reivindicaciones independientes. Especialmente se trata de una resistencia de precisión de baja impedancia para fines de medición de intensidad fabricada empleando la técnica de montaje exterior de los componentes (técnica SMD) o en un modo de construcción tipo chip.

En un procedimiento conocido a partir del documento EP 0 841 668 A1 para la fabricación de resistencias de medida fabricadas con la técnica SMD con unos valores de resistencia de m\Omega se forma primeramente un laminado a partir de una chapa de un cobre que sirve como sustrato, de una película de una aleación de resistencia eléctrica sobre la base de cobre y de una película adhesiva conductora del calor que se encuentra entre ellas. Sobre la cara superior libre de la película de aleación se definen fotolitográficamente unas zonas de contacto de conexión para las resistencias individuales, se cobrean galvánicamente y se recubren con níquel. Tras la metalización galvánica se produce la estructura propiamente dicha de las resistencias y sus contactos de conexión mediante mordentado. La estructura de la resistencia puede presentar la forma usual de cuadripolo y/o de meandro. La individualización de las resistencias puede realizarse con un equipo de corte por láser o preferentemente mediante la ruptura de la película adhesiva tras haber extraído completamente por mordentado en las dos caras las capas metálicas a lo largo de la línea separadora prevista. Este procedimiento conocido es relativamente costoso. Pero ante todo es muy difícil poder conseguir mediante el mordentado necesario hasta ahora resistencias con valores de resistencia exactamente definidos. Resulta especialmente dificultoso estructurar mediante mordentado los contactos de conexión galvanizados encima de la película de aleación, sin atacar al metal de aleación que se encuentra debajo, con lo que la precisión se ve perjudicada además por la forma indefinida de las superficies exteriores de los contactos de conexión, típica del mordentado, no quedando los contactos de conexión exactamente perpendiculares a la superficie, sino que transcurren con una forma más o menos cóncava hasta la superficie de la aleación.

En otro procedimiento conocido a partir del documento EP 0 484 756 B1 para la fabricación de resistencias de medida empleando la técnica de montaje exterior de los componentes (técnica SMD), los contactos de conexión de una película de material de resistencia eléctrica estructurada mediante la forma habitual, pegada sobre un sustrato, tras un estañado realizado galvánicamente de las zonas de conexión, se aplican sobre la película empleando el procedimiento de serigrafiado y a continuación se refunden formando "perlas" compactas. También en la presente memoria la deseada precisión del valor de la resistencia sólo se consigue mediante un ajuste posterior. La individualización de estas resistencias se efectúa, en la práctica, mediante troquelado, como es habitual también con otros componentes conocidos comparables.

La invención tiene como objetivo proporcionar un procedimiento para la fabricación de resistencias de precisión del tipo considerado, que resulte más simple que los procedimientos conocidos comparables y especialmente que posibilite la formación de los contactos de conexión sin mordentado.

Este objetivo se consigue mediante el procedimiento según la reivindicación 6.

Mediante la invención se proporciona además una resistencia de baja impedancia con las características de la reivindicación 1.

En las reivindicaciones independientes se definen formas de realización particulares de la invención.

Según la invención, con unas pocas etapas simples del proceso de trabajo, se pueden fabricar resistencias de precisión de m\Omega, que con tolerancias del valor de la resistencia de como máximo \pm 5% no requieren ningún ajuste a posteriori. Ni los contactos de conexión ni las zonas de aleación deben mordentarse, con lo cual se evitan los inconvenientes de la estructuración mediante la técnica de mordentado, a saber, la configuración de los bordes del mordentado que salen discontinuos y no perpendiculares, lo cual produce grandes oscilaciones y por tanto una gran dispersión estadística de los valores de resistencia y una mala reproducibilidad.

Según la invención resulta ventajoso tras la definición fotolitográfica de las superficies de precipitación, las capas de contacto de cobre comparativamente gruesas se pueden precipitar galvánicamente de forma muy precisa, resultando especialmente importantes la orientación perpendicular respecto a la superficie principal de la chapa o respecto a una película que forma la capa de resistencia y la posición de los flancos encarados a la zona de resistencia activa.

La segunda premisa para la fabricación según la invención de resistencias de precisión es la consecución de una anchura definida. Preferentemente, se consigue mediante el corte con sierra de la capa de resistencia galvanizada.

Mediante el aserrado resulta una precisión y reproducibilidad de la resistencia bastante superior que con otros procedimientos de separación tales como el mordentado, el troquelado y por ejemplo también con la ya de por sí posible utilización de láser. Además, mediante el aserrado se puede maximizar la cantidad de resistencias fabricables con una superficie útil dada.

El procedimiento resulta apropiado, entre otros, para la fabricación de resistencias de extremadamente baja impedancia, por ejemplo de aproximadamente 0, 5 m\Omega hasta 5 m\Omega en grandes series de fabricación, pero también pueden fabricarse resistencias con valores de resistencia aún más bajos o con valores más altos, por ejemplo de 0, 01 a 50 m\Omega. En una forma constructiva modificada con películas de material de resistencia eléctrica especialmente delgadas, el valor de la resistencia se puede aumentar aún más sin problemas, por ejemplo hasta 100 m\Omega. Además, las resistencias son flexibles y, según la carrera admisible deseada, se pueden fabricar de casi cualquier tamaño grande o pequeño. Puesto que la resistencia fabricada según la invención se compone esencialmente sólo de metal y puesto que la capa adhesiva orgánica empleada en los procedimientos conocidos citados se puede eliminar totalmente, o, en caso de que exista, no debe disipar calor, presenta la ventaja de poseer una alta resistencia a la temperatura y una alta capacidad de soportar carga. En los casos de aplicación típicos para estas resistencias, es suficiente con disipar el calor de pérdidas por los contactos de conexión, p.ej en una placa o tarjeta de circuitos sobre cuya superficie se montan las resistencias empleando la técnica SMD.

En los ejemplos de realización representados en el dibujo en se explica con más detalle la invención. En los dibujos, las figuras representan lo siguiente:

La Figura 1 las diferentes etapas del procedimiento;

La Figura 2 es una representación esquemática en perspectiva de una resistencia fabricada según la invención, y

La Figura 3 es una forma constructiva modificada de la resistencia.

Según la figura 1A), en la primera etapa del procedimiento, una chapa rectangular desnuda 1 de una aleación metálica para las resistencias eléctricas se recubre con un una capa protectora fotosensible 2, que se expone a la luz a través de un estarcido fotográfico (no representado) de la forma habitual empleada en la fotolitografía. La chapa 1, en los casos prácticos, puede presentar una superficie útil de por ejemplo aproximadamente 300 x 400 mm y un espesor entre 0,1 y 1 mm. Se compone preferentemente de una aleación para resistencias acreditada sobre la base de cobre, como por ejemplo CuMn12Ni o similar.

En el paso siguiente según la figura 1B) se forma, de una manera también ya de por sí conocida, la estructura fotolitográfica de la capa protectora fotosensible 2 mediante extracción parcial. Esta estructura que sirve como máscara de protección se compone de múltiples franjas 2' paralelas que se extienden por toda la longitud o anchura de la superficie superior de la chapa 1 en el dibujo o por lo menos de la superficie útil, presentando estas franjas por regla general la misma anchura y las mismas distancias entre ellas a lo largo de toda la longitud de las franjas.

Antes, después o simultáneamente a la estructuración fotolitográfica de la capa fotosensible 2, la cara inferior de la chapa 1 se cubre con una película de protección 3 que, en la siguiente galvanización impide una metalización de la cara inferior de la chapa.

La figura 1C) representa la etapa del procedimiento a continuación de la precipitación galvánica del cobre sobre las franjas de la chapa que se han dejados libres entre las franjas 2' de la máscara de estarcido. Las franjas de cobre precipitadas 4 se prolongan en consecuencia también con la misma anchura entre ellas y con las mismas distancias entre ellas a lo largo de toda la longitud de las franjas por toda la anchura o longitud de la superficie útil de la chapa 1.

En la etapa del procedimiento según la figura 1D) se retiran las franjas fotosensibles 2' y se reemplazan por barniz protector. Las franjas de barniz protector 5 se pueden aplicar por ejemplo manualmente con espátulas o con rasqueta. Estas franjas impiden una metalización de las zonas de la chapa 1 dispuestas entre las franjas de cobre 4 en un posterior refuerzo galvánico de las franjas de cobre y además protegen luego al igual que la película de protección 3 la superficie de la zona de aleación de la resistencia acabada.

Según la figura 1E), sobre las franjas de cobre 4 se puede aplicar galvánicamente más cobre para reforzar los contactos y/o precipitarse otro metal adicional. Mediante la aplicación de una capa de estaño 6 sobre la superficie del cobre se protege a ésta contra la oxidación y se facilita la posterior soldadura de la resistencia sobre una placa de circuitos o similares. Las franjas 4 con la capa de estaño 6 forman los contactos de conexión de las resistencias individuales que se han de fabricar.

Ahora ya pueden individualizarse las resistencias de precisión debido a que ya están acabadas. Con este fin, la chapa 1 provista de contactos de conexión se corta longitudinalmente perpendicularmente a la superficie de la chapa en grupos que transcurren perpendicularmente entre sí de planos de sección. Los planos de sección de uno de estos dos grupos transcurren paralelamente a las franjas de cobre 4 y por consiguiente a uno de los bordes de la chapa 1 por toda la chapa y están situados respectivamente en el centro de una de las franjas de cobre 4, que de esta manera se separa en dos partes de franja iguales, a lo largo de la flecha 7 en la figura 1E) y en la figura F). En la figura F) se representa como última o penúltima etapa del procedimiento la resistencia individualizada o una franja que aún se habrá de cortar a lo largo del segundo grupo de planos de sección. Los planos de sección del segundo grupo transcurren paralelamente al otro borde de la chapa también por toda la chapa a lo largo de los bordes laterales de las resistencias individuales.

La mejor manera de realizar esta individualización de las resistencias es mediante aserrado en los planos de sección individuales. El corte por aserrado presenta la ventaja de que se pueden garantizar de forma muy precisa las correspondientes dimensiones deseadas de las resistencias con las superficies de corte planas exactamente perpendiculares al plano de la chapa. Las máquinas de corte por aserrado de precisión apropiada para ello se pueden alinear (referenciar) ópticamente con la chapa galvanizada y que trabajan con una precisión de \mum son ya de por sí conocidas y están disponibles comercialmente. Para proceder al corte por aserrado la chapa se pega convenientemente sobre una base o sustrato, de cuya capa adhesiva las resistencias individuales se pueden luego soltar sin problemas. Convenientemente la chapa galvanizada primero se corta por aserrado en franjas individuales a lo largo de uno de los dos grupos de planos de sección, y estas franjas individuales luego, a su vez, son cortadas por aserrado para formar las resistencias individuales. Según el tipo de máquina de aserrar también se pueden aserrar teóricamente varias franjas simultáneamente. A partir de una chapa con el área aprovechable mencionada anteriormente como ejemplo de aproximadamente 300 x 400 mm, de la manera aquí descrita se pueden cortar por aserrado varias decenas de miles de resistencias.

La resistencia individual surgida tras la última etapa del procedimiento se representa esquemáticamente (no está a escala) en la figura 2. La resistencia acabada se compone del trozo de chapa de aleación rectangular 1', en cuyos extremos opuestos se aplican encima por galvanizado los contactos de conexión rectangulares 4' y 4'' con las capas de estaño 6' y 6''. Los contactos de conexión formados, dado el caso, en varias capas mediante la precipitación galvánica de cobre son preferentemente relativamente gruesos, entre otras cosas para garantizar una buena entrada y salida de la corriente hacia y desde la aleación. Por ejemplo el espesor del cobre puede estar comprendido entre aproximadamente 50 y 100 \mum.

Como se puede observar, la resistencia presenta en dichos extremos opuestos caras exteriores planas 9 de los contactos de conexión y de la pieza de chapa 1' propiamente dicha, que están alineadas entre sí con el plano de la chapa de forma exactamente perpendicular. Lo mismo sucede para las dos caras exteriores laterales 8 de los contactos de conexión y de la pieza de chapa 1'. Entre los contactos de conexión se encuentra la capa de barniz de protección 5', mientras que la superficie de la resistencia opuesta de los contactos aún puede estar cubierta por la película de protección 3'.

La resistencia modificada representada en la figura 3 se distingue de la forma constructiva según la figura 2 sólo en que el lugar de la pieza de chapa 1' relativamente gruesa cubierta con la película de protección 3' se ha empleado una película de resistencia 11 considerablemente más delgada que se ha fijado sobre una en película adhesiva 13 adhesiva por las dos caras y que sirve como película de protección. La película de material de resistencia eléctrica 11, cuyo espesor puede ser inferior a 100 \mum por ejemplo hasta 20 \mum, a efectos de la manejabilidad, es decir para la estabilización mecánica mediante la película de protección y película adhesiva 13, se ha fijado sobre un sustrato 18, que puede tratarse por ejemplo de una chapa de aluminio de 0,5 mm de espesor.

Los contactos de conexión 14 con las capas de estaño 16 y la capa de barniz de protección 15 se corresponden con la forma de realización según la figura 2, y también la fabricación de la resistencia modificada se efectúa esencialmente siguiendo el procedimiento descrito con la ayuda de la figura 1 con la provisión de que en el paso según la figura 1A, en lugar de la chapa 1 relativamente gruesa se emplee el laminado compuesto por la película de resistencia delgada 11, la película adhesiva en las dos caras 13 y el sustrato 18, pudiendo la película adhesiva 13 y el sustrato 18 reemplazar a la película de protección 3. Los valores de las resistencias fabricadas de este modo pueden ser típicamente de 50 o también de 100 m\Omega.

Dado el caso, en lugar del sustrato de aluminio 18 sería posible utilizar una película de resistencia muy delgada como la película 11 de la figura 3 también mediante un sustrato no metálico apropiado para la estabilización mecánica de la película, de tal manera que resulte una resistencia que salvo el trozo de película más delgada en lugar de un trozo de chapa 1' y el sustrato no metálico más grueso en lugar de la película de protección 3', se corresponda con el ejemplo de realización según la figura 2 (o el ejemplo de realización según la figura 3 en el que la película adhesiva 13 y el sustrato 18 están reemplazados por una única capa de sustrato, sobre la que se puede pegar la lámina de material de resistencia eléctrica 11).

Claims (12)

1. Resistencia eléctrica de baja impedancia, que comprende una pieza metálica rectangular plana (1', 11), de una aleación de resistencia eléctrica y de contactos de conexión (4', 4'', 14), galvanizados encima de una superficie principal de la pieza metálica en extremos opuestos, en las que las caras exteriores (9) de la pieza metálica (1', 11) y los contactos de conexión (4', 4'', 14) en estos extremos y las caras laterales (8) que limitan perpendicularmente con estas caras exteriores (9) de la pieza metálica (1') y los contactos de conexión (4', 4'', 14) están alineados respectivamente de modo perpendicular al plano de la superficie principal de la pieza metálica (1', 11).

2. Resistencia según la reivindicación 1, caracterizada porque su valor de resistencia está comprendido entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 5,0 m\Omega.

3. Resistencia según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la pieza metálica es una película (11) que en su cara opuesta a los contactos de conexión (14) está fijada a un sustrato (18).

4. Resistencia según la reivindicación 3, caracterizada porque la película (11) presenta un espesor inferior a 100 \mum.

5. Resistencia según la reivindicación 3 ó 4, caracterizada porque su valor de resistencia es superior a 10 m\Omega o preferentemente superior a 50 m\Omega.

6. Procedimiento para la fabricación de resistencias eléctricas de baja impedancia, en el que sobre las zonas definidas fotolitográficamente de una aleación de resistencia metálica en forma de una chapa (1) o de una capa compuesta de una película (11) se precipita galvánicamente un metal para formar unos contactos de conexión (4) para múltiples resistencias individuales y la capa (1,11) provista de los contactos de conexión (4) se divide en las resistencias individuales, caracterizada por las etapas siguientes:

- producción fotolitográfica de una máscara de protección, que se forma mediante múltiples franjas (2') paralelas con distancia uniforme entre sí que se prolongan sobre una de las superficies de la capa (1,11);

- galvanización de la capa (1,11) sólo sobre la superficie que lleva la máscara de protección para la precipitación del metal del contacto de conexión sobre las franjas de resistencia dispuestas entre las franjas de máscara (2') paralelas; y

- separación de la capa galvanizada (1,11) longitudinalmente de modo perpendicular a su superficie y de grupos de planos de sección que transcurren perpendicularmente entre sí, de los cuales uno de los planos de sección (7) paralelo a las franjas de contacto de conexión (4) separa respectivamente una de las franjas de contacto de conexión, mientras que los otros planos de sección separan entre sí las resistencias en sus bordes que transcurren transversalmente a las franjas de los contactos de conexión (4), aserrándose o cortándose con un láser la capa galvanizada (1,11) para individualizar las resistencias.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque antes de proceder a la galvanización de la cara posterior de la capa (1) se cubre con una película de protección (3).

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque tras la precipitación del metal del contacto de conexión se retiran las franjas de máscara (2') y en su lugar se aplica un barniz de protección (5).

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque sobre las franjas del contacto de conexión (4) se aplica galvánicamente, antes de la individualización de la resistencias, por lo menos una capa adicional (6) del mismo metal o de otro metal.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque una chapa (1) o una película (11) de una aleación de cobre se metaliza con cobre para formar las franjas de los contactos de conexión y las franjas de cobre (4) se estañan.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado porque la longitud, la anchura y el espesor de los trozos de chapa (1') que quedan tras la individualización de la resistencias y la distancia que queda entre los contactos de conexión (4', 4'') se dimensionan para unos valores de resistencia comprendidos entre aproximadamente 0,1 y 5 m\Omega.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado porque la máscara de protección se produce sobre una película con un espesor inferior a 100 \mum que se compone de una aleación de material de resistencia eléctrica, que es posible manipular mediante la fijación sobre un sustrato (18) y porque la longitud, anchura y espesor de los trozos de película (11) que quedan tras la individualización de las resistencias se dimensionan para unos valores de resistencia superiores a 10 m\Omega y preferentemente superiores a 50 m\Omega.