NL8601432A - Metaalfilmweerstanden. - Google Patents

Description

«... - V

PHN 11.781 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Metaalfilaweerstanden.

De uitvinding heeft betrekking op elektrische metaalfilaweerstanden met een nikkel-legering als weerstandsmateriaal. Dergelijke weerstanden zijn bekend uit het GB-PS

1 338 735 met als weerstandsmateriaal een Ni-Cr-Al-legering, waarbij 5 15 i Ni v< 55 10 i Cr i 68 en 2 i Al { 60, uitgedrukt in gew.%.

Deze weerstanden, die vervaardigd worden door de legering op een substraatoppervlak door sputteren aan te brengen en ze vervolgens 10 te stabiliseren door ze in een zuurstofhoudende atmosfeer te verhitten, kunnen uitstekend op industriële schaal worden gerealiseerd in het traject vanaf ongeveer 5 Ohm tot 1 M Ohm. Zij bezitten een temperatuurcoefficient van de elektrische weerstand met een waarde tussen ±25 x 10"6/°C in het temperatuurgebied van -55 tot +155°C.

15 Veerstanden van dit materiaal met een waarde beneden 5

Ohm kunnen weliswaar door verstuiven gemaakt worden, doch dan moet zeer lang verstoven worden, bijvoorbeeld gedurende 10 uur om een weerstand van 0,5 Ohm te verkrijgen en hiervoor is dan een arbeidsvermogen van 8 kW per 40.000 stuks nodig. Dit is in de praktijk onacceptabel. Men 20 heeft daarom voor deze waarde zijn toevlucht genomen tot nikkel-fosfor als weerstandsmateriaal, dat door middel van een stroomloos werkend vernikkelbad op een bekiemd substraat wordt neergeslagen. De kwaliteitseisen, die men hanteert voor de weerstanden boven 5 Ohm, die door sputteren worden vervaardigd, kunnen met deze stroomloos 25 vernikkelde weerstanden bij lange na niet worden gerealiseerd.

Weerstandslichamen voor toepassingen waarbij hoge vermogens (> 1W) gedissipeerd worden kunnen bij gebruik opwarmen tot ongeveer 300°C. Zij moeten echter, ook na langdurig gebruik, waarbij deze werktemperatuur herhaalde malen wordt bereikt, enige tijd 30 gehandhaafd blijft en het weerstandslichaam weer naar kamertemperatuur afkoelt, stabiel blijven. Een andere categorie laagohmige weerstanden zijn de z.g. precisieweerstanden. Deze weerstanden moeten een 8601432

-J

PHN 11.781 2 temperatuurcoefficient van de weerstandswaarde tussen + 25 x 10~®/°C bezitten.

Voorts moet de door sputteren opgebrachte laag een hoge slijtvastheid bezitten. Het sputteren vindt namelijk plaats in een 5 draaiende trommel, waarin zich de te bedekken dragers los bevinden en met enige kracht langs elkaar schuren. Wanneer de laag uit materiaal met een lage slijtvastheid bestaat, betekent dit dat de sputtertijd door de slijtage wordt verlengd en bovendien, dat de homogeniteit van de afzetting wordt verstoord en dat daardoor het uiterlijk van de 10 'produkten wordt geschaad.

De bekende, door sputteren aan te brengen, weerstandsmaterialen, zoals de hierboven genoemde Ni-Cr-Al-legering, maar ook Ni-Cr of Ni-Cu legeringen kunnen aan al deze eisen niet voldoen.

15 Zo heeft bijvoorbeeld NiCr een lager niveau van de specifieke weerstand dan een NiCrAl-legering, doch een temperatuurcoefficient van de weerstand van ongeveer 140x10”^/°C.

Beide legeringen hebben een vrij lage slijtvastheid.

Ook een andere binaire legering, NiCu, met een lage 20 soortelijke weerstand voldoet niet. NiCu (30/70 gew.%) kan wel met een magnetron sputterapparaat verstoven worden, doch bleek een temperatuurcoefficient van de weerstand van 100-150x10~6/°C te • hebben en bovendien een groot verloop bij ouderen te vertonen. Er werd bij het sputteren zeer veel stof gevormd door de grote slijtage bij het 25 trommelen en de laag hechtte slecht aan de keramiek.

De uitvinding verschaft een weerstandsmateriaal voor de lage weerstandswaarden met een absolute waarde van de temperatuurcoefficient van de weerstand in het temperatuurtraject van -55 tot +150°C beneden 50x10”®/°C en zelfs beneden 25x10“®/°C 30 en met een slijtvastheid die voor de vervaardigingswijze door sputteren in een trommel op los bewegende weerstandsdragers een aanvaardbare waarde bezit.

Volgens de uitvinding is een filmweerstand voor weerstandswaarden beneden 10 Ohm en een temperatuurcoefficient van de 35 weerstand daardoor gekenmerkt, dat de filmweerstand bestaat uit een legering van nikkel en aluminium met een aluminiumgehalte van ten minste 14,5 en ten hoogste 22 gew.%, waarbij de rest bestaat uit nikkel, 8501432 > PHN 11.781 3 afgezien van compatibele verontreinigingen met een maximum van totaal 2.5 gew.%.

Voor toepassing als precisieweerstand wordt geeist, dat de absolute waarde van de temperatuurcoefficient van de weerstand 5 beneden 25x10~®/°C tussen -55 en +150°C ligt. Volgens een voorkeursuitvoering,van de weerstand wordt dit bereikt, wanneer de legering van nikkel en aluminium een aluminiumgehalte van ten minste 16.5 en ten hoogste 18,5 gew.% bezit.

De weerstandslagen worden aangebracht door sputteren, bij 10 voorkeur met behulp van magnetron-verstuiving.

Een uitstekende stabiliteit van de weerstanden verkrijgt men door op zich bekende wijze te ouderen in een zuurstofhoudende atmosfeer, bijvoorbeeld in lucht, op een temperatuur boven 300°C Bij wijze van voorbeeld volgt thans de beschrijving van 15 de vervaardiging van een aantal soorten weerstanden volgens de uitvinding.

In een magnetron-verstuivingsapparaat met een roterende trommel werden een aantal porceleinen staafjes met een diameter van 1,7 mm en een lengte van 6 mm met een trefplaat uit NiAl met een variërend 20 gehalte aan Al met een laag van deze legering bedekt. Na aanbrengen van de NiAl-laag worden de weerstanden gedurende 3 uur op verschillende temperaturen geouderd.

Een aldus verkregen Ni-Al weerstandslichaam met een gehalte aan Al van 19,2% bezat een weerstandswaarde van 0,76 Ohm, die na 25 3 uur ouderen op 350°C opliep tot 0,86 Ohm. De temperatuurcoefficient van de weerstand in het traject van +25 tot +150°C bedroeg 40 x 10‘6/°C.

Een weerstandslichaam met een Al-gehalte van 17,2 % bezat een weerstandswaarde van 1,1 Ohm en een temperatuurcoefficient 30 tussen 25 en 150°C van -22 x 10~^/°C. Na 3 uur ouderen op 300°C

verhoogde de weerstandswaarde zich tot 1,2 Ohm, terwijl de TCR in het traject -55 -» +25°C: +5 x 10"®/°C en in het traject +25 +150°C: -17 x 10-6/°C bedroeg.

Een Ni-Al lichaam met 14,2% Al, buiten het 35 samenstellingsgebied van de uitvinding bezat een weerstandswaarde van 1,1 Ohm, na 3 h ouderen op 300°C oplopend tot 1,3 Ohm met een TCR in het traject van 25 150°C van 350 x 10~®/°C.

8601432 PHN 11.781 4 . *

Een eveneens onbruikbaar hoge waarde van de TCR werd verkregen met Ni-AX weerstandslichamen met Al-gehalten boven 22 gew.%. De verkregen weerstanden werden onderworpen aan een aantal proeven.

Een duurproef op +70°C gaf bij alle weerstandslichamen 5 na 1000 uur een verandering in de weerstandswaarde die binnen 11/4 % bleef.

Ook een temperatuurwisselproef, bestaande uit 5 cycli van een verblijf van de weerstandslichamen gedurende 1/2 uur op +155°C, gevolgd door een verblijf gedurende 1/2 uurop -55°C gaf voor alle 10 weerstandslichamen een verandering van de waarde binnen 11/4 %.

Bij de bekende opgedampte metaalfilmweerstanden op basis van NiCr of NiCu gaven deze tests een grotere verandering van de weerstandswaarde.

§601432

Claims (4)

1 Elektrische metaalfilmweerstand met een nikkellegering als weerstandsmateriaal, met het kenmerk, dat het weerstandsmateriaal bestaat uit een legering van nikkel en aluminium met een aluminiumgehalte van ten minste 14,5 en ten hoogste 22 gew.%, waarbij de 5 rest bestaat uit nikkel, afgezien van compatibele verontreinigingen met een maximum van totaal 2,5 gew.%.

2 Metaalfilmweerstand volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het weerstandsmateriaal bestaat uit een legering van nikkel en aluminium met een aluminiumgehalte van ten minste 16,5 en ten hoogste 10 18,5 gew.%.

3. Werkwijze voor de vervaardiging van een metaalfilmweerstand volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de metaalfilm wordt aangebracht door middel van magnetron-sputteren.

4. Werkwijze volgens 3, met het kenmerk, dat de aangebrachte 15 metaalfilm wordt geouderd door verhitting op een temperatuur van tenminste 300°C in een zuurstofhoudende atmosfeer. 8601432