NO144756B - Fremgangsmaate ved fremstilling av motstander. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved fremstilling av elektriske motstander fra en tynn metall- eller metallegeringsfolie som er festet på et egnet isolerende underlag.

Forskjellige metoder er tidligere blitt anvendt for fremstilling av motstander av den ovennevnte type. Ved disse kjente metoder etses vinduer eller spor på en metall- eller metallegeringsfolie for å lage en rekke elektriske motstandsfilamenter med lite tverrsnittsareal og som forbindes med hverandre. Dette muliggjør en betraktelig økning av den effektive lengde av den elektriske strøms bane over folien og gjør det således mulig å fremstille motstander med en meget høy motstand pr. arealenhet.

Ifølge en kjent metode påføres mot metall- eller metalleger-ingsfolien en maskering som er forsynt med vinduer éller spor som tilsvarer konturen av de ledende filamenter som skal dannes i

folien, og denne dyppes ned i et egnet kjemikaliebad for å fjerne metallet eller legeringen fra folien under maskeringens vinduer eller spor.

Ulempen ved denne.metode, beror i det vesentlige på at

kantene til de således erholdte filamenter har grove utvekster eller ujevnheter. På grunn av disse overflateujevnheter kan ikke vinduer eller spor som har kanter som befinner seg tett nær hverandre, etses inn i folien uten risiko for å ødelegge den erholdte motstands Stabilitet på grunn av de elektriske feltgradienter som V sannsynligvis vil foreligge mellom overflateutvekstene på de til-støtende kanter av filamentene.

Den ovennevnte metode er derfor begrenset til fremstilling

av motstander med moderat sterk motstand, dvs. ca. 20 kilohm/cm<2>

fra en plate med en motstand av 0,5 ohm/cm 2.

Fra US patentskrift 2885524 er det ved fremstilling av elektriske motstander kjent å etse en film av et metall, som gull eller en gullegering, bundet til overflaten av et annet metallag,

som et kobberlag. Filmen er på sin øvre overflate forsynt med en etsemotstandsdyktig mønstret maske, mens den motsatte overflate av kobberlaget er beskyttet med en ubrutt maske av det samme etse-motstandsdyktige materiale. Efter etsingen fjernes de etsemotstands-dyktige masker, og et lakklag påføres på den etsede overflate av filmen. Derefter fjernes kobberlaget.

Ifølge en annen kjent metode blir den med den isolerende ^maskering dekkede metallfolie etset ved elektrolytisk polering.

""""'"""'"Under betingelsene ved elektrolytisk polering dannes det pa'~"oV'~erflaten av det angrepne metall et viskøst lag med et grunn-lag av metalloxyder eller -hydroxyder (P.A. Jacquet, CR. Acad. Sei. 202, 402, 1936 og H.F. Walton, Electrochemical Soc. 97_, 1950, 219)..

For å komme til metallet må anionene i elektrolytten diffundere gjennom dette viskøse lag. Strømtettheten holder seg derfor i det vesentlige konstant som funksjon av spenningsforskjellen mellom anoden og katoden. Ved en fremgangsmåte av denne type ..er strømtettheten vanligvis under 0,05 A/cm<2>, og spenningsforskjellen mellom anoden og katoden overskrider ikke 1,5-2 V.

Det viskøse lags tykkelse er mindre langs kantene av vinduene^ eller sporene i den isolerende maskering, og dette bevirker at metallet angripes preferensielt langs de nevnte kanter (fransk "patentskrift nr. 1324156).

På grunn av dette preferensielle angrep langs kantene til maskeringens vinduer eller spor vil metalløer lett bli tilbake mellom de nevnte kanter. Dersom disse ikke fjernes, vil de sterkt innvirke på de erholdte motstanders stabilitet.

For å unngå at disse metalløer dannes er det blitt fore-slått å minske avstanden mellom nabokanter for vinduene eller sporene som er laget i den isolerende maske, for å sikre at nabo-sonene for det preferensielle angrep vil overlappe. Bredden av vinduene eller sporene som etses inn i metallplaten, vil således være avhengig av bredden av sonene for preferensielt angrep.

Vinduer eller spor med en bredde som er større enn ca. 10 pm, Jean derfor ikke etses inn i metallfolien ved hjelp av den oven-tnevnte metode. Dessuten er det ikke mulig ved "hjelp av denne metode "å erholde et etset mønster med perfekte glatte sider som - er 'rettvinklede i forhold til metalloverflaten, på grunn av det -spenningsfall som forårsakes når strømmen passerer tilbake i metallet i.den etsede folie. Derved påvirkes de erholdte motstanders stabilitet.

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å overvinne de ovennevnte ulemper ved å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av motstander som er særpregede ved at de har en meget høy motstand pr. arealenhet og som er fullstendig reproduserbare ved fremstilling i teknisk målestokk.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte ved "fremstilling av motstander, hvor en tynn folie av et metall eller en metallegering som er forsynt med en maske med vinduer eller spor, festes til et lag av elektrisk ledende materiale, hvorefter folien etses elektrolytisk for å fjerne den eksponerte overflate av folien, et beskyttende lag påføres på den etsede folie, og det ledende lag fjernes ved at det oppløses, og fremgangsmåten er særpreget ved at før etsingen festes den sammensatte gjenstand av den bundne folie og masken til en isolerende, midlertidig bærer, og at etsingen utføres ved at folien i en elektrolysecelle utsettes for en hydraulisk elektrolytt-strøm med en hastighet av 70-100 cm/s for å sikre at et viskøst lag som forårsaker høy motstand ved kontaktoverflaten mellom folien og elektrolytten blir fjernet efter hvert som det dannes, idet den frie side av den etsede folie ved hjelp av et isolerende lag bindes til et isolerende sluttsubstrat, og den motsatte side av den etsede folie også belegges med et isolerende lag efter at det ledende lag er blitt fjernet.

Laget av ledende materiale på folien som skal etses, gjør

det mulig å unngå enhver variasjon i det elektriske felt under det elektrolytiske angrep.

Strømmen av elektrolytt som"med rett vinkel rettes mot overflaten av folien som skal etses, med den hastighet som er blitt spesifisert ovenfor, tjener til å fjerne det viskøse lag som dannes på foliens overflate, slik at det blir mulig å erholde en meget fin og jevnt etset overflate uten noen sone med preferensielt angrep.

Det er således ved anvendelse av den foreliggende fremgangsmåte mulig å erholde en meget jevn etsing, slik at de erholdte filamenters sider blir meget glatte og fullstendig perpendikulære i forhold til den etsede folie uavhengig av bredden av de vinduer

^^ nrPåstxer derfor med den foreliggende fremgangsmåte muligr å

Uf7 3-i.fed:;:93ijf30'.iae-j: pfM9.la.ILul po j3fina.iS9-:i£.. fremsE&fllje^motstander med en meget høy motstand.pr. arealenhet. „ . ' jQ^ S^ é kiBuiw& <3et lav dispersjon ved fremstilling av motstandene,

iH.lLjdJléffplg&y en,. fp^e<*>tr.ukKen 11(^^^^ j^^^^^ f^ E^^^^ t^ ejLektr,oly£^å;S,ke a:ngrep3;yi.ed <ejiT:s^_ennåJig.s.HføXs <el>^<kfa>^<lM>^^<BS>^^<Mfe> ^iq^jå^ stj;øguni§.-,me.dr ejnj hj^^<g>h^føsavåssass-l^a^;/ l^^^ tt^^^ jMl^^ r^ må 'éfiCB ltnding-5!§v5 ortn'8 -8 9- ;/ / 'f 'H^^^izorei iggenåe^^^i^n^Kse vil^ bl nærmer e_ beskpevet^yed^^^. ^ ;; / h%Spavl,et'' éks^nii^^^^HjJenvia4ing til tegningene, .hvorav 4 ..^ „. flg". éa^^t^Epi^^ i forstørret målestokk av . en ;metall-^^J^^i^^e^^^ngjsf&l^^^rholdt^yed^ anvendelse av^den^ f ore- ;^^<^g^^^^^^^<p>H"e^^e^vinkiet snitt^A ^f^^størjret målestokk» ^^^^^^^eÉa^^^&Cler iege^ingsfol^^^som er festet p|cetfcispl^j ^ ^^nWJ^Sde^teg^og som viser1 d&jTO^^nde.^rinn av den foreliggende ;.<frem>^^^<te>e,s3;j3 sbnebsX vs .-Jae^I ;utførelse avX^e^r^flc&j^^ 9;[3i:iYl:«^9-ts ;fig\. 4^ffl/i^Pid-i;agram;^^mviser den tiltagende variasjon i strømttettsig^s^ spenningsforskjellen mellom anoden ;, . <Lferf^~^^^f^l^9vBd JiSjp. bSlU >333i5 ls>i3 moa HSXXOl V6 nSiiSll og katot^^itÆ^appåra-^iex under forskjellige be-tingelserVfor "doar elektrolytiske behandling, og ;fig: \5><*>^- er-snitt T.ignende det som er vist pa fig. 2 og ^^ijtipn^-s^-io fjsnr^ftos naog, nslxf ^ijsli-xavo i 98 i 9 invsr po nit is ps rn trinn foreliggende fremgangsmåte.

På fig. 1 er vist en folie l av metall eller en metall-

-r,^, nK^r(l1f ><:,-in-t «®b v&.sels&navne bsv aslbaléa t:o isa m'éd"én'"tykk'é'lsé av noen fa titalls um og hvori parallelle

^j.p.r^.rt-r, r,h -G n^jp rn i a-to pvsr isp4m na abioritø é pxlum alsm spalter ~ 2J med jevn" avstand" f ira er blitt dannet som ut-

gjør de sohef metallet eller metallegenngen er blitt

-.•aiupTisu <%& »ebbB-fd vs uipnsd\fPi/ .gl Xol siosa^e nsb Xli blorlioi x f jernet-.<J1>" Spal-tene avgrenser" rekke filamenter 3 som er for-bundet med hverandre slik at de danner sløyfer i jevn avstand fra hverandre. Spaltenes 2 og filamentenes 3 bredde er for tydelighets skyld med hensikt blitt sterkt overdrevet på tegningen.

I'motstandene som skal fremstilles ved hjelp av den foreliggende fremgangsmåte, er spaltenes 2 og filamentenes 3 bredde ikke større enn noen få pm, og antallet av spaltene 2 eller av filamentene 3 er som regel av størrelsesordenen ca. 10 000. Det fremgår at under disse betingelser vil den elektriske motstand til alle filamenter 3 som etses inn i folien 1, være langt høyere enn motstanden for den fullstendige folie som til å begynne med ble anvendt.

Ved den foreliggende fremgangsmåte anvendes fortrinnsvis en folie. 1 av en nikkel/kromlegering som inneholder 70-90% nikkel. Denne legering har en forholdsvis høy motstand som dessuten bare varierer meget lite med temperaturen.

For å fremstille en elektrisk motstand fra en fullstendig folie av et egnet metall eller en egnet legering påføres først et lag 14 av et ledende materiale på folien (som vist på fig. 2 og 5). Dette lag 14 består fortrinnsvis av en kobberfilm med en tykkelse av 30 - 50 jam og påføres ved hjelp av en kjemisk eller elektrokjemisk prosess.

Den sammensatte gjenstand som består av folien 1 og det ledende lag 14, påføres derefter på en flat, isolerende midlertidig bærer 4, som en glassplate (som vist på fig. 2). Bindingen kan erholdes ved hjelp av et klebemiddellag 5.

Derefter anbringes en isolerende maske med spor 7 på folien 1, og masken har sider 8 som sammenfaller med konturen til de spalter 2 som skal dannes i platen 1.

Den isolerende maske 6 kan f.eks. erholdes ved hjelp av

en kjent fotoetseprosess, hvor mønsteret for den motstandskrets som skal dannes, reproduseres på en spesiell fotografisk film ved hjelp av et ugjennomskinnelig materiale, og filmen derefter eksponeres for lys og anbringes i en spesiell fremkaller for å oppløse de soner som ikke er blitt eksponert for lys.

For å fjerne metallet eller legeringen fra folien 1 motsatt i forhold til den isolerende maskes 6 spor 7 anbringes den fullstendige sammensatte gjenstand (bestående av masken 6, folien 1 og den isolerende bærer 4) i en elektrolysecelle 10, og anoden i denne celle utgjøres av folien 1, som vist på fig. 3. Ifølge den foreliggende fremgangsmåte utsettes metall- eller legeringsfolien 1 i cellen 10 for en kontinuerlig strøm av elektrolytt 11 som rettes fra katoden 12 henimot anoden 1 (som vist ved pilene) .

Hastigheten og strømningsmengden av den kontinuerlige elektro-lyttstrøm 11 pr. tidsenhet er tilstrekkelig høye til at det viskøse lag vil bli fjernet efter hvert som dette dannes på overflaten av metall- eller legeringsfolien 1 som befinner seg i kontakt med elektrolytten 11. Det viskøse lag som utgjøres av metalloxyder y eller -hydroxyder, dannes når elektrolysecellen drives under slike betingelser at det fås en elektrolytisk polering med ubevegelig elektrolytt. Ved en elektrolytisk poleringsprosess av denne type må elektrolyttens ioner passere gjennom det ovennevnte viskøse lag ved å diffundere gjennom dette for å nå frem til overflaten av metallet i folien 1. Dette viskøse lag er tilbøyelig til å be-grense elektrolyttens strømtetthet til en konstant verdi som vanligvis er lavere enn 0,05 A/cm 2 for en spenningsforskjell mellom anoden 1 og katoden 12 som er 1-2 V.

På fig. 4 er vist at kurven A som angår den tiltagende variasjon i strømtetthet I som funksjon av spenningsforskjellen, har en typisk utflating eller "et platå" CD som er typisk for den elektrolytiske poleringsprosess'. Dette platå CD betegnes vanligvis med uttrykket "Jacquet plateau" (P.A. Jacquet, CR.

Acad. Sei. 202, 402, (1936)).

Ved den foreliggende fremgangsmåte fører fjernelsen av det viskøse lag under innvirkning av elektrolyttstrømmen 11 til en sterk økning av den lokale strømtetthet på nivået for anoden som utgjøres av folien 1, med det resultat at den samlede strømtett-

het vil øke kontinuerlig som en funksjon av spenningsforskjellen mellom anoden 1 og katoden 12.

På kurven B ifølge fig. 4 er vist den tiltagende variasjon

i strømtettheten I som funksjon av spenningsforskjellen V når en elektrolyttstrøm dannes mellom katoden 12 og anoden 1. Det fremgår at ifølge dette eksempel blir strømtettheten 0,4 A/cm<2>

når spenningsforskjellen er ca. 3,5 V. Det foreligger i dette tilfelle et vesentlig avvik fra det såkalte Jacquet-platå CD<1 >svarende til dette eksempel. Strømtettheten og spenningsforskjellen er i overensstemmelse med de vanlige betingelser for elektrolytisk maskinering.

Fjernelsen av det viskøse lag nær folien 1 fører til at

det ikke vil dannes soner for preferensielt angrep overfor den

isolerende maskes 6 kanter 8. De spor 2 som etses inn i metallfolien 1, har således sider 13 som er fullstendig jevne og perpendikulære i forhold til foliens i overflate.

Erfaring har vist at de beste resultater ble erholdt ved

å anvende de følgende betingelser:

Under disse optimale betingelser vil dannelseshastigheten for det viskøse lag nær folien 1 være lik den hastighet hvormed laget fjernes under innvirkning av elektrolyttstrømmen 11.

Når folien 1 utsettes for elektrokjemisk angrep, gjør det ledende lag 14 det mulig å unngå enhver variasjon i det elektriske felt på nivået for anoden som utgjøres av folien 1. En slik variasjon vil kunne oppstå på grunn av en reduksjon av -foliens tykkelse i de soner som utsettes for den elektrolytiske behandling. På grunn av dette underliggende ledende lag 14 vil således etsingen av metallfolien 1 tiltagende finne sted på en meget jevn måte over platens samlede overflate.

Når den elektrolytiske behandling er avsluttet, fjernes det ledende lag fra den isolerende bærer 4, f.eks. ved å neddyppe den samlede gjenstand i et egnet oppløsningsmiddel som er istand til å oppløse klebemiddellaget 5. Når dette trinn er avsluttet, påføres et isolerende belegg 15 som utgjøres f.eks. av en epoxy-harpiks, på metallfolien 1 som fremdeles er festet på det ledende lag 14. Folien i som på denne måte er blitt belagt, påføres derefter på det endelige isolerende underlag 16 av et keramisk materiale for å sikre at det isolerende belegg 15 vil hefte til underlaget 16, som vist på fig. 6..

Det ledende lag 14 fjernes1 efter at belegget 15 er blitt herdet. Når det ledende lag utgjøres av kobber, kan dette fjernes ved oppløsning i en egnet syre som ikke reagerer med folien 1.

Efter at det ledende lag 14 er blitt fjernet, dekkes metall-foliens 1 ytre overflate med et isolerende belegg 17 av samme type som belegget 15 for å sikre at metallfolien 1 vil bli belagt og fullstendig isolert. Metallfolien 1 som etses ved hjelp av den foreliggende fremgangsmåte og som påføres på det keramiske underlag 16, er en motstand som gir meget gode bruksresultater.

Ved den foreliggende fremgangsmåte er det mulig spesielt

på metallfolien 1 å etse en rekke spor med en bredde av noen få

pn og med sider 13 som er fullstendig jevne og perpendikulære i forhold til foliens i overflate. Dessuten kan sporenes 2 bredde varieres sterkt da den foreliggende fremgangsmåte uavhengig av hvilken bredde som måtte anvendes, gjør at det ikke vil bli tilbake metalløer mellom sporenes 2 tilstøtende sider 13.

Som et eksempel kan det nevnes at ved den foreliggende fremgangsmåte har det vært mulig å fremstille motstander i form av små firkantede folier med sider på 5,4 mm og med de følgende egenskaper :

Motstand : 30 kilohm (dvs. 80 kilohm/cm 2)

Antall spor 2 pr. motstand: 250

Bredde av sporene 2 : 5 pn

Relativ variasjon i +

temperaturkoeffisienten : - 5 ppm (deler pr. million)

Relativ stabilitet for +

motstanden : - 20 ppm/år med et tap av 0,3 W

For å fremstille motstander som tilfredsstiller de ovennevnte egenskaper er en nikkel/kromfolie 1 med en motstand av 0,5 ohm/cm 2 blitt anvendt.

Betingelsene ved det elektrolytiske angrep var som følger:

Spenningsforskjell mellom anoden 1 og katoden 12: 3,8V

Midlere strømtetthet : 0,5 A/cm 2.

Av 100 motstander som ble fremstilt på denne måte tilfreds-stilte over 95% de ovennevnte egenskaper.

Ifølge fig. 3 omfatter apparatet en elektrolysecelle

10 hvori metallfolien l som skal etses, festes på dens isolerende bærer 4 og anvendes som anode. Katoden som er anbragt overfor folien 1, består av en ledende plate 12 som er forsynt med en rekke kanaler 18 med akser i rett vinkel i forhold til foliens 1 overflate.

Apparatet omfatter dessuten en innretning for i cellen 10

å danne en elektrolyttstrøm 11 som strømmer gjennom de ovennevnte kanaler 18 og henimot folien 1. Denne innretning omfatter en pumpe 19 som på den ene side står i forbindelse med en elektrolytt-beholder 20 som står i forbindelse med cellen 10, og på den annen side i forbindelse med en avdeling 21 som er anordnet ved siden av cellen 10 og som via kanalene 18 i den ledende plate 12 munner ut i denne.

I detfølgende viste eksempel har den ledende plate et buet tverrsnitt med den konkave side mot metallfolien 1. Derved hindres enhver forstyrrelse som ellers ville kunne avbøye elektrolytt-strømmen 11.

Materialet for cellens 10 vegger, elektrolyttbeholderen 20, avdelingen 21 og kanalene som forbinder pumpen 19 med beholderen 20 og med avdelingen 21, består fortrinnsvis av et plastmateriale som ikke kan angripes av den anvendte elektrolytt 11.

Det er også fordelaktig å sikre at platen 12 som utgjør katoden, er laget av rustfritt stål for å hindre platen fra å bli ødelagt av elektrolytten 11.

Den elektriske strømgenerator 22 som står i forbindelse med platen 12 og med metallfolien 1, kan utgjøres av en tørrcelle,

en akkumulator eller en hvilken som helst annen kilde for like-strøm og som kan avgi en spenning av 3-5 V.

Det vil forstås at den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til de eksempler som er blitt beskrevet ovenfor og at disse kan forandres på en rekke forskjellige måter uten derved å avvike fra oppfinnelsens omfang.

Det følger av dette at folien 1 kan være laget av et

hvilket som helst metall eller en hvilken som helst legering som vil angripes elektrolytisk. Legeringene basert på nikkel og krom er imidlertid foretrukne på grunn av at de har en forholdsvis høy

motstand.

Det er også mulig å anvende andre elektrolytter enn bland-ingen av orthofosforsyre og alkohol, som f.eks. oppløsninger av svovelsyre eller saltsyre med en elektrisk ledningsevne som er sammenlignbar med den elektriske ledningsevne for den ovennevnte blanding.

Det vil lett forstås at metallfolien 1 også kan erstattes av en metallfilm som avsettes på bæreren 4 ved hjelp av en hvilken som helst egnet metode, som ved elektroavsetning,' sprøyte-belegning med en plasmastråle eller vakuumpådampning etc.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av motstander, hvor en

tynn folie av et metall eller en metallegering som er forsynt med en maske med vinduer eller spor, festes til et lag av elektrisk ledende materiale, hvorefter folien etses elektrolytisk for å fjerne den eksponerte overflate av folien, et beskyttende lag påføres på den etsede folie, og det ledende lag fjernes ved at det oppløses, karakterisert ved at før etsingen festes den sammensatte gjenstand av den bundne folie (1,14) og masken (6) til en isolerende, midlertidig bærer (4), og at etsingen utføres ved at folien i en elektrolysecelle utsettes for en hydraulisk elektrolyttstrøm med en hastighet av 70-100 cm/s for å sikre at et viskøst lag som forårsaker høy motstand ved kontaktoverflaten mellom folien og elektrolytten blir fjernet efter hvert som det dannes, idet den frie side av den etsede folie ved hjelp av et isolerende lag (15) bindes til et isolerende sluttsubstrat (16), og den motsatte side av den etsede folie også belegges med et isolerende-lag (17) efter at det ledende lag (14) er blitt fjernet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at den elektrolytiske etsing utføres med en spenningsforskjell- av 3,5-4,5 V og en strømtetthet av 0,4-1 A/cm 2, og at hastigheten for strømmen av elektrolytt holdes på ca. 1 l/s.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det anvendes en folie av krom/nikkelleger-ing og en elektrolytt bestående av en blanding av orthofosforsyre og ethylalkohol.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som lag av ledende materiale (14) anvendes et lag av kobber med en tykkelse av 30-50^um som påføres på den isolerende bærer (4) ved kjemisk eller elektrokjemisk av-setning .