DE1590768B2

DE1590768B2 - Verfahren zur Herstellung einer zu sammenhangenden dünnen, metalleitenden Widerstandsschicht auf einem isolieren den Tragkörper

Info

Publication number: DE1590768B2
Application number: DE1590768A
Authority: DE
Inventors: Douglas Eugene Lood; John Langley Hermosa Beach Rogers; Rueben Spencer Spriggs
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1965-11-15
Filing date: 1966-11-15
Publication date: 1973-11-08
Also published as: DE1590768A1; DE1590768C3; US3380156A; CH493909A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer zusammenhängenden dünnen, metalleitenden Widerstandsschicht auf einem isolierenden Tragkörper durch zunächst durchgeführtes Niederschlagen von Metallbereichen auf dem Tragkörper.

Es ist bereits ein Verfahren der erwähnten Art nach der deutsehen Patentschrift 870 433 bekannt, bei welchem die gewünschte Hochohmigkeit durch Bildung von poröseren (neben kompakteren) Schichtbereichen herbeigeführt wird, wobei vorher angebrachte Metallbereiche als »Keime« dienen.

Bei der Herstellung von dünnen Widerstandsschichten kann die Materialdicke der metalleitenden Schicht nicht beliebig gering gemacht werden. Vom Gesichtspunkt der Unempfindlichkeit, der Beständigkeit der Kennwerte sowie der Reproduzierbarkeit ist ein solcher Widerstand am günstigsten, bei welchem — bei vorgegebener Länge des stromleitenden Weges sowie vorgegebenem leitendem Querschnitt — beide Querschnittsdimensionen möglichst gleich groß sind und nicht die eine Dimension (Schichtdicke) sehr klein gegenüber der anderen Dimension (Schichtbreite) ist. ao Bei gleichmäßiger Verteilung einer metalleitenden dünnen Widerstandsschicht auf die Fläche des isolierenden Tragkörpers kann diese Forderung nicht ausreichend erfüllt werden, wenn sehr hohe Widerstandswerte gefordert werden. Bei einer anderen Kategorie von Widerstandselementen, beispielsweise nach der USA.-Paientschrift 3 052 573, ist die Widerstandsschicht nicht metalieitend, sondern besteht vielmehr aus einem halbleitenden Material. Derartige Widerstandsschichten sind jedoch hinsichtlich zufriedenstellender Alterungsbeständigkeit problematisch und werden auch nicht als dünne Widerstandsschichten, sondern in verhältnismäßig großer Dicke hergestellt. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines gegenüber dem an erster Stelle abgehandelten bekannten Verfahren weitergebildeten Verfahrens, das ohne den Zwang zur Inkaufnahme unerwünschter Eigenschaften die Herstellung hochohmiger, metalleitender Dünnschichtwiderstandselemente ermöglicht. Erreicht wird dies durch die Gesamtheit der folgenden Verfahrensschritte:

a) Die Metallbereiche werden in geringer Größe, dicht benachbart, aber mechanisch und elektrisch voneinander getrennt und aus leicht oxydierbarem Metall aufgebracht;

b) alle frei liegenden Oberflächen der Metallbereiche werden mit einer nichtleitenden Oxidschicht versehen ;

c) senkrecht zu der Oberfläche des Tragkörpers wird die Widerstandsschicht mit überall gleicher Dichte auf und zwischen die oberflächenisolierten Metallbereiche aufgedampft, und zwar in einer Dicke, die geringer ist als die der Metallbereiche.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt in technisch

fortschrittlicher Weise zu einer Vielzahl verästelter Stromwege von verhältnismäßig großer Schichtdicke, weiche hinsichtlich Alterungsbeständigkeit und Rauscheffekt ein sehr günstiges Verhalten zeigen.

Der vorangehend unter a) genannte Verfahrensschritt läßt sich in Anlehnung an bekannte technische Verfahren durchführen, wie es beispielsweise der USA.-Patentschrift 2 296 616 zu entnehmen ist, wo das Zerreißen einer Aluminiumoxidschicht durch Erhitzen einer Unterlage beschrieben ist, um lichtempfindliche Schichten herzustellen.

Metallische Träger vor Aufbringung der Widerstandsschicht ähnlich dem unter b) genannten Verfahrensschritt mit einer Oxidschicht zu versehen, ist aus der USA.-Patentschrift 3 165 672 an sich bekannt.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen isolierenden Tragkörper für ein Widerstandselement nebst darauf aufgebrachten nicht in Berührung stehenden Metallbereichen in Draufsicht, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 den Tragkörper von Fig. 2, 2 nach Aufbringen einer nichtleitenden Oxidschicht auf die frei liegenden Oberflächen der Metallbereiche in einer Darstellung ähnlich Fig. 2,

Fig. 4 den Tragkörper nebst mit Oxidschichten versehenen Metallbereichen gemäß Fig. 3 nach Aufdampfen einer Widerstandsschicht zwischen die oberflächenisolierten Metallbereiche, in Draufsicht ähnlich Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 von Fig. 4 nebst einer zugeordneten elektrischen Überwachungsschaltung.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von einem plattenförmigen isolierenden Tragkörper 12 aus, der beispielsweise aus Quarzglas oder oxydiertem Silizium bestehen kann.

Im Vakuum, vorzugsweise in einem Hochvakuum von etwa 10~⁶ Torr, werden zunächst Metallbereiche 10 in geringer Größe, dicht benachbart, aber mechanisch und elektrisch voneinander getrennt und aus leicht oxydierbarem Metall, insbesondere Blei oder Aluminium, aufgebracht, wobei der Niederschlag der Metallbereiche 10 vorzugsweise im Hochvakuum bei etwa 10-⁶ Torr erfolgt.

Alsdann werden alle frei liegenden Oberflächen der Metallbereiche 10 mit einer nichtleitenden Oxidschicht 16 versehen. Zu diesem Zweck kann der Tragkörper 12, wenn bereits das Niederschlagen der Metallbereiche im Hochvakuum innerhalb eines Evakuierungsbehälters erfolgte, in diesem Evakuierungsbehälter belassen werden, wobei jedoch zur Bildung der Oxidschicht das Hochvakuum auf ein Feinvakuum mit Luft- oder Sauerstoff-Partialdrücken von einigen ΙΟ"⁶ Torr reduziert wird. Der Tragkörper 12 selbst wird während des Oxydationsvorganges vorzugsweise auf etwa 200⁰C erhitzt.

Abschließend wird senkrecht zu der Oberfläche des Tragkörpers 12 eine Widerstandsschicht 18, 20 mit überall gleicher Dicke auf die oberflächenisolierten Metallbereichen 10 (Widerstandsschichtbereiche 18) und zwischen die oberflächenisolierten Metallbereiche 10 (Widerstandsschichtbereiche 20) aufgedampft, und zwar in einer Dicke, die geringer ist als diejenige der Metallbereiche 10. Als Material für die Widerstandsschicht 18, 20 wird zweckmäßig Chrom oder eine

ίο Mischung aus Chrom und Siliziummonoxid verwendet. Die Aufbringung der Widerstandsschicht 18, 20 erfolgt bei dem beschriebenen Beispiel nach Abpumpen des für die Oxidschichtbildung verwendeten Feinvakuums im Hochvakuum.

Zum Aufbringen der metalleitenden Widerstandsschicht 18, 20 wird der Tragkörper 12 erwärmt, und zwar auf eine Tragkörper-Temperatur von etwa 300° C, wenn als Material für die Metallbereiche 10 Blei verwendet wird, und auf eine Tragkörper-Temperatur von etwa 500°C, wenn als Material für die Metallbereiche 10 Aluminium verwendet wird.

Als Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich ein Tragkörpergemäß Fig. 4 und 5, bei welchem lediglich die Bereiche 20 der Widerstandsschicht wirksam sind, indem sie eine Vielzahl zusammenhängender verästelter Stromwege von verhältnismäßig hohem Widerstand bilden, während die Bereiche 18 der Widerstandsschicht unwirksam sind, da beim Aufdampfen der Widerstandssschicht 18, 20 die vertikal zu dem Tragkörper 12 verlaufenden Flanken 22 der mit der Oxidschicht 16 versehenen Metallbereiche 10 nicht beschichtet werden und daher an ihrer Oberfläche nichtleitend bleiben.

Eine Überwachungsschaltung umfaßt eine Batterie 24, einen Schutzwiderstand 26 sowie einen Strommesser 28 und kann nach anfänglichem Aufbringen einer dünnen Widerstandsschicht 18, 20 an die Endbereiche des Tragkörpers 12 angeschlossen werden, worauf der weitere Niederschlag der Widerstandsschicht 18, 20 fortgesetzt werden kann, bis der Strommesser 28 einen vorgegebenen Stromwert und damit einen vorgegebenen Widerstandswert des nach dem Verfahren erhaltenen Widerstandselements anzeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung einer zusammenhängenden dünnen, metalleitenden Widerstandsschicht auf einem isolierenden Tragkörper durch zunächst durchgeführtes Niederschlagen von Metallbereichen auf dem Tragkörper, gekennzeichnet durch die Gesamtheit der folgenden Verfahrensschritte:

a) Die Metallbereiche (10) werden in geringer Größe, dicht benachbart, aber mechanisch und elektrisch voneinander getrennt und aus leicht oxydierbarem Metall aufgebracht;

b) alle frei liegenden Oberflächen der Metallbereiche (10) werden mit einer nichtleitenden Oxidschicht (16) versehen;

c) senkrecht zu der Oberfläche des Tragkörpers (12) wird die Widerstandsschicht (18, 20) mit überall gleicher Dichte auf und zwischen die oberflächenisolierten Metallbereiche (10) aufgedampft, und zwar in einer Dicke, die geringer ist als die der Metallbereiche (10).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbereiche im Vakuum niedergeschlagen werden, vorzugsweise bei einem Hochvakuum von etwa 10~⁶ Torr.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht in einem Feinvakuum mit Luft- oder Sauerstoff-Partialdrücken von einigen 10~⁶ Torr erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metalleitende Widerstandsschicht (18, 20) im Hochvakuum aufgebracht wird, vorzugsweise nach Abpumpen eines für die Oxidschichtbildung verwendeten Feinvakuums.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Metallbereiche (10) Blei oder Aluminium verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (12) während des Oxydationsvorganges erhitzt wird, vorzugsweise auf etwa 200⁰C.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Blei für die Metallbereiche (10) die metalleitende Widerstandsschicht (18, 20) bei einer Tragkörper-Temperatur von etwa 300° C niedergeschlagen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Aluminium für die Metallbereiche (10) die metallleitende Widerstandsschicht (18, 20) bei einer Tragkörper-Temperatur von etwa 500⁰C niedergeschlagen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die metalleitende Widerstandsschicht (18, 20) Chrom oder eine Mischung aus Chrom und Siliziummonoxid verwendet wird.