DE1765090A1 - Metallschichtwiderstand und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

• Metallschichtwiderstand und Verfahren zur Herstellung desselben. Es sind verschiedene chemische Verfahren bekannt, welche es ohne Verwendung von elektrischen Strom ermöglichen, Metallschichten, die vorwiegend aus Nickel, Kobalt, Eisen bestehen, auf isolierende Trägerflächen niederzuschlagen, die im allgemeinen aus Platten oder Zylinderkörpern aus Glas, Porzellan, Steatit, Kunstharzen usw. bestehen.
• Die erwähnten Metallniederschläge werden dadurch erhalten, dass die Isolierträger in wässrige Lösungen getaucht werden, welche vorwiegend Ionen der Unter-Phosphorsäure oder Salze dieser Säure zusammen mit Salzen der oben erwähnten Metalle enthalten.
• Diesen Lösungen werden auch andere Stoffe zugesetzt, um ihre Beständigkeit zu verbessern und den Metallniederschlag regelmgasiger zu gestalten.
• Es ist ferner bekannt, dass die Gegenstände, auf welchen die Metallschicht niedergeschlagen werden soll, mit empfindlichmachenden wässrigen Lösungen sowie mit anderen ak- tivierenden wässrigen Lösungen vorbehandelt werden müssen. Die erstgenannten Lösungen bestehen im wesentlichen aus wtssrigen Zinnchlorierlösungen, während die zweitgenannten Lösungen aus sehr verdünnten Palladiumohloridlösungen bzw. aus Lösungen anderer Edelmetallohloride bestehen.. Die erhaltenen Metallschichten haften im allgemeinen gut an der Oberfläche der elektrisch isolierenden Träger und weisen je nach ihrer Stärke und ihrer Zusammensetzung ei- nen elektrischen Widerstand je Quadratzentimeter auf,welcher zwischen einigen zehntel@ohm und einigen hunderttausend ohm liegt, so dass sie unter diesem Gesichtspunkt zur Ver- wendung als elektrische Widerstände der normalerweise in elektrischen Geräten angewandten Arten geeignet erscheinen. Die durch chemischen Niederschlag mit den oben genannten Lösungen erhaltenen Metallschichten, in welchen das Reduktionsmittel das Ion der Unter=phosphorsäure ist, bestehen jedoch nicht ausschliesslich aus dem Metall oder den Metal- len, wie Nickel, Kobalt, Eisen, in reinem Zustand oder mit- einander in verschiedenen Verhältnissen gemischt, sondern sie enthalten immer einen gewissen Anteil Phosphor, welcher zwischen einigen Prozenten und zehn und mehr Prozenten schwanken kann, so dass die genannten Schichten als eine Le- gierung oder eine feste Lösung bestehend aus einem oder meh- reren Metallen und aus Phosphor aufgefasst werden können. Der Hauptnachteil der nach diesen chemischen Reduktionsver- fahren erhaltenen Metallschichten, demzufolge $ie nicht un- mittelbar zur Herstellung von elektrischen Widerständen ver- wendbar sind, ist der, dass ihr elektrischer Widerstand und ihr Temperaturkoeffizient sehr unbeständig und mit der Zeit und bei den verschiedenen Verwendungsbedingungen veränder- lich sind.
• Durch zweckmässige Wärmebehandlungen erscheint es möglich, die Widerstandsbeständigkeit sowie die Beständigkeit des Temperaturkoeffizienten dieser Widerstände zu verbessern. Diese thermischen Stabilisierungs- bzw. Verbesserungsverfahren sind wohlbekannt und werden normalerweise auch bei jenen Metallschichtwiderständen angewandt, die durch Verdampfen im Vakuum erhalten werden, sowie bei den mit verschiedenen wie Manganin, Konstantan, Nickel-Chrom, usw. bewickelten Widerständen.
• Die normalerweise angewandte Wärmebehandlung zum Stabilisieren der metallisierten Widerstände, welche durch chemische Reduktion erhalten wurden, besteht darin, dass die Widerstände in einem Ofen während einer Zeit, die zwischen einigen Stunden und einigen zehn Stunden schwankt, auf Temperaturen zwischen 150 und 250°C erwärmt werden.
• Die Widerstände, welche nach dem vorherbeschriebenen chemischen Niederschlag erhalten werden, werden in der Technik als "Vorwertwiderstände" bezeichnet und werden anschliessend einer sogenannten "Sgiralisierungsbearbeitung" unterworfen, welche darin besteht, dass die auf der OberfLäche des Vorwertwiderstandes entlang einer Spirale entfernt wird, welche mit Hilfe geeigneter Mittel, beispielsweise mittels einer herkömmlichen Schleifscheibe, eingeritzt wird. Daraus ergibt sich, dass die metallische, elektrischleitende Schicht in eine Schraubenlinie mit mehreren Windungen verformt wird, so dass der ohm'sche Widerstandswert folglich eine Erhöhung erfährt, welche in der Grössenordnung den hundert und mehrfachen des Anfangswertes des Vorwertwiderstandes liegen kann und der Anzahl der in die Oberfläche des letzteren eingeritzten Windungen verhältnisgleich ist. Nach der Spiralisierung werden die Widerstände mit einer oder mehreren Lack- oder organischen Emailschichten über- zogen oder mit Kunstharzhüllen umgeben, um sie von der un- mittelbaren Berührung mit benachbarten Gegenständen und vor der Luftfeuchtigkeit zu schützen.
• Es ist schliesslich auch bekannt, dass ein elektrischer Widerstand umso wertvoller ist, je kleiner der absolute Wert seines Temperaturkoeffizienten ist und je grösser die spezifische elektrische Leistung (Watt je Quadratzentimeter) ist, welche der Widerstand verbrauchen kann,obhe dann sein ohm'scher Wert und sein Temperaturkoeffizient Obermässige bleibende Veränderungen erfahren.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches es gestattet, nach der Methode der chemischen Metallisierung Nickel-Phosphor-SchichtwiderstUnde herzustellen, deren Temperaturkoef- fizient oder geringer ± 150 ppm/OC ist und die ge- eignet sind, spezifische elektrische Leistungen zu verbrau- chen, welche bedeutend grösser als jene sind, die für Nickel- Phosphor-Schichtwiderstände normalerweise kennzeichnend sind, welche bei Temperaturen unterhalb 250*C stabilisiert wurden.
• Um Temperaturkoeffizienten zu erhal- ten, sieht das erfindungsgemässe Verfahren die Verwendung von wässrigen Lösungen vor, welche ausser dem Ion der Unter- phosphorsäure auch Ionen von Sauerstoffverbindungen den Phosphors mit einer Oxydationszahl von 3 und 5, sowie Aethylendiamintetraessigaäure oder. deren Salze enthalten.
• Ferner sieht das erfindungsgemrase Verfahren die Stabili- sierung der Vorwertwiderstände bzw. der Widerstände bei Temperaturen über 250°C und zwischen 250°C und 350°C vor.
• Zur besseren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend ein Vergleich zwischen einem Widerstand, welcher mit ei- ner der herkömmlichen Lösungen erhalten wird, sowie ei- nem Widerstand, welcher nach der Erfindung.erhalten wird, angestellt. Es wird ein Steatitstab mit einem Durchmesser von 2,5 mm und einer Länge von 8 mm verwendet und dieser Stab wird mit der genannten Nickel-Phosphor-Legierung überzogen, wobei im ersten Fall eine herkömmliche Lösung verwendet wird, welche Ionen der Unterphosphorsäure ent- hält und die folgende Zusammensetzung besitzt Nickelaulfat Ni SO V7H20 25 g/1 Natriumhypophosphit Na H2 PO 2.H20 25 g/1 Bernsteinsäure 1 g/1 Natriumsuccinat 25 g/1 Man führt den Niederschlag mit dieser Lösung bei einem pH = und einer Temperatur von 50°C durch. Je nach der Nieder- schlagsdauer, welche zwischen einigen 10 Sekunden und et- lichen 10 Minuten schwanken kann, erhält man Widerstände, welche mit auf ihre beiden Enden aufgesteckten Metallkappen versehen einen Widerstandswert zwischen einigen ohm und Werten in der Grössenordnung von hunderten oder tausenden ahat aufweisen.
• Die nach einer Wärmestabilisierung bei einer Temperatur von Z80eC erhaltenen Temperaturkoeffizientswerte sind in all- gemeinen grösser als + 150 ppm/eC, je ohnisohen Viderstandsvert des Widerstanden', wobei beispielsweise die . Yorwertwiderstgnde von 100 ohm einen Temperaturkoeffizien- ten zwischen + 250 und +350 ppm/°C aufweisen.
• Es wird nun ein gleicher Stab aus Steatit mit den gleicher Abmessungen mit einer Lösung behandelt, welche die folgende Zusammensetzung besitzt s Nickelsulfat Ni S04 .7H20 25 g Natriumhypophosphit Na H2PO2.H20 25 g Natriumpyrophosphat Na 4 P207.10 H20 50 g Doppelnatriumsalz der Aethylendiamintetraessigsäure 30 g Doppelnatriumphosphat Na 2H#0 4 a12H 2 O 7 g !r destilliertes H20 1000 cm3 Na OH in gentigendean...# Menge, damit der pH Wert gleich 7 ist. Die Temperatur versteht eich auf 50°C konstant gehalten. Werden nun die mit der zweiten Lösung erhaltenen Vorwertwiderstdnde 5 Stunden lang bei 280°C stabilisiert, dann kann bemerkt werden; dass der Temperaturkoeffizient der Yorwertwiderstände, was den absoluten Wert anbelangt, merk- lich geringer als jener der Vorwertwiderstände ist, die mit der Lösung erhalten werden, So weist beispielsweise ein Vorwertwiderstand von 100 ohm, welcher mit der erfindungsgemässen Lösung erhalten wird, einen Temperaturkoeffizienten von ungefähr + 50 ppm/°C auf. Der Umstand, dass die Vorwertwiderstände bzw. die Wider- stände bei Temperaturen tiber 250°C stabilisiert werden können, obwohl die Temperaturkoeffizienten niedrig gehalten werden, ist deswegen äusserst wichtig und nOtzlich, weil er es ermöglicht, Widerstände mit Temperaturkoeffizienten von nicht mehr als 3 150 ppm/o0 herzustellen, welche apezifische elektrische Belastunigen ertragen können, die be- achtlich höher als jene sind, welche für bei Temperaturen von 250°C oder niedrigeren Temperaturen stabilisierten Widerstände zulässig sind.
• Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht in der Möglichkeit, die gesamte Reihe der normalerweise verwendeten Widerstandswerte zu erhalten, deren Temperaturkoeffizienten nicht grösser als + 150 millionstel (ppm) je °C sind, wobei der Niederschlag der leitenden Schichten aus einer einzigen Lösung erfolgt, welche auf der konstanten Temperatur von 50°C ± 5°C und bei einem konstanten pH Wert von 7 gehalten wird.
• Aus obigen Ausführungen geht hervor, dass die Technologie der Herstellung, die Geräte und die Kontrollen sehr vereinfacht und wirtschaftlicher sind. Die wesentlichen Merkmale des,erfindungsgemgssen Verfahrens zur Herstellung von Nickel-Phosphor-Schichtwiderständen sind somit die folgenden 1) Verwendung von metallisierenden Lösungen, welche aussser den Nickelionen und den Ionen der Unterphosphorsäure auch Ionen von Sauerstoffverbindungen des Phosphors mit einer Oxydationszahl von 3 und 5 und Aethylendiamintetraessigsäiire enthalten, wobei diese Lösungen bei einer konstanten Temperatur von 50°C ± 5°C und bei einem konstanten pH-Wert von 7 angewandt werden.
• 2) Stabilisierungsver2hren bei Temperaturen zwischen 250'C und 350°C der durch chemischen Niederschlag erhaltenen Vorwertwiderstände bzw. spirali:ierten Widerstände mit Nickel-Phosphor-Schicht. Es versteht sich, dass die Zusammensetzung der erfindungsgemässen Lösung, wie sie oben fur den Niederschlag der leitenden Schicht angegeben ist, nur beispielsweise und nicht in einachrgnlcendem Sinn ge- geben wurde.

Claims (1)

1. P A T E N T A N S P R U C H E 1) Verfahren zur Herstellung von Nickel-Phosphor-Schicht- widerständen durch chemischen Niederschlag einer leitenden Schicht auf einem Isolierträger aus einer Lösung, welche Nickelsalze, sowie Salze dar Unterphosphorsäure enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Lösung ferner Salze von Sauerstoffsäuren des Phosphors und Aethylendiamin- tetraessigsgure oder deren Salze enthält, wobei die Wärme- stabilisierung des Widerstandes bei Temperaturen zwischen 250'C und 350°C durchgeführt wird. 2) Verfahren zur Herstellung von Schichtwiderständen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Schicht aus einer Lösung niedergeschlagen wird, deren Zusammenset- zung die folgende ist : 25 g/1 Nickelsulfat (NiS0V7H20), 25 g/1 Natriumhypophosphit (NaH2PO2.H20), 50 g/1 Natrium- pyrophosphat (Na 4P207.1OH20), 30 g/1 Doppelnatriumsalz der Aethylendiamintetraessifsgure mit zugehörigem Kristallisa- tionswasser (Molekulargewicht 372,24, 7 g/1 Doppelnatrium- phosphat (Na 2HPOV12 H20 und eine derartige Menge NaOH,dass der pH-Wert der Lösung auf 7 gebracht wird. 3) Verfahren zur Herstellung von Widerständen nach den An- sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nieder- schlag der Metallschichten auf die Isolierträger durch Niederschlagen der genannten Lösung mit pH. 7 + 0,2 und bei einer Temperatur von 500C ± 50C erreicht wird. 4) Stabilisierungsverfahren für Vorwertwiderstände bzw. Widerstände bestehend aus einer Nickel-Phosphor-Schicht, die durch chemischen Niederschlag erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwertwiderstände bzw. die Wider- stände bei Temperaturen zwischen 250°C und 350°C während einer Zeit von nicht weniger als 30 Minuten erwärmt werden. Fester oder veränderlicher Schichtwiderstand, bestehend aus einer Nickel-Phosphor-Schicht, die durch chemischen Niederschlag aus einer Lösung nach den Ansprachen 1, 2, 3 auf einem elektrisch isolierenden Träger beliebiger Form, Abmessungen und Natur erhalten unc1 nach Anspruch 4 stabili- siert ist.