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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Strommeßwiderstand zur Verwendung
bei einem Stromrichter, etwa einem Wechselrichter.
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Bei
Stromrichtern wie Wechselrichtern oder Leistungsmodulen mit einem
IGBT oder ähnlichem
wird zur genauen Messung eines hohen Stroms von bis zu 400 A ein
0,1 bis 100 mΩ Widerstand
hoher Genauigkeit verwendet. Dabei muß dafür gesorgt werden, daß die infolge
des hohen Stroms von dem Widerstand erzeugte Wärme abgeleitet wird. Zu diesem
Zweck wird ein Widerstand eingesetzt, bei dem gemäß Darstellung
in 1 eine Widerstandsplatte 2 aus
einer Widerstandslegierung unter Zwischenlage einer Harzisolierschicht 3 auf eine
metallische Wärmeableitplatte 4 geschichtet
ist. Solch ein aus drei Schichten zusammengesetzter Widerstand ist
in der JP 3-16799B und der JP 10-149901A
offenbart.
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Eine
Kupfer-Mangan-Legierung, eine Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung oder
eine Kupfer-Nickel-Legierung
mit hohem spezifischen Widerstand wird als Widerstandslegierung
zur Messung eines elektrischen Stroms mit hoher Genauigkeit verwendet.
Die Warenbezeichnung Manganin ist als Beispiel einer Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung
bekannt. Warennamen wie Advance oder Ideal mit kleinen Mengen an
Mn, Fe und Si sowie Konstantan sind als Beispiele für die Kupfer-Nickel-Legierung bekannt.
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Der
oben beschriebene Schichtwiderstand ist jedoch mit folgenden Problemen
behaftet.
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2 zeigt den Verlauf des
Temperaturkoeffizienten des Widerstands von Manganin (mit 85 % Kupfer, 12
% Mangan, 2 % Nickel und 1 % Eisen) als einer typischen Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung, sowie
von der Kupfer-Nickel-Legierung (mit 54,5 % Kupfer, 43,7 % Nickel
und 1,8 % Mangan). Im Fall der Kupfer-Mangan-Legierung oder der
Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung, die im großen Ausmaß eingesetzt wird, ist der
Absolutwert des Temperaturkoeffizienten des Widerstands mit 10 ppm/°C oder weniger
innerhalb eines Temperaturbereichs von Raumtemperatur bei etwa 60°C außerordentlich
klein, steigt jedoch bei Temperaturen außerhalb dieses Bereichs, also
unterhalb und oberhalb des Bereichs, an. Im Gegensatz dazu beträgt der Absolutwert des
Temperaturkoeffizienten des Widerstands der Kupfer-Nickel-Legierung
nahezu konstant 15 ppm/°C
oder weniger unabhängig
von der Temperatur. Stromrichter, bei denen die Temperatur über 100°C steigt,
erfordern daher den Einsatz der Kupfer-Nickel-Legierung, deren Temperaturkoeffizient
des Widerstands bei hoher Umgebungstemperatur gering ist.
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Wenn
die Widerstandsplatte 2 Strom führt, wird Joulsche Wärme erzeugt.
Damit der Strom korrekt gemessen wird, muß der Stromrichter den Temperaturanstieg
dieser Widerstandsplatte 2 so steuern, daß ein Temperaturanstieg
innerhalb des Stromrichters infolge dieser erzeugten Wärme verhindert
wird. Der Schichtwiderstand strahlt die erzeugte Wärme über die
Harzisolierschicht 3 ab und wird dadurch gekühlt. Deshalb
sollte die Wärmeleitfähigkeit
der Harzisolierschicht 3 so hoch wie möglich sein.
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Das
Zusetzen größerer Mengen
an anorganischem Füllstoff
ist für
die Erhöhung
der Wärmeleitfähigkeit
vorteilhaft. Die Menge an anorganischem Füllstoff, die zum Harzmaterial
beim herkömmlichen
Schichtwiderstand zugesetzt wird, beträgt maximal 70 Gewichts-%, und
der Widerstand weist eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Wärmewiderstand
auf. Die Kühleigenschaften
sind daher nicht zufriedenstellend. Ein Harzmaterial, dem 80 bis
90 Gewichts-% anorganischer Füllstoff
zugesetzt sind, um die Wärmeabstrahleigenschaft
zu verbessern, weist eine größere Kontaktfläche zwischen
dem Füllstoff
und der Metallfläche
auf, was die Haftung mit der Widerstandsplatte 2 verschlechtert.
Zur Verbesserung der Haftung wird die Haftfläche gewöhnlich aufgerauht. Eine elektrolytische
Kupferfolie oder ähnliches
zur Verwendung bei einer gedruckten Leiterplatte wird auf eine Tiefe
von 5 bis 15 μm
aufgerauht. Selbst ein stark versetztes Harzmaterial mit 80 bis 90
Gewichts-% anorganischem Füllstoff
hat einen starken Ankereffekt. Im Fall einer gerollten Kupferfolie
mit einer glatten Fläche,
werden in einem sogenannten Schwärzungsprozeß Nadelkristalle
aus oxidiertem Kupfer zum Aufrauhen der Oberfläche auf der Oberfläche ausgebildet.
Kürzlich
wurde die Oberfläche
von Kupfer über eine
Tiefe von etlichen μm
in einem sogenannten Mikro-Ätzprozeß aufgerauht.
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Eine
gerollte Platte, die als Widerstandsplatte 2 zur Verwendung
bei herkömmlichen
Schichtwiderständen
dient, weist eine glatte Oberfläche
auf. Aus diesem Grund kann die Oberfläche nicht aufgerauht werden, es
sei denn der Aufrauhprozeß wird
wie im Fall einer gerollten Folie ausgeführt. Wie bei der gerollten
Kupferfolie kann die oben erwähnte
Kupfer-Mangan-Legierung oder Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung leicht
geschwärzt
oder mikrogeätzt
werden, da sie mit 82 bis 85 % eine große Menge an Kupfer beinhaltet.
Dagegen kann die Kupfer-Nickel-Legierung, deren Temperaturkoeffizient
des Widerstands innerhalb eines weiten Temperaturbereichs auf niedrigem
Wert konstant ist, nur schwer oxidiert werden, weshalb es schwierig
ist, die Kupfer-Nickel-Legierung so aufzurauhen, wie die Kupfer-Mangan-Legierung
oder die Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung.
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Wenn
der Widerstand zur besseren Kühlung
direkt auf eine auf Erdpotential befindliche Metallplatte eines
Leistungsmoduls montiert wird, liegt die Schaltungsspannung des
Stromrichters an der Harzisolierschicht 3 an. Diese Spannung
kann einen Spitzenwert von maximal 1000 V erreichen. Folglich muß die Harzisolierschicht
eine hohe dielektrische Festigkeit aufweisen und für einen
langen Zeitraum behalten.
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Die
US 5,469,131 A offenbart
einen Widerstandskörper
zur Messung von Überstrom,
der in Form eines Widerstandsmusters auf einem Harzfilm ausgebildet
ist. Als Beispiele für
das Material des Widerstandsmusters sind angegeben: eine Cu-Ni Legierung
aus 55 Gew.-% Cu und 45 Gew.-% Ni mit einem Widerstands-Temperaturkoeffizienten
von 15 ppm; eine Legierung aus 58 Gew.-% Cu und 42 Gew.-% Ni mit
einem Widerstands-Temperaturkoeffizienten von etwa Null; eine Cu-MN
Legierung aus 50 bis 80 Gew.-% Cu und 12 bis 30 Gew.-% Mn mit einem
Widerstands-Temperaturkoeffizienten von 1 ppm; eine Cu-Ni Legierung
aus 50 bis 80 Gew.-% Cu und 2 bis 16 Gew.-% Ni mit einem Widerstands-Temperaturkoeffizienten
von 1 ppm; und eine Ni-Cr Legierung, die ebenfalls einen niedrigen
Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweist.
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Die
JP 11-245328 A offenbart einen Meßwiderstand für Überstrom
mit einem spezifischen Volmenwiderstand von 0,1 bis 0,8 μΩ·m, der
auf eine oder beide Seiten einer Keramikplatte, insbesondere eine
Aluminumnitrid-Platte eine Dicke von 0.3 to 2 mm gelötet ist,
deren Wärmeleitfähigkeit
100 W/mK oder mehr beträgt. Als
Widerstandsmaterial werden eine Cu-Mn Legierung, eine Cu-Ni Legierung
und eine Cu-Mn-Ni Legierung vorgeschlagen. Der Mn-Anteil liegt bei
0.5 bis 13 Gew.-% und der Ni-Anteil bei 1 bis 48 Gew.-%.
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Die
JP 2000-031643 A beschreibt eine Mehrschicht-Leiterplatte mit einer
leitenden Unterschicht, auf der sich eine isolierende Harz-Zwischenschicht
befindet. Die Unterschicht besitzt eine mittels eines Ätzmittels aufgerauhte
Oberfläche,
auf die ein Metal aus der Gruppe Titan, Aluminium, Zink, Eisen,
Indium, Thallium, Kobalt, Nickel, Zinn, Blei, Bismut, und Edelmetallen
geschichtet ist. Erst auf diesem Metall befindet sich die Zwischenschicht.
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Die
DE 196 46 441 A1 offenbart
einen elektrischen Widerstand mit einer aus einer Widerstandslegierung
bestehenden Metallfolie, einem aus gut wärmeleitfähigem Metall bestehenden Substrat
und einer zwischen der Widerstandsfolie und dem Substrat befindlichen
und diese fest miteinander verbindenden Klebeschicht aus einem mit
Pulver aus wärmeleitfähigem Isoliermaterial
gefüllten
Kunststoffmaterial.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schichtwiderstand der genannten
Art so auszubilden, daß eine
hohe Haftfestigkeit zwischen einer Widerstandsplatte aus einer Kupfer-Nickel-Legierung und einem
wärmeleitenden
Harzmaterial besteht, und der einen niedrigen spezifischen Wärmewiderstand,
ausgezeichnete Kühleigenschaften
und ausgezeichnete Isoliereigenschaften aufweist.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Widerstand
zur Verwendung bei einem Stromrichter zu schaffen, der einen geringen
Temperaturkoeffizienten innerhalb eines weiten Temperaturbereichs,
eine hohe Genauigkeit bei der Strommessung, eine hohe Haftfestigkeit
zwischen einer Widerstandsplatte und einer wärmeleitenden Harzplatte, eine
hohe Wärmeleitfähigkeit,
ausgezeichnete Kühleigenschaften und
ausgezeichnete Isoliereigenschaften aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
einen Widerstand gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
besteht der erfindungsgemäße Widerstand
aus einer Widerstandsplatte aus einer elektrischen Widerstandslegierung
und einer metallischen Wärmeableitplatte,
die unter Zwischenlage einer Harzisolierschicht aufeinandergeschichtet
sind, wobei die Widerstandslegierung 42,0 bis 48,0 Gewichts-% Nickel,
0,3 bis 2,5 Gewichts-% Mangan sowie Kupfer bezogen auf das Gesamtgewicht
enthält,
wobei der gesamte Gehalt an Kupfer, Nickel und Mangan nicht weniger
als 98 Gewichts-% beträgt,
die Widerstandsplatte eine Dicke von 1 mm oder mehr aufweist und
ihre Korngrenzen zur Bildung einer konkaven Form geätzt sind,
so daß sie
an der Harzisolierschicht anhaften kann.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Schnittansicht des Widerstands, und
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2 eine
graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Umgebungstemperatur
und dem Temperaturkoeffizienten einer Kupfer-Mangan-Legierung und
einer Kupfer-Nickel-Legierung,
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Eine
Kupfer-Nickel-Legierung zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung
ist eine Legierung mit 40 bis 50 Gewichts-% Nickel und 60 bis 50
Gewichts-% Kupfer jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung.
Bevorzugter ist eine Kupfer-Nickel-Legierung mit 42,0 bis 48,0 Gewichts-%
Nickel und 58,0 bis 52,0 Gewichts-% Kupfer. Die Kupfer-Nickel-Legierung
umfaßt
hauptsächlich
Kupfer und Nickel, es können
aber geringe Mengen anderer Metalle (z. B. Mn, Fe und Si) enthalten
sein, solange der Absolutwert des Temperaturkoeffizienten des Widerstands
nicht erhöht
wird. Beispielsweise enthält
die Kupfer-Nickel-Legierung zur Verwendung bei der vorliegenden
Erfindung 42,0 bis 48,0 Gewichts-% Nickel, 0,3 bis 0,5 Gewichts-%
Mangan sowie Kupfer, wobei der Gesamtgehalt an Kupfer, Nickel und
Mangan nicht weniger als 98 Gewichts-% beträgt. Die Kupfer-Nickel-Legierung
mit dieser Zusammensetzung besitzt einen Temperaturkoeffizienten
des Widerstands innerhalb des Bereichs von ± 20 ppm/°C und noch besser –15 bis
+15 ppm/°C
in einem Temperaturbereich zwischen –50°C und 200°C.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung hat die elektrische Widerstandsplatte 2 aus der
Kupfer-Nickel-Legierung
eine Dicke von 0,1 mm oder mehr, noch besser 0,1 bis 0,5 mm.
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Die
Widerstandsplatte 2 aus der Kupfer-Nickel-Legierung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird vorzugsweise unter Verwendung eines organischen Säureätzmittels
aufgerauht. Beispiele organischer Säuren zur Verwendung in dem
organischen Säureätzmittel
gemäß der Erfindung
sind gesättigte
Fettsäuren
wie Ameisensäure,
Essigsäure,
Propionsäure,
Buttersäure,
Valeriansäure
und Capronsäure,
ungesättigte
Fettsäuren wie
Acrylsäure,
Crotonsäure
und Isocrotonsäure;
aliphatische gesättigte
Dicarbonsäuren
wie Oxalsäure,
Malonsäure,
Succinsäure,
Glutarsäure,
Adipinsäure
und Pimelinsäure,
aliphatische ungesättigte
Dicarbonsäuren wie
Maleinsäure;
aromatische Karbonsäuren
wie Benzoesäure,
Phthalsäure
und Zinnamonsäure;
Oxycarbonsäuren
wie Glycolsäure,
Milchsäure, Äpfelsäure und
Zitronensäure;
Kohlensäure
mit Substituent wie Sulfaminsäure, β-Chlorpropionsäure, Nikotinsäure, Ascorbinsäure, Hydroxypivalinsäure, Lävulinsäure; und
Derivate dieser Säuren.
Diese organischen Säuren
können
einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Vorzugsweise wird
die Ameisensäure
als Material für
das organische Ätzmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet. Bedarfsweise kann das organische Säureätzmittel
Zusätze
(z. B. eine zweite Kupferionenquelle und eine Halogenionenquelle)
enthalten. Vorzugsweise ist das organische Säureätzmittel zur Verwendung bei
der vorliegenden Erfindung eine wäßrige Lösung, die eine Kombination
aus einer organischen Säure,
der zweiten Kupferionenquelle und der Halogenionenquelle mit 10
bis 20 Gewichts-% aufweist und einen pH-Wert von 3,0 bis 3,5 besitzt.
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Der
Aufrauhprozeß wird
normalerweise 30 s bis 3 min lang abhängig von Art und Konzentration
des eingesetzten organischen Säureätzmittels
ausgeführt.
Normalerweise erfolgt das Aufrauhen durch Aufstrahlen eines Ätzmittels
mit einem Strahldruck von 0,15 bis 0,2 MPa bei einer Temperatur
im Bereich von 25 bis 40°C, noch
besser im Bereich von 30 bis 40°C.
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Der
oben beschriebene Aufrauhprozeß bildet
einen konkaven Hohlraum mit einer Tiefe von etlichen μm längs einer
Kristallgrenze der Kupfer-Nickel-Legierung. Insbesondere wird die
Oberfläche
der Kupfer-Nickel-Legierung aufgerauht, was nachfolgend die Haftfähigkeit
gegenüber
der Harzisolierschicht 3 verbessert.
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Die
Harzisolierschicht 3 zur Verwendung bei der vorliegenden
Erfindung umfaßt
Epoxyharz mit einem anorganischen Füllstoff. Die Harzisolierschicht 3 muß eine hohe
Wärmeleitfähigkeit
(niedrigen Wärmewiderstand)
aufweisen, um wirkungsvoll Wärme
von der elektrischen Widerstandsplatte 2 zur metallischen
Wärmeableitplatte 4 zu übertragen.
Zur Realisierung der hohen Wärmeleitfähigkeit
enthält
die Harzisolierschicht 3 gemäß der Erfindung 71 bis 95 Gewichts-%
des anorganischen Füllstoffs
(bezogen auf das Gesamtgewicht der Harzisolierschicht), und noch
besser 71 bis 90 Gewichts-%.
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Das
Epoxyharz zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung umfaßt Bisphenol-A-Epoxyharz
oder eine Mischung aus Bisphenol-A-Epoxyharz und Phenol-Novolakharz.
Der anorganische Füllstoff
zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung umfaßt SiO2, Al2O3,
BN, AlN, MgO oder eine Mischung aus diesen Stoffen.
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Die
Harzisolierschicht 3 gemäß der Erfindung kann als Dispersionsflüssigkeit
oder -lösung
zur Beschichtung der Widerstandslegierungsschicht 2 oder
der Wärmeableitplatte 4 bereitgestellt
werden. Methylethylketon oder Toluol können als Lösungsmittel eingesetzt werden.
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Wie
schon angegeben, kann, wenn der Widerstand der vorliegenden Erfindung
direkt auf eine auf Erdpotential liegende Metallplatte eines Leistungsmoduls
montiert wird, maximal eine Spannung von etwa 1000 Vp (Spitzenspannung)
an der Harzisolierschicht 3 anliegen. Folglich muß die Harzisolierschicht
eine hohe dielektrische Festigkeit aufweisen und diese für eine lange
Zeit behalten. Außerdem
muß die
Harzisolierschicht 3 ein besonders gutes Haftvermögen bezuglich
der Widerstandsplatte 2 und der Wärmeableitplatte 4 aufweisen.
Zur Erfüllung
dieser Erfordernisse weist die Harzisolierschicht 3 eine
Dicke von 50 bis 200 μm,
vorzugsweise von 50 bis 150 μm
auf. Die Harzisolierschicht 3 besitzt eine dielektrische
Festigkeit von 500 kVeff (Effektivspannung)
oder mehr und vorzugsweise von 6 kVeff oder
mehr. Aufgrund dieser dielektrischen Festigkeit unterliegt der Widerstand
gemäß der Erfindung über lange
Zeit keinem Durchbruch, selbst wenn er direkt auf eine auf Erdpotential
liegende Metallplatte eines Leistungsmoduls montiert wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Metallplatte aus Kupfer oder Aluminium mit einer
hohen Wärmeleitfähigkeit
vorzugsweise als metallische Wärmeableitplatte 4 verwendet. Ähnlich der
Widerstandsplatte 2 muß die
Oberfläche
der Wärmeableitplatte 4,
die mit der Harzisolierschicht 3 verbunden wird, aufgerauht werden,
damit eine gute Haftung mit dem wärmeleitenden Harz der Harzisolierschicht 3 gewährleistet
wird. Die Oberfläche
der Wärmeableitplatte 4 kann
auf herkömmliche
Weise unabhängig
vom Material aufgerauht werden. Wenn Kupfer verwendet wird, kann
die Oberfläche
durch einen als Schwärzungsprozeß bezeichneten Oxidationsprozeß aufgerauht
werden, bei dem Nadelkristalle gebildet werden. Wenn Aluminium verwendet wird,
kann ein anodischer Oxidbeschichtungsprozeß die Oberfläche aufrauhen.
Außerdem
kann eine Kühlrippe
oder ein Prisma auf der der Harzisolierschicht 3 abgewandten
Seite der Wärmeableitplatte 4 vorgesehen sein,
um die Oberfläche
zur Erhöhung
der Wärmeabstrahlwirkung
zu vergrößern.
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Die
Harzisolierschicht 3 kann mit der Widerstandsplatte 2 und
der Wärmeableitplatte 4 durch
Heißpressen
verbunden werden. Die Harzisolierschicht 3, die auf die
Wärmeableitplatte 4 geschichtet
und bis zum halbausgehärteten
Zustand getrocknet wird, wird auf die Widerstandsplatte 2 geschichtet,
so daß sie
während des
Heißpressens
an dieser anhaftet. Alternativ wird die Widerstandsplatte 2 mit
der Harzisolierschicht 3 beschichtet, letztere dann bis
zum halbausgehärteten
Zustand getrocknet und dann auf die Wärmeableitplatte 4 geschichtet,
um an dieser während
des Heißpressens
anzuhaften. Alternativ ist es möglich,
ein Harzisolierschicht-Spenderblatt
zu verwenden, das durch Beschichten eines Zwischenträgers (etwa
aus PET) mit der Harzisolierschicht 3 und deren nachfolgendes
Trocknen bis zum halbgehärteten
Zustand hergestellt wird. In diesem Fall wird das Spenderblatt mit
der Harzisolierschicht 3 auf die Widerstandsplatte 2 oder
die Wärmeableitplatte 4 gebracht,
so daß die
Harzisolierschicht 3 in engen Kontakt mit der Widerstandsplatte 2 bzw.
der Wärmeableitplatte 4 kommt.
Die Harzisolierschicht 3 wird dann vorübergehend durch Anwenden von
Hitze oder von ähnlichem
an die Widerstandsplatte 2 bzw. die Wärmeableitplatte 4 angeheftet.
Der Zwischenträger wird
dann von der Harzisolierschicht 3 abgelöst, wodurch ein Laminat aus
der Harzisolierschicht 3 und der Widerstandsplatte 2 bzw.
der Wärmeableitplatte 4 gebildet
wird. Die Wärmeableitplatte 4 bzw.
die Widerstandsplatte 3 wird dann auf dieses Laminat geschichtet,
und beide dann durch Heißpressen
zur Bildung des Widerstands gemäß der vorliegenden
Erfindung miteinander verbunden. Während des Verbindens wird ein
Druck von 4,9 MPa (50 kp/cm2) bei einer
Temperatur von 180°C über 60 min
aufgebracht.
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Schließlich wird
die Kupfer-Nickel-Platte, die als Widerstandsplatte 2 dient,
in vorbestimmten Proben geätzt,
und zwar unter Einsatz eines chemischen Ätzmittels wie Eisenchlorid
oder Kupferchlorid. Die resultierenden Probe werden durch Pressen
oder V-Schneiden zur Bildung einzelner Widerstände getrennt.
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Beispiel 1
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Unter
Einsatz verschiedener Mittel wurde versucht, die Oberfläche einer
Widerstandplatte aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit 54,5 Gewichts-%
Kupfer, 43,7 Gewichts-% Nickel und 1,8 Gewichts-% Mangan mit einer
Dicke von 0,2 mm aufzurauhen. Die Ergebnisse wurden anhand von REM-(Rasterelektronenmikroskop)-Fotographien
(mit einem Durchmesservergrößerungsfaktor
von 2000) beurteilt.
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Die
Oberfläche
einer Probe 1 wurde mechanisch poliert, und zwar mit einem ungewebten
Stoff #320. Die Oberfläche
war nicht aufgerauht, obwohl eine geringe Menge an Säumen auf
der Oberfläche
ausgebildet ist.
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Die
Oberfläche
einer Probe 2 wurde unter Verwendung von Chromsäure elektrolytisch poliert. Ähnlich wie
bei der Probe 1 war die Oberfläche
der Kupfer-Nickel-Legierungsplatte nicht aufgerauht.
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Die
Oberfläche
einer Probe 3 wurde mittels eines Salpretigsäureätzmittels behandelt. Eine geringe Menge
an Säumen
war auf der Oberfläche
erkennbar.
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Die
Oberfläche
einer Probe 4 wurde mittels eines Salzsäureätzmittels behandelt. Die Oberfläche war nicht
aufgerauht.
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Die
Oberfläche
einer Probe 5 wurde durch Bestrahlen mittels eines organischen Säureätzmittels
auf der Basis von Ameisensäure
bei einem Strahldruck von 0,15 MPa und einer Temperatur von 35°C aufgerauht. Hohlräume mit
einer Tiefe von etlichen μm
wurden dabei längs
der Korngrenzen der Kupfer-Nickel-Legierung ausgebildet.
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Wie
oben angegeben, kann die Oberfläche
der Kupfer-Nickel-Legierung gemäß der Erfindung
durch elektrolytisches Polieren unter Verwendung von Chromsäure oder
durch Ätzen
unter Verwendung von Salpetrigsäure
oder Salzsäure,
d.h. einem herkömmlichen
Verfahren, nicht ausreichend aufgerauht werden. Gemäß der Erfindung
können
dagegen die Korngrenzen der Kupfer-Nickel-Legierung durch Aufrauhen mittels des
organischen Säureätzmittels
zur Bildung von Hohlräumen
geätzt
werden.
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Als
nächstes
wurden jeweils eine Widerstandsplatte aus einer Kupfer-Nickel-Legierung
mit einer Breite von 150 mm, einer Länge von 500 mm und einer Dicke
von 0,2 mm, die auf die obigen Weisen behandelt bzw. aufgerauht
worden waren, und eine Aluminiumplatte mit einer Dicke von 2 mm
unter Zwischenlage eines Epoxyharzisoliermaterials mit einem SiO2-Füllstoff
aufeinandergeschichtet. Das Isoliermaterial war Bisphenol-A-Epoxyharz
mit 80 Gewichts-% SiO2-Füllstoff.
Die Widerstandsplatte wurde unter Verwendung einer Heißpresse
für die
Dauer von 60 min bei einer Temperatur von 180°C und einem Druck von 4,9 MPa
mit dem Isoliermaterial verbunden. Die Isoliermaterialschicht besaß eine Dicke
von 125 μm.
Nachdem die Isoliermaterialschicht vollständig ausgehärtet war, wurde die aufgeschichtete
Widerstandsplatte durch Eisenchlorid auf die Größe 10 mal 10 mm geätzt.
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Ein
Werkzeug zur Messung der Zugfestigkeit wurde mit der laminierten
Platte verlötet,
und ein Zugtester bewertete die Zugfestigkeit. Die Haftfestigkeit
der Proben 1 bis 3 betrug nur 160 N/cm2,
während
diejenige der Probe 5 immerhin 654 N/cm2 betrug.
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Beispiel 2
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Die
Durchbruchspannung der laminierten Platte, die im Beispiel 1 hergestellt
wurde, wurde für
verschiedene Dicken der Harzisolierschicht 3 gemessen.
Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Messung. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich,
kann die dielektrische Festigkeit (Durchbruchspannung), die für den Widerstand
erforderlich ist, realisiert werden, wenn die Harzisolierschicht 3 eine
Dicke von 50 μm
oder mehr aufweist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht
die Verwendung der Widerstandsplatte aus einer Kupfer-Nickel-Legierung
den Einsatz eines Widerstands für
einen Stromrichter, etwa einen Wechselrichter. Die vorliegende Erfindung
schafft einen Strommeßwiderstand
hoher Genauigkeit, dessen Widerstandswert sich bei Temperaturänderungen
nicht stark ändert.
Die Oberfläche
der Kupfer-Nickel-Legierung ist mittels eines organischen Säureätzmittels
aufgerauht, um dadurch die Haftfestigkeit zwischen der Legierung
und der Harzisolierschicht zu verbessern, die eine große Menge
an anorganischem Füllstoff
enthält.
Die Verwendung einer Harzisolierschicht mit einer großen Menge
an anorganischem Füllstoff
führt zu
einem Widerstand mit sehr guter Wärmeableiteigenschaft und dielektrischer
Festigkeit.
