DE19780905C2

DE19780905C2 - Widerstand und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE19780905C2
Application number: DE19780905T
Authority: DE
Inventors: Tatsuki Hirano
Original assignee: Kamaya Electric Co Ltd
Current assignee: Kamaya Electric Co Ltd
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1997-08-26
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2017-08-27
Also published as: WO1998009298A1; GB2321558A; DE19780905T1; GB2321558B; JP2896996B2; GB9807983D0; JPH1070001A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Widerstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Widerstandes.

Überlaststrom-Schutzschaltkreise werden in Elektronikgeräte kleiner Bau größe heutzutage mit Widerständen mit niedrigem Widerstandswert versehen. Dafür sind beispielsweise Widerstände auf einem isolierenden Substrat bekannt, die durch Vakuumabscheidung oder Sputtern hergestellt werden und bis auf die Anschluss kontakte mit einem Schutzfilm abgedeckt sind. Die Anschlusskontakte werden ge eignet beschichtet. Es sind auch Widerstände bekannt, bei denen eine Widerstands metallfolie auf einem isolierenden Substrat mit einem Klebstoff befestigt, durch Photolithographie strukturiert, mit einer Schutzbeschichtung versehen und mit Elektroden kontaktiert wird. Der zur Herstellung nötige Vakuumprozess beim Ab scheiden oder Sputtern erschwert die Produktion. Das Befestigen der Widerstands metallfolie auf dem isolierenden Substrat mittels eines Klebstoffes muss in der Re gel manuell ausgeführt werden, was die gleichmäßige Haftung der Widerstandsfolie herabsetzt und somit die Produktausbeute vermindert.

Soll nur die Produktausbeute bei der Herstellung des Widerstandsfilms ge steigert werden, kann der Widerstand aus einer gewöhnlichen Widerstandspaste, wie z. B. Pd-Ag oder Pd-Ag-RuO₂-Paste, durch Siebdruck aufgebracht werden, was gegenwärtig eines der Verfahren mit höchster Ausbeute ist. Wird der Widerstand durch Siebdruck aus nur einem einzigen Material hergestellt, kann ein Schichtwi derstandswert von beispielsweise unter 100 mΩ/ oder weniger nur schwer erreicht werden. Deshalb ist dieses Verfahren zum Herstellen eines SMD-Widerstandes, der einen Überlaststrom sehr genau feststellen können soll, nicht geeignet.

Zur einfachen Herstellung eines Widerstandes mit niedrigem Widerstands wert ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem die Widerstandsschicht aus einer elektrisch leitenden Paste gebildet wird, die Glaspulver enthält. Obwohl versucht wurde, den Widerstandskoeffizienten (TCR) eines solchen Widerstandes beispiels weise unter 500 ppm/°C zu senken, wurde ein so geringer TCR für SMD-Wider stände aus einer elektrisch leitfähigen Schicht, die Glaspulver enthält, noch nicht erreicht.

Aus der DE 41 36 198 A1 ist ein Widerstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Bei diesem vorbekannten Widerstand besteht die untere Wi derstandsschicht mit dem größeren Widerstand aus NiCr und die obere Wider standsschicht mit niedrigerem Schichtwiderstand aus WTi. Der vorbekannte Wider stand wird insbesondere zur Herstellung von Hybridschaltungen für den Mikrowel lenbereich eingesetzt.

Dem gegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ei nen Widerstand der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung so wei terzubilden, dass er bei möglichst einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit zum präzisen Detektieren eines Überlaststromes eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch einen Widerstand gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines derartigen Widerstandes ergibt sich aus Anspruch 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Für den erfindungsgemäßen Widerstand ist es von Bedeutung, dass der Wi derstand auf dem isolierenden Substrat aus zwei Schichten besteht, einer unteren Widerstandsschicht auf dem isolierenden Substrat und einer oberen Widerstands schicht auf der unteren, und dass die obere Widerstandsschicht einen niedrigeren Schichtwiderstand hat als die untere. Die untere Widerstandsschicht ist eine Pd-Ag- Schicht oder Pd-Ag-RuO₂-Schicht, welche beide sehr kostengünstig sind. Die Dicke der unteren Widerstandsschicht liegt vorzugsweise zwischen 5 und 15 µm. Die obere Widerstandsschicht ist eine Schicht aus Ni, Ni-P, Ni-Cu-P, Ni-W-P, Ni-Cr-P oder Ni-Re-P. Die Dicke der oberen Widerstandsschicht liegt vorzugsweise zwi schen 1 und 5 µm. Mit zwei solchen Widerstandsschichten, die einen unterschiedli chen Schichtwiderstand aufweisen, können die gewünschten niedrigen Wider standswerte leicht erreicht werden. Üblicherweise ist ein Widerstandswert von unter 100 mΩ/, vorzugsweise 22 bis 47 mΩ/, erreichbar. Dadurch kann der Widerstand in einem Überlaststrom-Schutzschaltkreis eines elektronischen Gerätes kompakter Größe sehr gut eingesetzt werden. Beide Schichtwiderstände sind direkt mit zwei Anschlusselektroden auf dem isolierenden Substrat verbunden.

Um einen Überlaststrom besonders genau festzustellen, ist es bevorzugt, dass der Temperaturkoeffizient (TCR) der Schichtwiderstände niedrig ist, vorzugsweise nicht über 300 ppm/°C, besonders bevorzugt zwischen 0 und 250 ppm/°C. Ein solch geringer TCR wird dann erhalten, wenn Material oder Dicke beider Widerstands schichten geeignet ausgewählt werden. Dabei ist zu bevorzugen, dass der TCR der oberen Widerstandsschicht geringer ist als der TCR der unteren Widerstandsschicht.

Weiter ist bevorzugt, die obere Widerstandsschicht vollständig über der unte ren Widerstandsschicht vorzusehen, um den Widerstandswert herabzusetzen, ohne den TCR der Widerstandsschichten groß zu verändern. Zur Herstellung eines kos tengünstigen Widerstandes, der einen Überlaststrom besonders genau feststellen kann, wird die untere Widerstandsschicht vorzugsweise aus einem Pd-Ag-haltigen Material und die obere Widerstandsschicht aus einem Ni-haltigen Material herge stellt.

Der Widerstand hat zwei Anschlusskontakte mit je einer Kontaktierung und üblicherweise je einem Außenanschluss. Darüber hinaus kann die obere Wider standsschicht mit einer Schutzschicht aus einem Epoxyharz o. ä. abgedeckt werden.

Das erfindungsgemäße Herstellverfahren erlaubt eine einfache Herstellung des Widerstandes durch Siebdruck und galvanische oder autokatalytische Abschei dung bei hoher Ausbeute.

Erfindungsgemäß werden zuerst in einem Schritt (a) durch Siebdruck zwei Kontaktierungen auf einem isolierenden Substrat aufgebracht. Im Schritt (a) kann eine bekannte Kontaktierungspaste auf dem isolierenden Substrat durch Siebdruck in einer vorbestimmten Struktur aufgebracht und anschließend gebrannt werden.

In einem zweiten Schritt (b) wird die untere Widerstandsbeschichtung auf dem isolierenden Substrat durch Siebdruck so aufgebracht, daß sie mit den Kontak tierungen aus Schritt (a) in Verbindung steht. Im Schritt (b) kann das Material der unteren Widerstandsschicht, z. B. eine Pd-Ag- oder eine Pd-Ag-RuO₂-Paste durch einen Siebdruck auf dem isolierenden Substrat in einem vorbestimmten Muster so aufgebracht werden, daß sie zwischen den Kontaktierungen liegt und mit diesen in Verbindung steht. Anschließend wird die aufgebrachte Paste gebrannt.

Als nächstes wird in einem Schritt (c) die obere Widerstandsschicht auf der unteren galvanisch so aufgebracht, daß die obere Widerstandsschicht mit den in Schritt (a) aufgebrachten Kontaktierungen verbunden ist. Die obere Widerstands schicht hat einen niedrigeren Schichtwiderstand als die untere Widerstandsschicht. Im Schritt (c) kann für die obere Widerstandsschicht ein Material aufgebracht wer den, das beispielsweise der oberen Widerstandsschicht einen niedrigeren Schichtwi derstandswert und vorzugsweise einen niedrigeren TCR verleiht als die untere Schicht aufweist. Ein solches Metall kann Ni, Ni-P, Ni-Cu-P, Ni-W-P, Ni-Cr-P oder Ni-Re-P sein. Es wird auf die untere Widerstandsschicht galvanisch oder autokata lytisch in einem vorbestimmten Muster, vorzugsweise vollständig über der unteren Widerstandsschicht, so aufgebracht, daß es sich zwischen den Kontaktierungen er streckt und mit diesen verbunden ist. Wird die obere Widerstandsschicht autokata lytisch aufgebracht, wird das Vorbehandlungsmittel vorzugsweise mit einer aktivie renden, starken Säure (pH 1 oder geringer), z. B. einer Palladiumchloridlösung, ent fernt. Der Einsatz einer solchen aktivierenden, starken Säure kann den TCR der Wi derstandsschicht anheben und den Widerstandswert der Widerstandsschicht hinsichtlich Überlaststrom herabsetzen. Die autokatalytische Beschichtung ohne Akti vierungslösung kann beispielsweise durch negative Aufladung der unteren Wider standsschicht mittels eines galvanischen Prozesses durchgeführt werden, um die negative Ladung als Initiator für die autokatalytische Reaktion auszunutzen.

Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren können optionale Schritte, wie z. B. Aufbringen einer Schutzbeschichtung, Bilden der Anschlußkontakte oder galvanisches Aufbringen von Kontaktierungen zusätzlich zu obigen Schritten durch geführt werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der Zeichnung detaillierter be schrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines SMD-Widerstandes (chip resistor) mit niedrigem Widerstand.

Der Widerstand in Fig. 1 besteht aus einem Substrat 11 aus einer Aluminium oxidkeramik, einer unteren Widerstandsschicht 11 aus Pd-Ag, einer oberen Wider standsschicht 13 aus Ni-Cu-P, Deck- und Rückseiten-Silberkontaktierungen 14, 15 sowie Außenanschlüssen 17, mit Anschlußbeschichtungen 18 sowie einer Schutz schicht 16.

Die untere Widerstandsschicht 12 ist auf dem isolierenden Substrat 11 so vorgesehen, daß sie die beiden Deckkontaktierungen 14 kontaktiert. Die obere Wi derstandsschicht 13 hat einen niedrigeren Schichtwiderstand und geringeren TCR als die untere Widerstandsschicht 12 und ist über der gesamten Oberfläche der unte ren Widerstandsschicht 12 vorgesehen. Sie kontaktiert die beiden Deckkontaktie rungen 14.

Die Außenanschlüsse 17 sind in Fig. 1 am linken und rechten Ende des iso lierenden Substrates 11 vorgesehen und kontaktieren die freien Kontaktflächen der Deck- und Rückseitenkontaktierungen 14, 15 sowie der oberen Widerstandsschicht 13 und decken diese ab. Die Schutzbeschichtung 16 ist auf der oberen Widerstands schicht 13 vorgesehen. Die Anschlußbeschichtungen 18 sind auf einem freiliegen den Teil der oberen Widerstandsschicht 13 aufgalvanisiert, der nicht von der Schutzschicht 16, der Rückenseitenkontaktierung 15 oder dem Außenanschluß 17 abgedeckt ist.

Zur Herstellung dieses SMD-Widerstandes wird zuerst eine Ag-Paste auf der Aluminiumoxidkeramik des Substrates 11 durch Siebdruck in einem vorbestimmten Muster aufgebracht und gebrannt, um zwei Deckkontaktierungen 14 zu bilden. Da nach wird eine Pd-Ag-Paste auf dem isolierenden Substrat 11 durch Siebdruck so aufgebracht, daß sie sich zwischen den Ag-Deckkontaktierungen 14 erstreckt. An schließend wird die Paste zur unteren Widerstandsschicht 12 gebrannt. Nun wird die untere Widerstandsschicht 12 mit einer Ni-Cu-P-Material autokatalytisch beschich tet, und so die obere Widerstandsschicht 13 gebildet, die einen niedrigeren Schicht widerstand als die untere Widerstandsschicht 12 hat. Anschließend werden die Ag- Rückseitenkontaktierungen 15 und die Schutzschicht 16 durch Siebdruck und an schließendes Brennen hergestellt. Anschließend werden die Außenanschlüsse 17 durch Aufbringen und Brennen eines Kontaktierungsmaterials hergestellt. Schließ lich wird ein Kontaktierungsmaterial als Anschlußbeschichtung 18 auf den Ag- Rückseitenkontaktierungen 15, den Außenanschlüssen 17 und dem freiliegenden Teil der oberen Widerstandsschicht 13 aufgebracht und damit die Herstellung des SMD-Widerstandes abgeschlossen.

Die obere Widerstandsschicht 13 aus Ni-Cu-P-Material auf der unteren Wi derstandsschicht 12 aus Pd-Ag-Material, die autokatalytisch aufgebracht wird, kann durch eine galvanisch aufgebrachte obere Widerstandsschicht mit einem nickelhal tigen Material, z. B. Ni, Ni-P, Ni-Cu-P, Ni-W-P, Ni-Cr-P oder Ni-Re-P, ersetzt wer den.

In dieser Ausführungsform haben die Widerstandsschichten einen Wider standswert von 33 mΩ, 22 mΩ oder geringer bei einer SMD-Größe von 3,2 mm × 2,5 mm. Darüber hinaus liegt der TCR der Widerstandsbeschichtungen nicht über 300 ppm/°C.

Claims

1. Widerstand mit:
einem isolierenden Substrat (11),
Widerstandsschichten (12, 13) auf dem isolierenden Substrat (11) und
einem Paar Kontaktierungen (14, 15), die jeweils eine Deckkontaktierung (14) aufweisen,
wobei die Widerstandsschichten (12, 13) bestehen aus:
einer unteren Widerstandschicht (12), die mit den Deckkontaktierun gen (14) verbunden ist und auf dem isolierenden Substrat (11) liegt, und
einer mit den Deckkontaktierungen (14) verbundenen oberen Wider standsschicht (13) auf der unteren Widerstandsschicht (12),
wobei der Schichtwiderstandswert der oberen Widerstandsschicht (13) niedriger ist als der der unteren Widerstandsschicht (12),
dadurch gekennzeichnet, dass die untere Widerstandsschicht (12) aus einer Pd-Ag Schicht oder einer Pd-Ag-RuO₂ Schicht besteht und die obere Widerstands schicht aus einer Ni, Ni-P, Ni-Cu-P, Ni-W-P, Ni-Cr-P oder Ni-Re-P Schicht besteht.

2. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtwiderstand der Widerstandsschichten (12, 13) nicht über 100 mΩ/ liegt.

3. Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtwiderstandswert der Widerstandsschichten (12, 13) zwischen 22 und 47 mΩ/ liegt.

4. Widerstand nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass der Temperaturkoeffizient (TCR) der Widerstandsschichten (12, 13) nicht über 300 ppm/°C liegt.

5. Widerstand nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass eine Schutzschicht (16) auf der oberen Widerstandsschicht (13) vorgese hen ist.

6. Verfahren zum Herstellen des Widerstandes nach Anspruch 1, das fol gende Schritte aufweist:

a) Aufbringen zweier Deckkontaktierungen (14) auf einem isolierenden Substrat (11) mittels Siebdruck,
b) Aufbringen einer unteren Widerstandsschicht (12) auf dem isolierenden Substrat (11) mittels Siebdruck so, dass die untere Widerstandsschicht (12) die Deckkontaktierungen (14) kontaktiert, und
c) galvanisches oder autokatalytisches Aufbringen einer oberen Widerstandsschicht (13) auf der unteren Widerstandsschicht (12) so, dass die obere Widerstandsschicht (13) die Deckkontaktierungen (14) kontaktiert, wobei der Schichtwiderstandswert der oberen Widerstandsschicht (13) niedriger ist als der der unteren Widerstandsschicht (12),

wobei als untere Widerstandsschicht (12) eine Pd-Ag Schicht oder Pd-Ag- RuO₂ Schicht und als obere Widerstandsschicht eine Ni, Ni-P, Ni-Cu-P, Ni-W-P, Ni-Cr-P oder Ni-Re-P Schicht verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem autokatalytischen Aufbringen der oberen Widerstandsschicht (13) die Oberfläche der unteren Widerstandsschicht (12) negativ aufgeladen wird.