DE910185C

DE910185C - Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Widerstandes aus Metall

Info

Publication number: DE910185C
Application number: DEV3517A
Authority: DE
Inventors: Jaime Jose Francisco Aragones; Charles Devaud
Original assignee: Voltohm Processes Ltd
Current assignee: Voltohm Processes Ltd
Priority date: 1950-07-13
Filing date: 1951-06-30
Publication date: 1954-04-29
Also published as: BE504430A; US2712521A; CH295509A; FR1046649A; LU30852A1

Description

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Widerstandes aus Metall In der Technik besteht häufig Bedarf an elektrischen Widerständen sehr geringer Dicke, vor allem in Geräten, bei denen man metallische Widerstände verwendet, deren Widerstand sich ändert, wenn man sie in ein quer zur Meßrichtung des Widerstandes verlaufendes magnetisches Feld taucht.
Von den bekannten Metallen ergibt Wismut die stärksten Widerstandsveränderungen für eine gegebene Anderung des magnetischen Feldes, in welches man das Metall bringt. Zur Ausnutzung dieser besonderen Eigenschaft hat man bisher Widerstände aus Wismutdrähten hergestellt; ihre Fabrikation ist aber langwierig, kostspielig und heikel. Außerdem zeigen die in dieser Weise hergestellten Widerstände sehr kleine Werte und sind ziemlich dick. Es ist praktisch unmöglich, Wismutdrähte zu erzeugen, deren Durchmesser unter o,o8 mm liegt, weil dieses Metall äußerst brüchig ist und seine mechanische Widerstandsfähigkeit praktisch gleich Null gesetzt werden muß. Es ist deshalb notwendig, die Wismutdrähte, deren Preis sehr hoch liegt, auf einem festen Träger anzu, bringen, der notwendigerweise eine gewisse Dicke aufweist.
Da Widerstände der genannten Art im Luftspalt eines magnetischen Kernes angeordnet werden, ist es notwendig, daß dieser Luftspalt so klein als möglich gehalten wird, um ein Feld hinreichender Stärke zu erhalten.
Nun kann man zwar sehr dünne Widerstände dadurch herstellen, daß man auf einem isolierenden Träger durch Zerstäuben im Vakuum einen metallischen Niederschlag erzeugt. Indessen lassen sich durch dieses Verfahren nur Niederschläge erzeugen, deren Dicke von der Größenordnung eines Mikrons ist. Da diese Stärke im allgemeinen für die üblichen Verwendungszwecke zu gering ist, ergibt sich die Notwendigkeit, den Niederschlag mehrere Male zu wiederholen, bis die gewünschte Dicke erreicht ist, ein Vorgang, durch den die Kosten des Widerstandes natürlich merklich gesteigert «-erden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Widerstände aus Metall, mit dem man die beschriebenen Schwierigkeiten beseitigen kann. Dieses neue Verfahren besteht darin, daß man auf einem leitenden Träger eine Schicht des in Betracht kommenden Metalls elektrolytisch niederschlägt, dann auf den elektrolytischen Niederschlag eine dünne, isolierende Tragschicht .aufbringt und anschließend den ursprünglichen leitenden Träger mindestens zum Teil mit Hilfe eines chemischen Mittels auflöst, das weder den elektrolytischen Niederschlag noch die isolierende Tragschicht angreift.
Die Zeichnung veranschaulicht beispielhaft einen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren herzuzustellenden Widerstand in verschiedenen Stadien seiner Erzeugung.
Fig. i ist eine Seitenansicht des Widerstandes im Laufe der Herstellung; Fig. = ist ein Schnitt nach Linie 1-I der Fig. i; Fig. 3 bis 6 zeigen, ebenfalls im Schnitt, verschiedene Stadien des Herstellungsverfahrens; Fig. 7 und 8 zeigen im Schnitt zwei Widerstände im Zuge ihrer Herstellung nach etwas variierterem Verfahren; Fig. 9 veranschaulicht schaubildlich. einen zylindrischen Widerstand; Fig. io ist ein Schnitt nach Linie X-X der Fig.9; Fig. i i zeigt, schaubildlich einen zylindrischen Widerstand, der praktisch keine Selbstinduktion aufweist.
Die Fig. i und a veranschaulichen schematisch eine Kupferplatte i ; auf einem Teil derselben ist eine Schicht 2 aus einem isolierenden Lack angebracht, um an diesen Stellen elektrolytische Niederschläge zu verhüten. Wie man aus Fig. i ersieht, ist die Lackschicht so .angeordnet, daß nur ein mäanderförmiger Streifen frei bleibt. Auf die so präparierte Platte wird elektrolytisch Wismut niedergeschlagen, und zwar in einer Stärke, die durch die Dauer des elektrolytischen Vorganges und durch die Stromdichte bestimmt wird. Das Wismut wird nur dort niedergeschlagen, wo die Platte nicht mit dem isolierenden Lack bedeckt ist, und bildet demgemäß ein zusammenhängendes, der Kupferplatte fest anhaftendes Band 3 (vgl. auch Fig. 3).
:Nach dem Galvanisierungsvorgang bedeckt man die Platte i auf der Seite, die den elektrolytischen Niederschlag erhalten hat, mit einer oder mehreren Lackschichten 4, die nach dem Erhärten einen dünnen, isolierenden Träger bilden (Fig.5). Anschließend trägt man die auf dem Rücken der Kupferplatte befindliche Schutzschicht 2 ab und löst die Kupferplatte selbst mit Hilfe eines chemischen Produktes oder eines Gemisches solcher Produkte auf, die weder das Wismut noch den isolierenden Träger 4 angreifen.
Es ist zweckmäßig, während des Auflösungsvorganges einen Teil der Kupferplatte an den Enden des Wismutbandes so zu schützen, daß an diesen Stellen das Kupfer nicht aufgelöst wird, sondern im fertigen Widerstand als Anschlußklemme 6 benutzt werden kann.
Auf die geschilderte Weise erhält man einen Widerstand, der aus einem dünnen, fest auf einem isolierenden Träger haftenden Wismutband besteht und an seinen Enden Kontaktstücke 6 aus Kupfer aufweist. Um das Wismutband 3 gegen Luft und auch mechanisch zu schützen, kann man .auf ihm noch eine oder mehrere isolierende Lackschichten 5 anbringen. Dias Wismutband ist auf diese Weise zwischen zwei isolierenden Trägern eingeschlossen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich flache Widerstände von sehr geringer Stärke erzielen, z. B. solche unter o, i mm. Die Dicke des Wismutbandes kann zwischen o,oo5 und 0,2 mm liegen, während seine Breite unter o, i mm liegen kann. Auf diese Weise wird es möglich, Widerstände von mehreren zehntausendstel Ohm zu schaffen, deren Form beispielsweise ein Rechteck von 2 cm Höhe und 5 cm Länge darstellt. Wenn man einen verhältnismäßig dicken. elektrolytischen Niederschlag von im wesentlichen rechtwinkliger Form erzeugt, lassen sich Widerstände im Bereiche von o, i Ohm herstellen.
Naturgemäß lassen sich auch andere Werkstoffe als die vorenvähnten verwenden. Insbesondere könnte das Wismut durch eine Wismutlegierung oder auch durch Tellur oder Antimon bzw. durch jeden anderen Körper ersetzt werden, der die gleichen Charakteristiken aufweist, d. h. dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von einem magnetischen Feld ändert.
Auch ließe sich das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil bei anderen Metallen anwenden, deren Widerstand sich zwar nicht im wesentlichen in Funktion eines magnetischen Feldes ändert, bei denen es aber erwünscht wäre, einen sehr flachen Widerstand oder einen solchen von bestimmter geometrischer Form zu erzielen. Insbesondere wäre es leicht, mit -dem erfindungsgemäßen Verfahren Widerstände in Form eines Hohlzylinders zu erhalten, bei denen der elektrolytische Niederschlag auf dem Außenmantel oder Innenmantel eines leitenden Zylinders hergestellt wird, der anschließend aufgelöst wird.
Fig. 9 zeigt einen zylindrischen Widerstand dieser Art. Der Zylinder ¢, der aus einem Lack besteht, stellt den Träger des Widerstandsbandes 3 dar. Die Enden des letzteren bestehen aus Kupferkontakten, die wiederum aus nicht aufgelösten Teilen desjenigen Kupferzylinders bestehen, der beim elektrolytischen Niederschlag als metallische Unterlage gedient hat.
Fig. io ist ein Schnitt nach Linie X-X der Fig. 9 und zeigt die Anordnung eines der Kupferkontakte 6, des Widerstandsbandes 3 und des Trägers 4 aus einem polymerisierbaren Lack.
Fig. i i veranschaulicht einen der Fig. 9 analogen Widerstand, bei dem allerdings das metallische Band derart angeordnet ist, daß es eine Doppelspirale darstellt, deren Enden an einer Seite leitend miteinander verbunden sind und die demgemäß praktisch keine Selbstinduktion besitzt.
Die zylindrischen Widerstände werden durch das gleiche Verfahren wie bei den beschriebenen ebenen Widerständen hergestellt, und es ist klar, daß allci Verfahrensvarianten, die oben für ebene Widerstände beschrieben wurden, auch für zylindrische Wider s.ände Geltung haben.
Der elektrolytische Niederschlag läßt sich leicht erzielen, wenn das Lösungspotential des die leitende Platte bildenden Metalls niedriger als dasjenige des. Wismuts ist. Besäße jedoch das leitende Metall ein höheres Lösungspotential als das Wismut, so müßte man die Oberfläche, auf welcher der Niederschlag erzeugt wird, mit einem Metall bedecken, dessen Lösungspotential geringer als dasjenige des Wismuts ist, etwa mit Kupfer oder Silber.
Ein Abänderungsform dieses Verfahrens besteht darin, daß man zunächst die elektrolytische Schicht auf einem bloßen metallischen Träger niederschlägt, dann davon den Niederschlag teilweise durch mechanische Mittel (Fräser, Stichel, Vorreißer) oder durch chemische Mittel, z. B. Säuren, abnimmt, damit auf dem metallischen Support schließlich nur ein Band gewünschter Form des elektrolytischen Niederschlages verbleibt.
Fig. a veranschaulicht im Schnitt eine Kupferplatte, deren eilte Seite mit einem Lacküberzu,gi versehen wurde, um einen elektrolytischen Niederschlag zu verhindern, während die andere Seite mit einem solchen Niederschlag versehen wurde, von dem dann mechanisch bestimmte Teile abgetragen wurden, um die gewünschte Form zu erzielen.
In dem vorerwähnten Fall eines zylindrischen Widerstandes ist es leicht, den Niederschlag mit Hilfe einer Drehbank oder jeder anderen Maschine oder eines entsprechenden Werkzeuges abzutragen, indem man in ihn eine Schraubenlinie einarbeitet und so auch dem stehenbleibenden Material die Form eines spiralförmigen Bandes gibt. Vorzugsweise verwendet man für den Lack, der auf den elektrolytischen Niederschlag aufgetragen wird und seinen Träger bildet, einen solchen aus einem polymerisierbaren, synthetischen Harz, den man an der Luft trocknet, ehe man ihn bei hohen Temperaturen; polymerisiert.
Eine weitere Abänderungsform ,könnte darin bestehen, daß man den leitenden Support aus einem löslichen, nichtmetallischen Material herstellt, das teilweise metallisiert wird. Ein solcher isolierender Träger könnte beispielsweise aus Cellulose, Celluloseaoetat, Polystyrol usw. bestehen. Die Metallisierun;g läßt sich dabei durch verschiedene Verfahren erzielen, z. B. mittels einer Spritzpistole oder chemischer Reduktion, oder durch Bestäubung im Vakuum, durch kathodischen Niederschlag od. dgl. Im Fall der Verwendung einer Spritzpistole oder einer Vakuumverdampfung könnte eine Abdeckung oder Schablone benutzt werden, damit die metallisierte Fläche bereits diejenige Form hat, die man dem elektrolytischen Niederschlag geben will. Es ist also nicht mehr notwendig, die Oberfläche des Trägers an den Stellen zu lackieren, an denen kein Niederschlag erfolgen soll. Nach der Galvanisierung wird der Niederschlag mit einem Lack abgedeckt, der später den isolierenden. Träger des Widerstandes bildet. Hierauf wird der nichtmetallische Träger ,mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels, etwa mit Aceton, aufgelöst. Schließlich löst man auch die metallische Schicht auf, die dazu gedient hat, den Träger leitend zu machen. Dies kann mit Chemikalien erfolgen, die das Wismut und den als Träger dienenden Lack nicht angreifen.
Die Metallisierung des ursprünglich benutzten Hilfsträgers kann sich auch auf die ganze Fläche des isolierenden Supportes erstrecken, und die gewünschte Form des elektrolytischen Niederschlages kann durch die früher angegebenen Mittel erzielt werden, sei es, daß man auf Teile des Supportes einen Schutzlack aufbringt, der den Niederschlag nicht annimmt, sei es, daß man ei en gleichmäßigen Niederschlag erzeugt, von dem anschließend bestimmte Teile durch chemische oder mechanische Mittel wieder abgetragen werden.
Fig.8 stellt einen schematischen Schnitt eines solchen Widerstandes während seiner Herstellung dar. Man sieht aus dieser Figur den nichtmetallischen Träger 7, seine metallische Schicht 8, den. elektrolytischen Niederschlag 3 und die polymerisierbare Lackschicht q.
Fig. 7 zeigt vergleichsweise einen Widerstand, der unmittelbar durch elektrolytischen Niederschlag 3 auf einer Kupferplatte i erzeugt ist. Der Niederschlag ist wiederum mit einer podymerisierbaren Lackschicht q. überzogen.
Um den nichtleitenden Hilfsträger zu metallisieren, kann man jedes Metall verwenden, auf dem sich in geeigneter Weise ein elektrolytischer Niederschlag aus demjenigen Metall erzeugen läßt, aus dem der Widerstand bestehen soll. So ließe sich beispielsweise Silber verwenden, das man durch chemische Reduktion aufbringt, oder Kupfer, das mittels der Pistole aufgetragen wird. Wenn der Widerstand aus Wismut bestehen soll, ist es vorteilhaft, den nichtleitenden Hilfsträger mit Wismut zu metallisieren, das man durch Vakuumverdampfung aufbringt. Auf diese Weise wird es entbehrlich, das auf den Träger aufgebrachte Metall wieder aufzulösen. Es genügt vielmehr, den nichtmetallischen Träger zu beseitigen.
In allen Fällen ist es vorteilhaft, ein Bad zu benutzen, das einen sehr feinkörnigen, elektrolytischen Überzug ergibt. So erweist sich beispielsweise für die Niederschlagung von Wismut ein Bad aus Perchlorsäure unter Zusatz von Kolloiden als sehr brauchbar.
Was den isolierenden Träger betrifft, den man auf den Niederschlag aufbringt, so kann dieser von beliebiger Natur sein, z. B. aus Glimmer, Porzellan, Emaille, Cellulose usw. bestehen. Um allerdings einen Support zu erhalten, der hinreichend dünn und widerstandsfähig ist, erweist es sich als vorteilhaft, ihn aus der Klasse der plastischen, synthetischen Stoffe, z. B. Vinyl-, Phenol-, Acrylharze, Harze auf Kieselsäure-, Harnstoff- und Styrolbasis usw., zu wählen.
Ausführungsbeispiel für die Herstellung eines Wismutwiderstandes von i 50o Ohm Man nimmt eine Kupferfolie von o, i mm Dicke, 7o nun Länge und 3o mm Höhe. Auf diese Folie wird ein Muster in der oben beschriebenen Weise mit zSmm Seitenlänge aufgebracht. Dann deckt man die andere Seite der Folie völlig mit einem Lack ab,. Der Träger wird dann. sorgfältig entfettet und in ein galvanisches Bad getaucht, dessen Zusammensetzung die folgende ist: q.09%1 WismUtcarbonat, ioo gjl einer 60%igen Perchlorsäure, o, i geil starker Leim. Das Bad hat eine Temperatur von q.0° C. Die Elektrolyse dauert 15 Minuten bei einem Strom von a Amp./dm2.
Das Arbeitsstück wird dann gespült, der Schutzlack abgenommen und die mit Wismut bedeckte Seite mit einer Lackschicht versehen. Das Lösungsmittel des Lackes wird bei 8o' C abgedampft und die Polymerisation während 30 Minuten in einer auf i 8o' erhitzten Kammer bewerkstelligt.
Nach Beendigung dieser Operation schützt man die Enden der Platte mit einem Lack und taucht das ganze Gebilde in eine Lösung, bestehend aus Ammoniak und i o o;`o Trichlor-Ammonium-Acetat. Die Auflösung der Kupferfolie dauert bei einer Temperatur von 35' C i Stunde.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Widerstandes aus Metall, dadurch gekennzeichnet, daß man. eine Schicht dieses Metalls elektrolytisch auf einem leibenden Hilfsträger (i, 7, 8) niederschlägt, darin den Niederschlag (3) :mit :einem dünnen, isolierenden Träger (-4) abdeckt und anschließend den Hilfsträger mindestens teilweise mit Hilfe von Chemikalien auflöst, die weder den elektrolytischen Niederschlag (3) noch den isolierenden Träger (q.) angreifen.
2. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Metalls, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von einem magnetischen Feld ändert, das quer zur Meßrichtung des Widerstandes verläuft.
3. Verfahren mach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des Widerstandes mindestens zum Teil aus Wismut besteht. q..
Verfahren nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Metall mindestens zum Teil aus Tellur besteht.
5. Verfahren nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daB das verwendete Metall mindestens zum Teil aus Antimon besteht.
6. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsträger (i), auf welchem der elektrolytische Niederschlag erfolgt, aus Metall besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsträger, falls sein Metall ein höheres Lösungspotential als Wismut hat, zunächst mit :einer Metallschicht überzogen wird, deren Lösungspotential niedriger als das des Wismuts ist. B.
Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da.ß als Hilfsträger (7, 8) ein nichtmetallisches Material verwendet wird, das mindestens teilweise mit einer Metallschicht (8) überzogen ist. g.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtmetallischer Hilfsträger(7) ein plastisches Material verwendet wird, das in organischen Lösungsmitteln lösbar ist. i o.
Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Überzug (8) mittels einer Spritzpistole erzeugt wird. i i.
Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Überzug (8) durch Vakuumverdampfung erzeugt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Überzug (8) durch chemische Reduktion erzeugt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische L`berzug (8) durch einen kathodischen Niederschlag erzeugt wird. 1q..
Verfahren nach Anspruch i, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den leitenden Hilfsträger (i, 7, 8) teilweise mit einem Lack (z) überzieht, der .elektrolytische Niederschläge verhindert.
15. Verfahren nach Anspruch i bis 3 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß man den leitenden Hilfsträger (i, 7, 8) mit einem Lack (z) in solcher Form überzieht, daß ein elektrolytischer Niederschlag (3) von Bandform entsteht.
16. Verfahren nach Anspruch i, z und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolytische Niederschlag (3) vor dem Aufbringen des isolierenden Trägers (q.) teilweise mittels mechanischer Mittel abgetragen wird, um dem Niederschlag eine bestimmte Gestalt zu geben.
17. Verfahren nach Anspruch i, a und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolytische Niederschlag (3) vor dem Aufbringen des isolierenden Trägers (¢) teilweise mit Hilfe chemischer Mittel abgelöst wird, um ihm eine bestimmte Gestalt zu geben.
18. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den elektrolytischen Niederschlag (3) ein mit Kolloiden versetztes Perchlorsäurebad verwendet wird, um einen ganz feinkörnigen Niederschlag zu erhalten. i9.
Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den elektrolytischen Niederschlag (3) aufzubringende dünne Isolierträger (q.) aus einem Lack auf der Basis polymerisierbarer, synthetischer Harze besteht. 2o.
Verfahren nach Anspruch i, 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolytische Niederschlag (3) auf einen Hilfsträger (i) aus Kupfer aufgebracht wird.
21. Verfahren nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflösung des Kupferträgers (i) .mittels einer alkalischen Lösung von Trichlor-Anunonium-Acetat vorgenommen wird.
22. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil (6) des metallischen Hilfsträgers (i) gegen die Auflösung schützt, um ihn als elektrische Anschlußklemme für den Widerstand benutzen zu können.
23. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmetallische Hilfsträger (7) nach dem Aufbringen des elektrolytischen Niederschlages mit Hilfe eines organischen Lösungsmittels aufgelöst wird. 2¢.
Verfahren nach Anspruch 8, 9 und 23, d#qdurch gekennzeichnet, daß man einen Teil (6) des dem elektrolytischen Niederschlag (3) anhaftenden Metallüberzuges gegen Auflösung schützt, um ihn als Anschlußklemme für den Widerstand benutzen zu können.
25. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Auflösung des leitenden Hilfsträgers (i, 7, 8) eine zweite Isolierschicht (5) auf den elektrolytischen Niederschlag (3) ,aufbringt, so daß letzterer zwischen zwei isolierenden Trägern luftgeschützt untergebracht ist.