DE1465205B2

DE1465205B2 - RESISTANCE ELEMENT

Info

Publication number: DE1465205B2
Application number: DE19651465205
Authority: DE
Inventors: Vito D. San Diego Calif. Elarde (V.StA.)
Original assignee: Bunker Ramo Corp
Current assignee: Bunker Ramo Corp
Priority date: 1964-08-17
Filing date: 1965-08-16
Publication date: 1972-09-21
Also published as: SE316224B; DE1465205C3; US3353134A; LU49329A1; CH424940A; GB1114052A; IL24169A; DK116605B; FR1513217A; DE1465205A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Widerstandselement aus einem isolierenden Träger mit einer Widerstandsschicht aus einer Nickel und Chrom enthaltenden Legierung und einer auf dieser liegenden Metalldeckschicht sowie dessen Verwendung als Bauelement in Stellwiderständen, insbesondere Potentiometern. The invention relates to a resistance element made of an insulating carrier with a resistance layer made of an alloy containing nickel and chromium and a metal cover layer on top of it and its use as a component in variable resistors, especially potentiometers.

Bisher sind in veränderlichen Widerständen, wie Trimmern, Widerstandselemente mit Widerstandsschichten aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Legierung angewandt worden, die auf einer Unterlage aus Isolationsmaterial angeordnet waren. Die - Nickel-Chrom-Eisen-Legierung ist jedoch der Oxydation unterworfen, wodurch sich zu beanstandende Rauschpegel ergeben. Es ist versucht worden, das Rauschen durch Verwendung von Platin an Stelle der Nickel-Chrom-Eisen-Legierung zu verringern, was jedoch zu schlechten elektrischen Eigenschaften führte. Es wurde auch bereits versucht, das fragliche Problem mittels bestimmter Keramik-Metall-Massen (Cermets) zu lösen, wobei jedoch uneinheitliche und im Vergleich zu Widerstandselementen mit Widerstandsschichten aus Nickel-Chrom-Eisen-Legierung schlechte Ergebnisse erhalten wurden. Deshalb wurden bei Widerstandselementen für Stellwiderstände, insbesondere Trimmer, die für 50 bis 000 Ohm ausgelegt waren, trotz der unbefriedigenden Rauschcharakteristik weiterhin Widerstandsschichten aus Nickel-Chrom-Eisen-Legierung verwendet. So far, in variable resistors, such as trimmers, resistance elements with resistance layers made of a nickel-chromium-iron alloy applied to a base Isolation material were arranged. The - nickel-chromium-iron alloy however, it is subject to oxidation, which results in objectionable noise levels. Tried that Reduce noise by using platinum instead of nickel-chromium-iron alloy, however, this resulted in poor electrical properties. The question in question has already been tried Problem to be solved by means of certain ceramic-metal masses (cermets), although inconsistent and compared to resistance elements with resistance layers made of nickel-chromium-iron alloy poor results were obtained. Therefore, in resistance elements for variable resistors, especially trimmers that were rated for 50 to 000 ohms, despite the unsatisfactory Noise characteristics continue to use resistive layers made of nickel-chromium-iron alloy.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Widerstandselement zu schaffen, bei dem der als störend empfundene hohe Rauschpegel von Widerstandselementen mit einer Widerstandsschicht aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Legierung weitestgehend reduziert ist, ohne daß dadurch die guten elektrischen Eigenschaften dieser Legierungen beeinträchtigt werden, sowie ein Widerstandselement der vorstehend bezeichneten Art zur Verfugung zu stellen, das als Bauelement in Stellwiderständen Verwendung finden kann, die sich sowohl hinsichtlich des thermischen als auch bezüglich des mechanischen Rauschens durch besondere Rauscharmut auszeichnen sollen.The invention is therefore based on the object of creating a resistance element in which the as disturbing perceived high noise level from resistance elements with a resistance layer a nickel-chromium-iron alloy is largely reduced without affecting the good electrical Properties of these alloys are impaired, as well as a resistance element of the type described above to make available, the use as a component in variable resistors that can be found in terms of both thermal and mechanical Should be characterized by a particularly low noise level.

Es wurde nun gefunden, daß sich diese Aufgabe überraschenderweise durch ein Widerstandselement der eingangs bezeichneten Art lösen läßt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Widerstandsschicht aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Legierung und die Metalldeckschicht aus Platin, Rhodium oder Iridium besteht.It has now been found that this object can surprisingly be achieved by a resistance element of the type indicated at the outset can be solved, which is characterized in that the resistance layer made of a nickel-chromium-iron alloy and the metal cover layer made of platinum, rhodium or iridium consists.

Widerstandselemente mit einem konstruktiv ähnlichen Aufbau sind aus der deutschen Auslegeschrift 1 089 861 bekannt. Diese bekannten Widerstandselemente unterscheiden sich jedoch von den Widerstandselementen der Erfindung grundlegend durch die Zusammensetzung der Widerstandsschicht, die aus einer speziellen, eisenfreien Nickel-Chrom-Aluminium-Kupfer-Legierung besteht, sowie durch die Zusammensetzung und den Zweck der Metalldeckschicht, die aus Chrom besteht und den Zweck hat, die Feuchtigkeitsempfindlichkeit dieser bekannten Widerstandselemente zu mindern, ihre Instabilität unter verschiedenen vorkommenden Betriebsbedingungen in wirksamerer und für die Massenfertigung geeigneterer Weise zu beseitigen bzw. zu mindern, als dies durch das bis dahin angewandte Aufdampfen einer Quarzdeckschicht möglich war, wobei insbesondere ein besonders niedriger Temperaturkoeffizient erreicht werden soll. Diese Unterschiede zwischen den aus der deutschen Auslegeschrift 1 089 861 bekannten und den erfindungsgemäßen Widerstandselementen lassen deutlich erkennen, daß die auf den ersten Blick verblüffende Ähnlichkeit des Aufbaus täuscht und die bekannten Metallschichtwiderstände weder eine brauchbare Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe darstellen noch zu der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung dieser Aufgabe anregen konnten.Resistance elements with a structurally similar structure are taken from the German interpretation 1 089 861 known. However, these known resistance elements differ from the resistance elements of the invention fundamentally through the composition of the resistance layer, which is made of a special, iron-free nickel-chromium-aluminum-copper alloy as well as by the composition and purpose of the metal cover layer, which is made of chromium, and the purpose has to reduce the moisture sensitivity of these known resistance elements, their instability under various operating conditions occurring in a more effective and suitable manner for mass production or to reduce it than was possible by the vapor deposition of a quartz cover layer used up to that point, with a particularly lower one Temperature coefficient should be achieved. These differences between those from the German interpretative document 1 089 861 known and the resistance elements according to the invention clearly show that the similarity of the structure, which at first glance is astonishing, and the familiar ones are deceptive Metal film resistors are neither a useful solution to the problem on which the invention is based represent nor could stimulate the solution of this problem proposed according to the invention.

Weiterhin war auch die Verwendung der erfindungsgemäß als Material für die Metalldeckschicht vorgeschlagenen Edelmetalle auf dem Gebiet der Metallschichtwiderstandstechnik an sich bereits unter anderem aus den deutschen Patentschriften 699 113 und 1 080 785 bekannt, denen zu entnehmen ist, daß der Temperaturkoeffizient von Metallschichtwiderständen mit Widerstandsschichten aus Silber-Gold-Legierungen durch Zulegieren von Platin sowie gegebenenfalls kleinen Mengen Rhodium, Palladium und/oder Osmium beträchtlich vermindert werden kann (deutsche Patentschrift 699 113) und daß sich bestimmte, gegebenenfalls ein oder mehrere weitere Platinmetalle, Gold, Silber, Nickel, Kobalt oder Kupfer enthaltende Rhodium-Palladium-Legierungen mit Vorteil als Werkstoff für Kontakte und Potentio-Furthermore, the use was also made according to the invention as a material for the metal cover layer proposed noble metals in the field of metal film resistance technology per se other known from German patents 699 113 and 1 080 785, from which it can be seen that the temperature coefficient of metal film resistors with resistance layers made of silver-gold alloys by adding platinum and, if necessary, small amounts of rhodium, palladium and / or osmium can be reduced considerably (German Patent 699 113) and that certain, optionally one or more other platinum metals, gold, silver, nickel, cobalt or Copper-containing rhodium-palladium alloys with advantage as a material for contacts and potential

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meter verwenden lassen, die eine hohe Schaltsicher- wichtsprozent Nickel, 15 bis 75 Gewichtsprozent heit bei möglichst gleichbleibend niedrigen Über- Chrom und Rest Eisen, d. h. 5 bis 25 Gewichtsgangswiderständen aufweisen sollen (deutsche Patent- prozent, bestehen. Beispiele für geeignete Legieschrift 1 080 785). rungszusammensetzungen in Gewichtsprozent sind:Use meters that have a high switching safety weight percent nickel, 15 to 75 percent by weight unity with a constant low excess of chromium and the remainder iron, d. H. 5 to 25 weight resistance should have (German patent percent, exist. Examples of suitable Legi script 1 080 785). Compositions in percent by weight are:

Die Erfindung wird im folgenden an Hand 5 36 Ni — 48 Cr — 16 Fe, 30 Ni — 63 Cr — 7 Fe,The invention is described below with reference to 5 36 Ni - 48 Cr - 16 Fe, 30 Ni - 63 Cr - 7 Fe,

spezieller Ausführungsformen bzw. -beispiele unter 20 Ni — 75 Cr — 5 Fe und 60 Ni — 16 Cr — 24 Fe.special embodiments or examples under 20 Ni - 75 Cr - 5 Fe and 60 Ni - 16 Cr - 24 Fe.

Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Eine Widerstandsschicht 6, die bei Widerstands-Explained with reference to the drawings. A resistance layer 6, which in the case of resistance

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein erfindungs- elementen mit 20 000 Ohm besonders zufriedengemäßes Widerstandselement; stellende Eigenschaften aufweist, besteht aus 36 % 1 is a plan view of a resistance element which is particularly satisfactory to elements of the invention with 20,000 ohms; has forming properties, consists of 36%

F i g. 2 ist eine Ansicht im Schnitt längs der io Nickel, 48 % Chrom und 16 % Eisen. Für WiderLinie 2-2 nach der Fig. 1, wobei die Dicke der Standselemente mit 500 Ohm ist eine Legierung aus Widerstands- und Metaldeckschicht zwecks deut- 20 °/o Nickel, 75 °/o Chrom und 5 % Eisen als Malicherer Darstellung übertrieben wiedergegeben ist. terial für die Widerstandsschicht 6 besonders günstig.F i g. Figure 2 is a sectional view along the line of nickel, 48% chromium and 16% iron. For WiderLinie 2-2 according to Fig. 1, the thickness of the stand elements with 500 ohms is an alloy Resistance and metal cover layer for the purpose of German 20% nickel, 75% chromium and 5% iron as painters Representation is exaggerated. material for the resistance layer 6 is particularly favorable.

Das in den F i g. 1 und 2 dargestellte typische Die Widerstandsschicht 6 aus Nickel-Chrom-Eisenerfindungsgemäße Widerstandselement weist einen 15 Legierung kann bei einer Dicke von 2000 bis 100 A Träger 1 aus Isolationsmaterial auf. Der Träger 1 ist einen Widerstand von 500 bis 20 000 Ohm aufals dünne kreisförmige Scheibe mit einer zentralen weisen, was einem Flächenwiderstand von 21,7 bis Öffnung 2 und einer Umfangsausnehmung 3 aus- 870 Ohm entspricht. Die Metalldeckschicht 7 kann, gebildet (s. Fig. 2). wie bereits erwähnt, aus Platin, Rhodium oderThe in the F i g. 1 and 2 shown typical resistance layer 6 made of nickel-chromium-iron according to the invention Resistance element has a 15 alloy can at a thickness of 2000 to 100 Å Carrier 1 made of insulation material. The carrier 1 has a resistance of 500 to 20,000 ohms thin circular disc with a central point, giving a sheet resistance of 21.7 to Opening 2 and a circumferential recess 3 from 870 ohms. The metal cover layer 7 can formed (see Fig. 2). as already mentioned, made of platinum, rhodium or

Der Träger 1 weist auf einer Oberfläche einen 20 Iridium bestehen. Sie ist ein dünner Film mit einer streifenförmig längs des Umfangs verlaufenden zwei- Dicke von zweckmäßig weniger als 100 A. Die beschichtigen Überzug 5 auf, der aus einer Wider- vorzugte Dicke läßt sich besser durch den Flächenstandsschicht 6 (s. Fig. 2) aus Nickel-Chrom-Eisen- widerstand angeben, der 8000 bis 13 000 Ohm beLegierung und einer darüberliegenden dünnen tragen soll. Es wurde gefunden, daß die erfmdungs-Metalldeckschicht 7 aus Platin, Rhodium oder 25 gemäß für die Metalldeckschicht 7 verwendeten Iridium besteht. Metalle in Schichten mit einer derartigen Dicke alsThe carrier 1 has an iridium on one surface. It's a thin film with a Strips along the circumference of two thicknesses of suitably less than 100 A. The coat Coating 5, which has a preferred thickness, can be better passed through the surface layer 6 (see Fig. 2) made of nickel-chromium-iron resistance, the 8000 to 13000 ohm alloy and an overlying thin one should wear. It has been found that the inventive metal cover layer 7 consists of platinum, rhodium or 25 according to iridium used for the metal cover layer 7. Metals in layers with such a thickness as

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, erstreckt sich der Schmiermittel wirken und es ermöglichen, daß Stell-Überzug 5 bis zur Umfangsausnehmung 3 und ist an widerstände mit erfindungsgemäßen Widerstandsseinen Enden jeweils mit einem Metallanschluß 10 elementen ohne Rauschen arbeiten, wobei gleich- bzw. 11 versehen, der seinerseits jeweils mit einem 30 zeitig die guten elektrischen Eigenschaften der dar-Leiter 12 bzw. 13 verbunden ist. Bei erfindungs- unterliegenden Widerstandsschicht 6 aus Nickelgemäßen Widerstandselementen für bestimmte An- Chrom-Eisen-Legierung erhalten bleiben. Die erwendungsgebiete bestehen die Leiter 12 und 13 findungsgemäße Widerstandselemente kennzeichnenzweckmäßig aus Gold. den Metalldeckschichten nutzen sich durch denAs shown in FIG. 1 can be seen, the lubricant extends to act and allow adjustment coating 5 up to the circumferential recess 3 and is on resistors with resistance elements according to the invention Ends each with a metal connection 10 elements work without noise, with the same- or 11 provided, in turn, each with a 30 timed the good electrical properties of the dar-conductor 12 or 13 is connected. In the case of the resistance layer 6, which is the subject of the invention, consisting of resistance elements according to the invention, for certain an-chromium-iron alloy are retained. The areas of application If the conductors 12 and 13 consist of resistance elements according to the invention, it is appropriate to identify them of gold. the metal cover layers are used by the

Das in den F i g. 1 und 2 dargestellte erfindungs- 35 Kontakt mit einem darüber gleitenden Schleifer nurThe in the F i g. 1 and 2 shown only contact with a slider sliding over it

gemäße Widerstandselement ist in einer speziell der sehr langsam ab. Dies gilt insbesondere dann, wennappropriate resistance element is in a specially designed the very slowly. This is especially true if

Verwendung als Bauelement in Stellwiderständen, der Schleifer aus einer Gold-Palladium-LegierungUsed as a component in variable resistors, the wiper made of a gold-palladium alloy

insbesondere sogenannten Trimmern, angepaßten besteht, die mindestens etwa 10 °/o Gold und min-in particular so-called trimmers, adapted consists of at least about 10% gold and min-

Form ausgebildet. destens etwa 10 °/o Palladium, vorzugsweise etwaForm formed. at least about 10% palladium, preferably about

Im folgenden werden die Zusammensetzungen des 40 10% Gold und 35% Palladium, sowie als Rest Isolationsmaterials der Träger 1, der Widerstands- Silber, Kupfer und Platin enthält. Als sehr zuschichten 6 und der Metalldeckschichten 7 erfin- friedenstellend haben sich auch Kohleschleifer und dungsgemäßer Widerstandselemente sowie bei deren Kohle-Tetrafluoräthylenharz-Schleifer erwiesen.
Verwendung in Stellwiderständen besonders zweck- Die Widerstandsschicht 6 und die Metalldeckmäßiger Kontakte bzw. Schleifer im Detail be- 45 schicht 7 erfindungsgemäßer Widerstandselemente schrieben. werden vorzugsweise mittels bekannter VerfahrenIn the following, the compositions of the 40 10% gold and 35% palladium, as well as the remainder of the insulation material, the carrier 1, which contains resistance silver, copper and platinum. Carbon grinders and resistance elements according to the invention, as well as their carbon-tetrafluoroethylene resin grinders, have also proven to be very layering 6 and the metal cover layers 7 in accordance with the invention.
Use in variable resistors particularly expedient. The resistance layer 6 and the metal-covering contacts or wipers in detail coat 7 of resistance elements according to the invention. are preferably using known methods

Der Träger 1 kann aus einem beliebigen geeigneten zum Auftragen von Metallen im Vakuum aufge-Isolationsmaterial, wie Phenolharzen, Epoxyharzen bracht. Die Metallanschlüsse 10 und 11 können und anderen isolierenden Kunststoffen, bestehen, ebenfalls durch Auftragen von Nickel-Chrom im besteht jedoch vorzugsweise aus einem Keramik- 50 Vakuum aufgebracht werden. Die Leiter 12 und 13 material, wie Steatit, Tonerde, Berylliumoxid, Glas, können in herkömmlicher Weise an die Metall-Quarz u. dgl. Herkömmliches Natriumglas sollte vor- anschlüsse 10 und 11 angeschweißt oder in anderer zugsweise zunächst mit Siliciumdioxid überzogen Weise daran befestigt werden. Die erfindungswerden, während Borsilikatglas und andere Hoch- gemäßen Widerstandselemente können als fest eintemperaturisolationsgläser auch ohne einen Silicium- 55 gestellte Widerstände verwendet werden, sind jedoch dioxidüberzug als Material für Träger 1 brauchbar besonders in Kombination mit beweglichen Kontaktsind. Steatit und Tonerde stellen zufriedenstellende elementen bzw. Schleifern, also in Stellwiderständen, und wirtschaftliche Keramikmaterialien für Träger 1 vorteilhaft. Derartige veränderliche Widerstände erfindungsgemäßer Widerstandselemente dar. Die dienen als Trimmer in miniaturisierter Prüfdie Widerstandsschicht 6 tragende Oberfläche der 60 ausrüstung, Rechenvorrichtungen u. dgl. Sie besitzen Träger 1 sollte möglichst glatt sein, um einen guten sehr niedrige Temperaturkoeffizienten (in der Haftgrund abzugeben, der den dünnen doppelten Größenordnung von 50 ppm/⁰ C in dem Bereich von Überzug 5 ohne Ausbilden von Unregelmäßigkeiten —65° C bis + 175° C) und bei unbewegtem Schleif er trägt. einen Rauschpegel von praktisch Null. Selbst wäh-The carrier 1 can be made of any suitable insulating material for applying metals in a vacuum, such as phenolic resins, epoxy resins. The metal connections 10 and 11 can, and other insulating plastics, are also made by applying nickel-chromium in the but preferably made of a ceramic 50 vacuum. The conductors 12 and 13 material, such as steatite, alumina, beryllium oxide, glass, can be attached to the metal quartz and the like in a conventional manner will. The invention, while borosilicate glass and other high-quality resistance elements can be used as fixed temperature insulation glasses even without a silicon resistor, but are suitable as a material for support 1, especially in combination with movable contacts. Steatite and alumina provide satisfactory elements or grinders, that is to say in variable resistors, and economical ceramic materials for carrier 1 are advantageous. Such variable resistances of resistance elements according to the invention are used as trimmers in miniaturized test the resistance layer 6 carrying surface of the 60 equipment, computing devices and the like thin double the order of 50 ppm / ⁰ C in the area of coating 5 without the formation of irregularities -65 ° C to + 175 ° C) and with the grinder stationary he wears. practically zero noise level. Even

Die Nickel-Chrom-Eisen-Legierung für die Wider- 65 rend der Einstellung ist der Rauschpegel für dieThe nickel-chromium-iron alloy for the 65 rend setting is the noise level for the

Standsschicht 6 kann zweckmäßig aus 20 bis 25 Ge- meisten Anwendungsgebiete vernachlässigbar niedrig.Base layer 6 can expediently be 20 to 25. Most areas of application are negligibly low.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Resistance element made of an insulating carrier with a resistance layer of a Alloy containing nickel and chromium and a metal cover layer lying thereon, characterized in that the resistance layer (6) consists of a nickel-chromium-iron alloy and the metal cover layer (7) consists of platinum, rhodium or iridium.

2. Resistance element according to claim 1, characterized in that the resistance layer (6) consists of 20 to 65% nickel, 15 to 75% chromium and the remainder iron and the Metal cover layer (7) has a sheet resistance of 8,000 to 13,000 ohms resulting in thickness having.

3. Resistance element according to claim 1 and / or 2, characterized in that the resistance layer (6) 100 to 2000 Å thick.

4. Resistance element according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that that the metal cover layer (7) consists of platinum and is less than 100 Å thick.

5. Use of resistance elements according to at least one of claims 1 to 4 as a component in variable resistors, especially potentiometers.

6. Use of resistance elements according to at least one of claims 1 to 4 according to claim 5 in variable resistors with taps, the contact elements of which are made of a gold-palladium alloy or consist essentially of carbon.