Керметные резисторы обычно имеют

Керметные резисторы обычно имеют

9zip.ru Инструкции Керметные и металлизированные тонкослойные прецизионные резисторы

Электрические свойства резистивных композиций существенно улучшаются, если механическое дробление и смешивание компонентов заменить процессом, позволяющим формировать тонкую, однородную микрокомпозиционную структуру на изоляционном основании методами термического испарения, катодного или ионноплазменного распыления.

Высокие электрические параметры тонких пленок, получаемых данными методами, а также возможность варьировать свойствами пленок в широком диапазоне, корректируя их состав и технологический режим обработки, позволили создать прецизионные резисторы с широким диапазоном номинальных сопротивлений, низким ТКС и уровнем собственных шумов. Керметные и металлизированные прецизионные резисторы имеют, как правило, более высокую рабочую температуру и удельные нагрузки по сравнению с углеродистыми прецизионными резисторами, что обусловлено большей термостойкостью керметных пленок с микрокомпозиционной структурой по сравнению с пленками пиролитического углерода. В то же время отметим, что особенностью керметных тонкослойных резисторов является их невысокая устойчивость к импульсным нагрузкам, в импульсном режиме работы в отдельных местах микрокомпозицонной структуры могут иметь место локальные перегревы, приводящие к изменению сопротивления резистора.

Технологический процесс производства прецизионных постоянных резисторов на основе микрокомпозиции состоит из следующих основных этапов:

обработка изоляционных оснований перед нанесением проводящей пленки;

нанесение проводящей пленки на изоляционное основание;

термообработка полученных РЭ; армирование покрытых пленкой оснований контактными колпачками;

нарезка спиральной канавки на проводящей пленке; электрическая тренировка РЭ; нанесение защитного покрытия на РЭ; контроль качества резисторов.

Изоляционные основания для прецизионных резисторов цилиндрической конструкции представляет собой толстостенные трубки из керамики, получаемые протяжкой тестообразной керамической массы через направляющие с последующей термообработкой при высокой температуре. Именно керамические материалы нашли широкое применение в качестве изоляционных оснований для прецизионных резисторов с микрокомпозиционной термостойкой пленкой вследствие их высокой термостойкости, механической прочности, хорошей стабильности свойств при температурных воздействиях, изменениях влажности и давления, а также благодаря малому коэффициенту линейного расширения и незначительным диэлектрическим потерям в полях высокой частоты. Основными компонентами керамических масс являются окисные материалы: А120з, BaO, MgO, Si02 и др.

Качество резистора в значительной степени определяется состоянием поверхности керамического основания, его составом. В керамике, содержащей большое количество таких окислов щелочных металлов, как Na20, К2О, могут развиваться интенсивные электрохимические процессы. Наличие окислов щелочных металлов в керамическом основании при длительной эксплуатации приводит к необратимому изменению значения сопротивления резисторов за счет электролитической проводимости. При нагрузке резисторов постоянным током (особенно в условиях повышенных температур) происходит перенос ионов щелочных металлов в электрическом поле. Процесс накопления щелочных металлов сопровождается их окислением, объем продуктов электролиза под проводящей пленкой увеличивается, что может привести к разрушению ее отдельных участков.

Современная технология производства позволяет получать керамические основания с достаточной механической прочностью и хорошими изоляционными свойствами. В керамических материалах, разработанных для прецизионных резисторов, доведено до минимума содержание окислов щелочных металлов.

Обжиг оснований производится по общепринятой технологии керамического производства с соблюдением необходимых предосторожностей для достижения определенного микрорельефа поверхности. Большая (около 20—25%) усадка керамической заготовки после обжига, а также различная плотность керамической массы на отдельных участках керамики приводят к значительным отклонениям изоляционного основания от заданной геометрической формы. В связи с этим проводится точная шлифовка оснований по внешнему диаметру с целью обеспечения заданных для РЭ геометрических размеров. На концах изоляционные основания должны иметь небольшие фаски для последующей напрессовки контактных колпачков. Эти фаски делаются после обжига, чтобы избежать механических повреждений боковой рабочей поверхности оснований. Снятие фасок производится путем галтовки изоляционных оснований в барабанах с водой и абразивным порошком после первой грубой шлифовки на бесцентровом шлифовальном станке. Однако при галтовке частично разрушается боковая поверхность оснований, поэтому режим галтовки подбирают так, чтобы при дальнейшей шлифовке на поверхности оснований были бы сняты все механические дефекты, возникающие при галтовке.

Вам понравится:  Все об антенне гарпун

После галтовки шлифовка боковой поверхности оснований проводится на станке за три — четыре прохода, причем два последних прохода являются чистовыми, осуществляются с меньшим съемом материала заготовки. Поскольку при шлифовке с поверхности керамических оснований удаляется плотный поверхностный слой материала и вскрываются участки, обладающие повышенной пористостью, то эмульсия, используемая при данной операции, должна содержать минимальное количество органических веществ. Органические вещества (масла и т. п.) могут проникать в поры керамического материала, а в дальнейшем при обжиге керамических оснований обугливаются, при этом на поверхности визуально обнаруживаются темные точки. В производстве прецизионных резисторов важно, чтобы были отбракованы изоляционные основания, в которых органические вещества проникают в поры керамики: резисторам, выполненным на основаниях с указанным дефектом, свойственно значительное изменение сопротивления при воздействии электрической нагрузки. Для выявления оснований со вскрытой при шлифовке пористостью их прокаливают при температуре 1110—1120 К, при этом в местах проникновения органических веществ в поры керамики появляются темные разводы и серые точки — такие образцы исключают из дальнейшего технологического процесса производства прецизионных резисторов.

Для получения однородного микрорельефа оснований последние подвергаются полировке обкаткой с водой в дубовых барабанах. После проведения полировки основания должны быть промыты в проточной воде при непрерывном перемешивании в сетчатых пластмассовых или деревянных барабанах для удаления продуктов полировки. При изготовлении прецизионных резисторов обычно используются ультразвуковые устройства для мойки, позволяющие осуществить практически полное удаление с изоляционных оснований всех загрязнений, далее основания сушатся в центрифуге. Полированные основания подвергают повторному обжигу (оплавлению) для обеспечения заданного однородного микрорельефа поверхности. Каждой группе оснований устанавливается определенная температура оплавления, обеспечивающая наилучшие электрические характеристики — низкий коэффициент старения, ТКС, э.д.с. шумов. В результате оплавления поверхность основания приобретает стекловидный характер, что позволяет получать высококачественную проводящую пленку без разрывав.

Для создания проводящей пленки используют специальные сплавы, состоящие из нескольких компонентов (Si, Fe, Cr, Ni и др.), взятых в определенных процентных соотношениях.

Проводящие пленки с высоким удельным сопротивлением получают при использовании в качестве исходного материала порошкообразной смеси сплава и окислов, обладающих значительным удельным сопротивлением. Для испарения в смеси со сплавами часто используются двуокиси титана, кремния, окиси железа, алюминия, хрома, кадмия, кобальта, никеля.

Удельное сопротивление пленки и ее ТКр в этом случае определяются соотношением между сплавами и окислами.

В технологии производства керметных тонкослойных резисторов, как отмечалось, для создания проводящих пленок широко используется термическое испарение различных сплавов в вакууме, которое проводится на специальных установках. Внутри каркаса установки находится блок для питания испарителя, мотор с редуктором для приведения во вращение керамических оснований в процессе испарения, а также вакуумный агрегат. Нанесение проводящей пленки осуществляется в рабочих камерах. В центре вакуумной камеры помещается испаритель в виде спирали, на который наносится жидкая суспензия из порошка резистивного материала, а при нанесении электрофорезом в суспензию добавляется клеящее вещество. Перед нанесением пленок керамические изоляционные основания на специальном полуавтомате помещаются на спицы, устанавливаемые затем в рабочую камеру. Конструкция устройства рабочей камеры, используемого для нанесения проводящих пленок методом термического испарения в вакууме. Изоляционные трубчатые основания устанавливаются на металлические спицы, которые вращаются с помощью общей ведущей шестерни, имеющей зацепления с малыми шестернями по оси рабочей камеры установлен испаритель. Верхние концы спиц входят в направляющие отверстия столика. Когда давление в рабочей камере снизится до 3*1О^-2 Па, проводят прогрев деталей подколпачного устройства и загруженных оснований, при этом включают механизм, вращающий спицы с основаниями; прогрев осуществляется за счет лучеиспускания испарителя при нагреве его электрическим током. Температуру нагрева устанавливают значительно ниже температуры начала испарения резистивного материала, нанесенного на испаритель. Подобный режим работы испарителя в течение 15—20 мин обеспечивает нагрев керамических оснований до температуры 520—570 К. Испарение обычно осуществляется за два цикла, при импульсном нагреве испарителя — за время 25—30 с. Значение тока, протекающего по испарителю, увеличивают плавно от 0 до 60—70 А. Между первым и вторым циклом испарения делается перерыв 10—15 мин в нагреве испарителя. Такой режим напыления обеспечивает выполнение прецизионных РЭ с хорошо повторяющимися характеристиками.

Вам понравится:  Антенна для рации баофенг нагоя

Получение равномерного по толщине сплава достигается вращением держателей с керамическими основаниями вокруг собственной оси, передача вращательного движения в рабочую камеру испарителя производится при помощи специального механизма.

После металлизации производят термообработку части заготовок, определяют сопротивление и температурный коэффициент заготовок и по их значениям подбирают режим для термообработки всей партии.

Для стабилизации свойств проводящей пленки и улучшения ее сцепления с керамическим основанием производится термическая обработка металлизированных заготовок в конвейерных печах с автоматической регулировкой и регистрацией температурного режима.

Армировка резисторов производится на высокопроизводительных автоматах, после армировки производится автоматическая раскалибровка заготовок на группы по значению сопротивления.

Для увеличения сопротивления и подгонки к требуемому номинальному значению на металлизированных заготовках создается спиральная канавка с помощью специально оборудованных нарезных станков. Станки снабжены приборами для контроля значения сопротивления в процессе нарезки. Когда значение сопротивления заготовки достигает расчетного, автоматически производится отвод каретки с РЭ от диска.

Для каждого типа резистора разработаны таблицы нарезки, по которым из требуемого и исходного значения сопротивления заготовки определяют шаг нарезки. Максимально допустимое число витков определяется качеством поверхности керамического основания и технологическими возможностями оборудования. Минимально допустимое число витков определяется из условий обеспечения равномерного нагрева поверхности резистора при нагрузке, а также равномерной плотности тока по спирали.

При изготовлении резисторов, предназначенных для работы в импульсном режиме, применяют заготовки с максимально допустимым числом витков.

Для уменьшения неравномерности распределения плотности тока по проводящему слою в отдельных случаях применяется двух- и трехзаходная нарезка изолирующих канавок, применяются автоматы, нарезающие изолирующие канавки с неравномерным шагом, что позволяет получить более равномерный нагрев поверхности резистора при электрической нагрузке.

Для получения керметных прецизионных резисторов применяют различные способы подгонки значения сопротивления к номинальному. Наиболее распространены способы подгонки, основанные на механическом удалении проводящей пленки (нарезка спиральной канавки, полировка).

Источник

8.3. Технология пленочных резисторов

Для формирования пленок с высокими значениями сопротивления служат резистивные сплавы. К ним относятся широко применяемые в отечественной промышленности сплавы переменного состава (30% Cr; 0.7-1.8% Fe или Ni, остальное Si), а также силициды тугоплавких металлов. Сплавы таких металлов позволяют получать поверхностные сопротивления в диапазоне 50-2000 Ом/.

Пленки с высоким поверхностным сопротивлением имеют слишком малую толщину (

0,01 мкм) и поэтому могут разрушаться при эксплуатации или присоединении выводов. Использование керметов дает возможность значительно повысить поверхностное сопротивление пленок без уменьшения их толщины.

Вам понравится:  Подключение лампочки через двойной выключатель схема подключения

При создании пленочных резисторов используется два способа получения заданной геометрии рисунка резисторов: осаждение резистивной пленки через трафарет (маску) и создание рисунка фотолитографией.

Рассмотрим изготовление резисторов из чистого металла (хром, вольфрам), сплава (нихром) и кермета (монооксид кремния – хром).

8.4. Чистый металл и сплавы

Исходный материал помещают в источник, который либо нагревают до заданной температуры электрическим током или электронным лучом, либо он бомбардируется ионами заданной энергии. Температура подложки обычно поддерживается

100-400°С. При удельном сопротивлении резистора от 100 до 1000 Ом/□ толщина пленки составляет около 0,02 мкм. Для обеспечения стабильной характеристики пленку подвергают термообработке по определенному режиму.

Резисторы из чистых металлов имеют неоспоримые преимущества – постоянство состава и однородность структуры, что в свою очередь определяет высокую стабильность их электрических параметров.

Технология нихромовых резисторов распространена в производстве тонкопленочных ИС. Нихромовые промышленные сплавы обычно имеют

составы: Ni (80%) + Cr (20%) или Ni (75%) + Cr (20%) + Al (2,5%) + Cu (2,5%).

Очевидно, что при испарении пленка будет иметь другой состав, изменяющийся в соответствии с закономерностями испарения и конденсации. Поэтому с целью сохранения постоянства состава осаждаемой пленки испарение целесообразно вести из достаточно обширного (не точечного) источника. Отжиг в течение часа при температуре 300-350°С способствует снятию напряжений в пленке и предотвращению последующей рекристаллизации в ней. Такая обработка обеспечивает стабилизацию структурных и, следовательно, электрофизических параметров пленки: например, нихромовый пленочный резистор изменяет сопротивление под нагрузкой при комнатной температуре за 1000 часов всего на 1%. Кратковременная перегрузка (

5 мин) такого резистора изменяет его сопротивление не более чем на 0,25 %.

8.5. Керметы (микрокомпозиционные пленки)

Впервые керметные пленки были получены Бочкаревыми в 1955 году, и с тех пор интенсивно используются в промышленности. Многие керметы обладают высокими значениями поверхностного сопротивления даже по сравнению с высокоомными сплавами.

Важным преимуществом применения керметных пленок для производства тонкопленочных резисторов является возможность варьирования их удельного сопротивления в весьма широких пределах, что наглядно демонстрирует график на рис.8.5.

Рис. 8.5. Зависимость удельного сопротивления ρ пленки

от концентрации металла (сплава)

Керметные пленки напыляются методами мгновенного (взрывного) испарения. Перед испарением материалы, составляющие кермет, тщательно перемешиваются в вибробункере, из которого с заданной скоростью кермет высыпается в испаритель. С целью обеспечения однородного состава пленки испарение всех составляющих кермета должно происходить мгновенно, для чего температура испарителя поддерживается на высоком уровне:

В последние годы все чаще для напыления керметных пленок используются методы ионно-плазменного распыления. В пленках, нанесенных этим методом, структурные изменения проявляются меньше, чем в пленках, полученных, например, испарением электронным пучком или пиролизом элементоорганических соединений. При этом из всех факторов, влияющих на структуру керметных пленок, наиболее существенным является температура подложки.

Следует отметить, что, несмотря на большие возможности, которые обещает внедрение керметов в технологию тонкопленочных резисторов, они меньше применяются в промышленной практике из-за малой изученности тонкопленочных керметов и процессов получения из них стабильных резистивных пленок.

Для обеспечения заданных номиналов тонкопленочных резисторов при минимуме производственных затрат важным является влияние технологических факторов на свойства тонкопленочных резисторов: скорость испарения, состав и толщина пленки, температура подложки и характер ее обработки, условия термообработки, давление остаточных газов в вакуумной камере, расстояние между подложкой и испарителем.

Источник

Оцените статью
Частотные преобразователи