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.

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.

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).

Понравилась статья? Алиса Селезнёва говорит: поделись с друзьями!