ТехнКомпЭВС. Практикум По дисциплине Технология компонентов эвс

• Название: Практикум По дисциплине Технология компонентов эвс
• Анкор: ТехнКомпЭВС.doc
• Дата: 08.01.2018
• Размер: 40.57 Mb.
• Имя файла: ТехнКомпЭВС.doc
• Тип: Практикум; #13776
• страница: 6 из 52

Основные сведения о технологии изготовления переменных композиционных резисторов

Резистивные элементы резисторов типа СП создаются путем нанесения композиционного материала на изоляционные основания (выполненные из гетинакса).

Гетинаксовые полосы, покрытые композиционным материалом, пропускают через конвейерную печь с инфракрасным нагревом, в которой происходит полимеризация композиционного материала.

После контроля качества покрытия заготовки поступают на штампы, с помощью которых вырубают элементы подковообразной формы. Для создания омических контактов на концы РЭ наносят слой низкоомной серебряной пасты. Далее с целью полимеризации контактной серебряной пасты заготовки подвергают термообработке в конвейерной печи с инфракрасным нагревом. Уменьшить сопротивление проводящих элементов можно повторной полимеризацией при повышенной температуре. Технологические операции осуществляются на механизированных линиях, которые состоят из автоматов, соединенных одним транспортным устройством, обеспечивающим непрерывную подачу заготовок с одного автомата на другой.

У полученных объектов проверяется соответствие сопротивления заданному номинальному значению и допускаемому отклонению, а также функциональная характеристика.

Проверка функциональной характеристики РЭ производится на специальных измерительных устройствах с осциллографом или путем измерения сопротивления РЭ при 8-10 различных углах поворота подвижного контакта. Для разбраковки объектов с различными функциональными характеристиками используют специальные автоматы, на которых производится измерение сопротивления в десяти точках контактами, расположенными равномерно по среднему диаметру РЭ.

Переменные резисторы с подковообразным РЭ имеют существенный недостаток – при вырубке РЭ с основанием на штампах отходы изоляционных материалов составляют 50-60%. Вместе с тем в современной технологии производства переменных резисторов имеется тенденция к использованию в качестве изоляционного основания стеклотекстолита, поскольку этот материал имеет более высокую нагревостойкость, хотя и не может пока конкурировать с гетинаксом по качеству поверхности. Стеклотекстолит, как известно, дороже гетинакса, поэтому высокий процент потерь изоляционного материала существенно удорожает производство переменных резисторов. У переменных резисторов с проводящими элементами, выполненными в виде полукольца, отходы изоляционных материалов могут быть снижены до 5-6%. В этом случае технология получения РЭ сводится к следующему. На тонкие изоляционные полосы наносится резистивный слой и одновременно на края полос – слой низкоомной серебряной пасты для создания омических контактов. После полимеризации заготовок, с помощью алмазного диска вырезают РЭ с основанием в виде прямоугольника, затем его сгибают в виде полукольца и укрепляют в конструкции. Такое технологическое решение имеет ряд положительных особенностей: потери изоляционного материала уменьшаются до 5-6%; контактный слой создается одновременно с резистивным слоем, что удобно и технологично; РЭ укрепляется на металлическом корпусе резистора, что существенно улучшает отвод выделяющегося тепла.

В качестве проводящих компонентов композиционного материала РЭ в резисторах СПО используют специальные марки сажи; наполнителями служат микропорошки из плавленого белого электрокорунда (Al₂O₃) марок КВК, КВ, К-1, которые обычно используют для изоляционного покрытия подогревателей катодов электровакуумных приборов. Изоляционные основания резисторов выполняют из керамического материала – стеатита СК-1.

Изоляционные основания с дугообразной канавкой, в которую насыпают слой пресс порошка, устанавливают в кассеты. Кассеты на транспортере проходят через туннельную печь, затем осуществляется горячая прессовка материала РЭ (в пресс-форме создается давление (5-6)∙10⁶ Н/м² в течение нескольких минут). После прессовки производится шлифовка РЭ, в результате чего обеспечивается равномерное изменение сопротивления в зависимости от угла поворота оси, улучшается качество поверхности РЭ и обеспечивается подгонка сопротивления до заданного номинального значения.

При производстве резисторов СП важными операциями являются также сборочные операции. Маркировка переменных резисторов показана в приложении 2.

Специальные резисторы

Полупроводниковые терморезисторы

Термисторы (терморезисторы) представляют собой термически чувствительные резисторы, у которых резко уменьшается сопротивление с увеличением температуры в определенном диапазоне температур, то есть они могут обладать отрицательным ТКС. Такие резисторы еще называют терморезисторами с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления и применяют для компенсации температурных изменений параметров электрических цепей и электронных приборов; измерения и контроля температуры; в качестве пусковых реле; измерителей мощности; стабилизаторов температуры, напряжения, мощности электромагнитного излучения на СВЧ и др.

Позисторы представляют собой термически чувствительные резисторы, у которых резко возрастает сопротивление с увеличением температуры в определенном диапазоне температур, то есть они обладают положительным ТКС.

Изменение сопротивления терморезисторов может происходить из-за изменения температуры окружающей среды или при протекании через РЭ тока (за счет внутреннего саморазогрева).

По принципу действия и конструктивным особенностям терморезисторы можно подразделить на три группы:

- терморезисторы прямого подогрева;

- терморезисторы косвенного подогрева;

- терморезисторы для индикации и измерения интенсивности теплового излучения в оптическом диапазоне частот (болометры).

Термисторы используются кроме теплового контроля, в системах и устройствах дистанционного и централизованного измерения и регулирования температуры; температурной компенсации в электрических цепях; в качестве измерителей мощности, вакуума и др.

Терморезисторы прямого подогрева, принцип действия которых основан на изменении сопротивления термочувствительного элемента при изменении температуры окружающей среды или вследствие изменения величины тока, протекающего по РЭ, выпускают с отрицательным и положительным ТКС.

Терморезисторы косвенного подогрева имеют специальную спираль подогрева, расположенную вблизи термочувствительного элемента. Принцип действия терморезисторов основан на изменении сопротивления термочувствительного элемента при изменении мощности в спирали подогрева.

Полупроводниковые болометры являются высокочувствительными индикаторами теплового излучения (оптического или инфракрасного диапазона частот электроизлучения). Термочувствительный элемент болометра представляет собой тонкую пленку из полупроводникового материала, проводимость которого меняется от малейших изменений температуры, вызванных колебаниями интенсивности инфракрасного излучения.

Основные параметры и характеристики

Для терморезисторов основными параметрами, определяющими их функциональные возможности, являются ТКС, интервал рабочих температур, коэффициент температурной чувствительности, максимальная мощность рассеяния, постоянная времени и др. Не менее важно также знать вольтамперную характеристику термистора и характер температурной зависимости его сопротивления.

Коэффициент температурной чувствительности (В) зависит от физических свойств полупроводникового материала, из которого выполнен термочувствительный элемент и определяет характер нелинейности температурной зависимости сопротивления термистора. Этот коэффициент можно определить путем измерения сопротивления РЭ (R_изм.1 и R_изм.2) при двух различных температурах (Т₁ и Т₂):


Постоянная времени (τ) численно равна времени, при котором температура РЭ в условиях воздушного охлаждения уменьшится на 63% (обычно τ составляет 0,5 – 140 с), и характеризует тепловую инерционность терморезистора.

Температурный коэффициент сопротивления (α_т) зависит от физических свойств полупроводникового материала и характеризует относительное изменение сопротивления при изменении температуры на один градус.

Начало рабочего температурного диапазона для позисторов характеризуется температурой Т_Rmin , а величина сопротивления при этой температуре – R_min

Коэффициент энергетической чувствительности (G) определяется количеством тепла, необходимого для изменения температуры термистора на 1°С.

Коэффициент рассеяния (Н) определяется значением мощности, рассеиваемой терморезистором, при которой температура РЭ в рабочем состоянии уменьшится на 1°С. Для рабочего интервала температур термисторов с – ТКС зависимостью R(T) чаще всего аппроксимируется выражением R_T=Ae^/T, где R_T – величина сопротивления при рабочей температуре; А – коэффициент, зависящий от геометрических размеров полупроводникового РЭ и физических свойств материала РЭ. Для большинства позисторов в широком диапазоне температур зависимость R(T) можно представить в виде R_T=Ae^T, где,  - +ТКС.

Технология изготовления терморезисторов

Материалы, используемые для производства терморезисторов должны удовлетворять ряду требований: чисто электронной электропроводности, возможности регулирования проводимости и ТКρ в широких пределах, стабильности характеристик в рабочем диапазоне температур и простоте технологического процесса изготовления изделий. Кроме того, эти материалы должны обладать малой чувствительностью к загрязнениям, возможным в процессе изготовления. Обычно для создания терморезисторов используются полупроводниковые материалы с большим ТКρ.

Многочисленные исследования показали, что материалы в системе CuO – Mn₃O₄, прошедшие термическую обработку в окислительной среде или в условиях воздушной атмосферы, имеют проводимость 10^-5-10 Ом^-1 и ТКρ=(0.03-0.045) град^-1. Большой интервал значений проводимости обусловлен тем, что система окислов CuO – Mn₃O₄, представляющая собой сложную композицию из двух химических соединений, образует с исходными компонентами серию твердых растворов типа замещения. Особенностью данной системы является то, что при значительном изменении состава материала и его проводимости величина ТКρ изменяется незначительно. На основе медно-марганцевых РЭ получены терморезисторы типа ММТ-1, ММТ-4 и др.

Технологические принципы получения терморезисторов различных типов идентичны. Рассмотрим последовательность технологических операций при производстве медно-марганцевых терморезисторов. Исходные порошковые материалы для изготовления медно-марганцевых терморезисторов получают или совместным осаждением гидратных соединений меди и марганца или механическим смешиванием окислов марганца и меди.

Для совместного осаждения гидратных соединений меди и марганца из концентрированных водных растворов азотнокислых солей этих металлов, применяют раствор едкой щелочи (NaOH или KOH). После получения в растворе осадка, выполняют многократную его промывку, а затем осуществляют фильтрацию. Далее проводят термообработку (при 350 – 360К) материала осадка и его помол на шаровых мельницах (или специальном оборудовании) до заданной дисперсности. У полученных порошков контролируют химический состав (определяют содержание меди и марганца) и правильность составленной рецептуры. После контроля порошок просеивают через сито с заданным размером ячеек. В просеянную смесь добавляют связующий компонент до получения тестообразной массы.

Для изготовления термочувствительных элементов медно-марганцевых и кобальтомарганцевых терморезисторов методом протяжки через мундштучный пресс, в качестве связующего компонента применяют растительный белковый клей РБ или пластификаторы, состоящие из метилцеллюлозы и поливинилового спирта, обладающие более высокими пластическими свойствами по сравнению с клеем РБ.

Технология изготовления РЭ путем горячего литья под давлением позволяет уменьшить допустимые отклонения сопротивления от номинального значения и облегчает получение изделий одинаковых геометрических размеров.

Следующей технологической операцией является обжиг изготавливаемого объекта при 1370 – 1400К, после чего создают омические контакты. Для этого на торцевых поверхностях термочувствительных элементов, выполненных в виде стержней, дисков или шайб, получают серебряные контакты с помощью специальных паст.

С целью защиты от воздействия внешней среды поверхность термочувствительных элементов покрывают соответствующими эмалями и лаками.

Существует много других технологий изготовления терморезисторов с отрицательным ТКС, например, с использованием легированных Ge и Si; SiC; полупроводников типа A^IIIB^V; аморфных полупроводников и т.д. Для терморезисторов с положительным ТКС наиболее перспективными материалами РЭ представляются твердые растворы на основе BaTiO₃.