Низкоомный чип-резистор

Изобретение относится к электронной технике, а именно к производству низкоомных чип-резисторов, которые могут быть использованы в электронной, радиотехнической и других смежных отраслях промышленности, в частности для применения в качестве датчиков тока. Технический результат предложенного устройства заключается в создании низкоомного чип-резистора со значением ТКС, которое не превышает целевого значения при заданном значении сопротивления. Технический результат достигается за счет того, что предложен низкоомный чип-резистор, включающий резистивную пластину с контактами на концах, с покрытием из изолирующего материала между контактами и гальваническим покрытием на контактах, при этом участок низкоомного чип-резистора, состоящий из контакта с гальваническим покрытием и смежной с контактом части резистивной пластины, образует вывод чип-резистора, а контакты имеют конфигурацию, при которой общее сопротивление выводов удовлетворяет математической зависимости. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к чип-резисторам, которые могут быть использованы в электронной, радиотехнической и других смежных отраслях промышленности, в частности для применения в качестве датчиков тока.

Из уровня техники широко известны низкоомные чип-резисторы, применяемые в качестве датчиков тока. Как правило, такие чип-резисторы обладают низким температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), не превышающим значение 300 ppm 1/°С. ТКС характеризует обратимое изменение сопротивления резистора вследствие изменения температуры окружающей среды или изменения электрической нагрузки. Чем меньше ТКС, тем лучшей температурной стабильностью обладает чип-резистор. Чип-резисторы обладают определенным показателем ТКС, указываемым производителем в сопроводительной документации.

Производство низкоомных чип-резисторов с низким ТКС подразумевает повышенную точность и сложность производственных процессов, связанных с решением задач по снижению ТКС. Поэтому, применяя принцип достаточности показателей для решения разных технологических задач, используют низкоомные чип-резисторы с разным ТКС. При этом, хотя все значения ТКС у производимых чип-резисторов как правило не превышают 300 ppm 1/°С, однако не существует способов изначального задания значения ТКС в готовом изделии (за счет подбора оптимальной их конфигурации).

Известен чип-резистор и способ его производства, патент US 8242878, опубл. 14.08.2012, Н01С 1/02. Известный чип-резистор включает резистивную металлическую пластину, выполняющую роль основания чип-резистора без использования отдельной подложки, контакты на концах пластины, гальваническое покрытие на контактах, обеспечивающее паяемость, и покрытие из изолирующего материала на пластине между контактами. Технология получения чип-резистора включает в себя заготовку резистивной металлической пластины, формирование контактов на концах пластины, формирование гальванического покрытия на контактах, формирование покрытия из изолирующего материала на пластине между контактами, подгонку сопротивления металлической полосы. Представленная технология позволяет создавать чип-резисторы малых размеров, в частности типоразмера 0402 (1 мм на 0,5 мм) и сопротивлением до 1 мОм. Описанный в патенте чип-резистор выбран за ближайший аналог.

Недостатком известного устройства является то, что его конструктивные особенности не предусматривают возможность получения гарантированных значений ТКС и сопротивления и или их различного сочетания.

Технический результат заключается в создании низкоомного чип-резистора со значением ТКС, которое не превышает целевого значения при заданном значении сопротивления.

Технический результат достигается за счет того, что предложен низкоомный чип-резистор, включающий резистивную пластину с контактами на концах, с покрытием из изолирующего материала между контактами и гальваническим покрытием на контактах, при этом участок низкоомного чип-резистора, состоящий из контакта с гальваническим покрытием и смежной с контактом части резистивной пластины, образует вывод чип-резистора, а контакты имеют конфигурацию, при которой общее сопротивление выводов удовлетворяет условию:

где R_в - общее сопротивление выводов,

R_об - общее сопротивление низкоомного чип-резистора,

ТКС_об - общий температурный коэффициент сопротивления низкоомного чип-резистора,

ТКС_р - температурный коэффициент сопротивления резистивной пластины,

ТКС_в - температурный коэффициент сопротивления выводов.

На чертеже показана конструкция низкоомного чип-резистора, где обозначены:

1 - резистивная пластина;

2 - контакты;

3 - гальваническое покрытие;

4 - покрытие из изолирующего материала;

5 - вывод;

L - длина контакта.

Предлагаемый низкоомный чип-резистор в общем случае включает резистивную пластину 1 из манганина с медными контактами 2 на концах на обеих сторонах пластины 1. На контакты нанесено гальваническое покрытие 3, состоящее из слоев никеля и припоя (сплава олова со свинцом). Между контактами 2 на резистивную пластину 1 нанесено покрытие из изолирующего материала 4. При этом участок низкоомного чип-резистора, состоящий из контакта с гальваническим покрытием и смежной с контактом части резистивной пластины, образует вывод чип-резистора 5. Контакты 2 имеют конфигурацию, при которой общее сопротивление выводов 5 удовлетворяет условию (1).

Предлагаемое устройство изготавливают следующим образом.

На каждом из двух концов на обеих сторонах пластины 1 известным гальваническим методом формируют слой из меди с образованием контактов 2. Чтобы исключить возникновение переходных сопротивлений между медными контактами 2 и резистивной пластиной 1 перед гальваническим наращиванием контактов 2 проводят процедуру снятия окисных пленок с поверхности резистивной пластины 1 в кислой среде с использованием сильных или слабых неорганических кислот в соответствующей для реакции концентрации (например, в растворе K₂Cr₂O₇ концентрацией 80±5 г/л с серной кислотой концентрацией 615±15 г/л при комнатной температуре в течение 10-15 сек или раствора HCl в соотношении компонентов 1:1 при комнатной температуре, время активации 30-40 сек). При этом контакты 2 формируют на обеих сторонах резистивной пластины 1 для возможности монтажа чип-резистора на печатную плату любой из его сторон. Далее известным способом, например методом лазерной резки резистивной пластины, подгоняют целевую величину общего сопротивления чип-резистора в пределах допустимого отклонения сопротивления. Затем между медными контактами на резистивную пластину на обеих сторонах наносят покрытие из изолирующего материала 4, например краску. После этого на медные контакты гальваническим методом наносят гальваническое покрытие 3 для обеспечения паяемости изделия.

Для того чтобы конечное изделие обладало заданным значением сопротивления R_об и значением ТКС, которое не превышает требуемое значение ТКС_об, на этапе формирования контактов проводят выбор их конфигурации, а именно задают длину и площадь поперечного сечения контактов таким образом, чтобы выполнялось соотношение (1). Для расчета правой части соотношения (1) используют известные значения ТКС_р и ТКС_в и требуемые значения и ТКС_об. При оценке требований, предъявляемых к конфигурации контактов, используется значение ТКС наиболее высокопроводящего материала в выводе. Длину и площадь поперечного сечения контактов задают используя известное соотношение определения сопротивления:

где

ρ - удельное сопротивление контакта,

L - длина контакта,

S - площадь поперечного сечения контакта (плоскостью поперечной относительно длины вывода L).

Подставляя соотношение (2) в (1) и учитывая то, что контакты расположены на обоих концах резистивной пластины, получаем:

Таким образом при выборе длины и площади сечения контактов необходимо, чтобы их отношение удовлетворяло условию (3). Если условие (3) будет выполнено, то в конечном изделии будут достигнуты требуемые значения R_об и значение ТКС, не превышающее требуемое ТКС_об.

Следует отметить, что соотношения (1) и (3) применимы только в случае отсутствия дополнительных переходных сопротивлений в изделии, которые могут возникнуть в процессе производства между медными контактами и резистивной пластиной, при этом значения таких дополнительных переходных сопротивлений непредсказуемы. Поэтому для работы соотношений (1) и (3) необходимо перед гальваническим наращиванием контактов проводить процедуру снятия окисных пленок с поверхности резистивной пластины, что сведет к минимуму наличие переходных сопротивлений.

Полученные экспериментальным путем соотношения (1) и (3) подтверждены теоретическими выводами при условии, что в качестве значения ТКС_в при оценке требований к конфигурации контактов используется значение ТКС материала наиболее высокопроводящего участка вывода.

Пример 1.

Ставилась задача создания низкоомного чип-резистора стандартного (широко применяемого) типоразмера 2512 со значением параметра ТКС конечного изделия не более ТКС_об=100 ppm 1/°С при заданном сопротивлении R_об=10 мОм.

В качестве основы низкоомного чип-резистора использовали резистивную пластину из манганина размером 6,3 мм × 3,2 мм. На каждом из двух концов пластины по обеим ее сторонам гальваническим методом формировали слой меди, образуя тем самым контакты. Перед гальваническим наращиванием контактов проводили процедуру снятия окисных пленок с поверхности резистивной пластины в растворе K₂Cr₂O₇ концентрацией 80±5 г/л с серной кислотой концентрацией 615±15 г/л при комнатной температуре в течение 10-15 сек. Далее методом лазерной резки резистивной пластины подгоняли общее сопротивления чип-резистора в пределы допустимого отклонения. Затем между медными контактами на манганиновую пластину на обеих сторонах наносили краску. После этого на медные контакты гальваническим методом наносили покрытие - слои никеля и припоя (сплав олова со свинцом).

Известно, что температурный коэффициент сопротивления манганиновой пластины ТКС_р=10 ppm, а температурный коэффициент вывода (для наихудшего случая) ТКС_в=4300 ppm.

В соответствии с соотношением (1) для обеспечения значения параметра ТКС конечного изделия не более ТКС_об=100 ppm 1/°С, требовалось сформировать контакты такой конфигурации, чтобы сопротивление вывода R_в, не превышало 0,2 мОм. Учитывая удельное сопротивление меди , из соотношения (3) следовало, что необходимо выполнение условия:

Варианты возможного исполнения конфигурации медных контактов низкоомного чип-резистора типоразмера 2512 для Примера 1 представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что при задании конфигурации контактов таким образом, что выполняется соотношение (4), фактическое значение ТКС_об конечного изделия не превышает 100 ppm 1/°С. Если же соотношение (4) не выполняется (6-ая и 7-ая строки табл. 1), то фактическое значение ТКС_об больше 100 ppm 1/°С.

Сопротивление низкоомных чип-резисторов измеряли в соответствии с ГОСТом 21342.20-78 "Резисторы. Метод измерения сопротивления". Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) измеряли согласно ГОСТу 21342.15-78 «Резисторы. Метод определения температурной зависимости сопротивления».

Приведенные в примере варианты исполнения конфигурации контактов не ограничивают всевозможные варианты исполнения конфигурации контактов, которые могут быть и другими.

С помощью примера показано, что конструкция предложенного низкоомного чип-резистора позволяет задавать значение ТКС, которое не превышает целевого значения при заданном значении сопротивления.

Низкоомный чип-резистор, включающий резистивную пластину с контактами на концах, с покрытием из изолирующего материала между контактами и гальваническим покрытием на контактах, при этом участок низкоомного чип-резистора, состоящий из контакта с гальваническим покрытием и смежной с контактом части резистивной пластины, образует вывод чип-резистора, отличающийся тем, что контакты имеют конфигурацию, при которой общее сопротивление выводов удовлетворяет условию:

где

R_в - общее сопротивление выводов,

R_об - общее сопротивление низкоомного чип-резистора,

ТКС_об - общий температурный коэффициент сопротивления низкоомного чип-резистора,

ТКС_р - температурный коэффициент сопротивления резистивной пластины,

ТКС_в - температурный коэффициент сопротивления выводов.