Министерствообразования и молодежи РМ
БельцкийПолитехнический Колледж
Кафедрарадиоэлектроники и электромеханики
Практическая работа
Тема: Технология производства резистора
Рези́стор (англ. resistor,от лат. resisto —сопротивляюсь), — пассивный элемент электрической цепи, в идеалехарактеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть дляидеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома: мгновенное значение напряжения на резисторепропорционально току проходящемучерез него />. На практике жерезисторы в той или иной степени обладают также паразитной ёмкостью, паразитной индуктивностью инелинейностью вольт-ампернойхарактеристики.
Классификациярезисторов
Три резистора разныхноминалов для поверхностного монтажа (SMD) припаянные на печатную плату
Резисторы являютсяэлементами электронной аппаратуры и могут применяться как дискретные компонентыили как составные части интегральных микросхем. Дискретные резисторы классифицируютсяпо назначению, виду ВАХ, характеру изменения сопротивления,технологии изготовления
По назначению:
— резисторы общегоназначения
— резисторыспециального назначения
— высокоомные(сопротивления от десятка МОм до единиц ТОм, рабочие напряжения 100..400 В)
— высоковольтные(рабочее напряжения — десятки кВ)
— высокочастотные(имеют малые собственные индуктивности и ёмкости, рабочие частоты до сотен МГц)
— прецизионные исверхпрецизионные (повышенная точность, допуск 0,001 — 1%)
По виду вольт-ампернойхарактеристики:
линейные резисторы
нелинейные резисторы
варисторы — сопротивление зависит отприложенного напряжения
терморезисторы — сопротивление зависит оттемпературы
фоторезисторы — сопротивление зависит отосвещённости
тензорезисторы — сопротивление зависит от деформациирезистора
магниторезисторы — сопротивление зависит от величинымагнитного поля
По характеру изменениясопротивления:
— постоянныерезисторы
— переменныерегулировочные резисторы
— переменныеподстроечные резисторы
По технологииизготовления:
Проволочные резисторы.Представляют собой кусок проволоки с высоким удельным сопротивлением намотанныйна какой-либо каркас. Могут иметь значительную паразитную индуктивность.Высокоомные малогабаритные проволочные резисторы иногда изготавливают из микропровода.
Плёночные металлическиерезисторы. Представляют собой тонкую плёнку металла с высоким удельнымсопротивлением, напылённую на керамический сердечник, на концы сердечниканадеты металлические колпачки с проволочными выводами. Иногда, для повышениясопротивления, в плёнке прорезается винтовая канавка. Это наиболеераспространённый тип резисторов.
Металлофольговыерезисторы. В качестве резистивного материала используется тонкая металлическаялента.
Угольные резисторы.Бывают плёночными и объёмными. Используют высокое удельное сопротивление графита.
Интегральный резистор.Используется сопротивление слаболегированного полупроводника. Эти резисторымогут иметь большую нелинейность вольт-амперной характеристики. В основномиспользуются в составе интегральных микросхем, где применить другие типы резисторовневозможно или не технологично.
Резисторы, выпускаемыепромышленностью
Выпускаемыепромышленностью резисторы одного и того же номинала имеют разброссопротивлений. Значение возможного разброса определяется точностью резистора.Выпускают резисторы с точностью 20 %, 10 %, 5 %, и т. д. вплоть до 0,01 %.Номиналы резисторов не произвольны: их значения выбираются из специальныхноминальных рядов, наиболее часто из номинальных рядов E6 (20 %), E12 (10 %)или E24 (для резисторов с точностью до 5 %), для более точных резисторовиспользуются более точные ряды (например E48).
Резисторы, выпускаемыепромышленностью характеризуются также определённым значением максимальнойрассеиваемой мощности (выпускаются резисторы мощностью 0,125Вт 0,25Вт 0,5Вт 1Вт2Вт 5Вт) (Согласно ГОСТ 24013-80 и ГОСТ 10318-80 советской радиотехническойпромышленностью выпускались резисторы следующих номиналов мощностей, в Ваттах,Вт.: 0.01, 0.025, 0.05, 0.062, 0.125, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 16, 25, 40,63, 100, 160, 250, 500)
Производстворезисторов
Резисторы — это элементыэлектрической схемы, обладающие активным электрическим сопротивлением. Онисоставляют от 16 до 50% общего числа элементов схемы радиоэлектроннойаппаратуры. В зависимости от материала элемента, проводящего электрический ток,различают непроволочные и проволочные резисторы.
Непроволочные резисторы —одни из самых массовых видов резисторов (40% от общего числа резисторов).Поэтому надёжность работы радиоэлектронной аппаратуры в значительной степенизависит от их качества. Непроволочные резисторы разделяют на следующие группы:углеродистые, металлоплёночные и металлоокисные, композиционные иполупроводниковые.
Углеродистыми называютрезисторы, проводящий слой которых образован графитоподобной плёнкой,осаждённой на изоляционное основание, преимущественно фарфор. При изготовленииуглеродистых резисторов применяют поточный метод науглероживания оснований вспециальных камерах при высокой температуре. Массовый выпуск углеродистыхрезисторов ведётся на автоматизированных линиях.Металлопленочные резисторы
Металлопленочные резисторыпредставляют собой изоляционныеоснования — цилиндрические трубки из керамики, стекла, слоистых пластиков,ситаллов, на которые нанесены пленки специальных сплавов или металлов различнойтолщины.
Металлическуюпленку наносят на основание резистора осаждением металла при высокойтемпературе в специальной камере, химическим восстановлением из растворовсолей, травлением, оксидированием и др.
Основныематериалы для изготовления пленочных резисторов — титан и тантал. Важнейшее ихпреимущество в том, что в процессе производства можно управлять ихэлектрическими свойствами: получить титановую пленку, обладающую одним изсвойств металла, полупроводника или диэлектрика. Для повышения стабильностихарактеристик резистора плёнку напыляют на нагретое до определенной температурыоснование. Сопротивление металлических пленок обратно пропорционально ихтолщине. Для получения необходимой величины удельного сопротивления в процессенапыления ведётся постоянный контроль толщины наносимой плёнки.
Металлоокисныерезисторы
Плёнкудвуокиси олова осаждают на керамические или стеклянные основания путемтермического разложения паров хлористого олова или пульверизатором наносят нанагретое основание водный раствор четыреххлористого олова. В последнее времяпроизводство металлоокисных резисторов ведется на автоматических установках.Композиционные резисторы изготовляют на основе смеси проводящего материала(например, графита и сажи) с органическими и неорганическими связующими,наполнителем и отвердителем. Композиционные смеси наносят на основаниерезистора. Наиболее распространен метод погружения основания резистора в ваннусо смесью и извлечения его из ванны с определенной скоростью. Нанесенную такимобразом пленку подвергают термической обработке.
Проволочныерезисторы
Проволочныерезисторы (постоянного и переменного сопротивлений) отличаются высокойстабильностью электрических параметров, повышенной точностью, но резисторыэтого типа имеют значительные индуктивность и ёмкость (так как они имеют видкатушки), большие габариты и сравнительно дороги. Основной элемент проволочныхрезисторов — тонкая проволока (диаметром в несколько сотых долей миллиметра) изсплавов, обладающих высоким удельным сопротивлением, достаточной механическойпрочностью, пластичностью и термостойкостью. Все элементы конструкцийпроволочных резисторов выполняют из термостойких материалов (так как припрохождении электрического тока резистор нагревается), а проводящий элемент(проволоку) защищают от климатических и механических воздействий стеклоэмалевымии другими электроизоляционными покрытиями. Основной операцией при изготовлениипроволочных резисторов является процесс наматывания проволоки на керамическийили пластмассовый каркас. Полупроводниковые резисторы изготавливают (наиболеешироко) из кремния, который обеспечивает высокую рабочую температуру изделия.Исходными заготовками служат кремниевые пластины различных размеров. Послепромывки и травления на концах пластин создают никелевые контактные площадки.Для этого химическим путем вжигают никель в слой кремния при температуре780—800°С. Затем еще раз покрывают никелем контактные площадки и припаиваютвыводы.
/>
На рис. представленоустройство пленочного резистора. На диэлектрическое цилиндрическое основание 1нанесена резистивная пленка 2. На торцы цилиндра надеты контактные колпачки 3из проводящего материала с припаянными к ним выводами 4. Для защиты резистивнойпленки от воздействия внешних факторов резистор покрывают защитной пленкой 5.
Конструкции переменныхрезисторов гораздо сложнее, чем постоянных. На следующем рисунке представленаконструкция переменного непроволочного резистора круглой формы.
Он состоит изподвижной и неподвижной частей. Неподвижная часть представляет собойпластмассовый корпус 2, в котором смонтирован токопроводящий элемент 3, имеющийподковообразную форму. Посредством заклепок 6 он крепится к круглому корпусу.Эти заклепки соединены с внешними выводами 4. Подвижная часть представляетсобой вращающуюся ось, с торцом которой 7 посредством чеканки соединенаизоляционная планка 8, на которой смонтирован подвижный контакт 1(токосъемник), соединенный с внешним выводом. Угол поворота оси составляет 270°и ограничивается стопором 5.
Проволочныерезисторы
Постоянные проволочные резисторы изготовляют из манганиновой, нихромовойили константановой проволоки, которую наматывают на трубку из керамики илипресспорошка. Сверху в качестве защитного покрытия применяют силикатную эмаль,которая фиксирует витки и изолирует их друг от друга, а также защищает резисторот окисления и механических повреждений.
/>
Различают резисторы с однослойной и многослойной намотками. Постоянныепроволочные резисторы имеют номиналы 3 Ом — 51 кОм и номинальную мощность до150 Вт. Промышленность выпускает следующие типы проволочных резисторов: соднослойной намоткой — ПЭ (проволочные эмалированные); ПЭВ (проволочныеэмалированные влагостойкие); ПЭВТ (проволочные эмалированные и влаго- итермостойкие); ПЭВР (проволочные эмалированные влагостойкие регулируемые),имеющие латунный подвижный с зажимным винтом хомутик, который можно перемещатьв доль корпуса резистора по виткам проволоки, свободной отизоляции; регулируемые с многослойной намоткой — ПТ (проволочные точные); ПТН,ПТМ, ПТК (проволочные точные, соответственно из нихромовой, магнаниновой иконстантановой проволоки); малогабаритные ПТМН, ПТММ, ПТМК (проволочные точные малогабаритные, соответственно из нихрома,манганина и константана). Резисторы с однослойной намоткой имею т допустимые отклонения от номинала ±5; ±10%, арезисторы с многослойной намоткой — ±0,25; ±0,5; ±1%.
Для изготовления микропроволочных резисторов применяют манганиновуюмикропроволоку диаметром 3—10 мкм. Допустимое отклонение от номинала составляетот ±0,05 до ±5%. Основныематериалы являются металлическими сплавами: манганин — медно-марганцовый сплав,применяется при изготовлении измерительных приборов и образцовых сопротивлений;константан — медно-никелевый сплав для намотки проволочных резисторов иреостатов; нихром — сплав никеля, хрома и железа; фехраль — сплав железа,хрома, алюминия применяют для устройства электронагревательных приборов.Для изготовления проволочных резисторов применяютсплавы, обладающие повышенным удельным сопротивлением и малым значениемтемпературного коэффициента удельного сопротивления.
/>
На риспоказана конструкция объемного резистора, представляющего собой стержень 1 изтокопроводящей композиции круглого или прямоугольного сечения с запрессованнымипроволочными выводами 2. Снаружи стержень защищен стеклоэмалевой илистеклокерамической оболочкой 3. Сопротивление такого резистора определяетсясоотношением
/>
Постоянныйпроволочный резистор представляет собой изоляционный каркас, на которыйнамотана проволока с высоким удельным электрическим сопротивлением. Снаружирезистор покрывают термостойкой эмалью, спрессовывают пластмассой либогерметизируют металлическим корпусом, закрываемым с торцов керамическимишайбами.
Для гибридныхИМС выпускаются микромодульные резисторы, представляющие собой стержень изстекловолокна с нанесенным на поверхность тонким слоем токопроводящейкомпозиции. Такие резисторы приклеиваются к контактным площадкам подложектокопроводящим клеем-контактором.