Технология производства резистора

Министерство образования и молодежи РМ

Бельцкий Политехнический Колледж

Кафедра радиоэлектроники и электромеханики

Практическая работа

Тема: Технология производства резистора

Рези́стор (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь), — пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома: мгновенное значение напряжения на резисторе пропорционально току проходящему через него . На практике же резисторы в той или иной степени обладают также паразитной ёмкостью, паразитной индуктивностью и нелинейностью вольт-амперной характеристики.

Классификация резисторов

Три резистора разных номиналов для поверхностного монтажа (SMD) припаянные на печатную плату

Резисторы являются элементами электронной аппаратуры и могут применяться как дискретные компоненты или как составные части интегральных микросхем. Дискретные резисторы классифицируются по назначению, виду ВАХ, характеру изменения сопротивления, технологии изготовления

По назначению:

-   резисторы общего назначения

-   резисторы специального 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 и сверхпрецизионные (повышенная точность, допуск 0,001 - 1%)

По виду вольт-амперной характеристики:

линейные резисторы

нелинейные резисторы

варисторы — сопротивление зависит от приложенного напряжения

терморезисторы — сопротивление зависит от температуры

фоторезисторы — сопротивление зависит от освещённости

тензорезисторы — сопротивление зависит от деформации резистора

магниторезисторы — сопротивление зависит от величины магнитного поля

По характеру изменения сопротивления:

-   постоянные резисторы

-   переменные регулировочные резисторы

-   переменные подстроечные резисторы

По технологии изготовления:

Проволочные резисторы. Представляют собой кусок проволоки с высоким удельным сопротивлением намотанный на какой-либо каркас. Могут иметь значительную паразитную индуктивность. Высокоомные малогабаритные проволочные резисторы иногда изготавливают из микропровода.

Плёночные металлические резисторы. Представляют собой тонкую плёнку металла с высоким удельным сопротивлением, напылённую на керамический сердечник, на концы сердечника надеты металлические колпачки с проволочными выводами. Иногда, для повышения сопротивления, в плёнке прорезается винтовая канавка. Это наиболее распространённый тип резисторов.

Металлофольговые резисторы. В качестве резистивного материала используется тонкая металлическая лента.

Угольные резисторы. Бывают плёночными и объёмными. Используют высокое удельное сопротивление графита.

Интегральный резистор. Используется сопротивление слаболегированного полупроводника. Эти резисторы могут иметь большую нелинейность вольт-амперной характеристики. В основном используются в составе интегральных микросхем, где применить другие типы резисторов невозможно или не технологично.

Резисторы, выпускаемые промышленностью

Выпускаемые промышленностью резисторы одного и того же номинала имеют разброс сопротивлений. 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 специальных номинальных рядов, наиболее часто из номинальных рядов E6 (20 %), E12 (10 %) или E24 (для резисторов с точностью до 5 %), для более точных резисторов используются более точные ряды (например E48).

Резисторы, выпускаемые промышленностью характеризуются также определённым значением максимальной рассеиваемой мощности (выпускаются резисторы мощностью 0,125Вт 0,25Вт 0,5Вт 1Вт 2Вт 5Вт) (Согласно ГОСТ 24013-80 и ГОСТ 10318-80 советской радиотехнической промышленностью 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)

Производство резисторов

Резисторы — это элементы электрической схемы, обладающие активным электрическим сопротивлением. Они составляют от 16 до 50% общего числа элементов схемы радиоэлектронной аппаратуры. 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 степени зависит от их качества. Непроволочные резисторы разделяют на следующие группы: углеродистые, металлоплёночные и металлоокисные, композиционные и полупроводниковые.

Углеродистыми называют резисторы, проводящий слой которых образован графитоподобной плёнкой, осаждённой на изоляционное основание, преимущественно фарфор. При изготовлении углеродистых резисторов применяют поточный метод науглероживания оснований в специальных камерах при высокой температуре. Массовый выпуск углеродистых резисторов ведётся на автоматизированных линиях.

Металлопленочные резисторы

Металлопленочные резисторы представляют собой изоляционные основания — цилиндрические трубки из керамики, стекла, слоистых пластиков, ситаллов, на которые нанесены пленки специальных сплавов или металлов различной толщины.

Металлическую пленку наносят на основание резистора осаждением металла при высокой температуре в специальной камере, химическим восстановлением из растворов солей, травлением, оксидированием и др.

Основные материалы для изготовления пленочных резисторов — титан и тантал. Важнейшее их преимущество в том, что в процессе производства можно управлять их электрическими свойствами: получить титановую пленку, обладающую одним из свойств металла, полупроводника или диэлектрика. Для повышения стабильности характеристик резистора плёнку напыляют на нагретое до определенной температуры основание. Сопротивление металлических пленок обратно пропорционально их толщине. Для получения необходимой величины удельного сопротивления в процессе напыления ведётся постоянный контроль толщины наносимой плёнки.

Металлоокисные резисторы

Плёнку двуокиси олова осаждают на керамические или стеклянные основания путем термического разложения паров хлористого олова или пульверизатором наносят на нагретое основание водный раствор четыреххлористого олова. В последнее время производство 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 основание резистора. Наиболее распространен метод погружения основания резистора в ванну со смесью и извлечения его из ванны с определенной скоростью. Нанесенную таким образом пленку подвергают термической обработке.

Проволочные резисторы

Проволочные резисторы (постоянного и переменного сопротивлений) отличаются высокой стабильностью электрических параметров, повышенной точностью, но резисторы этого типа имеют значительные индуктивность и ёмкость (так как они имеют вид катушки), большие габариты и сравнительно дороги. Основной элемент проволочных резисторов — тонкая проволока (диаметром в несколько сотых долей миллиметра) из сплавов, обладающих высоким удельным сопротивлением, достаточной механической прочностью, пластичностью и термостойкостью. Все элементы конструкций проволочных резисторов выполняют из термостойких материалов (так как при прохождении электрического тока резистор нагревается), а проводящий элемент (проволоку) защищают от климатических и механических воздействий стеклоэмалевыми и другими электроизоляционными покрытиями. Основной операцией при изготовлении проволочных резисторов является процесс наматывания проволоки на керамический или пластмассовый каркас. Полупроводниковые резисторы изготавливают (наиболее широко) из кремния, который обеспечивает высокую рабочую температуру изделия. Исходными заготовками служат кремниевые пластины различных размеров. После промывки и травления на концах пластин создают никелевые контактные площадки. Для этого химическим путем вжигают никель в слой кремния при температуре 780—800°С. Затем еще раз покрывают никелем контактные площадки и припаивают выводы.

На рис. представлено устройство пленочного резистора. На диэлектрическое цилиндрическое основание 1 нанесена резистивная пленка 2. На торцы цилиндра надеты контактные колпачки 3 из проводящего материала с припаянными к ним выводами 4. Для защиты резистивной пленки от воздействия внешних факторов резистор покрывают защитной пленкой 5.

Конструкции переменных резисторов гораздо сложнее, чем постоянных. На следующем рисунке представлена конструкция переменного непроволочного резистора круглой формы.

Он состоит из подвижной и неподвижной частей. Неподвижная часть представляет собой пластмассовый корпус 2, в котором смонтирован токопроводящий элемент 3, имеющий подковообразную форму. Посредством заклепок 6 он крепится к круглому корпусу. Эти заклепки соединены с внешними выводами 4. Подвижная часть представляет собой вращающуюся ось, с торцом которой 7 посредством чеканки соединена изоляционная планка 8, на которой смонтирован подвижный контакт 1 (токосъемник), соединенный с внешним выводом. Угол поворота оси составляет 270° и ограничивается стопором 5.

Проволочные резисторы

Постоянные проволочные резисторы изготовляют из манганиновой, нихромовой или константановой проволоки, которую наматывают на трубку из керамики или пресспорошка. Сверху в качестве защитного покрытия применяют силикатную эмаль, которая фиксирует витки и изолирует их друг от друга, а также защищает резистор от окисления и механических повреждений.

Различают резисторы с однослойной и многослойной намотками. Постоянные проволочные резисторы имеют номиналы 3 Ом — 51 кОм и номинальную мощность до 150 Вт. Промышленность выпускает следующие типы проволочных резисторов: с однослойной намоткой — ПЭ (проволочные эмалированные); ПЭВ (проволочные эмалированные влагостойкие); ПЭВТ (проволочные эмалированные и влаго- и термостойкие); ПЭВР (проволочные эмалированные влагостойкие регулируемые), имеющие латунный подвижный с зажимным винтом хомутик, который можно перемещать в доль корпуса резистора по виткам проволоки, свободной от изоляции; регулируемые с многослойной намоткой — ПТ (проволочные точные); ПТН, ПТМ, ПТК (проволочные точные, соответственно из нихромовой, магнаниновой и константановой проволоки); малогабаритные ПТМН, ПТММ, ПТМК (проволочные т очные малогабаритные, соответственно из нихрома, манганина и константана). Резисторы с однослойной намоткой имею т допустимые отклонения от номинала ±5; ±10%, а резисторы с многослойной намоткой — ±0,25; ±0,5; ±1%.

Для изготовления микропроволочных резисторов применяют манганиновую микропроволоку диаметром 3—10 мкм. Допустимое отклонение от номинала составляет от ±0,05 до ±5%.  Основные материалы являются металлическими сплавами: манганин — медно-марганцовый сплав, применяется при изготовлении измерительных приборов и образцовых сопротивлений; константан — медно-никелевый сплав для намотки проволочных резисторов и реостатов; нихром — сплав никеля, хрома и железа; фехраль — сплав железа, хрома, алюминия применяют для устройства электронагревательных приборов. Для изготовления проволочных резисторов применяют сплавы, обладающие повышенным удельным сопротивлением и малым значением температурного коэффициента удельного сопротивления.

На рис показана конструкция объемного резистора, представляющего собой стержень 1 из токопроводящей композиции круглого или прямоугольного сечения с запрессованными проволочными выводами 2. Снаружи стержень защищен стеклоэмалевой или стеклокерамической оболочкой 3. Сопротивление такого резистора определяется соотношением

Постоянный проволочный резистор представляет собой изоляционный каркас, на который намотана проволока с высоким удельным электрическим сопротивлением. Снаружи резистор покрывают термостойкой эмалью, спрессовывают пластмассой либо герметизируют металлическим корпусом, закрываемым с торцов керамическими шайбами.

Для гибридных ИМС выпускаются микромодульные резисторы, представляющие собой стержень из стекловолокна с нанесенным на поверхность тонким слоем токопроводящей композиции. Такие резисторы приклеиваются к контактным площадкам подложек токопроводящим клеем-контактором.