Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НИЗКООМНОГО ЧИП-РЕЗИСТОРА

Изобретение относится к электронной технике, а именно к низкоомным 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 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 способ производства чип-резистора выбран за ближайший аналог.

Недостатком известного способа производства является то, что в данном способе не предусмотрена возможность задания сопротивления и ТКС изготавливаемого изделия или их различного сочетания и, как следствие, отсутствие возможности гарантированного получения на выходе производственного процесса чип-резисторов с требуемыми значениями сопротивления и ТКС.

Технический результат предложенного способа заключается в возможности изготовления низкоомных чип-резисторов со значением ТКС, которое не превышает целевого значения при заданном значении сопротивления.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что предложен способ изготовления низкоомного чип-резистора, включающего резистивную пластину, заключающийся в том, что на концах резистивной пластины формируют контакты и осуществляют подгонку ее сопротивления, между контактами на резистивной пластине формируют покрытие из изолирующего материала, на контакты наносят гальваническое покрытие с образованием выводов чип-резистора, каждый из которых состоит из контакта с гальваническим покрытием и смежной с контактом части резистивной пластины, при этом при формировании контактов проводят процедуру минимизации переходных сопротивлений между контактами и резистивной пластиной путем снятия окисных пленок с поверхности резистивной пластины, а контакты формируют такой конфигурации, 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 способ реализуют следующим образом.

В качестве основы низкоомного чип-резистора используют резистивную пластину 1, преимущественно из манганина. Далее на каждом из двух концов на обеих сторонах пластины известным гальваническим методом формируют слой из высокопроводящего материала, преимущественно 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 в кислой среде с использованием сильных или слабых неорганических кислот в соответствующей для реакции концентрации (например, в растворе K₂Cr₂О₇ 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 поверхностей. Далее известным способом, например методом лазерной резки резистивной пластины, подгоняют целевую величину общего сопротивления низкоомного чип-резистора в пределах допустимого отклонения сопротивления. Затем между медными контактами на манганиновую пластину на обеих сторонах наносят покрытие из изолирующего материала 4, например краску. После этого на медные контакты 2 гальваническим методом наносят покрытие 3 - слои никеля и припоя (сплав олова со свинцом). Участок, состоящий из медного контакта с покрытием из никеля и сплава олова со свинцом и смежной с контактом части резистивной пластины 1, представляет собой вывод 5.

Для того чтобы конечное изделие обладало заданным значением сопротивления R_об и значением ТКС, которое не превышает требуемое значение ТКС_об, необходимо на этапе формирования контактов провести выбор их конфигурации, а именно задать 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 R_об 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 для способа изготовления низкоомных чип-резисторов 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, как отмечалось, 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 выводов.

Пример 1

Ставилась задача получения 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 K₂Cr₂О₇ 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 сопротивление 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 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-я и 7-я строки табл. 1), то фактическое значение ТКС_об больше 100 ppm 1/°С.

Сопротивление 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.

Таким образом, с помощью примера показано, что предложенный способ обеспечивает возможность изготовления низкоомных чип-резисторов со значением ТКС, которое не превышает целевого значения при заданном значении сопротивления.