CN115762938A - 金属箔电阻综合性能改进方法及金属箔电阻 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属箔电阻综合性能改进方法及金属箔电阻,通过将所述金属箔电阻依次进行高低温老化处理、热真空老化处理、振动离心处理,来降低电阻电流噪声,提高年老化性能和阻值稳定性,降低电阻绝对温飘和跟踪温飘,实现金属箔电阻综合性能改善提升。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天、精密测试、仪器仪表等应用技术领域,具体涉及一种金属箔电阻综合性能改进方法及金属箔电阻。
背景技术
由于过去长期依赖进口元器件,导致国内在精密箔电阻方面的研究迟滞不前,和国外先进电阻技术水平差距越来越大。在我国武器装备和精密电子测量仪器大力发展的今天,这迫使我们要走自主可控的发展道路,也为我们深入研究提高精密金属箔电阻老化处理工艺带来了机遇与挑战。
目前国产合金箔电阻与国外先进技术差距主要体现在如下几个方面:
1)合金箔材料生产企业由于不了解国外的先进处理工艺技术,故对其箔材前期处理不到位,导致箔材本身物理性能存在一定缺陷;
2)国产电阻箔材贴合工艺环节没有碾平工艺及设备;
3)国内往往采用市场普通的通用粘接胶,没有专门研制符合合金箔材与陶瓷基板所需粘接性能且老化指标优良的粘接胶,导致电阻性能不好,且没有自动涂覆设备,靠人工刷胶,导致粘接存在不少缺陷;
4)陶瓷基板没有经过精密取向研磨,导致表面平整度和温变方向存在不确定性,从而影响电阻性能;
5)粘接调值封装后序工艺处理缺乏,导致性能不高且不稳定,国产电阻企业基本没有掌握此工艺技术。
以国产电阻常见的高电流噪声为例,即阻值会出现随自身温度变化导致的突变现象。经过大量分析和试验,这是合金箔和陶瓷基板人工粘接时,粘接剂涂层呈现了气泡,导致局部合金箔没有和陶瓷板紧密贴合,在热应力的影响下,电阻就呈现这种忽大忽小的间断噪声波谱,合金箔没有碾平工艺,导致合金箔在粘接过程中出现褶皱,也会产生这种噪声波谱。
发明内容
鉴于上述技术问题,本发明的目的为提供一种金属箔电阻综合性能改进方法及金属箔电阻,通过该方法来改善金属箔电阻内部结构与应力特性降低电阻电流噪声,提高年老化性能和阻值稳定性,降低电阻绝对温飘和跟踪温飘,实现金属箔电阻综合性能提升。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种金属箔电阻综合性能改进方法,包括以下步骤:
将所述金属箔电阻依次进行高低温老化处理、热真空老化处理、振动离心处理,提升金属箔电阻综合性能。
根据本发明的一个技术方案,所述高低温老化处理包括:
步骤S11、将所述金属箔电阻由常温逐渐升温至第一温度;
步骤S12、将所述金属箔电阻由所述第一温度逐渐降低至第二温度;
步骤S13、将所述金属箔电阻由所述第二温度逐渐升高至第三温度;
步骤S14、将所述金属箔电阻由所述第三温度再次降低至第二温度;
步骤S15、将所述金属箔电阻由所述第二温度骤冷至第四温度;
步骤S16、将所述金属箔电阻由所述第四温度逐渐升温至常温。
根据本发明的一个技术方案,所述第一温度的取值范围为150℃~200℃;所述第二温度的取值范围为50℃~80℃;所述第三温度的取值范围为 100℃~120℃;所述第四温度的取值范围为-80℃~-50℃。
根据本发明的一个技术方案,所述热真空老化处理包括:
步骤S21、确定所述金属箔电阻的阻值,根据所述金属箔电阻的阻值确定热真空罐真空度、温度、老化时长参数;
步骤S22、将所述金属箔电阻固定后,放置于热真空罐中;
步骤S23、根据步骤S21得到的热真空罐真空度、温度、老化时长参数设置所述热真空罐。
根据本发明的一个技术方案,所述振动离心处理包括:
步骤S31、确定所述金属箔电阻的阻值,根据所述金属箔电阻的阻值确定振动离心机的振动频率、振幅、加速度,运行时间;
步骤S32、将所述金属箔电阻固定于所述振动离心机的滚筒壁上;
步骤S33、根据步骤S31得到的振动频率、振幅、加速度,运行时间参数设置所述振动离心机。
根据本发明的一个技术方案,所述第一温度为85℃;所述第二温度为 175℃;所述第三温度为105℃;所述第四温度为-65℃。
根据本发明的一个方面,提出了一种金属箔电阻,利用如上述技术方案中任一项所述的金属箔电阻综合性能改进方法进行综合性能改进的金属箔电阻。
根据本发明的构思,提出一种金属箔电阻综合性能改进方法及金属箔电阻,通过将所述金属箔电阻依次进行高低温老化处理、热真空老化处理、振动离心处理,改善金属箔电阻内部结构与应力特性,降低电阻电流噪声,提高年老化性能和阻值稳定性,降低电阻绝对温飘和跟踪温飘,实现金属箔电阻综合性能提升。
附图说明
图1示意性表示根据本发明一种实施方式的金属箔电阻综合性能改进方法的工艺流程图;
图2示意性表示根据本发明一种实施方式的高低温老化处理的温度变化图;
图3示意性表示根据本发明一种实施方式的综合性能改进前的阻值和温度变化曲线;
图4示意性表示根据本发明一种实施方式的综合性能改进后的阻值和温度变化曲线;
图5示意性表示根据本发明一种实施方式的综合性能改进前电阻的离散系数;
图6示意性表示根据本发明一种实施方式的综合性能改进后电阻的离散系数;
图7示意性表示根据本发明一种实施方式的综合性能改进前电阻的短期阻值波动特性;
图8示意性表示根据本发明一种实施方式的综合性能改进后电阻的短期阻值波动特性;
图9示意性表示根据本发明一种实施方式的综合性能改进前电阻的温度特性;
图10示意性表示根据本发明一种实施方式的综合性能改进后电阻的温度特性图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述,实施方式不能在此一一赘述,但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
如图1至图10所示,本发明的一种金属箔电阻综合性能改进方法,包括以下步骤:
将所述金属箔电阻依次进行高低温老化处理、热真空老化处理、振动离心处理,提升金属箔电阻综合性能。
在该实施例中,通过将所述金属箔电阻依次进行高低温老化处理、热真空老化处理、振动离心处理,提升金属箔电阻综合性能,实现降低电阻电流噪声,提高年老化性能和阻值稳定性,降低电阻绝对温飘和跟踪温飘的综合性能提升。
高温骤冷技术可以去除箔材内应力,该工艺需要灵活调整以适应不同电阻箔材,箔材厚度越厚,高温老化就要先行进行,且温度与厚度成正比提高,低温则需要越低,并且老化时间也需要随厚度增加而增加。每种类型的粘接剂也需要测试最高最低允许老化温度,以调整电阻老化控温程序。
阻值会出现随自身温度变化导致的突变现象,进口高端电阻元器件也有这种现象,经过大量分析和试验,这是合金箔和陶瓷基板粘接时,粘接涂层呈现了气泡,导致局部合金箔没有和陶瓷板紧密贴合,在热应力的影响下,电阻就呈现这种忽大忽小的间断噪声波谱,分析原因主要是潮湿气泡造成的合金箔片局部的冷缩热涨应力骤变。解决方法是采用热真空老化工艺,利用真空高温老化,尽可能消除金属箔片与陶瓷基底间残存的气泡里面的空气,特别是湿度过大的空气,同时灌注高纯氮气,使合金箔片的自由颤动形变大幅降低,电阻温变尖峰噪声就可以得以有效去除。体现在电阻上,就是测试阻值的稳定性大幅提高,避免出现忽大忽小的现象,也就避免了电阻在电路中工作时的瞬时不稳定性现象。
对精密金属箔电阻进行振动离心艺操作,目的使得金属箔片与陶瓷基底的粘结程度更紧密,改善电阻电阻稳定性,同时可以避免金属箔电阻里面箔材表面留有调阻时的切割箔残渣或焊锡渣,引起电阻值突变的异常失效。该工艺可以根据陶瓷基板的厚度进行调整,陶瓷基板越厚则需要加强振动离心机处理。
在本发明的一个实施例中,优选地,所述高低温老化处理包括:
步骤S11、将所述金属箔电阻由常温逐渐升温至第一温度;
步骤S12、将所述金属箔电阻由所述第一温度逐渐降低至第二温度;
步骤S13、将所述金属箔电阻由所述第二温度逐渐升高至第三温度;
步骤S14、将所述金属箔电阻由所述第三温度再次降低至第二温度;
步骤S15、将所述金属箔电阻由所述第二温度骤冷至第四温度;
步骤S16、将所述金属箔电阻由所述第四温度逐渐升温至常温。
在本发明的一个实施例中,优选地,所述第一温度的取值范围为 150℃~200℃;所述第二温度的取值范围为50℃~80℃;所述第三温度的取值范围为100℃~120℃;所述第四温度的取值范围为-80℃~-50℃。
在本发明的一个实施例中,优选地,所述热真空老化处理包括:
步骤S21、确定所述金属箔电阻的阻值,根据所述金属箔电阻的阻值确定热真空罐真空度、温度、老化时长参数;
步骤S22、将所述金属箔电阻固定后,放置于热真空罐中;
步骤S23、根据步骤S21得到的热真空罐真空度、温度、老化时长参数设置所述热真空罐。
在该实施例中,将电阻元器件安装到夹具上,放置到热真空罐中,根据不同阻值和电阻生产工艺参数设置热真空罐真空度、温度、老化时长。未进行热真空处理前,有些电阻在测试温度变化时会出现瞬时阻值波动情况,往往偏离正常值3-5ppm,有的可以偏离10ppm以上,出现瞬时增大或减小的情况,而正常电阻此时应该波动不大于1ppm。这往往就是粘合处产生了气泡,这是人工刷胶很难避免的一种现象。用高温热真空加注高纯氮气处理,可以有效解决这个问题。高温实现了驱潮,氮气避免了外界空气的二次渗入,同时真空也压缩了合金箔片形变空间,从而大幅改善了电阻尖峰噪声。
在本发明的一个实施例中,优选地,所述振动离心处理包括:
步骤S31、确定所述金属箔电阻的阻值,根据所述金属箔电阻的阻值确定振动离心机的振动频率、振幅、加速度,运行时间;
步骤S32、将所述金属箔电阻固定于所述振动离心机的滚筒壁上;
步骤S33、根据步骤S31得到的振动频率、振幅、加速度,运行时间参数设置所述振动离心机。
在该实施例中,离心振动的机理就是把那些残留在合金箔片表面的似分离似没有分离的一些残渣,包括合金箔渣、焊锡残渣等予以高速高频离心振动甩离电阻蚀刻网络表面,而且这些残渣往往被甩进周边封装狭缝里,且被相对固定在此处,这样残渣对电阻性能的影响就降到了最低限度,有利于提升电阻工作稳定性。
如图2所示,在本发明的一个实施例中,优选地,所述第一温度为85℃;所述第二温度为175℃;所述第三温度为105℃;所述第四温度为-65℃。
175℃高温通常可以改善10-50kΩ阻值电阻合金箔褶皱产生的额外骤变应力和光刻后阻值线边缘应力,这个额外的应力会大幅提高电阻的温变噪声,当经过长时间175℃高温处理后,箔材的组织应力、热应力、比容应力均会发生变化,由不均匀变成相对均匀,此时再施加特别的低温,使得上述应力变化值得以被固定在一个小的变化区间(稳定),此时电阻因温度骤变(比如反复上电和变电压)导致的过高电流噪声得以被大幅降低, 同时,大幅度降低了电阻因不均匀内应力逐步释放导致的年老化率过大的情形,也就是大幅提高了电阻稳定性指标。试验证明,产品温飘系数可得到明显改善,可由5-10ppm/℃降为2-5ppm/℃。
根据本发明的一个方面,提出了一种金属箔电阻,利用如上述实施例中任一项所述的金属箔电阻综合性能改进方法进行综合性能改进的金属箔电阻。
为了验证该改良工艺对实际电阻性能的改善作用,我们对一批国产电阻元器件按照本发明的改良工艺方法进行了试验,并在试验前和试验后分别开展了性能测试,并对测试数据进行了分析,得到的结果如下表所示。
表1试验前后性能对比表
以下将以5号电阻为例,详细分析开展性能改良工艺试验前后其性能变化机理。
如图3所示,在温度快速升温过程中,电阻的阻值呈现一个大凹坑的跳变情况,这种情形就是典型的合金箔电阻网络区和陶瓷基板间存在局部气泡现象,也就是箔片人工粘合过程中没有有效的紧密压合箔片。这个气泡严重影响了合金箔体动态线膨胀曲线,形成了局部应力的“爆破跳变”现象,这个“爆破跳变”显著特征就是电阻在快速温度变化过程中会形成一个“大凹坑”或“大凸起”,导致阻值在温度变化时的剧烈不稳定性,一旦温度趋于稳定,“爆破跳变”力也将快速消失,阻值将迅速回到正确温度曲线上。测试数据中被测电阻的离散系数在工艺试验前为14.0,也印证了这个问题。
工艺试验后,电阻的阻值和温度变化曲线如图4所示,从图中可以看出,试验后电阻阻值曲线中剧烈“凹坑”的变化现象消失了。这说明阻值在变温过程中的剧烈波动基本上消除了,虽然还有一些微小的波动迹象,这表明电阻内部还残留有小气泡的“影子”,但波动变化量已经很小可以忽略,不影响电阻的正常应用。
图5和图6分别为老化前后离散系数对比测试参数图。由图中可以看出,试验前的离散曲线呈现不规则高斯分布,而试验后的离散曲线更接近高斯分布,此时,工艺试验后电阻的离散系数由原来的14.0降低到1.2,这说明电阻经过改良工艺试验后已经达到了较高性能指标水平。
由于有这个“爆破跳变”,该电阻在改良工艺试验前快速变温时会呈现一个比较大的阻值波动性,达2.98ppm,如图7所示,这也就反映了电阻的电流噪声比较大。而经过改良工艺后电阻的短期阻值波动性降低到了 0.35ppm,性能得到大大改善,如图8所示。该电阻在工艺试验前的温度特性如图9所示,温度系数约为-1.37ppm/℃。经过改进工艺试验后该电阻的温度系数提高到-0.32ppm/℃,见图10,温度系数指标也有明显提高。
综上所述,金属箔电阻经过本发明的改良工艺试验后,电阻稳定性、噪声、温度系数等综合指标大幅提高,后期工艺改良取得了较好的预期效果。
本发明提出了一种金属箔电阻综合性能改进方法及金属箔电阻,通过将所述金属箔电阻依次进行高低温老化处理、热真空老化处理、振动离心处理,改善金属箔电阻内部结构与应力特性,降低电阻电流噪声,提高年老化性能和阻值稳定性,降低电阻绝对温飘和跟踪温飘,实现金属箔电阻综合性能提升。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
还需要说明的是,以上所述是本发明优选实施方式,应当指出,尽管已描述了本发明优选实施例,但对于本技术领域的技术人员来说,一旦得知了本发明的基本创造性概念,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
Claims (7)
1.一种金属箔电阻综合性能改进方法,其特征在于,包括以下步骤:
将所述金属箔电阻依次进行高低温老化处理、热真空老化处理、振动离心处理,提升金属箔电阻综合性能。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述高低温老化处理包括:
步骤S11、将所述金属箔电阻由常温逐渐升温至第一温度;
步骤S12、将所述金属箔电阻由所述第一温度逐渐降低至第二温度;
步骤S13、将所述金属箔电阻由所述第二温度逐渐升高至第三温度;
步骤S14、将所述金属箔电阻由所述第三温度再次降低至第二温度;
步骤S15、将所述金属箔电阻由所述第二温度骤冷至第四温度;
步骤S16、将所述金属箔电阻由所述第四温度逐渐升温至常温。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述第一温度的取值范围为150℃~200℃;所述第二温度的取值范围为50℃~80℃;所述第三温度的取值范围为100℃~120℃;所述第四温度的取值范围为-80℃~-50℃。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述热真空老化处理包括:
步骤S21、确定所述金属箔电阻的阻值,根据所述金属箔电阻的阻值确定热真空罐真空度、温度、老化时长参数;
步骤S22、将所述金属箔电阻固定后,放置于热真空罐中;
步骤S23、根据步骤S21得到的热真空罐真空度、温度、老化时长参数设置所述热真空罐。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述振动离心处理包括:
步骤S31、确定所述金属箔电阻的阻值,根据所述金属箔电阻的阻值确定振动离心机的振动频率、振幅、加速度,运行时间;
步骤S32、将所述金属箔电阻固定于所述振动离心机的滚筒壁上;
步骤S33、根据步骤S31得到的振动频率、振幅、加速度,运行时间参数设置所述振动离心机。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述第一温度为85℃;所述第二温度为175℃;所述第三温度为105℃;所述第四温度为-65℃。
7.一种金属箔电阻,其特征在于,利用如权利要求1至6中任一项所述的金属箔电阻综合性能改进方法进行综合性能改进的金属箔电阻。
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