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Resistencia de film metálico, película delgada o una lámina de un material resistivo conductor de electricidad. Metal foil resistor.
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Introducción.
Las resistencias de película delgada o una lámina de un material resistivo conductor de electricidad, denominada en ingles metal foil resistor, proporcionan un coeficiente de resistencia a la temperatura (TCR) extremadamente bajo y una estabilidad excepcional a largo plazo en temperaturas extremas. Una aleación metálica, denominada nicromo, con propiedades conocidas y controlables, con una proporción un 80% de níquel y un 20% de cromo, Ni / Cr y conteniendo aditivos, denomina Evanohm S, se cementa a una cerámica especial, el sustrato, como se muestra en el siguiente dibujo lo que resulta en un equilibrio termo mecánico de fuerzas.[1-3]
Un patrón resistivo se fotografía en la lámina. Este proceso combina de manera única las características importantes de bajo TCR, estabilidad a largo plazo, una baja inductancia, y una baja capacitancia, estabilización térmica y bajo ruido en una tecnología de resistencia única.
Construcción de las resistencias. Estas se fabrican de la siguiente manera: la lámina de Ni-Cr, o una aleación similar, de aproximadamente 3 µm de espesor, se trata con calor para ajustar su TCR y se adhiere a un sustrato cerámico sólido, con un espesor de aproximadamente 0,5 mm.
Luego se deposita una resina fotosensible en la lámina usando procesos microelectrónicos. La resina fotosensible se expone (se fotolitografía) a través de una máscara fotográfica que representa el diseño del circuito de resistencia, que se asemeja a una serie de filamentos en bucle. La resina en las áreas no expuestas se lava, dejando la resina en las áreas expuestas en la parte superior de la lámina. Las áreas del film metálico no protegidas por la resina se erosionan, reproduciendo el diseño de la máscara. Se utiliza una foto-mascara que se ilumina con luz ultra violeta que al pasar o no, la fotografía con el modelo de resistor. Este paso crea una multitud de filamentos resistivos interconectados en serie o en paralelo, como lo mostrado en el siguiente dibujo, de modo que la resistencia del circuito alcanza el valor deseado y puede calibrarse posteriormente, [1-1], cortando los puentes como se indica en la fotolitografia.
La oblea resultante, que contiene muchos elementos de resistencia, se corta luego en forma de cuadraditos de resistencia. Los cuadraditos con la resistencia se ajustan a la tolerancia deseada cortando derivaciones diseñadas.Luego se ensambla la cerámica con el film fotografiado, de un determinado espesor con el modelo de la resistencia, como se muestra.
La resistencia se calibra mediante la eliminación selectiva de barras de cortocircuito incorporadas, que aumentan el valor de la resistencia en incrementos conocidos, se cortan áreas seleccionadas, produciendo incrementos progresivamente más pequeños en la resistencia. [1-1]
Este es un componente, usado en sistemas de alta precisión que sufren cambios de temperatura extremos, como los que se presenta en satélites artificiales y aun así sus propiedades no cambian o lo hacen de manera mínima. Esta condición es necesaria en aviones, por ejemplo, estos pueden sufrir cambios desde 17⁰C al nivel del mar a -62⁰C a una altura de 20 kilómetros, y si en los mismos hay sistemas electrónicos con componentes tal como resistencias eléctricas, estos deberían mantener los valores originales de diseño, sino se pueden producir serios problemas.
Descripción de los componentes de la resistencia de film metálico.[1-5] 1. El metal: el material de resistencia es una aleación única laminada en frío de níquel-cromo (NiCr) laminada con un espesor de 100 a 200 micro-pulgadas. La composición del metal se ajusta de manera que tenga un coeficiente de expansión térmica lineal específico, así como un coeficiente de resistencia a la temperatura (TCR) inherente específico. La aleación no unida debe tener un TCR positivo específico asociado con un coeficiente de expansión lineal específico. 2. El adhesivo, pegamento, debe aplicarse en una capa uniformemente delgada y ser capaz de miles de choques térmicos y ciclos de temperatura de menos de −65⁰C a más de + 200⁰C, también disponible hasta −200⁰C para aplicaciones criogénicas, sin agrietarse, desplazarse, endurecerse o relajar su unión. Esto requiere un de desarrollo con pruebas operativas que requieren años de pruebas de vida útil para determinar la eficacia de cada refinamiento. 3. El sustrato, la cerámica, especialmente elegida debe ser una cerámica específica sin iones libres para unirse con vapor de agua y formar erosiones que pongan en riesgo la fiabilidad. Todos los pegamentos que son epóxidos, deben con los ciclos de temperatura y humedad, atraer el vapor de agua a través del encapsulamiento plástico, no puede haber iones libres presentes para formar erosiones destructoras del film metálico. Pero, lo que es más importante, el sustrato debe proporcionar un coeficiente lineal de expansión muy específico para contrarrestar el coeficiente lineal de expansión del film metálico. 4. La red del patrón de la resistencia, formada por la aleación de NiCr del film se debe erosionar , después de que la misma se haya unido o no, [1-6], al sustrato. La red está configurada para permitir el ajuste remoto del valor de resistencia dentro del 0.0005% (5 ppm) produciendo resistencias terminadas con tolerancias tan ajustadas como 0.001% (10 ppm). El patrón de rejilla está diseñado para minimizar la inductancia, la capacitancia, los puntos calientes y el exceso de ruido de corriente. 5. La física de la estructura compuesta del elemento resistivo del film de la aleación metálica, está unida al sustrato de cerámica plano. La lámina de metal no unida tiene un coeficiente de expansión térmica lineal positivo, que se expande en todas las direcciones con el aumento de la temperatura.[1-7] El sustrato también tiene un coeficiente de expansión positivo, pero es menor que el metal, por lo que no se expande tanto como el metal con el mismo aumento de temperatura. Cuando el metal está unido al sustrato, el metal requiere una expansión mayor que el sustrato al que está unido. El efecto neto es que, mientras ambos se expanden, el metal experimenta una fuerza de compresión al tratar de expandirse más rápido contra la fuerza de restricción de la expansión más pequeña del sustrato. Cuando se coloca un metal bajo compresión, las fuerzas de compresión reducen la resistencia. Todos los materiales en esta estructura están delicadamente equilibrados de modo que esta disminución inducida por la compresión en la resistencia compensa exactamente el TCR positivo inherente del metal. La fuerza de compresión reduce la resistencia la cantidad exacta necesaria para equilibrar el aumento natural de resistencia del metal, produciendo un cambio neto casi nulo en la resistencia con un cambio de temperatura. Además, el equilibrio tensión / deformación en todos los rangos de aplicación de temperatura y potencia de las resistencias de película delgada es tal que no excede el límite elástico, ley de Hooke. 6. Coeficiente de resistencia a la temperatura (TCR) como índice de rendimiento. Muchos diseñadores usan el TCR de una resistencia como índice del nivel relativo de precisión de la resistencia. Y generalmente es cierto que, si las tecnologías de resistencia se organizan de acuerdo con los mejores TCR que producen, eso corresponde directamente a su nivel general de precisión: cuanto mejor sea el TCR, mejor será la precisión. Si bien eso indica el orden general, el grado de precisión no necesariamente tiene el mismo TCR frente a la proporcionalidad de precisión para cada tecnología. Las resistencias de lámina de metal tienen el TCR más bajo de cualquier tecnología de resistencia, tan bajo como 0.2 ppm / ⁰C de -55⁰C a + 125⁰C, tomando como referencia de 25⁰C.
Resumen histórico del desarrollo de resistencias de lámina metálica.
Las siguientes secuencias son desarrollos científicos y tecnológicos que llevaron a la creación de la idea de resistencia de lámina metálica, sin dichas investigaciones no se podría llegar al sistema denominado en ingles metal foil resistor, la misma esta organizada temporalmente. La idea central es el fenómeno físico de si un alambre metálico se somete a un estiramiento, su resistencia eléctrica aumenta y si se comprime su resistencia eléctrica disminuye, dada por Lord Kelvin en 1856. Su investigación se basa en el uso del puente de medición de la resistencia eléctrica resistencia de Wheatstone, realizadas en 1843.
1826.
Medida de corriente.
Aunque la década de 1820 fue una época de grandes descubrimientos con respecto a la producción de electricidad actual, también fue una época de confusión generalizada sobre las definiciones adecuadas para términos tan fundamentales como tensión e intensidad eléctrica. Ampere había proporcionado una definición electromagnética de la intensidad de una corriente y había establecido claramente una distinción entre la tensión eléctrica y la corriente eléctrica, pero los científicos aún carecían de un medio para relacionar la tensión de una pila voltaica con la intensidad de la corriente que produce y las propiedades del conductor que transporta esta corriente. En 1826, el físico alemán Georg Simon Ohm (1789-1854) proporcionó por primera vez una teoría completa de los circuitos voltaicos, que tiene en cuenta la fuerza de accionamiento de la batería. En 1825, Ohm decidió dedicarse a la investigación en electricidad. En su investigación se inspiró en el trabajo sobre el calor de Joseph Fourier (1768-1830), quien señaló en 1822 que el flujo de calor entre dos puntos depende de la diferencia de temperatura y la conductividad entre ellos. Aplicando esta idea al caso de la electricidad, Ohm razonó de manera general que el flujo de corriente es proporcional al voltaje (la fuerza electromotriz) e inversamente proporcional a la resistencia. Ohm primero determinó las longitudes de los cables, hechos de diferentes metales, que dieron la misma corriente. Llamó a estas diferentes longitudes "longitudes equivalentes". Luego, Ohm mostró que la resistencia era proporcional a su longitud e inversamente proporcional al área de sección transversal del alambre. Ohm realizó esta primera serie de experimentos, reemplazando la pila voltaica con un termopar, recientemente descubierto en 1821, por Thomas Johann Seebeck (1770-1831),ver el experimento en la siguiente figura. El termopar tenía la ventaja sobre la pila voltaica de no ser propenso a fluctuaciones en el voltaje. Después de probar el experimento con diferentes metales y temperaturas, Ohm pudo publicar la ley que lleva su nombre.
En 1843
Wheatstone
Comunicó [1-10] un documento importante a la Royal Society, sobre una descripción de varios procesos para determinar las constantes de un circuito voltaico. Contenía una exposición del conocido equilibrio para medir la resistencia eléctrica de un conductor, que todavía se conoce con el nombre de puente o equilibrio de Wheatstone. Aunque fue ideado por primera vez por el Sr. SW Christie, de la Real Academia Militar, Woolwich, quien lo publicó en las Transacciones filosóficas de 1833. El método fue descuidado hasta que Wheatstone lo notificó. Su artículo abunda en una fórmula simple y práctica: para el cálculo de corrientes y resistencias por la ley de Ohm. Introdujo una unidad de resistencia y mostró cómo podría aplicarse para medir la longitud del alambre por su resistencia.
Aunque este documento y no establece las relaciones matemáticas del puente que lleva su nombre, demuestra la sensibilidad del sistema, "El Medidor de Resistencia Diferencial", de dicho documento, se extrae la siguiente descripción: El dibujo, representa un tablero en el que se colocan cuatro alambres de cobre, Z b, Z a, C a y C b, cuyas extremidades se fijan a tornillos de sujeción . Los tornillos de unión Z y C tienen el propósito de recibir los alambres que proceden de los dos polos de un reomotor, para denotar cualquier aparato que origina, una corriente eléctrica, ya sea un elemento voltaico o una batería voltaica, un elemento termoeléctrico o una batería termoeléctrica, los terminales a, b, son para sostener los extremos de los alambres de un galvanómetro. Mediante esta disposición, un alambre de cada polo del reomotor se conecta a cada extremo del puente, y si los cuatro alambres son de igual longitud y grosor y del mismo material, se establece el equilibrio perfecto, de modo que un reomotor por poderoso que sea no produce la menor desviación de la aguja del galvanómetro , en este último párrafo se describe el fenómeno del puente. Los circuitos Z b , b C , C a y a Z son en este caso exactamente iguales, sus resistencias son iguales, no circula corriente por el galvanómetro, que es una parte común de ambos circuitos, no se produce ningún efecto en la aguja. Pero si se interpone una resistencia en cualquiera de los cuatro cables, se alterará el equilibrio del galvanómetro.
Si la resistencia interpuesta en el alambre es infinita, o lo que es lo mismo, si se retira el alambre la corriente que pasa a través del galvanómetro Wheatstone también anticipa el fenómeno que debido a la modificación de la tensión mecánica en el alambre, esto produce un cambio de resistencia, ligeras diferencias en las longitudes, e incluso en las tensiones de los alambres, son suficientes para alterar el equilibrio.
1833 En 1833, Lenz reveló detalles de su investigación. Se construyeron un par de espirales idénticas para cada metal investigado y se conectaron en serie en un solo circuito cuyos extremos libres se unieron mediante cables conductores de cobre a un galvanómetro muy similar al inventado por Nobili. Al usar un circuito con una fuerza electromotriz que estaba libre de la incertidumbre implicada por la resistencia interna de la batería, Lenz pudo encontrar la conductividad eléctrica de cada uno de los metales estudiados a diferentes temperaturas y encontró con un grado considerable de precisión la magnitud de sus respectivos cambios con esta variable. determine valores entre seis y doce temperaturas diferentes para plata, cobre, latón, hierro y platino y, en algún momento posterior, también para oro, plomo y estaño.
1856
Lord Kelvin
Fue Lord Kelvin de sus investigaciones sobre las propiedades electrodinámicas de los metales quien informó por primera vez en 1856 que los conductores metálicos sometidos a tensión mecánica exhiben un cambio en su resistencia eléctrica, aunque esto no es exactamente cierto, véase el trabajo de Wheatstone. Utilizó un circuito de puente de Wheatstone con un galvanómetro como indicador, adopta el sistema de Wheatstone para que sea muy sensible. Lord Kelvin demostró que los conductores metálicos sometidos a alargamiento mecánico (deformación) mostraron un cambio en la resistencia, produciendo una disminución en las deformaciones por compresión. Los cambios en la propagación de la señal del cable telegráfico y los cambios de conductividad relacionados con el tiempo, molestias para las compañías telegráficas, motivaron nuevas observaciones de la conductividad bajo tensión. En su clásica conferencia de Baker en la Royal Society de Londres, Kelvin informó sobre un elegante experimento en el que se unieron longitudes paralelas de alambres de cobre y hierro con un peso y la diferencia en su cambio de resistencia se midió con un puente de Wheatstone modificado. Kelvin determinó que, dado que el alargamiento era el mismo para ambos cables, "el efecto observado depende realmente de las variaciones en sus conductividades". La observación de estas diferencias fue notable, dada la precisión de la instrumentación disponible.
1905
Nicromo (Nichrome).
En 1905, después de varios años de experimentación conjunta, Albert L. Marsh , un metalúrgico de Michigan y William Hoskins, un inventor y empresario de Illinois, patentaron una nueva y resistente aleación de níquel y cromo, a la que dieron el nombre comercial "Nichrome". Con solo una pequeña cantidad de hierro y libre de carbono, Nichrome era mucho más fuerte y más duradero que el alambre térmico anterior. Hoskins Manufacturing Company fue la primera en producir hornos de laboratorio eléctricos de alta temperatura utilizando el alambre y algunos tienen el crédito de fabricar el primer tostador de pan eléctrico comercialmente exitoso en 1907 derivado de estos hornos. Hoskins finalmente vendió la patente de Nichrome a General Electric, que había intentado sin éxito durante años crear su propio alambre térmico. Hasta que se agotó la patente de Marsh a mediados de la década de 1920, GE cobraba a todos los demás fabricantes veinticinco centavos por electrodoméstico por el derecho a usarlo. Los primeros "nicrom" fueron una mejora importante sobre el alambre de aleación de hierro tanto en eficiencia eléctrica como en resistencia física.
1930 América 1930, el titanio y el aluminio añadidos al clásico elemento calefactor de aleación de nicromo (Ni-20Cr) dio como resultado un aumento significativo en la resistencia a la fluencia. Los diseñadores siempre han necesitado materiales más fuertes y resistentes a la corrosión para aplicaciones de alta temperatura. Los aceros inoxidables, desarrollados y aplicados en la segunda y tercera décadas del siglo XX, sirvió como punto de partida para la satisfacción de los requisitos de ingeniería de alta temperatura. Pronto se descubrió que eran limitadas en sus capacidades de fuerza. La comunidad metalúrgica respondió a mayores necesidades. haciendo lo que podría denominarse "súper aleaciones" de variedades inoxidables. Por supuesto, no pasó mucho tiempo antes de que se eliminara el guión y los materiales mejorados a base de hierro se conocieran como superaleaciones. Al mismo tiempo, con el advenimiento de la Segunda Guerra Mundial, la turbina de gas se convirtió en un gran impulsor de la invención o adaptación de aleaciones. Aunque las patentes para adiciones de aluminio y titanio a las aleaciones de tipo Nichrome se emitieron en la década de 1920, la industria de superaleaciones surgió con la adaptación de una aleación de cobalto (Vitallium, también conocida como Haynes Stellite 31) utilizada en odontología para satisfacer los requisitos de resistencia a altas temperaturas de aviones en motores. Algunas aleaciones de níquel-cromo (Inconels y Nimonics), basadas más o menos, se podría decir, en alambre tostador (Nichrome, una aleación de níquel-cromo desarrollada en la primera década del siglo XX) también estaban disponibles. Entonces, la carrera estaba por hacer que las aleaciones de metal superiores estuvieran disponibles para la sed insaciable del diseñador para una mayor capacidad de resistencia a altas temperaturas.
Aleaciones para resistencia eléctrica.
Las aleaciones de cromo-níquel se caracterizan por tener una gran resistencia eléctrica (aproximadamente 58 veces la del cobre), un coeficiente de temperatura pequeño y una alta resistencia a la oxidación. Ejemplos son Chromel A y Nichrome V, cuya composición típica es 80 Ni y 20 Cr, con su punto de fusión a 1420 ° C. Cuando agrega una pequeña cantidad de hierro a la aleación de níquel-cromo, se vuelven más dúctiles. Nichrome y Chromel C son ejemplos de una aleación que contiene hierro. La composición típica de Nichrome es 60 Ni, 12 Cr, 26 Fe, 2 Mn y Chromel C, 64 Ni, 11 Cr, Fe 25. La temperatura de fusión de estas aleaciones es 1350 ° y 1390 ° C, respectivamente. En la figura hay variaciones de resistencia con la temperatura de estas aleaciones, [1-11].
Coeficiente de resistencia a la temperatura (TCR).
Se observa en este gráfico la variación de la resistencia con la temperatura y especialmente para el nicromo V, observamos varias áreas en forma aproximada, las zonas A y E tienen un aumento de la resistencia con la temperatura (TCR positivo), en las zonas B y D llega a puntos de variación cero o muy pequeña (TCR nulo), la zona C se caracteriza por una reducción en la resistencia con la temperatura (TCR Negativo).
1938
Galga extensométrica
Rugeof de M.I.T. concibió la idea [1-2] de hacer un sistema montando alambre entre trozos de papel delgados Al Dr. Arthur C. Ruge del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y E. E. Simmons del Instituto de Tecnología de California (Caltech) se les atribuye el desarrollo simultáneo pero independiente de la galga extensométrica en 1937-38.El siguiente dibujo es una galga extensométrica o stain gauge.
A partir de este desarrollo se establece un nexo entre el strain gauge y el metal foil resistor, las tecnologías son muy similares, como se ve en el siguiente dibujo.
Reseña histórica.
Es un hecho irrefutable que el medidor de tensión fue inventado por dos personas diferentes casi al mismo tiempo. Estaban situados en lugares muy separados en los Estados Unidos y, en ese momento, no tenían ningún contacto el uno con el otro . El profesor Arthur C. Ruge del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) fue uno de estos inventores; el otro era Edward E. Simmons. En el Instituto de Tecnología de California (Caltech) en 1936, Simmons estaba investigando el comportamiento de tensión y deformación de los metales bajo cargas de choque. En ese momento era estudiante y trabajó como asistente de investigación en el Instituto. Para medir la fuerza introducida en las muestras por impacto, utilizó un dinamómetro equipado con alambres de resistencia fina hechos de constantan. Las pruebas realizadas por Simmons fueron parte de un proyecto de investigación de Dätwyler y Clark que comenzó en 1936 . Aunque los detalles de las pruebas y el método de medición no se publicaron hasta 1938, la fecha de inicio del proyecto (1936) muestra que fue Simmons quien inventó el principio de galgas extensométricas. La publicación sobre las pruebas y el método de medición utilizado se divulgó no antes de 1938 .
1960
Resistencia hecha de una lámina de metal.
En 1960, James E. Starr patentó, [1-13] una resistencia hecha de una lámina de metal, como se muestra en la figura. La resistencia esta formadas por láminas de metal o películas, las cuales tienen muchas ventajas sobre el alambre . Entre estas ventajas se encuentra una superficie extensa para unir a un cuerpo de soporte y para transferir calor al aire o a un disipador de calor adyacente, como una placa o cuerpo de soporte. La disipación de calor se mejora al tener una capa delgada de soporte aislante para la resistencia y una lámina o película permite utilizar una capa aislante de espesor mínimo con el menor peligro de ruptura y cortocircuito. La resistencia tipo lámina tiene la facilidad con la que se puede variar el valor de resistencia al adelgazar o estrechar los elementos de el patrón imagen. Tanto el grabado químico como la reducción mecánica del ancho o grosor para aumentar la resistencia se logran fácilmente. La reducción en el grosor que se puede lograr prácticamente con una resistencia de lámina delgada, sin afectar el rendimiento de la resistencia .
Fabricación
La fabricación de las resistencia de film metálico de película delgada, metal foil resistor, esta formada a grandes rasgos y cambiando en función de los autores de los métodos en: ingeniería, producción, calibración y medición. [1-1],[1-3],[1-5],[1-7],[1-13],[1-15].
Entrando con profundidad en el método resulta: ingeniería, diseño de la resistencia, creación del dibujo de la resistencia, creación de la foto mascara denominado modelo, multiplicación de los elementos por medio ópticos y fotográficos, film metálico de níquel-cromo sometido a un tratamiento térmico para mejorar su coeficiente resistivo de la temperatura abreviado TCR, fotografiado del modelo en el film metálico , tratamientos electrolíticos,[1-19], de la formación de la resistencia, pegado del film metálico a la cerámica, corte de los elementos formados, soldadura de los terminales de cobre, calibración de la resistencia, medición y encapsulado de la resistencia.
Ingeniería
Para cumplir con el objetivo de diseño, las caracteriscas del film metálico, requieren lo siguiente [1-16]: 1. El uso de una película de aleación suficientemente gruesa para tener propiedades denominadas en ingles “bulk properties”. 2. Preparación especial de aleaciones para producir un coeficiente de resistencia a baja temperatura. 3. Hacer estas aleaciones reproducibles de un lote a otro. 4. Control cuidadoso de la estructura cristalina, la deformación, las características del sustrato, las técnicas de deposición, los tratamientos estabilizadores y todos los demás factores que pueden conducir a cambios de resistencia posteriores. 5. Utilización de las aleaciones y sustratos de una manera que limite y controle las tensiones térmicas y mecánicas.
6. Seleccionar de otras partes de la estructura de la resistencia para minimizar los efectos eléctricos, las tensiones térmicas, químicas y mecánicas. 7. El uso de una construcción de película finas para mantener la inductancia y la capacidad bajas. 8. Procesar resistencias en grupos grandes y aplicar tratamientos uniformes a todos los productos hasta la tolerancia de resistencia final para asegurar un buenas características. 9. Diseñar un método tolerante que no degrade las cualidades de la resistencia. Principios utilizados en la construcción de resistencias Se deposita una película metálica (30 a 150 x 10 ^ -6 pulgas de grosor, sobre un sustrato dieléctrico de área grande, el sustrato, una cerámica es rígida. En la construcción estándar que se muestra en la figura se usa cerámica como sustrato.
La superficie de la aleación está recubierta con fotorresistencia y una imagen, el modelo multiplicado, se imprime en la fotorresistencia. Después de revelar la fotorresistencia, las áreas metálicas no deseadas se erosionan electrolíticamente. Es muy importante utilizar negativos de la mejor calidad posible para la impresión de imágenes. El control de alta resolución de la geometría de camino resistivo uniforme es esencial. Las variaciones dimensionales a lo largo de los bordes erosionados, del camino deben mantenerse pequeñas en comparación con el grosor de la película, con la distancia entre los caminos adyacentes y el ancho del camino. Debido a la baja resistencia por valor cuadrado (per square value) del film, las propiedades bulk, se requiere un grabado muy cercano para lograr longitudes de trayectoria larga. La figura ilustra un patrón de resistencia típica ampliada 920 veces. Observe la limpieza del borde de la línea y los espacios. Las líneas resistivas ,de color blanco , en esta muestra tienen 0.0008 pulgas de ancho, después del erosionado, las resistencias individuales se cortan, luego de diversos tratamientos.
Ejemplo de fabricación de resistencias de lámina metálica finas, metal foil resistors, por parte de ingeniería.
[1-25] Las aleaciones usadas contienen aproximadamente 70% a 85% de níquel, 30% - 15% de cromo y otros materiales, como manganeso, aluminio, silicio y cobre, se utilizaron como materiales base para las resistencias. en este proyecto. Las aleaciones con esta composición se pueden clasificar, junto con el Evanohm disponible en el mercado, en "aleaciones de alta resistividad" como lo describe en NICKEL-CHROMIUM-ALUMINIUM-COPPER RESISTANCE WIRE By A. H. M. ARNOLD, [1-23] y se utilizan ampliamente como materiales para resistencias estándar ,[1-24]. Se sabe que el montaje de un elemento de resistencia sin tensión mecánica, strain free, es efectivo para mantener un coeficiente de baja temperatura de la resistencia (TCR), así como una bajo cambio de su valor. Resistencias de tipo película finas, están disponibles comercialmente, hechas típicamente depositando un 0.2[µm], de una película metálica de espesor sobre un sustrato aislante. Sin embargo, una película tan delgada no puede sostenerse sin el sustrato. Por lo tanto, se preparo una lámina resistiva autoportante de un espesor de 50 [µm], mediante el proceso descrito a continuación. Se cortó una lámina de un lingote de aleación y se laminó varias veces hasta que se formó una lámina con el grosor deseado. Luego, la lámina se trató térmicamente. Este tratamiento térmico se combina con la composición óptima del lingote producido, con su bajo TCR.
Detectar defectos de patrones, modelo, en láminas de metal en los resistores de película delgada
Ingeniería debe contar con métodos para la detección de defectos durante el diseño y la producción de los metal foil resistors, para ello debe realizar un control de calidad del producto, las cuales somete a pruebas y observaciones de los resistores, algunos de los métodos son el trabajo intenso de los mismos, sometiéndolos a tensiones eléctricas durante un tiempo extenso e inspecciones físicas y químicas. Las resistencias de láminas de metal fino ocasionalmente contienen defectos localizados dentro del patrón de resistencia grabado. Los defectos comunes de este tipo incluyen constricciones en línea denominadas muescas, puentes de material de resistencia no removidos entre líneas de patrón adyacentes y partículas incrustadas no conductoras en el material de resistencia. Dichos defectos son propensos a fracturar debido a la fatiga termomecánica durante la operación con energía, especialmente el ciclo de energía, lo que resulta en un cambio de resistencia y modos de falla de circuito abierto. Los métodos comunes de detección de microscopía óptica, pruebas de potencia de sobrecarga de corto o largo tiempo ,por ejemplo., potencia nominal de 6.25veces de la potencia de trabajo durante 5 segundos y el trabajo continuo, a una potencia nominal 1.5 veces durante 100 horas. son útiles, pero no siempre son efectivos para extraer tales defectos, como los motrados a continuación.
[1-20]
[1-21]
Soldadura de terminales
La siguiente es una descripción de Zandman, (U.S. Patent Feb. 11, 1986 4,570,150), del proceso de soldadura, los alambres de cobre se aplanan en sus extremos y se sueldan por puntos (spot welded) directamente al terminal de la resistencia. Mediante el uso de alambres rígidos, se aseguran al sustrato, los métodos de moldeo automático se pueden usar de manera efectiva para encapsular el ensamblaje, dos formas de aplicar los electodos de soldadura, sujetos al cabezal, usados en la fabricación del metal foil resistor, forma vertical y forma paralela
La temperatura y la presión necesarias para proporcionar las condiciones de interfaz adecuadas entre una lámina recubierta de óxido y el teminal hacen que la resina de unión que sujeta la lámina a su sustrato se ablande. La suavización de la resina de unión con la aplicación de presión descendente desde el electrodo de soldadura provoca una depresión en el material del terminal, el movimiento de la lámina y una posible deformación, rotura o agrietamiento de la lámina fina debido al movimiento de la resina y la falta de soporte. La reducción de la temperatura y la presión de la soldadura para evitar estos problemas aumenta el riesgo de desarrollar una soldadura "en frío", en la que los dos materiales no están íntimamente unidos.[1-15] Descripción de Zandman, U.S. Patent Feb. 11, 1986 4,570,150 , del fenómeno debido a la soldadura del terminal al film. La alta temperatura produce una deformación de la lamina fina, a causa de la expansión del pegamento, la cual "infla" a el film.
Medición de los metal foil resistors
Puente de medición de resistencias Kelvin
El siguiente dibujo es un sistema de medición de resistencias, denominado Kelvin modificado.[1-14]
Linealidad de las resistencias
Existe un coeficiente de voltaje para definir la magnitud de la no linealidad, [1-12] de las resistencias fijas, el método involucra la medición de la distorsión del tercer armónico. En un caso simple, la salida de la tercera armónica que se produce, es proporcional al cubo de la tensión eléctrica. Hay una explicación del origen de la no linealidad y una razón dada para su correlación con el ruido del circuito. Hay valores típicos para resistencias de película en una amplia gama de valores y las aplicaciones incluyen su uso en la evaluación del rendimiento básico de la resistencia, con fines de especificación de prueba y como método de detección para garantizar una fiabilidad muy alta.
Detección defectos en resistecias de láminas finas de metal
[1-18]
Referencias.
[1-1] Josph Szware, United States Patent 4,378,549, 1983.
[1-2] Instrumentation in Scientific Research, Kurt S. Lion, 1959, McGRAW-HILL, pagina 31. https://archive.org/details/instrumentationi00lion
[1-3] Zero TCR Foil Resistor Ten Fold Improvement in Temperature Coefficient, Reuven Goldstein and Joseph Szwarc.
[1-4] Fisica experimental, Adulio Atilio Cicchini, Universidad Tecnologica Nacional, Buenos Aires, 1967, Elasticidad, pagina 7-1.
[1-5] “Mind the Gap”: High Precision Bulk Metal® Foil Resistors, Their Imposters and Impersonators , Yuval Hernik , 2012.
[1-7] NEW HIGH - PRECISION FOIL RESISTORS FOR SPACE PROJECTS, WITH ZERO TEMPERATURE COEFFICIENT, VERY LOW POWER COEFFICIENT AND HIGH RELIABILITY, Hero Faierstein.http://adsabs.harvard.edu/full/2002ESASP.507...49F
[1-8] A NEW PRECISION FILM RESISTOR EXHIBITING BULK PROPERTIES Felix Zandman and Sidney J. Stein.
[1-9] Resistencia de film metálico, película delgada o una lámina de un material resistivo conductor de electricidad.http://www.galileog.com/ingenieria/metal_foil_resistor/metal_foil_resistors_1.html
[1-10] http://www.g3ynh.info/zdocs/bridges/general/refs/Wheatstone1843_several_new_instr.pdf
[1-11] Procedures in Experimental Physics, John Strong, pag. 546
[1-12] The Non-linearity of Fixed Resistors, P. L. Kirby .https://linearaudio.net/sites/linearaudio.net/files/CB-to-ES-V1-ref-3-IMG_0003.pdf
[1-13] Patente US 3,071,749 ADJUSTABLE RESISTORS AND METHOD OF MAKNG THE SAME James E. Starr. https://patentimages.storage.googleapis.com/ac/2c/a8/35036a6d1f61f9/US3071749.pdf
[1-14] A Comparison of the Kelvin Double and the Potentiometer Methods of Measuring Low Resistances, Tanabe, 1914. https://www.ideals.illinois.edu/bitstream/handle/2142/51595/comparisonofkelv00tana.pdf?sequence=2
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[1-16] A NEW PRECISION FILM RESISTOR EXHIBITING BULK PROPERTIES Felix Zandman ,and Sidney J. Stein .
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