eng
Выпуск #4/2022
Д. Махин
НИЗКОВОЛЬТНЫЕ МНОГОСЛОЙНЫЕ ВАРИСТОРЫ – НОВАЯ ЛИНЕЙКА ПРОДУКЦИИ ООО «КУЛОН»
НИЗКОВОЛЬТНЫЕ МНОГОСЛОЙНЫЕ ВАРИСТОРЫ – НОВАЯ ЛИНЕЙКА ПРОДУКЦИИ ООО «КУЛОН»
Просмотры: 1255
DOI: 10.22184/1992-4178.2022.215.4.94.98
В 2022 году ООО «Кулон» запустило серийное производство чип-варисторов ВР 18 и выводных варисторов ВР 19. В настоящее время эти компоненты доступны для заказа. В статье рассмотрены общие сведения и основные параметры варисторов, особенности конструкции, технологические этапы производства и ключевые характеристики приборов, выпускаемых в ООО «Кулон».
В 2022 году ООО «Кулон» запустило серийное производство чип-варисторов ВР 18 и выводных варисторов ВР 19. В настоящее время эти компоненты доступны для заказа. В статье рассмотрены общие сведения и основные параметры варисторов, особенности конструкции, технологические этапы производства и ключевые характеристики приборов, выпускаемых в ООО «Кулон».
Теги: classification voltage granular structure kilning low-voltage multilayer varistor maximum surge current non-linearity coefficient tape caster zinc oxide гранулярная структура классификационное напряжение коэффициент нелинейности литьевая машина максимальный импульсный ток низковольтный многослойный варистор обжиг оксид цинка
Низковольтные многослойные варисторы – новая линейка продукции ООО «Кулон»
Д. Махин
Многие отечественные разработчики радиоаппаратуры знакомы с продукцией Санкт-Петербургского ООО «Кулон» – одного из ведущих в стране производителей пассивных электронных компонентов из многослойной керамики. Предприятие выпускает широкую номенклатуру керамических конденсаторов как общего, так и специального назначения для работы в СВЧ- и УВЧ-диапазонах, а также проходные помехоподавляющие фильтры. Новым для компании стало варисторное направление – в 2022 году на предприятии освоен серийный выпуск чип-варисторов ВР‑18 и выводных варисторов ВР‑19.
В настоящее время эти компоненты доступны для заказа. В статье рассмотрены общие сведения и основные параметры варисторов, особенности конструкции, технологические этапы производства и ключевые характеристики приборов, выпускаемых в ООО «Кулон».
Варистор представляет собой полупроводниковый прибор, сопротивление которого нелинейно зависит от подаваемого на него напряжения. Вольтамперная характеристика (ВАХ) варистора симметрична и напоминает ВАХ стабилитрона (рис. 1). Варистор является изделием многократного использования, как и стабилитрон, но по сравнению с ним значительно быстрее восстанавливает свое высокое сопротивление после снятия напряжения.
Основное применение данных приборов – защита элементов и узлов от перенапряжений в цепях постоянного, переменного и импульсного токов в составе радиоэлектронной аппаратуры. Варистор подсоединяется параллельно к нагрузке, при броске входного напряжения его сопротивление резко снижается до десятков Ом и основной ток протекает через варистор, а не через узлы аппаратуры. В результате энергия рассеивается в виде тепла.
Основные параметры варисторов:
классификационное напряжение (от единиц до десятков В для низковольтных варисторов и до сотен В для высоковольтных варисторов): напряжение, при котором через варистор начинает протекать ток определенной величины, как правило, 1 мА; при дальнейшем превышении напряжения ток лавинообразно увеличивается;
максимально допустимое действующее переменное напряжение;
номинальная средняя рассеиваемая мощность;
максимальный постоянный или переменный рабочий ток (от 0,03 до 0,1 мА);
максимальный импульсный ток (от 30 до 1 200 А при длительности 8–20 мкс).
Многослойный варистор представляет собой «пирог» из чередующихся слоев металлических электродов и слоев полупроводникового материала (рис. 2). В качестве полупроводникового материала, как правило, используется оксид цинка (ZnO) с небольшим содержимым таких элементов, как висмут, кобальт, магний и др. В процессе изготовления изделие спекается в керамический полупроводник с кристаллической решеткой, которая позволяет рассеивать очень большие энергии. Конструкция варистора представляет собой изотропную гранулярную структуру (рис. 3). Границы раздела гранул в такой структуре представляют собой p-n-переходы, как в других полупроводниковых приборах. Так как количество гранул в структуре варистора очень большое, то поглощаемая варистором энергия может достигать намного бoльших значений по сравнению с единичным p-n-переходом в стабилитронах.
ООО «Кулон» выпускает унифицированную серию низковольтных многослойных варисторов с классификационным напряжением от 4 до 68 В на основе оксида цинка. В настоящее время в серию входят изделия двух разных исполнений: ВР‑18 – незащищенный чип-варистор прямоугольной формы для поверхностного монтажа с лужеными контактами (аналог серии VLAS от AVX) (рис. 4) и ВР‑19 – защищенный варистор с проволочными лужеными выводами, который допускает работу в условиях повышенной влажности без дополнительной защиты (аналог серии VFC2H от Murata) (рис. 5). Электрические параметры варисторов серий ВР‑18 и ВР‑19 представлены в табл. 1.
Коэффициент нелинейности варисторов ВР‑18 и ВР‑19, измеряемый при токах 1 и 10 мА, равен 20. Допускаемое отклонение классификационного напряжения составляет ±20% для изделий с напряжением от 4 до 18 В и ±10% для изделий с напряжением от 22 до 68 В.
Технология производства варисторов в ООО «Кулон» сходна с технологией многослойных керамических конденсаторов, в которой у компании накоплен значительный опыт. Все используемые материалы только отечественного производства.
Изготовление многослойных варисторов включает в себя несколько этапов.
На начальном этапе выполняется подготовка материалов: проверка химического состава, измельчение, перемешивание в определенной пропорции до получения однородной смеси. Затем с помощью литьевой машины (рис. 6) из полученной смеси формируют листы пленки ZnO определенной толщины (от десятков до сотен мкм). Толщина пленки определяет пробивное напряжение варистора: чем толще слой, тем больше пробивное напряжение.
Далее на пленку методом трафаретной печати наносят пасту Ag / Pd для формирования внутренних металлизированных слоев. После металлизации листов на специальной машине производят сборку пакетов (укладку листов в многослойную сборку) (рис. 7), и полученная многослойная структура подвергается прессованию под давлением. Затем пакеты передаются на резку, в ходе которой структуры разрезаются в соответствии с габаритными размерами изделия и выполняется проверка совмещения металлизированных слоев.
Далее, для снижения механических напряжений в структуре и создания p-n-переходов, обеспечивающих необходимую ВАХ варистора, производится операция обжига при температуре 900–1 100 °C. Этот технологический процесс отличается от операции обжига, применяемой при изготовлении керамических конденсаторов, помимо того, что в качестве материала в варисторах используется оксид цинка, а не титанат бария или титанат кальция в случае конденсаторов. При изготовлении керамических конденсаторов температуру обжига выбирают исходя из используемого керамического материала. В отличие от этого, при изготовлении варисторов в процессе обжига формируется кристаллическая решетка, определяющая основной параметр варистора – классификационное напряжение. То есть путем подбора температуры обжига получают требуемое классификационное напряжение варистора в диапазоне от 4 до 68 В.
После обжига формируются наружные электроды, которые объединяют металлизированные слои пакета, после чего он становится многослойным варистором. Внешние электроды служат контактными площадками, которые у выводных приборов предназначены для припайки выводов, а у чип-варисторов – для монтажа на плату.
Контакты изготавливаются путем нанесения пасты Ag / Pd, на которой в дальнейшем формируются внешние электроды из Ni / Sn.
Завершающая операция технологического процесса изготовления варисторов – выходной контроль, в ходе которого обеспечивается проверка электрических параметров (измеряется классификационное напряжение (при токе 1 мА) и коэффициент нелинейности), а также способность к пайке.
Запуск в ООО «Кулон» серийного производства варисторов в исполнениях как для поверхностного, так и навесного монтажа позволит отечественным предприятиям обеспечить замену импортных комплектующих в аппаратуре различного назначения. ●
Д. Махин
Многие отечественные разработчики радиоаппаратуры знакомы с продукцией Санкт-Петербургского ООО «Кулон» – одного из ведущих в стране производителей пассивных электронных компонентов из многослойной керамики. Предприятие выпускает широкую номенклатуру керамических конденсаторов как общего, так и специального назначения для работы в СВЧ- и УВЧ-диапазонах, а также проходные помехоподавляющие фильтры. Новым для компании стало варисторное направление – в 2022 году на предприятии освоен серийный выпуск чип-варисторов ВР‑18 и выводных варисторов ВР‑19.
В настоящее время эти компоненты доступны для заказа. В статье рассмотрены общие сведения и основные параметры варисторов, особенности конструкции, технологические этапы производства и ключевые характеристики приборов, выпускаемых в ООО «Кулон».
Варистор представляет собой полупроводниковый прибор, сопротивление которого нелинейно зависит от подаваемого на него напряжения. Вольтамперная характеристика (ВАХ) варистора симметрична и напоминает ВАХ стабилитрона (рис. 1). Варистор является изделием многократного использования, как и стабилитрон, но по сравнению с ним значительно быстрее восстанавливает свое высокое сопротивление после снятия напряжения.
Основное применение данных приборов – защита элементов и узлов от перенапряжений в цепях постоянного, переменного и импульсного токов в составе радиоэлектронной аппаратуры. Варистор подсоединяется параллельно к нагрузке, при броске входного напряжения его сопротивление резко снижается до десятков Ом и основной ток протекает через варистор, а не через узлы аппаратуры. В результате энергия рассеивается в виде тепла.
Основные параметры варисторов:
классификационное напряжение (от единиц до десятков В для низковольтных варисторов и до сотен В для высоковольтных варисторов): напряжение, при котором через варистор начинает протекать ток определенной величины, как правило, 1 мА; при дальнейшем превышении напряжения ток лавинообразно увеличивается;
максимально допустимое действующее переменное напряжение;
номинальная средняя рассеиваемая мощность;
максимальный постоянный или переменный рабочий ток (от 0,03 до 0,1 мА);
максимальный импульсный ток (от 30 до 1 200 А при длительности 8–20 мкс).
Многослойный варистор представляет собой «пирог» из чередующихся слоев металлических электродов и слоев полупроводникового материала (рис. 2). В качестве полупроводникового материала, как правило, используется оксид цинка (ZnO) с небольшим содержимым таких элементов, как висмут, кобальт, магний и др. В процессе изготовления изделие спекается в керамический полупроводник с кристаллической решеткой, которая позволяет рассеивать очень большие энергии. Конструкция варистора представляет собой изотропную гранулярную структуру (рис. 3). Границы раздела гранул в такой структуре представляют собой p-n-переходы, как в других полупроводниковых приборах. Так как количество гранул в структуре варистора очень большое, то поглощаемая варистором энергия может достигать намного бoльших значений по сравнению с единичным p-n-переходом в стабилитронах.
ООО «Кулон» выпускает унифицированную серию низковольтных многослойных варисторов с классификационным напряжением от 4 до 68 В на основе оксида цинка. В настоящее время в серию входят изделия двух разных исполнений: ВР‑18 – незащищенный чип-варистор прямоугольной формы для поверхностного монтажа с лужеными контактами (аналог серии VLAS от AVX) (рис. 4) и ВР‑19 – защищенный варистор с проволочными лужеными выводами, который допускает работу в условиях повышенной влажности без дополнительной защиты (аналог серии VFC2H от Murata) (рис. 5). Электрические параметры варисторов серий ВР‑18 и ВР‑19 представлены в табл. 1.
Коэффициент нелинейности варисторов ВР‑18 и ВР‑19, измеряемый при токах 1 и 10 мА, равен 20. Допускаемое отклонение классификационного напряжения составляет ±20% для изделий с напряжением от 4 до 18 В и ±10% для изделий с напряжением от 22 до 68 В.
Технология производства варисторов в ООО «Кулон» сходна с технологией многослойных керамических конденсаторов, в которой у компании накоплен значительный опыт. Все используемые материалы только отечественного производства.
Изготовление многослойных варисторов включает в себя несколько этапов.
На начальном этапе выполняется подготовка материалов: проверка химического состава, измельчение, перемешивание в определенной пропорции до получения однородной смеси. Затем с помощью литьевой машины (рис. 6) из полученной смеси формируют листы пленки ZnO определенной толщины (от десятков до сотен мкм). Толщина пленки определяет пробивное напряжение варистора: чем толще слой, тем больше пробивное напряжение.
Далее на пленку методом трафаретной печати наносят пасту Ag / Pd для формирования внутренних металлизированных слоев. После металлизации листов на специальной машине производят сборку пакетов (укладку листов в многослойную сборку) (рис. 7), и полученная многослойная структура подвергается прессованию под давлением. Затем пакеты передаются на резку, в ходе которой структуры разрезаются в соответствии с габаритными размерами изделия и выполняется проверка совмещения металлизированных слоев.
Далее, для снижения механических напряжений в структуре и создания p-n-переходов, обеспечивающих необходимую ВАХ варистора, производится операция обжига при температуре 900–1 100 °C. Этот технологический процесс отличается от операции обжига, применяемой при изготовлении керамических конденсаторов, помимо того, что в качестве материала в варисторах используется оксид цинка, а не титанат бария или титанат кальция в случае конденсаторов. При изготовлении керамических конденсаторов температуру обжига выбирают исходя из используемого керамического материала. В отличие от этого, при изготовлении варисторов в процессе обжига формируется кристаллическая решетка, определяющая основной параметр варистора – классификационное напряжение. То есть путем подбора температуры обжига получают требуемое классификационное напряжение варистора в диапазоне от 4 до 68 В.
После обжига формируются наружные электроды, которые объединяют металлизированные слои пакета, после чего он становится многослойным варистором. Внешние электроды служат контактными площадками, которые у выводных приборов предназначены для припайки выводов, а у чип-варисторов – для монтажа на плату.
Контакты изготавливаются путем нанесения пасты Ag / Pd, на которой в дальнейшем формируются внешние электроды из Ni / Sn.
Завершающая операция технологического процесса изготовления варисторов – выходной контроль, в ходе которого обеспечивается проверка электрических параметров (измеряется классификационное напряжение (при токе 1 мА) и коэффициент нелинейности), а также способность к пайке.
Запуск в ООО «Кулон» серийного производства варисторов в исполнениях как для поверхностного, так и навесного монтажа позволит отечественным предприятиям обеспечить замену импортных комплектующих в аппаратуре различного назначения. ●
Отзывы читателей
