مقارنة بين HVC وHVR وOHMITE: دليل اختيار المقاومات ذات الأغشية السميكة عالية الجهد

مراجعة فنية لمواد الطور الموصلة RuO₂، والركائز الخزفية Al₂O₃، ومزايا الأداء الناتجة.

الملخص

تستخدم سلسلة HVR من HVC مادة RuO₂ الموصلة وركيزة سيراميكية من Al₂O₃ بنسبة 96% لتحقيق أداء مستقر عند الجهد العالي من خلال الطباعة الحريرية والتلبيد بدرجة حرارة عالية. تُظهر بيانات الاختبار معامل مقاومة حرارية (TCR) يبلغ ±15 جزءًا في المليون/درجة مئوية ومعامل مقاومة جهد (VCR) يبلغ 0.1 جزء في المليون/فولت، مما يجعل هذه السلسلة بديلاً عمليًا لمقاومات OHMITE ذات الأغشية السميكة.

1. مقدمة

تُستخدم المقاومات ذات الأغشية السميكة عالية الجهد على نطاق واسع في إلكترونيات الطاقة والمعدات الطبية وأجهزة القياس الدقيقة. ومع ازدياد صغر حجم المعدات وتزايد متطلباتها، يحتاج المصممون إلى استقرار حراري أفضل، وخطية جهد أعلى، وموثوقية طويلة الأمد تفوق ما توفره العديد من الخيارات التقليدية.

تشرح هذه المقالة كيف تلبي سلسلة HVR من HVC تلك الاحتياجات وتُعد بديلاً متوافقاً مع منتجات OHMITE.

2. نظام المواد

2.1 مادة الطور الموصلة: معجون مقاومة ذو طبقة سميكة قائم على أكسيد الروثينيوم (RuO₂)

يُعدّ RuO₂ (ثاني أكسيد الروثينيوم) المرحلة الموصلة الأساسية في معجون المقاوم، ويقدم الفوائد التالية:

المقاومة النوعية: تبلغ المقاومة حوالي 35 ميكرو أوم·سم عند درجة حرارة الغرفة، ويمكن تعديلها من خلال حجم الجسيمات ومحتوى الزجاج.

الاستقرار الحراري: مستقر عند درجة حرارة التلبيد 850 درجة مئوية دون حدوث تحول طوري.

الاستقرار الكيميائي: مقاوم للتآكل الناتج عن الأحماض والقلويات في البيئات القاسية.

آلية التوصيل: التوصيل المعدني بمعامل درجة حرارة قابل للتحكم.

يمكن تقريب مقاومة المقاومة ذات الطبقة السميكة المصنوعة من أكسيد الروثينيوم (RuO₂) بالمعادلة التالية:

R = ρ × (L/W) × (1/t)

هنا، ρ هي مقاومة الطبقة (Ω/□)، وL هو طول المقاوم، وW هو عرضه، وt هو سمك الطبقة الرقيقة. وباستخدام تقنية التشذيب بالليزر، يمكن تحقيق دقة مقاومة تصل إلى ±1%.

2.2 مادة الركيزة: سيراميك Al₂O₃ بنسبة 96%

تعتبر مادة السيراميك المصنوعة من الألومينا بنسبة 96% هي الركيزة القياسية لهذه الفئة من المقاومات لأنها تجمع بين العزل الكهربائي والأداء الميكانيكي المستقر.

ثابت العزل الكهربائي: εr ≈ 9.0 عند 1 ميجاهرتز

خسارة عازلة: قيمة منخفضة لـ tan δ عند 1 ميجاهرتز.

3. عملية التصنيع

3.1 تقنية الطباعة بالشاشة

تتم طباعة معجون RuO₂ على ركيزة Al₂O₃ باستخدام شاشة من الفولاذ المقاوم للصدأ ذات شبكة 200-325.

معايير العملية النموذجية:

ضغط الممسحة: 20-30 نيوتن

سرعة الطباعة: 50-100 مم/ثانية

مسافة الانفصال: 1-2 مم

سُمك الطبقة الرطبة: 25-50 ميكرومتر

3.2 عملية التلبيد

ملف تعريف التلبيد النموذجي:

مرحلة التسخين: من درجة حرارة الغرفة إلى 850 درجة مئوية بمعدل 50 درجة مئوية/دقيقة تقريبًا

مرحلة الحفظ: 850 درجة مئوية لمدة 60-90 دقيقة

مرحلة التبريد: التبريد الطبيعي إلى درجة حرارة الغرفة

أثناء عملية التلبيد، تنصهر المرحلة الزجاجية وتغلف جزيئات أكسيد الروثينيوم، مشكلةً شبكة موصلة ثلاثية الأبعاد مستقرة. ويبلغ سمك الفيلم النهائي عادةً 40-50% من سمك الفيلم الرطب.

4. اختبار الأداء الكهربائي

4.1 اختبار معامل المقاومة الحراري (TCR)

معامل المقاومة الحرارية (TCR) هو التغير النسبي في المقاومة مع تغير درجة الحرارة:

TCR = (R₂ - R₁) / [R₁ × (T₂ - T₁)] × 10⁶ (جزء في المليون/درجة مئوية)

نطاق الاختبار: من -55 درجة مئوية إلى +155 درجة مئوية. تم قياس معدل نفاذية الهواء الساخن (HVC HVR) بمقدار ±15 جزءًا في المليون لكل درجة مئوية، وهو أفضل من المستوى الصناعي الشائع البالغ ±50 جزءًا في المليون لكل درجة مئوية.

4.2 اختبار معامل مقاومة الجهد (VCR)

VCR هو التغير النسبي في المقاومة مع الجهد المطبق:

VCR = (ΔR/R) / V × 10⁶ (ppm/V)

تم قياس VCR وهو 0.1 جزء في المليون/فولت، مما يدل على استقرار قوي للمقاومة تحت تحميل الجهد العالي.

4.3 اختبار الثبات على المدى الطويل

أجرت شركة HVC اختبار تحميل لمدة 1000 ساعة وفقًا لمعيار MIL-STD-202 عند الطاقة المقدرة ودرجة حرارة محيطة +70 درجة مئوية.

نتائج الاختبار:

انحراف المقاومة: أقل من ±0.5%

الفحص البصري: لا توجد تشققات أو فقاعات أو تغير في اللون

اختبار تحمل الجهد: اجتاز 1.5 ضعف الجهد المقنن

5. مقارنة الأداء مع منتجات أوميت

يتم تلخيص المقارنة المعيارية الرئيسية بين HVC HVR و OHMITE Slim-Mox أدناه.

معامل	HVC HVR	أوميت سليم-موكس
معامل درجة الحرارة	±15 جزء في المليون/درجة مئوية	±50 جزء في المليون/درجة مئوية
معامل الجهد	0.1 جزء في المليون/فولت	< 1 جزء في المليون/فولت
تحمل المقاومة	± 1٪	± 1٪
درجة حرارة التشغيل	-55 to + 155 ° C	-55 to + 155 ° C

6. اختتام

تُوفر سلسلة HVR من HVC استقرارًا حراريًا عاليًا وخطية جهد ممتازة بفضل تركيبة معجون RuO₂ المُحسّنة والتلبيد المُتحكم به. وهي تُضاهي أو تتجاوز معايير OHMITE الرئيسية، مع توفير فترات تسليم أقصر وخيارات تخصيص مرنة.

7. مرجع متبادل بين نموذجي OHMITE وHVC

تلخص الجداول التالية خيارات الاستبدال التمثيلية لمقاومة HVC لعائلات المقاومات الرئيسية ذات الأغشية السميكة من OHMITE.

أ. سلسلة سليم-موكس (03)

نموذج أوميت	السلطة (W)	الجهد الكهربي(كيلوفولت)	ألف (مم)	ب (ملم)	C (مم)	(مم)	د (مم)	نموذج HVC
SLIM-MOX10003	0.25	1.5	7.62	7.62	2.54	2.5	0.635	HVRGHP8.8
SLIM-MOX10103	0.5	2	8.64	8.38	5.08	-	0.635	HVRGHP9.8
SLIM-MOX10203	1	5	8.64	14.73	10.16	-	0.813	HVRGHP9.15
SLIM-MOX10303	1.25	7.5	8.64	21.08	15.24	-	0.813	HVRGHP9.21
SLIM-MOX10403	1.5	10	8.64	27.43	22.86	-	0.813	HVRGHP9.27
SLIM-MOX10603	2	15	8.64	40.13	35.56	-	0.813	HVRGHP9.40
SLIM-MOX10803	2.5	20	8.64	52.83	48.26	-	0.813	HVRGHP9.53
SLIM-MOX20203	1.5	5	14.99	14.73	10.16	-	0.813	HVRGHP15.15
SLIM-MOX20403	2	10	14.99	27.43	22.86	-	0.813	HVRGHP15.27
SLIM-MOX20603	2.5	15	14.99	40.13	35.56	-	0.813	HVRGHP15.40
SLIM-MOX20803	3	20	14.99	52.83	48.26	-	0.813	HVRGHP15.53
SLIM-MOX21003	3.5	25	14.99	65.53	60.96	-	0.813	HVRGHP15.66
SLIM-MOX30603	3.5	15	21.34	40.13	35.56	-	0.813	HVRGHP21.40
SLIM-MOX30803	4	20	21.34	52.83	48.26	-	0.813	HVRGHP21.53
SLIM-MOX31003	4.5	25	21.34	65.53	60.96	-	0.813	HVRGHP21.66
SLIM-MOX40403	3	10	27.69	27.43	22.86	-	0.813	HVRGHP28.27
SLIM-MOX40803	5	20	27.69	52.83	48.26	-	0.813	HVRGHP28.53
SLIM-MOX41003	5.5	25	27.69	65.53	60.96	-	0.813	HVRGHP28.66

ب. سلسلة سليم-موكس (02)

نموذج أوميت	السلطة (W)	الجهد الكهربي(كيلوفولت)	ألف (مم)	ب (ملم)	C (مم)	(مم)	د (مم)	نموذج HVC
SLIM-MOX10002	0.4	1.5	5.08	5.08	2.54	1.8	0.635	HVRGHP5.5
SLIM-MOX10102	0.75	2	6.35	6.35	5.08	-	0.635	HVRGHP6.6
SLIM-MOX10202	1.5	5	6.35	12.7	10.16	-	0.813	HVRGHP6.13
SLIM-MOX10302	2	7.5	6.35	19.05	15.24	-	0.813	HVRGHP6.19
SLIM-MOX10402	2.5	10	6.35	25.4	22.86	-	0.813	HVRGHP6.25
SLIM-MOX10602	3.25	15	6.35	38.1	35.56	-	0.813	HVRGHP6.38
SLIM-MOX10802	4.25	20	6.35	50.8	48.26	-	0.813	HVRGHP6.51
SLIM-MOX20202	2.5	5	12.7	12.7	10.16	-	0.813	HVRGHP13.13
SLIM-MOX20402	3.25	10	12.7	38.1	22.86	-	0.813	HVRGHP13.38
SLIM-MOX20602	4.25	15	12.7	38.1	35.56	-	0.813	HVRGHP13.38
SLIM-MOX20802	5	20	12.7	50.8	48.26	-	0.813	HVRGHP13.51
SLIM-MOX21002	5.75	25	12.7	63.5	60.96	-	0.813	HVRGHP13.64
SLIM-MOX30602	5.5	15	19.05	38.1	35.56	-	0.813	HVRGHP19.38
SLIM-MOX30802	6.75	20	19.05	50.8	48.26	-	0.813	HVRGHP19.51
SLIM-MOX31002	7.5	25	19.05	63.5	60.96	-	0.813	HVRGHP19.64
SLIM-MOX40402	5	10	25.4	25.4	22.86	-	0.813	HVRGHP25.25
SLIM-MOX40802	8.25	20	25.4	50.8	48.26	-	0.813	HVRGHP25.51
SLIM-MOX41002	9	25	25.4	63.5	60.96	-	0.813	HVRGHP25.64

ج. سلسلة ألترا-موكس

نموذج أوميت	السلطة (W)	الجهد الكهربي(كيلوفولت)	ألف (مم)	ب (ملم)	C (مم)	نموذج HVC
UM025	1	15	25	9	22.90	HVRGHP9.25
UM030	1	10	30	6	27.7	HVRGHP6.30
UM040	1.2	20	40	6	37.8	HVRGHP6.40
UM050	3	30	50	12.5	47.8	HVRGHP13.50

سلسلة D. ARC2

نموذج أوميت	السلطة (W)	الجهد الكهربي(كيلوفولت)	ألف (مم)	ب (ملم)	C (مم)	نموذج HVC
أرك2-2	3.8	9	27	8	0.8	HVRBSP27
أرك2-3	5	12	37	8	0.8	HVRBSP37
أرك2-5	7.5	18	52	8	0.8	HVRBSP52
أرك2-7	10	24	78	8	0.8	HVRBSP78
أرك2-10	12.5	36	103	8	0.8	HVRBSP103
أرك2-12	15	42	128	8	0.8	HVRBSP128
أرك2-15	17	54	153	8	0.8	HVRBSP153

سلسلة E. MOX

نموذج أوميت	السلطة (W)	الجهد الكهربي(كيلوفولت)	ألف (مم)	ب (ملم)	C (مم)	نموذج HVC
MOX-1-12	2.5	10	28.45	7.87	0.8	HVRBSP28
MOX-2-12	5	20	53.85	7.87	0.8	HVRBSP54
MOX-3-12	7.5	30	79.24	7.87	0.8	HVRBSP79
MOX-4-12	10	40	104.65	7.87	0.8	HVRBSP105
MOX-5-12	12.5	50	130.05	7.87	0.8	HVRBSP130
MOX-1-13	2	10	28.96	8.76	0.8	HVRBSP29
MOX-2-13	3	20	54.36	8.76	0.8	HVRBSP54
MOX-3-13	4	30	79.76	8.76	0.8	HVRBSP80
MOX-4-13	5	40	105.16	8.76	0.8	HVRBSP105
MOX-5-13	6	50	130.56	8.76	0.8	HVRBSP131
MOX-400-22	0.35	2.5	12.95	3.56	0.5	HVRBOP13
MOX-750-22	0.7	5	20.83	3.56	0.5	HVRBOP21
MOX-1125-22	1.4	7.5	30.73	3.56	0.5	HVRBOP31
MOX-400-23	0.75	2.5	14.78	4.19	0.5	HVRBOP15
MOX-750-23	1	5	22.35	4.19	0.5	HVRBOP22
MOX-1125-23	1.5	7.5	32.26	4.19	0.5	HVRBOP32
MOX910	3.9	9.4	27.2	8.2	1	HVRBSP27
MOX920	4.6	13.8	39.5	8.2	1	HVRBSP40
MOX930	7.8	20	52	8.2	1	HVRBSP52
MOX940	11.7	30	77.6	8.2	1	HVRBSP78
MOX950	12.5	40	103.2	8.2	1	HVRBSP103
MOX960	15.5	50	123.7	8.2	1	HVRBSP124
MOX970	19.4	60	153.7	8.2	1	HVRBSP154