Керамика

Рис. 1. Поперечное сечение подложки фирмы Альфамет

Встроен В нвсушуя- деталь

к возникновению тока утечки. При правильном выборе фарфора этот ток должен быть пренебрежимо малым во всех условиях работы и хранения изделия.

Эмаль наносят в водном растворе, для чего соответствующую часть пластины перед обжигом тщательно сушат, чтобы исключить взрывообразное испарение воды из углублений, которое привело бы к образованию в покрытии ямок. Обжиг - конечный этап в изготовлении подложки. После его завершения на подложке можно стандартными способами нанести гибридную схему.

В результате подложка представляет собой пластину эмалированной стали толщиной 0,71 мм, покрытую с обеих сторон слоем черной керамики толщиной 0,1 мм, как показано на рис. 1.

Затем подложку металлизируют наложением специально разработанных резистивной и проводящей красок. Каждый металлизо-ванный .слой отдельно высушивают и обжигают.

Особенности конструкции

Наличие стальной сердцевины обусловл вает некоторые свойства, .которые не могут проявиться ни .в печатных платах, ни в пол-ностью керамических гибридных подложках. Ниже рассмотрим две из них. Во-первых, сталь обладает лучшей теплопроводностью, чем любой пластик или керамика. Рабочая температура платы фирмы Альфамет ниже, чем у эпоксидной платы или глиноземистой подложки. Бо-лее того, стальная пластина обеспечивает эффективное распространение теплоты по всей подложке, а не только вблизи того места, где выделяется теплота. Для иллюстрации этого были напечатаны идентичные резисторы на глиноземистой подложке и подложке Альфамет и построены графики повышения температуры на поверхностях резисторов в зависимости от выделявшейся в них теплоты. Как видно из рис. 2, глиноземистая подложка нагревается значительно быстрее и имеет более высокую температуру, чем подложка фирмы Альфамет. Это крайне важно для температуры датчика по двум причинам.

1. Быстрое распространение теплоты по подложке обеспечивает малое время установления-

О 10 20 30 kO РВт

Рис. 2. Увеличение температуры глиноземистой подложки н подложки фирмы Альфамет при тепловом равновесии в зависимости от рассеиваемой з резисторах мощности

2. Вследствие минимального перепада температуры в подложке чувствительный элемент датчика быстрее принимает температуру окружающей среды, для измерения которой он предназначен.

Другим преимуществом конструкции со стальным сердечником, покрытым фарфором, которое следует отметить, является малая шероховатость поверхности. Степень шероховатости фарфоровой поверхности равна (7,7-10,2) 10- мм, а у существующих глиноземистых подложек (38-43)10" мм. Высокая степень доводки позволит при массовом производстве высококачественных изделий обеспечить точное Соответствие их техническим условиям. Плоская хорошо обработанная поверхность облегчает использование очень узких полосок .и достижение малых расстояний между ними при печатании чувствительного элемента. Это также дает возможность осуществить тщательный контроль общего сопротивления датчика и компенсирующих резисторов.

Электрическая схема датчика

- Основным элементом в схеме датчика является резистор из никелевого провода. В качестве материала для теплочувствитель-ного элемента выбран никель, так как как из всех металлов он имеет самый большой температурный коэффициент сопротивления. Это, в СБОЮ очередь, обеспечивает максимально возможное изменение электрического тока в любом диапазоне измеряемой температуры. На рис. 3 показана кривая сопротивления никелевого чувствительного элемента в зависимости от температуры.

К никелевому датчику также предъявляется требование соответствия его общего сопротивления расчетному, которым он должен обладать в схеме. Это достигается посредством нанесения никеля в виде длинной тонкой ленты с многочисленными изгибами, для уменьшения места, занимаемого резистором. Общее сопротивление можно изменять от 1 до 1000 Ом путем изменения общей

1,30 1,20

1,10 1,00

Рис. 3. Температурная характеристика сопротивления никелевого чувствительного элемента (температура воды, в которую погружен датчик)

Рис. 4. Образец чувствительного элемента датчика температуры фирмы Альфамет

длины ленты и уменьшения ее поперечного сечения. Обычно используют ленты шириной 0,17 мм при расстоянии между ними 0,17 мм. Образец чувствительного элемента показан на рис. 4.

Дополнительно к никелевому элементу используют три других экранированных элемента. Ими являются два резистора на окиси рутения и защитная глазурь. Резистор на окиси рутения имеет при серийном производстве малый разброс параметров, .несмотря на их отклонения в процессе производства. Обычно как общее сопротивление отдельных никелевых элементов, так и их температурный коэффициент сопротивления, являются параметрамн характеризующимися нормальным законом распределения. Параллельная схема соединения .компенсирующих резисторов уменьшает разброс этих параметров, обеспечивая .выполнение соответствующих технических условий. Защитная глазурь необходима, чтобы предохранить плату от вредного химического воздействия окружающей среды, которой она подвержена в автомобиле. Слой глазури представляет собой тонкое покрытие, не изображенное на рис. 4.

Технические характеристики

Датчики подвергали испытанию на воздействие неблагоприятных условий окружающей среды по следующей программе:

1. Воздействие 95- 7о-ной влажности в течение 240 ч при температуре 100°С.

2. Тепловое .воздействие по методу 107 D стандарта 202, условия опыта С (от -65 до +200°С).

3. Цикл температура - влажность по методу 106 D стандарта 202.

4. Воздействие повышенной температуры (200°С в течение 100 ч).

5. Испытание диэлектрической прочности диэлектрика (напряжение 100 В).

6. Кратковременный удар силой 300 Н.

В результате этих испытаний существенных отклонений в работе датчика не обнаружено.

выводы

Из описания процесса получения стальной подложки, покрытой фарфором, следует, что она имеет меньшую стоимость, чем печатные платы и глиноземистые подложки. Основными факторами, определяющими стоимость подложек, являются стоимость оборудования, необходимого для штамповки деталей, и программа выпуска, при которой оборудование амортизируется.

Резисторы также имеют невысокую стоимость в производстве. Сборка изделия - обычная, посредством эпоксидной запрессовки в металлическую деталь, снабженную резьбой, - также недорогая операция. Таким образом, можно заключить, что новый датчик при-. годен для работы на автомобиле и является менее дорогостоящим, чем любой из существующих приборов, предназначенных для этих же целей.