电阻式结构和电阻式分压器布置制造技术

本发明专利技术涉及具有改进的电场分布的电阻式结构，沉积在圆柱状绝缘衬底(20)的表面上，其中至少一个电阻路径或迹线(23、33、43、54、64)被提供有形如螺旋的形状，并且被直接印刷在所述绝缘衬底(20、30、40、50、60)的表面上。此外，要求的电阻式分压器至少包括电串联的第一和第二电阻器，其中每个电阻器由被施加到圆柱状绝缘衬底(20、30、40、50、60)上的电阻膜材料的一条或多条迹线(23、33、43、54、55、64、65)制成，其中所述迹线中的至少一个是螺旋状的形状并通过直接印刷而施加到所述衬底(20、30、40、50、60)上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电阻式结构和电阻式分压器布置本专利技术涉及具有改进的电场分布的电阻式结构，特别是高度均匀的电场分布，这里所述的电阻式结构特别适合于应用在升高的电压下，特别是在从大约IkV上至IOOkV或更上至IMV的范围中的升高的电压或高电压，并且使用普通的可用的厚膜技术，使用最小的投入，可以被高精度和大量地制造在圆柱状绝缘衬底上。另外，本专利技术涉及至少包括电串联的第一和第二电阻器的电阻式分压器和/或电阻式分压器布置，其中至少一个电阻器包括至少一个根据本专利技术的电阻式结构。提供电阻式分压器以用于将一次电压变换到成比例的二次电压，但是该二次电压显著小于该一次电压，例如在10倍和100000倍之间。为了实际应用，相对于诸如温度、老化、以及应用电压的影响，分压比必须表现出良好的精度和稳定性。分压器可以以其最简单的形式仅仅由两个串联电阻器组成，一个具有高电阻值而另一个具有低或更低的电阻值(特别是与高电阻值相比)。在更高级的情况下，串联电阻器的一个或两个可以被具有各自等效电阻值的电阻网络取代。这些电阻器或者对应的电阻器网络在下文中还可以分别被叫做高和低欧姆电阻器。合适的分压比通过调整高和低欧姆电阻器的电阻值的比例而实现，并且为了实现高分压比，高欧姆电阻器的电阻值必须显著高于低欧姆电阻器的电阻值。在升高的电压或高压下采用的电阻器通常具有高电阻值以限制功率消耗，并具有大尺寸以承受高电压。这样的电阻器通常使用厚膜技术制造，特别是丝网印刷工艺，其允许在具有从小到很大的各种大小的衬底上节约生产具有高电阻率的电阻式结构。因此，衬底的长度可以在从小于一毫米上至几百毫米的范围内。厚膜电阻器由电阻膜材料制成，该电阻膜材料以迹线的形式而应用在绝缘衬底上。该迹线的端部与由高导电膜制成的电气端子部分重叠，该高导电膜用于设备的电气连接。导电材料层和电阻材料层被相继沉积在平坦状或圆柱状的电绝缘衬底上，从而分别形成电气端子和电阻式结构。另外，基于诸如玻璃或聚合物的绝缘层还可以被用于绝缘或保护的目的。丝网印刷是选用于施加各种层的方法，主要由于低工艺成本、高产出率、广泛可用性和可重复的质量。该工艺同样好地适用于平坦或圆柱状绝缘衬底，该平坦或圆柱状绝缘衬底通常由诸如氧化铝的陶瓷材料制成，然而也可以使用玻璃或聚合物基的衬底。通常，一次只能丝网印刷一种单一材料的一个单层，在该次或印刷工艺之后，在可以形成任意后续层之前，需要附加工艺步骤，诸如干燥和焙烧。所有这些工艺步骤增加了制造某种结构或设备的复杂度和成本，并且因此高度关注于减少印刷步骤的数目，特别是因为每个印刷步骤都需要附加工艺操作，并且可能导致所印刷的结构中的错误或不规则。导电和/或电阻式结构的各种形状可以通过准备适当的掩模而丝网印刷。另外，有时采用切边操作，以实现预期形状的印刷结构或者精确调节电阻值，其中在印刷工艺之后去除或切割材料。因此，切边工艺是消减工艺，与丝网印刷工艺(是附加工艺)形成对照。使用诸如激光或机械切割的技术来执行切边，并且引起电阻式结构中影响长期稳定性的应力，并导致电阻值的漂移。因此，在切边之后，必须执行高温稳定化操作，其中电阻式结构/设备被长时间退火，从而释放因切边引起的应力。通常的情况是，甚至在几天的稳定化之后，应力都没有被完全去除，并且该电阻漂移比全部由直接印刷而不切边所制造的等效结构更糟。因此，从成本和精度考虑，想要避免切边。除了低工艺成本和良好的精度，厚膜技术的一个进一步的优点是具有大范围电阻率值(例如从小于ΙΟΟπιΩ/sq到大于1GQ/Sq)的电阻材料的广泛可获得性。具有高电阻率值的材料经常具有较差的性能参数，诸如温度系数、电压系数、噪声和稳定性。对于要求良好精度的应用，因此，具有高欧姆值的电阻器优选通过使用窄且长的迹线来制造，该窄且长的迹线的长宽比(由长度比宽度而给出)尽可能高从而允许使用具有低电阻率的材料。另外，电阻的绝对电压系数与电阻式结构的长度成反比，使得长迹线高度合适。对于高电压水平下的操作，电阻式结构将理论上确保电场强度尽可能低，并且横跨全结构均匀分布。电场强度的高峰值应当被避免，从而确保低的电应力、耐高电压和电阻值的良好精度/稳定性。因此，最佳电阻式结构必须提供高的长宽比和电场强度的均匀分布。众所周知，通过在平坦或圆柱状的衬底上丝网印刷长且窄的具有蛇形状的电阻迹线制造具有很高长宽比的厚膜电阻器，这一点如EP0536895A1所述。蛇形图案的一个优点是其表现出非常低的电感值，这对于制造具有小电阻值和低寄生阻抗的结构是很重要的。然而，在电阻值像所有高压应用中一样需要很大时，电感的寄生值完全可忽略并且寄生电容变得更加关键。蛇形结构很好适合于具有低电压水平的应用中，然而，它们不适合于高电压水平，因为蛇形形状造成具有很高的最大值的电场的非常不均匀的分布。图1中展现了典型的已知蛇形电阻式结构，其中还示出交替线之间封闭区域中产生的电场强度。很容易发现E2的大小接近于零，同时El的大小达到很高的值。具有非常低的最小值和非常高的最大值的电场强度的交替分布不适合于耐高压。也就是说，蛇形结构不能均匀地分布电压降和沿着电阻器本体的电场，并且仅部分结构必须承担全部电压应力。另外，因为产品和电学的原因，需要自由地保留蛇形图案的圆角之间的显著的间隙。小间隙难于制造，但是还会在蛇形图案的角之间产生强电场和电阻器的较差的耐电压。因此，蛇形结构低效地利用电阻器的长度和周长以承受所施加的电压。对于在特定最大电压下操作，电阻式结构的尺寸必须足够大，从而保持电场强度的高峰值处于实际限值下，这导致了设备的大尺寸和高成本。另外，电场强度的高峰值在电阻式结构中产生应力并且会带来电阻值的漂移，并且因此产生差的精度。因此，基于蛇形状迹线的电阻式结构不是很适合于在升高的电压下使用，并且对于采用这样的电阻式结构的电阻器或电阻式分压器也存在相同的情况。因此，本专利技术的目标是提供用于具有改进的电场分布和几乎均匀的电场强度分布的电阻式结构的技术方案，并且其可以使用丝网印刷技术而直接印刷在绝缘衬底的表面上。另外，将会展现出包括所述结构和表现出卓越的精度、耐更高的电压、更小的尺寸，以及更低的成本(相比现有已知设备)的电阻式分压器或分压器布置。本专利技术的第一目标是通过提供具有改进的电场分布、沉积在圆柱状绝缘衬底的表面上的电阻式结构来实现，根据权利要求1所述的特征，其中至少一个电阻路径或迹线具有形如螺旋状的形状，并且直接印刷在绝缘衬底的表面上。所述电阻式结构的进一步实施例和发展以及精炼和电阻式分压器和电阻式分压器布置分别被布置和公开在进一步的权利要求和以下的描述中。根据本专利技术的电阻式分压器和/或分压器布置至少包括电串联的第一和第二电阻器，其中至少一个电阻器包括电阻膜材料的至少一个电阻路径或迹线，该电阻膜材料是螺旋状并且被直接印刷在圆柱状绝缘衬底上。绝缘衬底可以特别是简单圆柱体或空心圆柱体。图2和图3中举例了根据本专利技术的螺旋状结构。图2中还示出交替线之间封闭的区域中产生的电场的强度。因为该图案是线到线均匀且周期性的，电场强度的大小，例如E3或E4，在两条相邻线之间的任意位置上是相同的。螺旋状电阻式结构确保了电场强度非常均匀的分布，并且电压应力跨全结构均匀分布且使得可利用空间得到最佳使用。在迹线宽度大大小于迹线周期时，专利技术人发现螺旋状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有改进的电场分布、沉积在圆柱形绝缘衬底的表面上的电阻式结构，其中至少一个电阻路径或迹线(23、33、43)被提供有形如螺旋的形状，并且被直接印刷在所述绝缘衬底(20、30、40)的表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.25 EP 11001582.31.一种具有改进的电场分布、沉积在圆柱形绝缘衬底的表面上的电阻式结构，其中至少一个电阻路径或迹线(23、33、43)被提供有形如螺旋的形状，并且被直接印刷在所述绝缘衬底(20、30、40)的表面上。2.根据权利要求1所述的电阻式结构，其中所述螺旋状的迹线(23、33、43)包括存在至少一个不连续(34、44)的至少一个连接部分，所述不连续(33、34)诸如是宽度小于或大于所述螺旋状的迹线的剩余部分的迹线宽度或/和相对于所述迹线的剩余部分的微小偏移。3.根据权利要求2所述的电阻式结构，其中多个连接部分沿着所述螺旋状的迹线的长度周期性地设置。4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的电阻式结构，其中所述电阻式结构的端部能够是任意适合的形状，并且与由高导电层制成的电气端子(31、32、41、42)部分重叠。5.根据权利要求2或3所述的电阻式结构，其中所述连接部分使用电导率高于所述迹线的剩余部分的材料制造。6.根据权利要求5所述的电阻式结构，其中所述连接部分和所述电气端子使用相同的高导电材料在相同的工艺步骤中印刷而制成。7.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的电阻式结构，其中所述螺旋状迹线(23、33.43)由在至少两个不同角度下...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·霍佐伊，R·迪泽尔恩克特，M·帕夫拉斯，
申请(专利权)人：ABB股份公司，
类型：
国别省市：