Обратный ток — диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Cтраница 1
| Типовая вольт-амперная характеристика диода. [1] |
Обратный ток диода / 0, если утечки малы, почти не зависит от напряжения на р — / г-переходе, но в сильной степени зависит от температуры. При достижении напряжения пробоя обратный ток резко возрастает за счет лавинного, или Зенеровского, пробоя. Если прибор не рассчитан специально для работы в области пробоя ( как, например, стабилитрон и обращенный диод), то вслед за лавинным наступает и тепловой пробой, и диод гибнет. Заметим, что иногда тепловой пробой развивается раньше всех остальных. [2]
Обратный ток диода растет с увеличением обратного напряжения. Главными причинами различия обратных ветвей характеристики реального и идеального диодов являются ток т е р м о — генерации в объеме и на поверхности перехода и ток утечки по поверхности перехода.
Обратный ток диода зависит от температуры корпуса еще сильнее и имеет положительный коэффициент. Так, при увеличении температуры на каждые 10 С обратный ток германиевых диодов увеличивается в 2 раза, а кремниевых — 2 5 раза. [4]
| Схема замещения фотодиода.| Семейство вольт-амперных характеристик фотодиода.| Относительная спектральная чувствительность г германиевых и кремниевых фотодиодов. [5] |
Обратный ток диода возрастает при освещении p — n — перехода. Этот эффект может использоваться для фотометрических измерений. С этой целью в корпусе фотодиода делается прозрачное окно. На рис. 10.5 показано схемное обозначение фотодиода, на рис.
10.6 приведена его схема замещения, а на рис. 10.7 представлено семейство характеристик. Для фотодиодов характерно наличие тока короткого замыкания, который пропорционален его освещенности, поэтому в отличие от фоторезисторов фотодиод может использоваться без дополнительного источника питания. Чувствительность фотодиодов обычно составляет около 0 1 мкА / лк. При подаче на фотодиод запирающего напряжения фототок практически не изменяется. Такой режим работы фотодиода предпочтителен, когда требуется получить большое быстродействие, так как с ростом запирающего напряжения уменьшается собственная емкость р-п-пе-рехода.
[6]
Обратный ток диода изме-ряется микроамперметром ИТ. Выходное сопротивление генератора постоянного напряжения должно быть достаточно малым, так как выходное напряжение ГН не должно меняться более чем на 1 % при изменении величины / обр от нуля до максимального ( для испытываемого диода) значения. Вольтметр включают до измерителя тока и его блока защиты БЗ.
| Схема измерения параметров диода при постоянном напряжении.| Схема измерения параметров диодов при переменном напряжении. [8] |
Обратный ток диода измеряют при фиксированной величине обратного напряжения. Подводимое напряжение может быть как постоянным, так и переменным. [9]
Обратный ток диода — ток, протекающий через диод, к которому приложено постоянное напряжение, равное наибольшему обратному напряжению. При этом отрицательный полюс источника напряжения присоединен к положительному выводу диода. [10]
Схемы для исследования процессов переключения.
[11] |
Обратный ток диода измеряется с помощью осциллографа. Сигнал, пропорциональный току диода, снимается с небольшого сопротивления R и подается на вход вертикального усилителя осциллографа. Замыкание и размыкание ключа / Ci позволяет исследовать процессы в диоде соответственно при малом и большом внешнем сопротивлении в цепи диода. [12]
Обратный ток диода 1обр при температуре 50 не превышает 0 3 ма. [13]
Обратным током диода называется амплитудное значение тока, проходящего через диод в обратном направлении при приложении к диоду переменного напряжения, замеряемого пиковым прибором или осциллографом. [14]
Рассчитать обратный ток диода при 350 К, если при 300 К он равен 10 мкА, а Вд7500 К. [15]
Страницы: 1 2 3 4 5
Методические указания к практическим занятиям по дисциплине “Общая электротехника и электроника”, страница 7
Электротехника \ Общая электротехника и электроника
то есть дырочная составляющая на 2 порядка больше.
3. Определим напряжение для получения заданной плотности тока, воспользовавшись уравнением
, В.
22. Ток,
текущий видеальном р-n переходе при большом
обратном напряжении и 300К, равен 2*10
Решение:
Воспользуемся зависимостью
так как при большом обратном напряжении протекает обратный ток насыщения.
При прямом напряжении 0,1В ток
.
23. Диод имеет обратный ток насыщения I0 = 10мкА. Напряжение, приложенное к диоду, равно 0,5 В. Найти отношение прямого тока к обратному при 300К.
Решение:
Зависимость тока от напряжения
,где
I0 – обратный ток насыщения,
jТ – температурный потенциал, для 300К он равен
0,025В.
Тогда
24. Германиевый полупроводниковый диод, имеющий обратный ток насыщения I0 = 25мкА, работает при прямом смещении 0,1В и 300К. Определить сопротивление диода постоянному и переменному току (дифференциальное).
Решение:
Прямой ток диода
где jТ – температурный потенциал, для 300К он равен 0,025В.
Сопротивление диода постоянному току
Дифференциальное сопротивление получим дифференцированием исходного выражения.
или
С учётом того, что I >> I0 можно считать, что
тогда
в нашем случае это будет
Ом, то есть упрощенной формулой можно пользоваться для оценки дифференциального сопротивления прямосмещённого p-n перехода. На практике она чаще используется в следующем виде (для 300 К):
где I берётся в
мА, а результат получается в
Омах.
Тогда Ом
Из анализа решений можно сделать также очень важный вывод:
сопротивление прямосмещённого p-n перехода переменному току значительно меньше, чем постоянному. Это явление очень часто используется на практике.
25. Для идеального p-n перехода определить
1). при каком напряжении обратный ток будет достигать 90% значения обратного тока насыщения при 300 К?
2). отношение тока при прямом напряжении 0,05 В к току при том же значении обратного напряжения.
Решение:
1). При 300 К температурный потенциал В.
Из условия задачи обратный ток составит 0,9I0.
или
В (60 мВ) (~ 2jТ)
2). отношение прямого тока к обратному при напряжениях 0,05 и -0,05 В:
, то есть примерно в 7 раз прямой ток больше обратного.
26. Видеальном
p-n переходе обратный ток
насыщения I0 = 10-14 А при
300 К и I0 = 10-9 А при 398 К
(1250 С).
Определить напряжения на p-n переходе в обоих случаях, если прямой ток равен 1 мА.
Решение:
Из уравнения вольт-амперной характеристики перехода
можно записать
, или
, логарифмируя последнее выражение, получим
Для 300 К jТ = kT = 0,86*10-4*300 = 0,0258 В, а напряжение
Для 398 К jТ = kT = 0,86*10-4*398 = 0,0342 В и
Такая температурная зависимость характерна для Si диодов.
27. Определить во сколько раз увеличивается обратный ток насыщения сплавного p-n перехода, если
1). для Ge диода температура увеличивается от 200 С до 800 С
2). для Si диода температура увеличивается от 200 С до 1500 С.
Решение:
Зависимость обратного тока от температуры имеет вид:
где k1 – постоянная;
Езо = еUзо – ширина запрещённой зоны при 0 К;
— температурный потенциал;
Для Ge: h = 1; m = 2; Uзо = 0,785 В
Si: h = 2; m = 1,5; Uзо = 1,21 В.
Следовательно, для Ge обратный ток насыщения
При 800 С, или 353 К, имеем:
В
тогда
При 200 С, или 293 К, имеем:
В
и ток
отношение токов для Ge
то есть при повышении температуры с 200 С до 800 С ток в Ge диоде увеличивается почти в 300 раз.
Для Si диода:
При 1500 С, или 433 К, имеем:
В
и ток
При 200 С или 293 К jТ = 0,0253 В и ток
отношение токов
то есть для Si диода при повышении температуры с 200 С до 800 С обратный ток насыщения увеличится почти в 3000 раз.
Скачать файл
Защита от обратного тока | Аналоговые устройства
Скачать PDF
Перепутывание батареи может быть фатальным для портативного оборудования.
Однако многочисленные схемы могут защитить от обратной установки батарей и других условий, вызывающих перегрузку по току.
Оборудование, работающее от аккумуляторов, подвержено последствиям неправильной установки аккумуляторов, случайных коротких замыканий и других видов небрежного обращения. Последствия перевернутой батареи имеют решающее значение. К сожалению, защититься от такой ситуации сложно.
Чтобы сделать оборудование устойчивым к батареям, установленным в обратном направлении, вы должны спроектировать либо механический блок для обратной установки, либо электрическую защиту, предотвращающую вредные последствия при обратной установке. Механическая защита может быть односторонним разъемом, который принимает батарею только при правильной полярности.
Например, 9-вольтовые аккумуляторы для радиоприемников имеют механически разные клеммы, хотя пользователь, возившийся с механическим соединением, все же может на мгновение выполнить обратное электрическое соединение.
С другой стороны, вы можете настроить разъемы для аккумуляторных батарей так, чтобы мгновенное обратное подключение было невозможным, пока пользователь не изменит разъем.
Однако самая большая проблема связана с приложениями, питающимися от одной или нескольких одноэлементных батарей, таких как щелочные, никель-кадмиевые и никель-металлгидридные батареи типа AA. Как правило, эти батареи не имеют механических средств для предотвращения реверсирования одного или нескольких элементов. Для этих систем разработчик должен убедиться, что любой поток обратного тока достаточно низок, чтобы избежать повреждения цепи или батареи. Эту гарантию могут обеспечить различные схемы.
Диодыобеспечивают простейшую защиту
Простейшей формой защиты от переполюсовки батареи является диод, включенный последовательно с положительной линией питания (рис. 1а). Диод пропускает ток от правильно установленной батареи к нагрузке и блокирует ток от установленной сзади батареи. У этого решения есть два основных недостатка: диод должен выдерживать полный ток нагрузки, а его прямое падение напряжения сокращает время работы оборудования.
(Выходное напряжение регулятора на один диод ниже напряжения батареи, поэтому регулятор преждевременно отключается.)
Если приложение требует щелочной батареи или батареи другого типа с относительно высоким выходным сопротивлением, вы можете защититься от обратной установки, используя параллельный (шунтирующий) диод. Схема на рис. 1б проста, но далека от идеала. Такой подход защищает нагрузку, но потребляет большой ток от закороченной батареи. Как и прежде, диод должен выдерживать большой ток.
Рис. 1. Простейшей защитой от обратного тока батареи является последовательный (а) или шунтирующий (б) диод.
В качестве улучшенной меры реверсирования батареи вы можете добавить pnp-транзистор в качестве переключателя верхнего плеча между батареей и нагрузкой (рис. 2а). При правильной установке батареи токоограничивающий резистор в выводе базы смещает переход база-эмиттер в прямом направлении. Установленная сзади батарея смещает транзистор в обратном направлении, и ток не может течь.
Эта схема лучше, чем последовательный диод, потому что насыщенный pnp-транзистор обеспечивает более низкое падение напряжения, чем большинство диодов, и, таким образом, повышает эффективность работы за счет снижения рассеиваемой мощности.
Проверка на недостатки
Меньшее падение напряжения p-n-p-транзисторов также увеличивает время работы, поскольку позволяет разрядить напряжение батареи до более низкого уровня. Эти транзисторы имеют низкую стоимость и низкое напряжение насыщения, но имеют и недостатки. Например, базовый ток рассеивает часть полезной энергии батареи как V IN × I B , а бета (максимум примерно 50) большинства мощных pnp-транзисторов требует значительного базового тока для заданного тока нагрузки.
Вы должны спроектировать базовый ток, достаточный для комбинации максимальной нагрузки и минимальной нагрузки V IN . Это фиксирует значение базового тока, а затем приводит к снижению эффективности при более легких нагрузках, если только вы не предусмотрели сложную схему для модуляции базового тока в зависимости от тока нагрузки.
Эти критерии также применимы к использованию npn-переключателя между нагрузкой и возвратом батареи (рис. 2b), но с одним существенным отличием: гораздо более высокие коэффициенты бета мощных npn-транзисторов снижают потери тока базы при заданном токе нагрузки.
Рис. 2. Поскольку прямое падение меньше, pnp-транзистор верхнего плеча (a) обеспечивает лучшую защиту от обратного тока, чем диод. Еще лучше использовать npn-транзистор нижнего плеча (b), чье более высокое бета означает меньший ток базы и меньшие потери мощности.
Замена биполярных транзисторов на МОП-транзисторы
При заданном токе нагрузки низкое сопротивление полностью улучшенного полевого МОП-транзистора падает намного меньше напряжения, чем у эквивалентного биполярного транзистора. Результатом является меньшее рассеивание мощности, что позволяет МОП-транзистору выдерживать гораздо более высокие токи нагрузки, чем это возможно с биполярным транзистором того же размера. Это преимущество привело к производству n- и p-канальных полевых МОП-транзисторов с логическим уровнем для работы при 5 В и 3 В и даже более низких напряжениях питания.
NMOS FET включают Motorola MTP-3055EL, Harris RFD14N05L и Siliconix Si9.410DY. Примерами полевых транзисторов PMOS являются Siliconix Si9433DY и Si9434DY, а также National Semiconductor NDS9435.
Обратите особое внимание на ориентацию MOSFET в цепи. МОП-транзисторы имеют встроенный в корпус диод, который проводит ток в условиях прямого смещения. Этот ток течет от стока к истоку для PMOS FET и от истока к стоку для NMOS FET. Независимо от того, используете ли вы NMOS или PMOS FET в качестве переключателя нижнего или верхнего плеча, ориентируйте диод в корпусе устройства в направлении нормального протекания тока. Затем перевернутая батарея смещает диод в обратном направлении и блокирует протекание тока.
Полевые МОП-транзисторы NMOS более привлекательны для сильноточных приложений, чем полевые МОП-транзисторы PMOS, поскольку полевые МОП-транзисторы NMOS имеют более низкое сопротивление во включенном состоянии, чем аналоги PMOS того же размера. Поскольку для полного улучшения необходимо поднять напряжение затвора полевого МОП-транзистора NMOS выше напряжения истока, полевой МОП-транзистор NMOS относится к цепи возврата батареи (рис.
3). Таким образом, если вы правильно установите батарею, напряжение батареи выше 10 В (5 В для полевых МОП-транзисторов логического уровня) полностью откроет МОП-транзистор. Переворачивание батареи приводит к низкому уровню клеммы затвора и отключению МОП-транзистора.
Рис. 3. NMOS FET с логическим уровнем нижнего плеча для защиты от обратного тока пропускает больший ток, чем эквивалентный биполярный транзистор.
У переключателя нижнего плеча есть один недостаток: токи возврата на землю, протекающие через переключатель, создают небольшие падения напряжения, которые могут мешать работе схемы. Альтернативой является переключатель верхнего плеча. Однако использование полевого МОП-транзистора NMOS в качестве переключателя верхнего плеча по-прежнему требует, чтобы привод затвора превышал напряжение источника, то есть привод затвора был выше, чем напряжение батареи. На рис. 4 показано одно решение, в котором устройство подкачки заряда (IC 1 ) значительно повышает напряжение затвора по сравнению с истоком.
Эта схема полностью улучшает МОП-транзистор при правильной установке батареи.
Рис. 4. Чтобы обеспечить защиту от обратного тока без нарушения обратных токов на землю, добавьте полевой МОП-транзистор на стороне высокого напряжения, управляемый микросхемой подкачки заряда.
На рисунке 4 микросхема IC 1 принимает напряжение батареи от 3,5 В до 16,5 В и регулирует выходное напряжение батареи до (V BATT +10 В). Эта схема позволяет стандартным полевым МОП-транзисторам NMOS в расширенном режиме работать от напряжения батареи до 3,5 В. Поскольку зарядный насос работает от напряжения батареи и, следовательно, также нуждается в защите от переполюсовки батареи, схема подключает диод между положительной клеммой батареи и V 9 микросхемы.0032 Терминал CC .
Полевые транзисторы PMOS работают на стороне высокого напряжения и не требуют дополнительных схем для управления затвором. Однако переключатель PMOS, как правило, в два раза дороже и имеет почти в три раза большее сопротивление во включенном состоянии, чем устройство NMOS с сопоставимой мощностью, работающей с аналогичным напряжением сток-исток.
Вы можете улучшить имеющиеся в настоящее время PMOS-транзисторы с напряжением затвора 5 В или даже 3 В.
Если напряжение батареи вашей схемы составляет не менее 10 В, вы можете подключить затвор PMOS FET непосредственно к возврату батареи (рис. 5). Как и прежде, вы должны подключить транзистор в обратном направлении (относительно обычной практики), чтобы сориентировать его корпус диода в направлении нормального протекания тока. Это соединение подает напряжение батареи между затвором и стоком, но напряжение между затвором и истоком управляет сопротивлением канала. Однако внутренний диод создает напряжение истока на одно падение ниже напряжения стока, когда вы впервые прикладываете V БАТТ . В результате получается жесткое напряжение затвор-исток, равное -(V BATT -V DIODE ), которое быстро увеличивает полевой транзистор, сводя падение VDS к желаемому минимуму.
Рис. 5. Этот переключатель на полевом транзисторе с PMOS на стороне высокого напряжения предлагает простую защиту от обратного тока в обмен на более высокое сопротивление в открытом состоянии и более высокую стоимость.
Проблема низкого напряжения батареи
Для напряжения батареи ниже 10 В, но выше 2,7 В можно использовать низковольтный полевой МОП-транзистор, например Siliconix Si9.433DY или Si9435DY. С другой стороны, обеспечение защиты от переполюсовки батареи при напряжении ниже 2,7 В может быть проблемой. Одним из решений является использование биполярного транзистора, что влечет за собой потери тока базы. Другим является использование низкопорогового полевого транзистора PMOS с зарядовым насосом для управления напряжением затвора под землей (рис. 6). Эта схема может работать с выходным напряжением 5 В или 3,3 В. Несмотря на то, что схема предназначена для работы с двумя элементами, схема обычно запускается при входном напряжении всего 1,5 В.
Рис. 6. Использование переключателя PMOS FET верхнего плеча с низким напряжением батареи требует подкачки заряда (D 1 , D 2 и C 1 ) для управления напряжением затвора под землей.
Один или два элемента батареи не обязательно производят достаточное напряжение затвор-исток для полного включения полевого транзистора. Тем не менее, коммутационный узел повышающего DC/DC преобразователя IC1 управляет простым зарядовым насосом, состоящим из C 1 , D 1 и D 2 , который генерирует более чем достаточное количество энергии для этой цели. Для В IN = 2В, привод затвора примерно -(V IN +V OUT ) = -7В.
Инверсия батареи делает КМОП-преобразователь постоянного тока похожим на диод с прямым смещением; преобразователь отключает ключ, подтягивая напряжение затвора как минимум на одно падение диода выше истока. Подтягивающий резистор на 100 кОм разряжает емкость затвора в течение 140 мс, но слегка нагружает зарядовый насос и не мешает усилению MOSFET. Опять же, схема подключает МОП-транзистор в обратном направлении, чтобы предотвратить прямое смещение внутреннего диода полевого транзистора во время реверсирования батареи.
Вы также можете использовать переключатель нижнего плеча NMOS для защиты, используя выход DC/DC преобразователя для повышения напряжения затвора (рис. 7). При нормальном регулировании преобразователь (IC1) притягивает затвор MOSFET выше его истока. Если вы установите батарею задом наперед, сопротивление нагрузки разряжает конденсатор выходного фильтра, который отключает полевой МОП-транзистор, удерживая затвор и исток при одном и том же потенциале.
Рис. 7. Выходной сигнал повышающего преобразователя IC1 управляет этим переключателем NMOS FET нижнего плеча.
С другой стороны, если нагрузка невелика, и вы сначала правильно устанавливаете батарею, а затем быстро переворачиваете ее, заряд выходного конденсатора удерживает МОП-транзистор во включенном состоянии и позволяет обратному току течь через стабилизатор. Для показанных компонентов это состояние сохраняется в течение примерно 100 мс, пока конденсатор разряжается через стабилизатор.
Затем МОП-транзистор отключается и после этого блокирует ток.
Похожая версия этой статьи появилась в номере журнала 9 от 1 марта 1996 г.0006 ЕДН.
Эффекты периодического обратного тока в гальванике
Гальванопокрытие — надежный метод осаждения металлов на поверхности деталей, но существует несколько разновидностей. Некоторые лучше подходят для определенных приложений. Одним из таких вариантов является периодическая гальванизация обратным током. Этот метод иногда регулирует направление тока, чтобы изменить осаждение металла на поверхность. Он помогает решить некоторые проблемы стандартного гальванического покрытия постоянным током и обеспечивает лучший результат при одновременном снижении потребности в добавках.
Мы более подробно рассмотрим этот стиль гальваники, в том числе то, что отличает его от гальванического покрытия постоянным током, и как его используют в разных отраслях.
Что такое гальваника?
В процессе гальваники используется электрический ток и раствор электролита для нанесения тонкого слоя металла на поверхность.
Он начинается с подачи постоянного тока на анод, а катод находится на другой стороне раствора. Атомы металла окисляются, становятся положительными ионами и растворяются в растворе с одной или несколькими солями металлов, которые облегчают поток электричества. Ток перемещает положительные ионы к отрицательно заряженной части, где они оседают на ее поверхности.
Металлы, используемые в гальванике, включают медь, олово, цинк, никель, золото, серебро и палладий, но также популярны сплавы. Некоторые добавки могут придавать желаемые свойства, такие как проводимость, твердость и гладкость.
Благодаря добавкам и химическому составу самого процесса конечный продукт обычно имеет различные улучшения своих физических свойств. Вы можете использовать гальваническое покрытие, например, для улучшения коррозионной стойкости или пластичности. Эти корректировки зависят от различных факторов, таких как раствор электролита, основной материал, наплавленный металл и, как мы обсудим, тип тока.
Многие отрасли промышленности используют гальваническое покрытие в своих интересах, в том числе автомобильная, медицинская, нефтегазовая, аэрокосмическая и электронная. Они используют широкий спектр продуктов с гальваническим покрытием, таких как полупроводники с медным покрытием, каталитические преобразователи с палладиевым покрытием и аэрокосмические компоненты с химическим никелированием.
Что такое импульсный ток?
При постоянном токе постоянный ток — или потенциал — существует между анодом и катодом. Импульсный ток — это непостоянный ток, который подает периодические импульсы тока, когда он чередуется между двумя разными значениями. Импульсы обычно имеют одинаковую амплитуду, продолжительность и полярность и разделены периодами нулевого тока. Периоды применения тока называются по времени или Т на , а периоды с нулевым током называются временем выключения или Т выкл .
В целом, импульсный ток создает модулированную или нестационарную форму волны.
Поскольку они имеют более динамичную форму, импульсные токи имеют больше параметров, а именно настраиваемое время включения и выключения. Из-за этих дополнительных параметров гальванопокрытие импульсным током обеспечивает больший контроль над процессом, что позволяет добиться лучших результатов в таких свойствах, как:
- Диффузионные слои: Покрытие постоянным током создает диффузионный слой вокруг катода, который предотвращает попадание потенциальных адатомов на поверхность электрода. 1 Это прерывание может замедлить механические свойства и скорость роста металлических отложений. Время выключения импульсного тока рассеивает диффузионный слой, позволяя ионам равномерно распределяться в растворе и осаждаться более эффективно и последовательно. Результатом является меньшая шероховатость поверхности металлических отложений.
- Размер зерна: Увеличенное катодное перенапряжение позволяет использовать более высокие плотности тока при гальванике импульсного тока, что, в свою очередь, обеспечивает более высокую скорость зародышеобразования и меньший размер зерна.
2 Меньшие размеры зерна могут обеспечить более высокий предел текучести при сжатии благодаря зависимости Холла-Петча. 3 - Чистота: Добавки часто используются для уменьшения размера зерна при гальваническом покрытии, но эти добавки могут адсорбироваться на границах зерен или плоскостях и вводить примеси, которые могут повлиять на свойства покрытия. 4 Поскольку процесс импульсного тока работает посредством модуляции тока, для него требуется меньше добавок, что позволяет сократить затраты и потребление материалов.
- Пористость: Пористость возникает, когда в покрытии появляются микроскопические дефекты, обычно толщиной менее 1,25 микрон. Ограничивая тонкие области и уменьшая шероховатость поверхности, импульсные токи могут помочь ограничить вероятность появления пористости в продукте.
2 Меньшие размеры зерна могут обеспечить более высокий предел текучести при сжатии благодаря зависимости Холла-Петча. 3 В целом, импульсный ток предлагает больше возможностей и может снизить затраты, связанные с добавками, включая затраты на материалы и утилизацию, а также трудозатраты.
Этот метод гальванического покрытия распространен для таких продуктов, как печатные платы (ПП), полупроводники и композитные материалы.
Что такое периодический обратный ток в гальванике?
Импульсные токи могут быть однополярными и иметь один и тот же знак, или они могут быть биполярными и иметь смесь анодных и катодных импульсов. 5 Периодический импульсный обратный ток (PRC) представляет собой биполярный импульсный ток. Он меняет направление потока тока с катодного, движущегося вперед, на анодный ток на короткие периоды времени. Общее движение по-прежнему идет в одном направлении, чтобы обеспечить результирующую электрохимическую активность, но эти краткие развороты влияют на то, как материал осаждается на поверхности.
Периодический обратный ток может перераспределить отложение материала и создать более гладкую пленку. Во время анодного импульса PRC осаждаемая поверхность частично растворяется, особенно в областях с более высокой плотностью тока.
Это действие помогает бороться с более толстыми отложениями катодной фазы и выравнивать выступы, что в целом может привести к более однородному отложению.
Как и импульсные токи, PRC также может предотвращать образование толстых диффузионных слоев, препятствующих прохождению ионов. Во время выключения или реверсивного импульса этот слой разряжается более эффективно, позволяя ионам легко двигаться. В то время как методы импульсного тока могут снизить потребность в добавках, PRC может снизить потребление до незначительных значений. Сокращение использования присадок может помочь сократить расходы и обеспечить преимущества для окружающей среды.
Оба этих механизма помогают улучшить физические свойства металла. Обратный ток предпочтительно удаляет дендриты 6 — древовидные кристаллические структуры 7 — и может уменьшить эффекты поляризации, такие как примеси от адсорбции. Во многом PRC усиливает воздействие униполярных импульсных токов, обеспечивая более эффективный процесс с меньшими затратами ресурсов.
В то время как импульсные токи предлагают больше параметров, чем гальваническое покрытие постоянным током, периодическое обратное гальванопокрытие предлагает больше параметров, чем гальваническое покрытие импульсным током. Помимо времени включения и выключения и пиковой плотности катодного тока, для обратного тока также требуется пиковая плотность анодного тока и длительность катодного импульса. 8 Эти дополнительные параметры позволяют более точно контролировать токи и результирующие характеристики наплавленного металла.
Сравнение постоянного тока и периодического обратного тока
ПокрытияDC и PRC подходят в разных контекстах, но PRC, как правило, имеет преимущество в:
- Скорость: Покрытие постоянным током предполагает преимущественное нанесение на области с высокой плотностью тока. Достижение минимальной толщины может занять больше времени и использовать больше материала, что в целом делает его менее эффективным. PRC может избежать этого результата и снизить требования к постобработке.
- Гибкость: Сложные геометрические формы, такие как те, что используются в печатных платах, могут столкнуться с проблемами производительности из-за непоследовательного покрытия методами постоянного тока. С PRC вы можете настроить больше параметров, чтобы обеспечить оптимальную производительность и избежать чрезмерных отложений в некоторых областях, например, снаружи отверстий.
- Использование труда и материалов: В связи со снижением спроса на добавки PCR может ограничить расходы и требования по утилизации, связанные с ними. Более быстрое покрытие также позволяет производителям сократить трудозатраты и время производства.
- Производительность: Импульсное покрытие идеально подходит для максимальной твердости и уменьшения пористости. 9 Эти физические характеристики могут улучшить характеристики в таких областях, как предел текучести и проводимость. DC, как правило, обеспечивает высокое выравнивание и яркую кроющую способность, но импульсное покрытие имеет преимущество в однородности и рассеивающей способности.
- Текстура: В некоторых случаях обратные импульсы создают высокоориентированную текстуру. Зерно в меди, например, становится более мелким для лучшей микротвердости. 10 Эта текстура может способствовать повышению коррозионной стойкости.
PRC может избежать этого результата и снизить требования к постобработке.
DC, как правило, обеспечивает высокое выравнивание и яркую кроющую способность, но импульсное покрытие имеет преимущество в однородности и рассеивающей способности.Импульсное покрытие с обратным импульсом часто является наиболее предпочтительным выбором, обладающим значительными преимуществами при производстве печатных плат и в других областях, где требуются однородные слои или сложная геометрия. Что касается производительности, PRC предлагает такие преимущества, как прочность, коррозионная стойкость и меньший размер зерна.
Влияние периодического обратного тока на процесс гальванического покрытия
Периодический обратный ток может повлиять на многие этапы процесса гальваники, поэтому выбор его использования требует тщательного рассмотрения и понимания связанных с ним взаимодействий.
Некоторые из влияний импульсных обратных токов включают:
1. Мощность броска
Пробивная способность относится к способности раствора наносить однородную толщину на заготовку неправильной формы. Как правило, излучающую способность высокочастотного импульсного обратного покрытия трудно предсказать из-за переходных эффектов. В таких ситуациях могут потребоваться добавки, повышающие поляризационное сопротивление раствора.
Добавки могут реагировать уникальным образом, и некоторые из них могут вызывать снижение сопротивления поляризации. Правильный выбор является важной частью решения, позволяющего достичь высокой поляризации в областях с высокой плотностью тока и низкой поляризации в областях с низкой плотностью тока.
2. Распределение по поверхности
Мощность броска может влиять на количество материала, необходимого для покрытия, поэтому она сильно влияет на распределение по поверхности. Если распределение поверхности неравномерно, увеличение толщины в определенных областях может увеличить затраты и повлиять на производительность.
Возьмем, к примеру, печатные платы. Толстое покрытие может снизить эффективность передачи высокочастотного сигнала. Улучшая распределение по поверхности, производители могут обеспечить более равномерную производительность по всей печатной плате.
При сравнении однополярного импульсного покрытия и покрытия постоянным током при одинаковой средней плотности тока метод покрытия постоянным током, как правило, обеспечивает лучшую рассеивающую способность. Однако импульсное обратное покрытие может обеспечить гораздо лучшую рассеивающую мощность, чем постоянный ток, даже при более высокой средней плотности тока. 11 Частота и добавки мало влияют на рассеивающую способность метода импульсного обратного покрытия, поэтому они могут помочь добиться равномерного распределения даже с металлами и растворами, которые требуют определенных конфигураций.
3. Сквозные отверстия и глухие отверстия
Одним из наиболее популярных применений импульсного реверсивного покрытия являются печатные платы, надежность которых зависит от хорошего соотношения толщины отверстий и контактных площадок.
Достижение минимальной заданной толщины в сквозных отверстиях обычно является последним конструктивным параметром, выполняемым при нанесении покрытия. 12 Миниатюрные печатные платы также требуют глухих переходных отверстий во внешних слоях межсоединений высокой плотности. Перемешивание является важнейшим компонентом покрытия этих слепых отверстий. Струйное покрытие, например, может помочь эффективно заполнить переходные отверстия.
Оптимизированный процесс импульсного обратного тока может улучшить рассеивающую способность в сквозных отверстиях и панелях с рисунком. Некоторые добавки также могут помочь улучшить пластичность покрытия по сравнению с методами покрытия постоянным током и снизить внутреннее напряжение, в первую очередь за счет контроля плотности анодного тока.
В целом, метод покрытия с обратным импульсом может помочь решить распространенные проблемы покрытия, связанные с правильным распределением по сквозным отверстиям и глухим переходным отверстиям.
4. Выбор основного материала
Исследователи протестировали импульсное напыление с использованием широкого спектра сплавов, чтобы найти идеальные параметры для гальванического покрытия. Как правило, для независимого осаждения сплава наносится более благородный металл, пока его поверхностная концентрация не достигнет нуля. Затем менее благородный металл разряжается. Различные параметры могут влиять на то, достигает ли концентрация благородного металла нуля на поверхности электрода, и процесс нанесения покрытия должен учитывать это потенциальное изменение. 13
Для образования сплава поверхностная концентрация благородного металла должна достичь нуля, но низкие пиковые токи и высокие концентрации реагирующего компонента в растворе могут увеличить время, необходимое для того, чтобы благородный металл достиг нуля. Поддерживая пиковые токи высокими, мы можем избежать чрезмерной градации в металлических композициях. Скорость обратного импульсного метода также помогает достичь надлежащих концентраций и обеспечить осаждение второго металла и формирование сплава.
Типы промышленных деталей, изготовленных из периодического обратного тока
Вы можете использовать периодическую гальванопокрытие обратным током на многих из тех же деталей, в которых вы использовали бы другие методы гальванопокрытия. Например, вы можете использовать гальваническое покрытие обратным током для осаждения металла с низкой рассеивающей способностью. Улучшенная рассеивающая способность метода обратного тока может компенсировать другие характеристики металла. Импульсное реверсивное нанесение покрытия с большим количеством контролируемых параметров может предложить большую гибкость и возможности для отраслей с уникальными характеристиками.
Печатные платы и микроэлектромеханические системы (МЭМС) — еще два приложения для периодических обратных токов. Этот процесс может преодолеть сложные геометрические формы и высокие требования к производительности эффективным и экономичным способом.
Хотя этот метод широко используется в печатных платах и полупроводниках для различных потребительских товаров, он также предлагает специфичность и производительность, необходимые для удовлетворения строгих или сложных требований к определенным деталям.
