Спосіб виконання струмопровідного елемента

Номер патенту: 45352

Опубліковано: 15.04.2002

Автор: Подоляк Сергій Юрійович

Є ще 9 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Текст

МПК HOI В 7/30 HOI С 1/028 HOI H 1/64 HOI L 23/16 Способ и с г ї о я н е н и я токопроводящего элемента Изобретение относится к электро- и радиотехнике, а именно к технике твердотельных электрических проводников и полупроводников. Изобретение может быть использовано для токопроводящих элементов всех форм и видов, выполнен­ ных из проводников, сверхпроводников и полупроводников с показателем относительной магнитной про­ ницаемости \\. около единицы, предназначенных для пропускания (проводники) и управления (полупроводники) электрическими токами в широком диапазоне силы и частоты. Заявляемый способ мо­ жет быть применён, например, для кабелей связи, монтажных и соединительных проводов, транзисто­ ров, диодов, интегральных микросхем, контактных устройств, разъёмов, резисторов, электрических конденсаторов и высокочастотных катушек индуктивности. Известно, что при прохождении переменного электрического тока по токопроводящему слою провод­ ника или полупроводника имеет место так называемый поверхностный эффект (скин-эффект). При этом наибольшая часть движущихся электрических зарядов из-за действия электромагнитной индукции рас­ полагается вблизи поверхности токопроводящего слоя. Отрицательное действие поверхносїного эффекта в известных токопроводящих элементах (напри­ мер, проводах и кабелях) проявляется в том, что большая центральная часть токопроводящего слоя не участвует в переносе электрических зарядов, что вызывает повышенное сопротивление проводника электрическому току. Это приводит к повышенному рассеянию тепловой энергии в проводнике, а также к неэффективному использованию токопроводящего слоя, что вызывает, например, неоправданное уве­ личение сечения проводов в электро- и радио-устройствах. Кроме этого, скин'эффект в металлических проводах и в обкладках конденсаторов приводит к мед­ ленному перераспределению подвижных электронов в проводнике от центра к поверхности. Вследствие этого возникают нежелательные эффекты направленности и так называемой "притирки" кабелей, а в конденсаторах усиливается нежелательный эффект "памяти". Отрицательное действие скин-эффекта в кабелях и проводах усугубляется тем, что химические со­ единения металла токопроводящего слоя с кислородом и азотом воздуха, образующиеся на поверхности провода в результате коррозии, обладают диэлектрическими и полупроводниковыми свойствами. Это 2 приводит к тому, что верхний наружный слой проводника, подверженный окислению н коррозии, пре­ пятствует вследствие скин-эффекта прохождению электрического тока, увеличивая потери. Как известно, вследствие скин-эффекта глубина проникновения движущихся электрических зарядов переменного тока внутрь токопроводящего слоя зависит от частоты тока. При увеличении частоты тока толщина поверхностного слоя, по которому он проходит, уменьшается. Следствием этого являются пара­ зитные нелинейные и частотно-фазовые искажения электрического сигнала, проходящего по проводнику или полупроводнику. Нелинейные и соответствующие им интермодуляционные искажения, вызываемые действием скин-эффекта, приводят к искажению широкополосных сигналов. Например, в бытовой и профессиональной аудио аппаратуре скин-эффект в соединительных меж­ блочных и колоночных проводах приводит к заметным на слух искажениям сигналов, ухудшающим каче­ ство звуковоспроизведения. Отрицательные последствия скин-эффекта вследствие создаваемых им интермодуляционных искаже­ ний широкополосного сигнала, например, в проводнике от антенны ко входу радиоприёмного устрой­ ства, заключаются в снижении избирательности приёмного устройства, уменьшении отношения "сигнал/шум" и снижении его реальной чувствительности. Как известно, при прохождении переменного тока по токопроводящему элементу основная (полез­ ная) электромагнитная волна распространяется вдоль элемента по прямой линии между точками с раз­ ными потенциалами, например, по длине кабеля связи. Из-за действия скин-эффекта кроме полезной электромагнитной волны в токопроводящем элементе возникает нежелательная паразитная электромаг­ нитная волна, направленная от центра токопроводящего элемента к его поверхности перпендикулярно направлению полезной волны, вызывая фазовые искажения проходящего сигнала. В цифровых импульсных устройствах, например, компьютерах, из-за скин-эффекта в медных провод­ никах печатных плат и разъёмов искажается форма коротких импульсных сигналов, что приводит к сры­ вам синхронизации, сбоям в регистрации импульсов. На сверхвысоких частотах переменного тока скин-эффект резко снижает добротность реактивных элементов - конденсаторов и катушек индуктивности. Вследствие этого, на частотах переменного тока выше 1 GHz скин-эффект является основным фактором, ограничивающим миниатюризацию радиоэлект­ ронных изделий, например, микросхем. В современной технике известны несколько способов снижения нежелательного скин-эффекта. Изве­ стен способ, реализуемый в так называемых проводах-литцендратах, состоящих из большого количества тонких изолированных проводников, включённых параллельно. За счёт этого увеличивают общую пло­ щадь поверхности проводника, что несколько снижает скин-эффект. Недостатками литцендрата з являются: низкая эффективность снижения скин-эффекта, высокая стоимость, сложность изготовления, неудобство использования, низкая механическая прочность. Указанные недостатки ограничивают приме­ нение литцендратов в настоящее время только в высокочастотных катушках индуктивности. Известен способ снижения скин-эффекта в проводах, реализуемый в коаксиальных кабелях. Недо­ статками коаксиальных кабелей являются: их высокая стоимость, неудобство использования, увеличен­ ные габариты, а также незначительное снижение скин-эффекта: внутренний проводник подвержен скин-эффекту. В частном случае проводов с искусственно увеличенной собственной индуктивностью, выполняемых по известному, так называемому способу крарупизации, металлический проводник окружают оболочкой из ферромагнитного материала с показателем относительной магнитной проницаемости намного больше единицы (обычно ц. слоя выбирают от 300 до ЗОСЮ). Известный способ крарупизации заключается в том, что наружная ферромагнитная оболочка создаёт внутри проводника электромагнитное поле, препятству­ ющее прохождению переменного тока в проводнике, увеличивая собственную индуктивность кабеля. Крарупизация кабеля, кроме выполнения основной своей задачи, - увеличения собственной индуктив­ ности путём подавления полезной электромагнитной волны на всей глубине металлического проводника, - в некоторых случаях подавляет и паразитную поперечную электромагнитную волну, уменьшая скинэффект. Однако в случае, когда ставится задача подавления скин-эффекта и уменьшения потерь в широ­ кой полосе частот, недостатками способа крарупизации кабелей являются: - снижение проводимости переменного тока; - потери в ферритовой оболочке из-за её высокого показателя магнитной проницаемости ц,, - высокая стоимость кабеля за счёт применения в оболочке дорогостоящего ферромагнетика, - высокая собственная индуктивность кабеля, что исключает применение крарупизированных кабелей на высоких частотах; этот недостаток способа крарупизации иногда целенаправленно используют для кабелей, подавляющих высокочастотные компоненты проходящего широкополосного сигнала. Указанные недостатки способа крарупизации ограничивают его применение только для подводных линий связи, где для компенсации собственной ёмкости проводника необходим кабель со значительной собственной индуктивностью. Для борьбы со скин-эффектом в кабелях известен также способ, заявленный в патенте Японии №1-36642, "Токопроводящий элемент" (выдан в 1989 году [і]). По известному способу токопроводящий элемент выполняют из резистивных частей из керамики и токопроводящих частей из меди. Токопроводящие части покрывают плёнкой из окиси хрома Сг^Од. Однако известно [2], что из множества (около 20) соединений хрома с кислородом только метастабильная двуокись (диоксид) хрома CrOj обладает 4 ферромагнитными свойствами (ц больше 1). Поэтому плёнка из немагнитной окиси хрома СГ2О3 в извес­ тном "Токопроводящем элементе" не может эффективно подавлять скин-эффект. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ-прототип, реализу­ емый в известном устройстве "Сердечник силового кабеля с низкими потерями": патент Японии №2-9401, выдан Фудзикура Дэнсэн К.К. в 1990 году [3]. По известному способу-прототипу сердечник кабеля выполняют из токопроводящих жил, промежутки между которыми заполняют магнитной жидкостью. Основными недостатками прототипа являются: (1) взаимо-отталкивающее действие намагниченных частиц жидкости приводит к вытеснению маг­ нитных частиц из промежутков между проводящими жилами и от поверхности проводника, что умень­ шает эффективность подавления скин-эффекта, увеличивает потери мощности в жидкости; (2) высокая сложность и высокая стоимость изготовления кабеля с герметичной оболочкой, запол­ ненной дорогостоящей магнитной жидкостью; (3) возможность применения кабеля только в крупногабаритной аппаратуре из-за его увеличенных габаритов; (4) увеличенный вес кабеля, выполненного по способу-прототипу. В основу j^fle/iSCMoro изобретения посгіае^е^^'Д задача снижения потерь, уменьшения нели­ нейных и частотно-фазовых искажений в электрических проводниковых и полупроводниковых элементах путем подавления скин-эффекта в токопроводящем слое. Поставленная задача в заявляемом способе решается тем, что поверхность токопроводящего эле­ мента в непосредственной близости от поверхности проводящего слоя покрывают твёрдой парамагнит­ ной (р. больше 1) оболочкой. Парамагнитную оболочку выполняют из слоев парамагнитного диэлектрического материала, который обладает магнитной проницаемостью ц в несколько раз больше магнитной проницаемости материала элемента. Заявляемый способ использует то обстоятельство, что материал проводящего слоя подавляющего большинства проводниковых (медь, серебро, алюминий, латунь) и полупроводниковых (кремний, герма­ ний) элементов имеет показатель относительной магнитной проницаемости [X от 0.9999 до 1.0(Ю1, то есть около единицы. Под воздействием электромагнитного поля электрических зарядов, движущихся в проводящем слое токопроводящего элемента, в парамагнитной оболочке вследствие известного явления индукции также возникает магнитное поле. Создаваемое таким образом магнитное поле оболочки направлено против 5 электромагнитного поля токопроводящего слоя и вытесняет движущиеся носители от поверхности внутрь токопроводящего слоя элемента, препятствуя проявлению скин-эффекта. Существенным отличием заявляемого способа от известных способов и прототипа является применение неподвижной твёрдой оболочки, состоящей из парамагнитного материала. При этом положительный эффект заявляемого способа достигается за счет того, что вследствие противодействия магнитного поля парамагнитной оболочки движущиеся электрические заряды распола­ гаются внутри токопроводящего слоя элемента однородно, то есть более равномерно, чем в токопроводя­ щих элементах, выполненных по известным способам. Сущность заявляемого способа и примеры его реализации представлены графическими материа­ лами, где на фиг. 1 в наиболее общем виде изображено поперечное (относительно движения тока) сече­ ние токопроводящего элемента, выполненного по заявляемому способу, а на фиг. 2-8 изображены примеры конкретной реализации заявляемого способа, где : на фиг. 2 изображено поперечное сечение коаксиального кабеля; на фиг. 3 изображено поперечное сечение многожильного силового кабеля; на фиг. 4 изображено сечение фрагмента однослойной печатной платы; на фиг. 5 изображено сечение контактного элемента (разъёма); на фиг. 6 изображено сечение полупроводникового полевого транзистора; на фиг. 7 изображено сечение однослойного электрического конденсатора постоянной ёмкости; на фиг. 8 изображено сечение многослойного электрического конденсатора постоянной ёмкости. Условные обозначения на рисунках : 1 - токопроводящий элемент (металлический провод); 2 - парамагнитная диэлектрическая оболочка токопроводящего элемента 1; 3 - первый слой парамагнитной оболочки 2; 4 - второй слой парамагнитной оболочки 2; 5 - элементарный электрический заряд (электрон), движущийся в токопроводящем элементе 1; 6 - направление силы скин-эффекта, действующей на заряд 5; 7 - направление силы индукции парамагнитной оболочки 2, действующей на заряд 5; 8 - наружная металлическая гокопроводящая жила коаксиального кабеля; 9 - наружная парамагнитная оболочка коаксиального кабеля; 10 - промежуточный изоляционный слой силового кабеля; 11 - основной (несущий) электроизоляционный слой печатной платы; 6 12 - фрагмент металлического токопроводящего вывода детали на печатной плате; 13 - подводящий металлический проводник контактного элемента; 14 - металлический токопроводящий контакт; 15 - полупроводниковая пластина полевого транзистора; 16 - область стока полевого транзистора; 17 - металлический вывод стока полевого транзистора; 18 - металлический вывод затвора полевого транзистора; 19 - металлический вывод истока полевого транзистора; 20 - область затвора полевого транзистора; 21 - область истока полевого транзистора; 22 - металлический вывод конденсатора; 23 - металлическая обкладка (пластина) конденсатора; 24 - диэлектрический слой конденсатора. Заявляемый способ (фиг. 1) заключается в следующем. Поверхность токопроводящего элемента 1 покрывают (не обязательно прилегает) парамагнитной обо­ лочкой 2. Оболочку 2 выполняют в виде одного или нескольких слоев твёрдого парамагнитного (показа­ тель ц больше 1) диэлектрического материала (магнитодиэлектрика), обладающего на макроуровне показателем относительной магнитной проницаемости ц в несколько раз больше относительной магнит­ ной проницаемости материала элемента 1, низкой электропроводностью^ а также малыми потерями на гистерезис. На фиг. 1 для наглядности показано два слоя оболочки 2 — слой 3 и слой 4, Парамагнитную оболочку 2 закрепляют неподвижно относительно токопроводящего элемента 1 на его поверхности или в непосредственной близости от его поверхности. При этом оболочку 2 располага­ ют от поверхности элемента 1 на расстоянии, не превышающем длину волны переменного тока в токоп­ роводящем элементе. Процессы, происходящие при протекании электрического тока в токопроводящем элементе, выпол­ ненном по заявляемому способу, таковы: Протекающий в токопроводящем элементе 1 перпендикулярно плоскости фиг. 1 переменный элект­ рический ток создает внутри проводящего слоя элемента 1 нежелательное поперечное электромагнитное поле скин-эффекта. Силовые линии 6 этого поля приложены к элементарным движущимся зарядам 5 внутри токопроводящего элемента 1 и направлены от центра токопроводящего слоя к его поверхности. Силы этого поля вызывают паразитное взаимное отталкивание зарядов 5 к поверхности 7 токопроводящего слоя. Сила 6 взаимного отталкивания движущихся электрических зарядов 5 возрастает с увеличением силы тока и с увеличением частоты переменного тока в элементе 1. В то же время основной (полезный) электрический ток, протекающий в токопроводящем элементе 1, также создает в слоях 3 и 4 парамагнитной оболочки 2 противодействующее магнитное поле. Силовые линии 7 этого поля оболочки 2 действуют на элементарные движущиеся заряды 5 внутри токопроводя­ щего элемента 1 и направлены от поверхности токопроводящего элемента 1 к его центру. Сила магнит­ ного противодействия оболочки 2 возрастает с увеличением силы тока и с увеличением частоты переменного тока в элементе 1. Создаваемое оболочкой 2 магнитное поле 7 таким образом уравновешивает взаимоотталкивающее действие электромагнитных полей отдельных движущихся элементарных электрических зарядов 5 внут­ ри токопроводящего элемента 1. Парамагнитная оболочка 2 препятствует проявлению нежелательного скин-эффекта в проводящем слое элемента 1. Вследствие этого проходящий по токопроводящему эле­ менту 1 переменный электрический ток однородно распределяется по всему поперечному сечению про­ водящего слоя. Материал парамагнитной оболочки 2 по заявляемому способу выбирают из магнитодиэлектриков или из парамагнитных веществ с ничтожной удельной электропроводностью, поэтому основной ток через оболочку не проходит, паразитные вихревые токи (токи Фуко) в ней не возникают, что снижает общие потери в токопроводящем элементе 1 и не вызывает в нём фазовых и нелинейных искажений проходя­ щего сигнала. По заявляемому способу допускается прилегание оболочки 2 к поверхности элемента 1 непосред­ ственно или через тонкий слой диэлектрического материала с показателем относительной магнитной проницаемости ц около единицы. При этом с целью достижения максимального положительного эффек­ та по заявляемому способу оболочку 2 располагают от поверхности элемента на расстоянии, во много (в десятки или сотни) раз меньшем минимальной длины волны переменного тока в элементе 1. При удалении оболочки 2 от поверхности токопроводящего элемента 1 магнитное поле оболочки раз­ мывается. При расположении парамагнитной оболочки 2 от поверхности токопроводящего слоя элемен­ та 1 на расстоянии, равном или большем, чем длина волны переменного тока в элементе 1, резко снижается противодействие оболочки 2 скин-эффекту для высокочастотных составляющих проходящего сигнала, а также снижается общая эффективность заявляемого способа. Для достижения положительного эффекта необходимо, чтобы вся поверхность токопроводящего эле­ мента 1 (за исключением поверхности, контактной с другими токопроводящими элементами) была 8 покрыта парамагнитной оболочкой 2, а сама оболочка имела толщину, достаточную для противодействия скин-эффекту, то есть для полного отражения паразитной поперечной электромагнитной волны. Для большинства слаботочных (радиоэлектронных) токопроводящих элементов для достижения поло­ жительного эффекта по заявляемому способу парамагнитную оболочку 2 выполняют из материала с по­ казателем относительной магнитной проницаемости (х от 1.5 до 20, толщиной несколько десятков микрон или более. Для силовых токопроводящих элементов, или при малых габаритных размерах токопроводящего эле­ мента 1, а также при низких частотах проходящего по элементу 1 переменного тока, оболочку 2 по за­ являемому способу выполняют из материала с показателем относительной магнитной проницаемости ji от 1.5 до 50 толщиной несколько десятков микрон или более. При выборе для оболочки 2 материала с показателем относительной магнитной проницаемости [I больше 50, и при длине токопроводящего элемента 1 более нескольких метров (например, кабель связи) парамагнитная оболочка будет подавлять как паразитную поперечную, так и основную полезную высокочастотную электромагнитную волну в элементе 1, увеличивая собственную индуктивность эле­ мента и вызывая нежелательные фазовые сдвиги проходящего сигнала. Кроме этого возрастут потери в самой оболочке 2, что снизит положительный эффект заявляемого способа. При выборе для оболочки 2 материала с показателем относительной магнитной проницаемости [ , Д меньше 1.5, парамагнитная оболочка будет недостаточно подавлять паразитную поперечную волну в элементе 1, что снизит эффективность заявляемого способа. При высокой частоте переменного тока, проходящего в токопроводящем элементе 1, для парамагнит­ ной оболочки 2 по заявляемому способу выбирают материал с показателем времени перемагкичивания меньшим периода переменного тока в элементе. При выборе для оболочки 2 материала с временем пере­ магкичивания больше указанного, потери в оболочке возрастут, оболочка будет вносить фазовый сдвиг в проходящий сигнал, что снизит положительный эффект заявляемого способа. При высоких значения силы тока в токопроводящем элементе 1 автор предлагает выполнять оболоч­ ку 2 по заявляемому способу в виде нескольких (3 и 4 на фиг. 1) парамагнитных слоев, которые нако­ сят один за другим на поверхность элемента 1. При этом для нижнего (ближайшего к токопроводящему элементу 1) магнитного слоя 3 автор предлагает использовать парамагнитный материал с низкой маг­ нитной проницаемостью и более высокой индукцией насыщения (показатель Х от 1.5 до 5.0). Для верх­ | него (верхних) магнитного слоя (слоев) 4 оболочки 2 автор предлагает использовать материал с более высокой магнитной проницаемостью и с меньшей, чем у слоя 3, индукцией насыщения (показатель Х от | 9 5 до 50). Такое многослойное исполнение парамагнитной оболочки 2 позволяет избежать насыщения магнитного слоя 4 и снижает потери в оболочке. Существенными отличиями заявляемого способа от известного способа-прототипа являются: по­ крытие твёрдой парамагнитной оболочкой 2 поверхности токопроводящего элемента 1, выбор для изго­ товления оболочки материала с относительно небольшой (несколько единиц или десятков) магнитной проницаемостью \i, а также размещение оболочки 2 на расстоянии, меньшем длины волны переменного тока в элементе 1. Существенным отличием заявляемого способа от известного способа крарупизации кабелей связи яв­ ляется то, что для достижения положительного эффекта по заявляемому способу относительную маг­ нитную проницаемость \х оболочки 2 выбирают всего в несколько раз больше магнитной проницаемости материала токопроводящего элемента 1, в то время, как для увеличения собственной индуктивности провода в ходе крарупизации или для подавления высокочастотных компонент полезного сигнала маг­ нитную проницаемость оболочки выбирают существенно (в сотни или тысячи раз) больше магнитной проницаемости материала токопроводящей металлической жилы. При этом выбор в заявляемом способе для оболочки 2 материала с относительно низкой магнитной проницаемостью не увеличивает собственную индуктивность токопроводящего элемента 1, то есть не препятствует прохождению переменного тока в нём, а препятствует лишь скин-эффекту у его поверхно­ сти, что приводит к снижению потерь по заявляемому способу. Эти существенные отличия позволяют упростить изготовление токопроводящих элементов по заявля­ емому способу, снизить их стоимость, а также позволяют использовать токопроводящие элементы по за­ являемому способу на высоких и ультра-высоких частотах переменного тока. Преимуществами заявляемого способа перед известными являются: (1) более полно используется проводящий слой токопроводящего элемента; (2) плотность электрического тока равномерна по всему сечению токопроводящего элемента и не за­ висит от частоты тока; (3) снижается электрическое сопротивление токопроводящего элемента переменному току; (4) парамагнитная оболочка служит электромагнитным экраном, в результате чего уменьшается па­ разитное электромагнитное излучение, создаваемое полезным током в токопроводящем слое, а также снижаются помехи, создаваемые внешними электромагнитными полями в токопроводящем слое элемента; (5) благодаря небольшой толщине парамагнитной оболочки габариты токопроводящего элемента, вы­ полненного по заявляемому способу, увеличиваются незначительно; 10 (6) верхний корродированный слой проводника оказывает значительно меньшее отрицательное воз­ действие на ток в проводнике, чем в проводниках, выполненных по известным способам; (7) вследствие уменьшения плотности тока в верхнем слое токопроводящего элемента, этот слой меньше подвержен коррозии, чем в элементах, выполненных по известным способам; (8) парамагнитная оболочка защищает токопроводящий слой от внешних химических воздействий и повышает коррозионную стойкость проводников, выполненных по заявляемому способу; (9) проявление положительного эффекта заявляемого способа не зависит от формы, геометрических размеров, материала и технологии изготовления токопроводящего элемента; (10) во многих случаях конкретной реализации заявляемый способ не нарушает технологию изготов­ ления токопроводящего элемента, так как не требует сложных операций с уже готовым токопроводящий элементом. Действие заявляемого способа для наглядности можно сравнить с действием известного способа маг­ нитного или электромагнитного фокусирования пучка электронов в электронно-лучевой трубке, напри­ мер, телевизионном кинескопе, в кинескопе поток электронов движется с ускорением в вакууме под действием высокого анодного напряжения от катода к аноду (экрану). При этом, вследствие взаимо-отталкивающего действия электронов друг на друга, пучок электронов превращается на аноде в размытое пятно. Для принудительной фокусировки луча используют электромагнитное поле дополнительных кату­ шек, расположенных вокруг электронного пучка. Этим достигается необходимые фокус и сведение элек­ тронного луча. При реализации на практике заявляемого способа материал для магнитной оболочки 2 выбирают из известных магнитодиэлектриков, например, карбонильного железа или альсифера. При этом выбор конкретного материала магнитной оболочки 2 производят с учетом частоты и силы тока в токопроводящем элементе. Предлагает!;^использовать для парамагнитной оболочки 2 смесь диэлектрика (например, лака, смолы или поливинилхлорида) с порошком электропроводного магнитно-мягкого материала, например, измельченного пермаллоя или оксифера. В этом случае объёмное соотношение диэлектрика и магнитно­ го материала выбирают таким, чтобы электропроводность их смеси была ничтожной относительно элект­ ропроводности токопроводящего элемента. Предлагаетеакже использовать для материала парамагнитной оболочки 2 смесь диэлектричес­ кого полимера (например, смолы или лака) с порошками одного из таких веществ: двуокись хрома CrOj, гамма-окись железа y-FegOg, или кобальт-гамма-окись железа Co-Y-FCjOg. Указанные парамагнитные ве­ щества имеют показатель относительной магнитной проницаемости ц от 1.5 до 2.0 и обладают малым и временем перемагничивания. В настоящее время они производятся промышленно в достаточных количе­ ствах для аудио- и видеолент, их стоимость невелика. Хотя в сильном магнитном поле указанные мате­ риалы обладают сравнительно высокой коэрцитивной силой, однако в большинстве радиоэлектронных элементов сила проходящего по ним тока недостаточно высока для проявления магнитно-твёрдых свойств этих материалов. Поэтому в этом случае потери на гистерезис в оболочке 2, выполняемой из указанных материалов, невелики, что позволяет достичь положительного эффекта по заявляемому способу. Например, для изготовления гибкого высококачественного (аудиофильного) неэкранированного меж­ блочного и колоночного аудио проводов автор использовал парамагнитную оболочку из обычной гибкой лавсановой 12.7-мм видеоленты с нанесенным на неё слоем парамагнитного материала - двуокиси хрома СгО; ( - оболочки равна 1.5). Видеоленту наматывают с перекрытием в 6—10 слоев на основную метал­ М лическую (медную или серебряную) токопроводящую жилу. В результате такой операции резко снижа­ ются нелинейные искажения, вносимые проводом, верхняя частота пропускания провода увеличивается с 30 MHz до 120 MHz. Примеры конкретных реализаций заявляемого способа на практике (фиг. 2—8 ) : В высокочастотном коаксиальном кабеле, выполненном по заявляемому способу (фиг. 2), внутрен­ нюю металлическую токопроводящую жилу 1 покрывают первой парамагнитной оболочкой, состоящей из одного слоя 3 толщиной более 20 мкм. Слой 3 выполняют из смеси полимера с порошком магнитномягкого диэлектрического материала (магнитодиэлектрика), например, альсифера (ц оболочки равна 10). Магнитный слой 3 окружают наружной металлической токопроводящей жилой 8. Наружную проводя­ щую жилу 8 покрывают второй наружной магнитной оболочкой, состоящей из одного слоя 9 магнитномягкого диэлектрического материала, идентичного материалу слоя 3. В высоковольтном многожильном силовом кабеле, выполненном по заявляемому способу (фиг. 3), для повышения электробезопасности каждый токопроводящий элемент (металлическую жилу) 1 покры­ вают дополнительным промежуточным изолирующим слоем 10, а затем поверх изолирующего слоя, - па­ рамагнитной оболочкой 2, выполняемой из смеси полимера с порошком карбонильного железа или пермаллоя (ц оболочки равна 20). В этом случае пучок токопроводящих жил I, изолированных дополни­ тельным слоем диэлектрика 10, окружают со всех сторон парамагнитной оболочкой 2. В печатной плате, выполненной по заявляемому способу (фиг. 4), основной токопроводящий мед­ ный проводник 1 покрывают парамагнитной оболочкой 2, состоящей из двух парамагнитных слоев диэ­ лектрического материала толщиной от 10 до 100 мкм. Одним из парамагнитных слоев покрывают одну сторону плоского печатного проводника 1, отделяя проводящий слой от несущего слоя И платы, а 12 другим покрывают другую сторону токопроводящего слоя 1. Оболочкой 2 также покрывают металличес­ кий токопроводяцщй вывод детали 12 на печатной плате. Материалом парамагнитной оболочки может служить, например, смесь порошка двуокиси хрома CrOg (ц оболочки равна 1.5) с эпоксидной смолой. В контактном элементе (фиг. 5), например, разъёме печатной платы, выполненном по заявляемо­ му способу, подводящие металлические проводники 13 и сами металлические контакты 14 покрывают со всех (неконтактных) сторон парамагнитной оболочкой 2 из альсифера толщиной от 50 мкм до 1 мм. В этом случае оболочка 2 позволяет увеличить полезную площадь контакта без увеличения его физичес­ ких размеров, а также увеличивает надёжность контактного соединения и повышает максимальную ра­ бочую частоту соединения. Применение заявляемого способа не ограничивается собственно только металлическими проводами и электрическими выводами деталей из материалов с высокой электропроводностью. Изобретение может быть также широко использовано для резисторов, конденсаторов и для полупроводниковых радиоэлект­ ронных компонентов. Например, в полупроводниковом полевом транзисторе (фиг. 6), выполненном по заявляемому способу, поверхность полупроводниковой пластины 15 с внедрёнными в неё областями стока 16, истока 21 и затвора 20, покрывают парамагнитной оболочкой 2 из одного слоя магнитно-мягкого материала, на­ пример, альсифера, толщиной от 10 до 50 мкм. Этим же материалом покрывают металлические выводы 17, 18 и 19 транзистора (на фиг. 6 для наглядности покрытым показан только вывод 17 стока 16 тран­ зистора). В этом случае оболочка 2 по заявляемому способу увеличивает максимальную рабочую часто­ ту транзистора, снижает нелинейные и фазовые искажения проходящего сигнала. При использовании заявляемого способа для интегральных микросхем материал оболочки 2 выби­ рают таким образом, чтобы максимальный размер микрокристаллов парамагнитного вещества оболочки был меньше размеров самого токопроводящего элемента (транзистора, резистора). При выполнении этого условия оболочка 2 эффективно подавляет скин-эффект. Для маломощных транзисторов и интег­ ральных микросхем автор предлагает в качестве материала магнитной оболочки 2 также использовать диэлектрическую смесь полимера с микродисперсной двуокисью хрома СгОз . Преимуществом двуокиси хрома в этом случае является известная возможность получения её в виде кристаллов размером менее 0.5 мкм, что позволяет использовать её в микросхемах с самыми малыми размерами компонентов. В электрическом однослойном (фиг. 7) и многослойном конденсаторах (фиг. 8), выполненных по заявляемому способу, токопроводящими элементами являются металлические выводы 22 и металличес­ кие обкладки 23 (пластины) конденсаторов. Поверхность выводов 22 и металлических обкладок 23 со всех сторон покрывают парамагнитной оболочкой 2 толщиной от 20 до 100 мкм. В этом случае оболочка 13 2 снижает потери при заряде-разряде конденсатора, увеличивает максимальную рабочую частоту кон­ денсатора, снижает нелинейные и фазовые искажения проходящего сигнала. Наличие изображённого на фиг. 7 и фиг. 8 диэлектрического слоя 24 условно, так как материал оболочки 2 по заявляемому способу выбирают диэлектриком. Кроме того, материал для оболочки 2 мо­ жет в этом случае быть получен путём внедрения парамагнитного порошка в диэлектрический материал слоя 24, например, полипропилен. При этом оболочка 2 увеличивает ёмкость конденсатора, поскольку применение парамагнитной оболочки эквивалентно уменьшению расстояния между обкладками 23 конденсатора. Аналогичным образом заявляемый способ может быть реализован в конденсаторных микрофонах, электростатических наушниках и электростатических преобразователях акустических систем, а также в высокочастотных катушках индуктивности. Для дальнейшего увеличения положительного эффекта от применения заявляемого способа автор предлагает корректировать конструкцию известных токопроводящих элементов, например транзисторов. Задачей такой корректировки является придание элементам симметричной круглой формы для более равномерного распределения внутри них электрического тока, что приводит к снижению потерь, увели­ чению максимальной рабочей частоты, увеличению срока службы и повышению надёжности радиоэлект­ ронной аппаратуры. ^ V - 9^02 oC г^ Способ испол н-е,ни^ токопроводящего эле­ мента Фиг. 1 с ю . Подоляк J, J^ Способ И ПРА И £ пий С J^02ZO($z Способ acnoj) Н-е^Ні^Я токопроводящегі?эле­ мента Фиг. 4 Фиг. 5 16 15 —fc^—Фиг. 6 Заявитель СЮ. Подоляк З.Л Способ и с п о у ? н^И^Я токопроводяще/'о эле­ мента. 23 24 Фиг. 7 22 22--"^ Фиг. 8 Заявитель 9:io20G22

Дивитися

Додаткова інформація

Автори англійською

Podoliak Serhii Yuriiovych

Автори російською

Подоляк Сергей Юрьевич

МПК / Мітки

МПК: H01B 7/30, H01H 1/00, H01L 23/16, H01C 1/02

Мітки: спосіб, струмопровідного, виконання, елемента

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/17-45352-sposib-vikonannya-strumoprovidnogo-elementa.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб виконання струмопровідного елемента</a>

Подібні патенти