HVC HVR vs. OHMITE: Auswahlhilfe für Hochspannungs-Dickschichtwiderstände

Antwort aus dem Ingenieurwesen

Dieser Artikel bietet einen detaillierten technischen Vergleich und Querverweis Informationen zu Hochspannungskomponenten, die Ingenieuren helfen, geeignete HVC-Alternativen für ihre spezifischen Anwendungsanforderungen zu identifizieren.

Abstimmung anhand von Nennspannung, Kapazitäts-/Widerstandswert, physikalischen Abmessungen und dielektrischer Klasse.
Fordern Sie Querverweistabellen und Maßzeichnungen von der HVC-Entwicklungsabteilung zur Überprüfung der mechanischen Passung an.
Prüfen Sie den Ersatz unter voller Betriebsspannung und -temperatur, bevor Sie die Produktionsersetzung genehmigen.

Ein technischer Überblick über leitfähige RuO₂-Phasenmaterialien, Al₂O₃-Keramiksubstrate und die daraus resultierenden Leistungsvorteile.

Abstract

Die HVR-Serie von HVC nutzt RuO₂-Leitmaterial und ein 96%iges Al₂O₃-Keramiksubstrat, um durch Siebdruck und Hochtemperatursintern eine stabile Hochspannungsleistung zu erzielen. Testergebnisse zeigen einen Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) von ±15 ppm/°C und einen Spannungskoeffizienten des Widerstands (VCR) von 0.1 ppm/V, wodurch die Serie eine praktikable Alternative zu OHMITE-Dickschichtwiderständen darstellt.

1. Einleitung

Hochspannungs-Dickschichtwiderstände finden breite Anwendung in der Leistungselektronik, Medizintechnik und Präzisionsinstrumentierung. Da Geräte immer kleiner und anspruchsvoller werden, benötigen Entwickler eine bessere Temperaturstabilität, Spannungslinearität und Langzeitstabilität, als viele herkömmliche Lösungen bieten können.

Dieser Artikel erklärt, wie die HVR-Serie von HVC diese Anforderungen erfüllt und als kompatible Alternative zu OHMITE-Produkten dient.

2. Materialsystem

2.1 Leitfähiges Phasenmaterial: RuO₂-basierte Dickschichtwiderstandspaste

RuO₂ (Rutheniumdioxid) ist die zentrale leitfähige Phase in der Widerstandspaste und bietet folgende Vorteile:

Widerstand: Ungefähr 35 μΩ·cm bei Raumtemperatur, einstellbar über die Partikelgröße und den Glasanteil.

Thermische Stabilität: Stabil bei einer Sintertemperatur von 850°C ohne Phasenumwandlung.

Chemische Stabilität: Beständig gegen Säure- und Laugenkorrosion in rauen Umgebungen.

Leitungsmechanismus: Metallische Wärmeleitung mit einstellbarem Temperaturkoeffizienten.

Der Widerstand eines RuO₂-basierten Dickschichtwiderstands kann näherungsweise wie folgt berechnet werden:

R = ρ × (L/W) × (1/t)

Hierbei ist ρ der Flächenwiderstand (Ω/□), L die Widerstandslänge, W die Breite und t die Schichtdicke. Durch Lasertrimmen lässt sich eine Widerstandstoleranz von ±1 % erreichen.

2.2 Substratmaterial: 96 % Al₂O₃-Keramik

96% Aluminiumoxidkeramik ist das Standardsubstrat für diese Widerstandsklasse, da sie elektrische Isolation mit stabiler mechanischer Leistung verbindet.

Dielektrizitätskonstante: εr ≈ 9.0 bei 1 MHz

Dielektrischer Verlust: Niedriger tan δ-Wert bei 1 MHz.

3. Herstellungsprozess

3.1 Siebdrucktechnologie

RuO₂-Paste wird mithilfe eines Edelstahlsiebs mit einer Maschenweite von 200-325 auf das Al₂O₃-Substrat gedruckt.

Typische Prozessparameter:

Abzieherdruck: 20-30 N

Druckgeschwindigkeit: 50-100 mm/s

Abreißabstand: 1-2 mm

Nassfilmdicke: 25-50 μm

3.2 Sinterprozess

Typisches Sinterprofil:

Aufheizphase: Raumtemperatur → 850 °C mit ca. 50 °C/min

Haltephase: 850 °C für 60-90 Minuten

Abkühlphase: Natürliche Abkühlung auf Raumtemperatur

Beim Sintern schmilzt die Glasphase und umschließt die RuO₂-Partikel, wodurch ein stabiles, dreidimensionales leitfähiges Netzwerk entsteht. Die endgültige Filmdicke beträgt typischerweise 40–50 % der Nassfilmdicke.

4. Elektrische Leistungsprüfung

4.1 Prüfung des Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR)

Der Temperaturkoeffizient (TCR) beschreibt die relative Widerstandsänderung in Abhängigkeit von der Temperatur:

TCR = (R₂ - R₁) / [R₁ × (T₂ - T₁)] × 10⁶ (ppm/°C)

Prüfbereich: -55 °C bis +155 °C. Die gemessene HVC-HVR-Genauigkeit betrug ±15 ppm/°C und war damit besser als der branchenübliche Wert von ±50 ppm/°C.

4.2 Spannungskoeffizienten-Widerstandsprüfung (VCR-Prüfung)

VCR ist die relative Widerstandsänderung bei angelegter Spannung:

VCR = (ΔR/R) / V × 10⁶ (ppm/V)

Der gemessene VCR-Wert beträgt 0.1 ppm/V und zeigt damit eine hohe Widerstandsstabilität unter Hochspannungsbelastung.

4.3 Langzeitstabilitätsprüfung

HVC führte einen 1000-Stunden-Lasttest gemäß MIL-STD-202 bei Nennleistung und einer Umgebungstemperatur von +70°C durch.

Testergebnisse:

Widerstandsdrift: < ±0.5 %

Sichtprüfung: Keine Risse, Blasen oder Verfärbungen

Spannungsfestigkeitsprüfung: Bestanden (1.5-fache Nennspannung)

5. Leistungsvergleich mit OHMITE-Produkten

Die wichtigsten Vergleichswerte zwischen HVC HVR und OHMITE Slim-Mox sind nachfolgend zusammengefasst.

Parameter	HVC HVR	OHMITE Slim-Mox
Temperaturkoeffizient	±15 ppm/°C	±50 ppm/°C
Spannungskoeffizient	0.1 ppm/V	< 1 ppm/V
Widerstandstoleranz	± 1%	± 1%
Betriebstemperatur	-55 Bis + 155 ° C	-55 Bis + 155 ° C

6. Fazit

Die HVR-Serie von HVC bietet dank optimierter RuO₂-Pastenformulierung und kontrolliertem Sintern eine hohe Temperaturstabilität und Spannungslinearität. Sie erfüllt oder übertrifft wichtige OHMITE-Benchmarks und zeichnet sich gleichzeitig durch kürzere Lieferzeiten und flexible Anpassungsmöglichkeiten aus.

7. OHMITE-zu-HVC-Modell-Querverweis

Die folgenden Tabellen fassen repräsentative HVC-Ersatzoptionen für die wichtigsten OHMITE-Dickschichtwiderstandsfamilien zusammen.

A. Slim-Mox-Serie (03)

OHMITE-Modell	Leistung (W)	Spannung (kV)	A (mm)	B (mm)	C (mm)	(Mm)	D (mm)	HVC-Modell
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

B. Slim-Mox Serie (02)

OHMITE-Modell	Leistung (W)	Spannung (kV)	A (mm)	B (mm)	C (mm)	(Mm)	D (mm)	HVC-Modell
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

C. Ultra-Mox-Serie

OHMITE-Modell	Leistung (W)	Spannung (kV)	A (mm)	B (mm)	C (mm)	HVC-Modell
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

D. ARC2-Serie

OHMITE-Modell	Leistung (W)	Spannung (kV)	A (mm)	B (mm)	C (mm)	HVC-Modell
ARC2-2	3.8	9	27	8	0.8	HVRBSP27
ARC2-3	5	12	37	8	0.8	HVRBSP37
ARC2-5	7.5	18	52	8	0.8	HVRBSP52
ARC2-7	10	24	78	8	0.8	HVRBSP78
ARC2-10	12.5	36	103	8	0.8	HVRBSP103
ARC2-12	15	42	128	8	0.8	HVRBSP128
ARC2-15	17	54	153	8	0.8	HVRBSP153

E. MOX-Serie

OHMITE-Modell	Leistung (W)	Spannung (kV)	A (mm)	B (mm)	C (mm)	HVC-Modell
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

HVC-Produktfamilien

HV-Keramikscheibenkondensatoren1KV–70KV Radialanschluss, N4700 Dielektrikum für Spannungsvervielfacher- und Filteranwendungen. Hochspannungs-Türknaufkondensatoren20 kV–150 kV Schraubanschluss, hohe Energiedichte für Impulsleistungssysteme. Hochspannungs-DickschichtwiderständeFlache und röhrenförmige Hochspannungswiderstände, Toleranz ±0.1%, bis zu 100 kV.

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