Wydajność i zastosowanie rezystorów o wysokiej precyzji

Rozwój i wykorzystanie nowych technologii w branży rezystorowej doprowadziły do ​​gwałtownego zmniejszenia wielkości rezystorów. Nowe wymagania rynkowe spowodowały również, że producenci komponentów elektronicznych w celu opracowywania produktów o lepszej wydajności i stabilności. Ponieważ stosowanie różnych rodzajów precyzyjnych rezystorów staje się coraz bardziej rozpowszechnione, wydajność precyzyjnych rezystorów staje się coraz ważna. Główne parametry precyzyjnych rezystorów obejmują współczynnik temperatury (TCR), współczynnik mocy (PCR), długoterminową stabilność, zdolność antymienną (ESD), termiczną siłę elektromotoryczną (EMF), hałas itp.
Ulepszenie ogólnej wydajności systemu osiąga się poprzez każdy komponent elektroniczny lub podsystem. Ogólna wydajność zależy od najsłabszego łącza w układzie obwodów. Każdy komponent wprowadza pewne ograniczenia wydajności do ogólnego systemu obwodów. W szczególności krótkoterminowe przeciążenie, długoterminowa stabilność, reakcja częstotliwości i szum. W branży dyskretnej rezystorów istnieją cztery popularne technologie rezystorowe, rezystory z drutu, grube rezystory folii, cienkie oporniki na folii i rezystory foliowe, zapewniając klientom rozwiązania o różnych wymaganiach dotyczących wydajności i różnych budżetach.
Tabela 1 krótko podsumowuje zalety i wady różnych technologii rezystora, efekty termiczne, naprężenie mechaniczne i właściwości elektryczne.
Naprężenie, zarówno mechaniczne, jak i termiczne, powoduje zmiany właściwości elektrycznych rezystorów. Jeśli rezystor zmienia kształt, długość, konfiguracja lub struktura molekularna z powodu naprężenia, zmienią się również właściwości elektryczne rezystora.
Gdy prąd przepływa przez element rezystorowy, generuje samongalowanie, a zmiany temperatury powodują rozszerzenie lub kurczenie się mechanicznie. Idealny element rezystor ma zdolność automatycznego równoważenia tych zjawisk. System zwiększania stabilności może utrzymać integralność właściwości fizycznych elementu rezystora poprzez proces produkcyjny i wyeliminować potrzebę zrekompensowania samowystarczalności i stresu podczas stosowania rezystora.
Porównamy charakterystykę różnych technologii rezystora i omówimy zastosowanie każdego rodzaju rezystora w obwodach precyzyjnych.
Rezystory folii
Specjalne stopy rezystora folii (nikiel/chrom i dodatki) są związane ze specjalną matrycą ceramiczną z kontrolowaną opornością w celu zrównoważenia naprężeń spowodowanych naprężeniami cieplnymi i mechanicznymi. Wzór ścieżki rezystora jest wytrawiany laserowo w stopie rezystora folii. Proces ten wyjątkowo łączy ważną cechy dryfu niskiej temperatury, stabilność długoterminową, nieindykcyjną, niewrażliwą na elektryczność statyczną, niską pojemność, szybką stabilność termiczną i niski hałas w pojedynczej technologii rezystora.
Funkcje te zapewniają wysoką stabilność i niezawodność systemu obwodów. Brak kompromisu między dokładnością rezystora, stabilności i szybkości reakcji. Aby uzyskać precyzyjne wartości oporności, folia metali metalowa jest zrównoważona i selektywnie eliminuje wewnętrzne paski zwarcia. W przypadku wymagań dotyczących wysokiego oporu obszar ten jest selektywnie wycinany w znanych przyrostach oporności w celu zwiększenia wartości oporności w małych krokach.
Standardowy stopień współczynnika temperatury ± 1 ppm/ stopień 0 do + 60 (0. 05 ppm/ stopień Z-Foil), uzyskany ze stopu rezystora foliowego oraz macierzy zrównoważoną naprężeniem termicznym i mechanicznym.

Równoległa konstrukcja ścieżki rezystora w metalowej płaszczyźnie folii zmniejsza indukcyjność, z maksymalną indukcyjnością {0}}. 08 μH. Maksymalna pojemność wynosi 0,5 pf. Czas odpowiedzi 1- KΩ jest mniejszy niż 1 ns do 100 MHz. Czas wzrostu jest określany przez wartość rezystora, ale wyższe lub niższe wartości są tylko nieznacznie wolniejsze niż wartości pośrednich. Żadne dzwonienie nie jest szczególnie ważne w szybkich obwodach przełączających, takich jak przetworniki sygnałowe.
Rezystancję prądu stałego 1- kω folia metalu można porównać z jego rezystancją prądu przemiennego przy 100 MHz przy użyciu następującego wzoru:
Rezystancja AC/DC=1. 001
Technologie rezystora folii wytwarza rezystory ze specjalnymi specyfikacjami, które wcześniej były niedostępne i pożądane. Należą do nich dryf temperatury {0}}. 2 ppm/ stopień, dokładność tak niska jak ± 0. 001 %, 1000- stabilność żywotności wynoszącej ± 0,005 % (50 ppm) i statyczna oporność co najmniej 25 kv.
Jak dobry musi być dobry produkt?
Oczywiście nie każde projekty inżyniera obwodów wymagają ogólnie wysokiej wydajności. W wielu aplikacjach wystarczą rezystory o niższej wydajności, więc odpowiedzi należą do czterech kategorii.
1. Rezystory folii metalowej mogą poprawić ogólną wydajność urządzenia.
2. Jeden lub więcej rezystorów folii metalowej mogą osiągnąć najlepszą wydajność urządzenia.
3. Rezystory folii metalowej mogą poprawić rozwój technologii obwodów i poprawić wiele korzystnych właściwości precyzyjnych rezystorów.
4. Jasne, planuj stosowanie precyzyjnych rezystorów do długoterminowych rozważań (na przykład: rezystory folii metalu są bardziej opłacalne niż dodawanie drogich urządzeń w celu nieznacznie poprawy wydajności obwodu w celu utrzymania dokładności obwodu).
Na przykład w drugiej kategorii pojedynczy parametr musi być ważony w stosunku do ogólnej gospodarki projektowej. Korzystanie z rezystora o wyższej wydajności może zaoszczędzić koszty, ponieważ obwód odszkodowania można zmniejszyć (a koszt powiązanych komponentów i ich instalacja jest zaoszczędzona). Poprawa precyzji rezystora jest bardziej opłacalna niż ulepszenie urządzenia, ponieważ poprawa urządzenia w celu poprawy wydajności jest droższa niż precyzyjne rezystory.
Precyzyjne rezystory z drutu
Rezystory druciane są ogólnie podzielone na rezystory witryny zasilania i precyzyjne rezystory witryny. Rezystory z wirusami mocy będą się znacznie zmienić podczas użytkowania i nie mogą być używane w aplikacjach wymagających precyzyjnej wydajności rezystorów. Dlatego nie będziemy omawiać rezystorów wirusowych mocy.
Podczas procesu produkcyjnego rezystorów drucianych wewnętrzna powierzchnia drutu rezystora (bok blisko szkieletu izolacyjnego) jest ściskana, a jego zewnętrzna powierzchnia jest poddawana napięciu. Występuje trwałe deformacja.
Odkształcenie spowodowane tym procesem i podczas późniejszego wyżarzania drutu jest sztuczne, w przeciwieństwie do deformacji sprężystej lub odwracalnej. Nieprzewidywalne stałe odkształcenie mechaniczne powoduje losowe zmiany właściwości elektrycznych i rezystancję drutu. Rezultatem jest szeroki zakres parametrów wydajności.
Rezystory z drutu są wykonane z rany drutu na izolacji szkieletu. Druty o różnych średnicach i długości zapewniają przewidywalną oporność i charakterystykę. Precyzyjne rezystory z drutu mają lepsze właściwości antystatyczne i niższy hałas niż cienki film i grube rezystory warstwy. Rezystory z drutu mają również niższą dryf temperatury i lepszą stabilność.
Rezystory z drutu mogą mieć początkową dokładność ± 0. 005 %. Dryf temperatury może być tak niski, jak 3 ppm/ stopień typowy; Ale w przypadku rezystorów drucianych o niskiej rezystancji wynosi to ogólnie 15 ppm/ stopień do 25 ppm/ stopień. Hałas termiczny jest niski, a dryf temperatury śledzenia poza zakresem temperatur roboczych może również osiągnąć ± 2 ppm/ stopień. Powinno być jasne, że rezystory z drutu nie mają produktów opakowaniowych SMD (SMD nie jest formowane, a niektóre formowane rezystory druciane na mocowaniu powierzchni nie są rezystorami SMD), więc w sytuacjach, w których wymagana jest ciężar i objętość rezystora.
Jednak ze względu na strukturę uzwojenia rezystorów drucianych rezystory z drutu są indukcyjne, a podobne uzwojenia powodują pojemność. Można zastosować specjalną technologię uzwojenia w celu zmniejszenia indukcyjności w celu poprawy czasu reakcji podczas korzystania z rezystora. Ze względu na nieodłączną konstrukcję indukcyjną i pojemnościową rezystory z drutu nie mają dobrych charakterystyk o wysokiej częstotliwości. Szczególnie w aplikacjach powyżej 50 kHz. Ze względu na indukcyjność i współczynniki cenowe precyzyjne rezystory z drutu są obecnie na skraju wyeliminowania.
Cienkie oporniki
Rezystory cienki są wytwarzane przez odparowanie materiału filmowego o pewnej rezystywności od 50 do 250 angstromów grubości na podłożu ceramicznym przy użyciu metody podobnej do parowania [1 Angstrom (a)=10 nanometrów]. Cienkie rezystory warstwy mogą wytwarzać wyższe wartości oporności w danym obszarze niż rezystory z drutu i rezystory folii i są tańsze. To sprawia, że ​​odporne na cienkie opory są bardziej ekonomicznym wyborem w zastosowaniach, w których wymagane są średnie precyzyjne rezystory o wysokiej oporności i rozważana jest wydajność przestrzeni.
Cienkie rezystory warstwy są wrażliwe na temperaturę. Odpowiednią grubość folii można wybrać do wytworzenia różnych wartości oporności, ale konkretny film może wytwarzać tylko rezystory o pewnym zakresie oporności. Dlatego do wytwarzania rezystorów o różnych zakresach oporności stosuje się folii o różnych grubościach.
Na stabilność filmu wpływa wzrost temperatury. Proces zmiany stabilności starzenia się filmu zależy od grubości filmu w celu osiągnięcia określonej wartości oporności, więc zakres oporu stale się zmienia. Starzenie się chemiczne/mechaniczne obejmuje również utlenianie stopu rezystora spowodowanego wzrostem temperatury.
Dryf temperatury folii o odpowiedniej grubości może również mieć niekorzystny wpływ na wartość oporności. Wysokopistne oporne na cienkie opory mają większy wskaźnik pogorszenia. Ponieważ im cieńsza folia, tym bardziej podatne jest na utlenianie. Ponieważ odporne na cienki warstwy są bardzo cienkie, łatwo na nie wpływa na nie statyczna energia elektryczna.
Ponadto, ponieważ część elementu metalowego jest bardzo mała, cienkie oporniki warstwowe są również bardzo podatne na korozję spowodowane wilgocią. Kiedy pary wodne przechodzi przez pakiet rezystorowy, przynosi zanieczyszczenia i rozwija korozję chemiczną, powodując awarię folii rezystora w ciągu kilku godzin od zastosowania obciążenia niskiego napięcia prądu stałego.
Dzięki długoterminowej wielowarstwowej odkładaniu się folii, wysokiej precyzyjnej regulacji oporności i po przeszczepie, najlepsze precyzyjne odporniki na cienkie folii mogą również osiągnąć dryf temperaturowy ± 2ppm/ stopień i dokładność ± 0. 01%, a także dobrą długoterminową stabilność. Jednak moc nie jest wysoka, część o niskiej oporności ma słabą wydajność, nie jest przeciwstatyczna, współczynnik mocy jest słaby, trudno jest spełnić małą dostawę partii, a spójność różnych partii nie jest dobra.
Grube rezystory folii
W poprzedniej dyskusji wyjaśniliśmy, że rezystory z drutu nie mogą być używane w aplikacjach ChIP ze względu na rozmiar, opakowanie i wagę. W mniej precyzyjnych zastosowaniach niż rezystory z drutu, grube rezystory warstkowe są częściej stosowane, ponieważ grube rezystory warstkowe mają gęstsze wartości rezystancji (wysoka rezystancja/niewielki rozmiar) i są tańsze.
Gęste rezystory warstkowe mają szybszą odpowiedź częstotliwości, podobnie jak odporniki cienkie i rezystory folii, ale wśród różnych technologii rezystorów, grube rezystory folii są najgłośniejsze. W przypadku zastosowania w mniej precyzyjnych zastosowaniach zostaną omówione i szeroko stosowane w różnych rodzajach obwodów, w tym mniej precyzyjnych częściach obwodów.
Gruby film opiera się na kontakcie cząstek do cząstek na szklanej matrycy, tworząc ścieżkę oporową. Te punkty kontaktowe tworzą cały opór. Jednak cząstki te są blokowane przez naprężenie termiczne podczas używania rezystora. Ponieważ mają wiele równoległych ścieżek, ścieżka oporu nie zostanie złamana. Jednak wartość oporu wzrośnie z czasem i wraz ze wzrostem temperatury. Dlatego grube rezystory folii nie są tak stabilne jak inne technologie rezystora.
Struktura cząstek oznacza również, że grube rezystory warstkowe mają wysoki współczynnik szumu, ponieważ agregacja i uwalnianie elektronów rezystora przez tę strukturę generuje stosunkowo duży hałas. Dla danego rezystora wielkości, im wyższa wartość rezystancyjna i niższa zawartość metalu, tym większy hałas i mniej stabilny jest. Szklana struktura grubych rezystorów warstwowych tworzy szklaną płaszcz ochronną, aby chronić rezystor podczas przetwarzania, co sprawia, że ​​rezystory gęstego warstwy są bardziej odporne na wilgoć niż cienkie oporne.
Poprzez ciągłą poprawę gęstego rezystora folii, najbardziej precyzyjna technologia rezystora grubego filmu była w stanie osiągnąć dryf temperaturowy ± 5ppm/ stopień, a nawet przy użyciu wielu grubych wiórów rezystora folii, które mogą się ze sobą zrekompensować, może osiągnąć dryf temperaturowy ± 2ppm/ stopień. Jego najwyższa dokładność może również osiągnąć ± 0. 01%. Precyzyjne grube rezystory folii to technologia głównego nurtu w zastosowaniach o wysokim napięciu, wysokiej oporności i precyzyjnie. Wadą grubych rezystorów warstwowych jest to, że trudno jest osiągnąć wysoką precyzję i dryf niskiej temperatury w części o niskiej oporności, wskaźnik szumu nie jest dobry, a długoterminowa stabilność jest ogólnie gorsza niż inne precyzyjne rezystory.