Толстопленочные резисторы что это

Различные типы резисторов

Углеродные Композиционные Резисторы

Резисторы из углеродного состава были наиболее распространенным типом резисторов, используемых в электронике, из-за их относительно низкой стоимости и высокой надежности. В резисторах из углеродной композиции используется сплошной блок материала, изготовленный из углеродного порошка, изоляционной керамики и связующего материала. Сопротивление контролируется путем изменения соотношения углерода и материалов наполнителя.

Состав углерода в резисторе зависит от условий окружающей среды, особенно влажности, и со временем имеет тенденцию к изменению сопротивления. По этой причине резисторы с углеродным составом имеют плохой допуск на сопротивление, обычно всего 5%. Резисторы с углеродным составом также ограничены номинальной мощностью до 1 Вт. В отличие от своих плохих допусков и низкой мощности, резисторы с углеродным составом имеют хорошую частотную характеристику, что делает их вариантом для высокочастотных применений.

Карбоновые резисторы

Углеродные пленочные резисторы используют тонкий слой углерода поверх изолирующего стержня, который обрезан для формирования узкого, длинного резистивного пути. Контролируя длину пути и его ширину, можно точно контролировать сопротивление с жесткими допусками в 1%. В целом, возможности резистора из углеродной пленки лучше, чем у резистора из углеродной композиции, с номинальной мощностью до 5 Вт и лучшей стабильностью. Тем не менее, их частотная характеристика намного хуже из-за индуктивности и емкости, вызванных прорезанием резистивного пути в пленке.

Металлические пленочные резисторы

Одним из наиболее распространенных типов осевых резисторов, используемых сегодня, являются металлические пленочные резисторы. По конструкции они очень похожи на пленочные резисторы, но основное отличие заключается в использовании в качестве резистивного материала металлического сплава, а не углерода.

Используемый металлический сплав, обычно никель-хромовый сплав, способен обеспечить более жесткие допуски на сопротивление, чем резисторы из углеродной пленки, с допусками до 0,01%. Металлические пленочные резисторы доступны до 35 Вт, но варианты сопротивления начинают уменьшаться выше 1–2 Вт. Металлические пленочные резисторы имеют низкий уровень шума и стабильны при незначительном изменении сопротивления из-за температуры и приложенного напряжения.

Толстопленочные резисторы

Толстопленочные резисторы стали популярными в 1970-х годах и являются распространенными резисторами для поверхностного монтажа даже сегодня. Они изготавливаются методом трафаретной печати с использованием проводящей смеси керамики и стекла, подвешенной в жидкости. После того как резистор напечатан на экране, его запекают при высоких температурах, чтобы удалить жидкость и сплавить керамический и стеклянный композит.

Изначально толстопленочные резисторы имели плохие допуски, но сегодня они доступны с допусками до 0,1% в упаковках, способных выдерживать мощность до 250 Вт. Толстопленочные резисторы имеют высокотемпературный коэффициент с изменением температуры на 100 ° C, что приводит к изменению сопротивления до 2,5%.

Тонкопленочные резисторы

Заимствуя полупроводниковые процессы, тонкопленочные резисторы изготавливаются посредством процесса вакуумного осаждения, называемого напылением, когда тонкий слой проводящего материала осаждается на изолирующей подложке. Затем этот тонкий слой фототравляется для создания резистивного рисунка.

Благодаря точному контролю количества осажденного материала и резистивного рисунка, с помощью тонкопленочных резисторов можно достичь допусков до 0,01%. Тонкопленочные резисторы ограничены примерно 2,5 Вт и имеют более низкое напряжение, чем резисторы других типов, но являются очень стабильными резисторами. Существует цена за точность тонкопленочных резисторов, которые, как правило, вдвое дороже, чем у толстопленочных резисторов.

Резисторы с проволочной обмоткой

Самые мощные и точные резисторы – это проволочные резисторы, хотя редко они бывают одновременно и мощными, и точными одновременно. Резисторы с проволочной обмоткой изготавливаются путем намотки проволоки с высоким сопротивлением, обычно никелево-хромового сплава, на керамическую катушку. Изменяя диаметр, длину, сплав провода и схему намотки, свойства проволочного резистора можно адаптировать к применению.

Допуски сопротивления равны 0,005% для прецизионных проволочных резисторов и могут быть найдены с номинальной мощностью около 50 Вт. Силовые проволочные резисторы обычно имеют допуски 5% или 10%, но имеют номинальную мощность в диапазоне киловатт. Резисторы с проволочной обмоткой страдают от высокой индуктивности и емкости из-за характера их конструкции, что ограничивает их применение в низких частотах.

потенциометры

Изменение сигнала или настройка цепи – обычное явление в электронике. Один из самых простых способов настройки сигнала вручную – через переменный резистор или потенциометр. Потенциометры обычно используются для аналоговых пользовательских входов, таких как регуляторы громкости. Меньшие версии для поверхностного монтажа используются для настройки или калибровки цепи на печатной плате перед запечатыванием и отправкой заказчикам.

Потенциометры могут быть очень точными, многооборотными переменными резисторами, но часто они представляют собой простые однооборотные устройства, которые перемещают стеклоочиститель вдоль проводящего углеродного пути, чтобы изменить сопротивление от почти нуля до максимального значения. Потенциометры обычно имеют очень низкую номинальную мощность, плохие шумовые характеристики и посредственную стабильность. Однако возможность варьировать сопротивление и регулировать сигнал делает потенциометры незаменимыми во многих схемах и в прототипах.

Другие типы резисторов

Как и для большинства компонентов, существует несколько вариантов специальных резисторов. На самом деле, некоторые из них довольно распространены, включая резистивный элемент в лампе накаливания. Некоторые другие варианты специальных резисторов включают в себя нагревательные элементы, металлическую фольгу, оксид, шунт, металлокерамику и сеточные резисторы и многие другие.

Источник

Что необходимо знать о резисторах?

Резистор: кусочек материала, сопротивляющийся прохождению электрического тока. К обоим концам присоединены клеммы. И всё. Что может быть проще?

Оказывается, что это совсем не просто. Температура, ёмкость, индуктивность и другие параметры играют роль в превращении резистора в довольно сложный компонент. И использовать его в схемах можно по-разному, но мы сконцентрируемся на разных видах резисторов фиксированного номинала, на том, как их делают и как они могут пригодиться в разных случаях.

Начнём с самого простого и старого.

Углеродные композиционные резисторы

Углеродный композит в проигрывателе

Их часто называют «старыми» резисторами. Они широко применялись в 1960-х, но с появлением других типов резисторов и благодаря достаточно большой себестоимости, их использование сейчас ограничено. Они состоят из смеси керамического порошка с углеродом, связанных при помощи смолы. Углерод хорошо проводит ток, и чем больше его в смеси, тем меньше сопротивление. Провода присоединяются с концов. Они покрываются краской или пластиком, служащими изоляцией, а сопротивление и допуск обозначаются цветными полосками.

Сопротивление таких резисторов можно перманентно изменить, подвергнув их высокой влажности, высокому напряжению или перегреву. Допуск составляет 5% или более. Это просто твёрдый цилиндр с хорошими высокочастотными характеристиками. Также они хорошо переносят перегрев, несмотря на свой малый размер, и всё ещё используются в блоках питания и сварочных контроллерах.

Однако их возраст не остановил меня от использования мешка таких резисторов, купленных мною в комиссионке с целью изготовления различных сопротивлений, которые были нужны мне для моего проекта муз. проигрывателя 555. На фото как раз моя поделка.

Углеродно-плёночные резисторы

Производятся нанесением слоя чистого углерода на керамический цилиндр и последующего удаления углерода с целью формирования спирали. Итог покрывается кремнием. Толщина слоя и ширина оставшегося углерода управляют сопротивлением, а допуск таких резисторов бывает от 2%, лучше, чем у предыдущих. Благодаря чистому углероду сопротивление меньше меняется с температурой.

Температурный коэффициент сопротивления углеродно-плёночных резисторов составляет от 200 до 500 ppm/C – миллионных долей на градус Цельсия. 200 ppm/C значит, что с каждым градусом сопротивление не изменится больше, чем на 200 Ом на каждый МОм общего сопротивления. В процентах это можно выразить как 0,02%/C. Если температура изменится на 80 С, при показателе 200 ppm/C сопротивление резистора поменяется на 1,6%, или на 16 кОм.

Такие резисторы выпускаются номиналом от 1 Ом до 10 кОм, мощностью от 1/16 Вт до 5 Вт и выдерживают напряжения в несколько киловольт. Обычно используются в высоковольтных блоках питания, рентгеновских аппаратах, лазерах и радарах.

Металлическая плёнка

Металлическая плёнка делается схожим с углеродной образом, путём размещения металлического слоя (часто это никель хром) на керамике, с последующим вырезанием спирали. Согласно документации от производителя Vishay, после присоединения клемм спираль раньше обрабатывали шлифовкой, но сейчас для этого используют лазеры. Результат покрывается лаком и помечается цветовой кодировкой или текстом.

Сопротивление резисторов из металлической плёнки меняется меньше, чем у углеродно-плёночных. ТКС находится в районе 50-100 ppm/C. 50 ppm/C аналогичны 0,005%/C. Использовав аналогичный приведённому выше пример с резистором в 1 МОм, изменение температуры на 80 С приведёт в случае резистора 50 ppm/C к изменению сопротивления на 0,4%, или на 4 кОм.

Допуск у них меньше, порядка 0,1%. Также обладают хорошими шумовыми характеристиками, низкой нелинейностью и хорошей стабильностью по времени, и используются для множества целей.

Плёнка из оксида металла

Случай схож с металлической плёнкой, только обычно используется оксид олова с примесью оксида сурьмы. Ведут себя такие резисторы лучше, чем углеродные или металлические плёнки, если говорить о напряжении, перегрузках, скачках и высоких температурах. Резисторы на углеродной плёнке работают до 200 С, на металлической – до 250-300 С, а резисторы на плёнке из оксида – до 450 С. При этом их стабильность весьма хромает.

Проволочные резисторы

Производятся намоткой провода на пластиковый, керамический или стекловолоконный цилиндр. Поскольку провод можно отрезать довольно точно, номинал их сопротивления можно выбрать с большой точностью с допуском не хуже 0,1%. Чтобы получить резистор с высоким сопротивлением, нужно использовать очень тонкий и длинный провод. Провод можно сделать тоньше для меньшей мощности или толще для большей мощности. Его можно изготавливать из большого числа металлов и сплавов, включая никель хром, медь, серебро, хромистой стали и вольфрама.

Разрабатываются с прицелом на возможность работы при высоких температурах: вольфрамовые выдерживают температуры до 1700 С, серебряные – от 0 до 150 С. ТКС у высокоточных проволочных резисторов составляет порядка 5 ppm/C. У резисторов, предназначенных для высоких мощностей, ТКС выше.

Работают на мощностях от 0,5 Вт до 1000 Вт. Резисторы на несколько сотен Вт могут быть покрыты высокотемпературным кремнием или стекловидной эмалью. Для увеличения теплоотвода могут быть оборудованы алюминиевым кожухом с пластинами, работающими как радиатор.

Виды намотки

Поскольку это практически катушки, у них присутствует индуктивность и ёмкость, из-за чего на высоких частотах они ведут себя плохо. Для уменьшения этих эффектов применяются различные хитрые схемы намотки, например, бифилярная, намотка на плоском носителе, и намотка Аэртона-Перри.

У бифилярной намотки отсутствует индукция, но высокая ёмкость. Намотка на плоском и тонком носителе сближает провода и уменьшает индукцию. Намотка Аэртона-Перри, благодаря тому, что провода идут в разных направлениях и находятся близко друг от друга, уменьшает самоиндукцию и ёмкость, поскольку в местах пересечения напряжение одинаково.

Потенциометры делают на основе проволочных резисторов благодаря их надёжности. Также они используются в прерывателях и предохранителях. Их индукцию можно увеличить и использовать их как датчики тока, измеряя индуктивное сопротивление.

Фольговые резисторы

Используют фольгу толщиной в несколько микрон, обычно из никель хрома с добавлениями, расположенную на керамической подложке. Они наиболее стабильные и точные из всех, даром что существуют с 1960-х. Необходимое сопротивление достигается фототравлением фольги. Не имеют индуктивности, обладают низкой ёмкостью, хорошей стабильностью и быстрой тепловой стабилизацией. Допуск может быть в пределах 0,001%.

ТКС составляет 1 ppm/C. При изменении температуры на 80 С мегаомный резистор поменяет сопротивление всего на 0.008% или 80 Ом. Интересен способ, которым достигается подобная точность. При увеличении температуры увеличивается и сопротивление. Но резистор делается так, что увеличение температуры приводит к сжатию фольги, из-за чего сопротивление падает. Суммарный эффект приводит к тому, что сопротивление почти не меняется.

Хорошо подходят для аудиопроектов с токами высоких частот. Также подходят для проектов, требующих высокую точность, например, электронных весов. Естественно, используются в областях, где ожидаются большие колебания температуры.

Толстоплёночные и тонкоплёночные резисторы

В основном применяются для поверхностного монтажа. Плёнка в толстоплёночных резисторах в 1000 раз толще, чем в тонкоплёночных. Это самые дешёвые резисторы, так как толстая плёнка дешевле.

Тонкооплёночные резисторы изготавливаются ионным напылением никель хрома на изолирующую подложку. Затем применяется фототравление, абразивная или лазерная чистка. Толстоплёночные изготавливаются печатью по трафарету. Плёнка представляет собой смесь связующего вещества, носителя и оксида металла. В конце процесса применяется абразивная или лазерная чистка.

Допуск тонкоплёночных резисторов находится на уровне 0,1%, а ТКС – от 5 до 50 ppm/C. У толстоплёночных допуск бывает 1%, а ТКС — 50 до 200 ppm/C. Тонкоплёночные резисторы меньше шумят.

Тонкоплёночные резисторы применяются там, где требуется высокая точность. Толстоплёночные можно использовать практически везде – в некоторых ПК можно насчитать до 1000 толстоплёночных резисторов поверхностного монтажа.

Существуют и другие виды резисторов постоянного номинала, но в ящичках для резисторов вы, скорее всего, встретите один перечисленных.

Источник

ЧИП-резисторы Yageo. Полный обзор серий

Компания Yageo – один из крупнейших производителей пассивных электронных компонентов. Данная статья посвящена обзору серий резисторов и резистивных сборок от Yageo.

Резисторы и резисторные сборки – наиболее распространенные пассивные электронные компоненты в современной электронике. Это связано с тем, что они могут выполнять самые различные функции: защита чувствительных цепей от перегрузки, подтяжка цепей с открытым коллектором, задание токов и напряжений, работа в составе времязадающих и частотозадающих цепочек, измерение тока и многое другое.

Естественно, что каждое из приложений выдвигает свои требования к резисторам. Например, для измерения тока требуются резисторы с низким сопротивлением и повышенной мощностью, для времязадающих и измерительных цепей необходимы резисторы с высокой стабильностью и точностью номинала, для автомобильных приложений важно обеспечить широкий температурный диапазон и т.д. При таком разнообразии приложений и требований производители давно наладили выпуск специализированных серий резисторов.

Важным критерием выбора резисторов является производитель. Несмотря на кажущуюся простоту структуры резисторов, их производство отличается высокой сложностью. Оно требует не только использования высококачественного сырья, но и точного соблюдения технологий. Одним из лидеров отрасли производства пассивных компонентов, и резисторов в частности, является компания Yageo.

В данной статье проводится обзор наиболее распространенных серий резисторов Yageo:

Обзор серий резисторов компании YAGEO

Серия RC – чип-резисторы общего назначения, выполненные по толстопленочной технологии. Базовая серия от YAGEO.

Основными особенностями серии являются:

Резисторы выполнены по толстопленочной технологии (рисунок 1). В качестве основы используется высококачественная керамическая подложка. На ней располагается пленка резистивного слоя, который покрыт двумя защитными слоями стекла. Для достижения заданной точности сопротивления используется лазерная подгонка. На концах керамической подложки сформированы внутренние электроды для надежного контакта с резистивной пленкой. Внешние выводы резистора изготовлены из никеля и покрыты оловом.

Рис. 1. Конструкция толстопленочного резистора YAGEO

Серия RE – прецизионные толстопленочные чип-резисторы. В отличие от серии RC имеют повышенную начальную точность и малый TCR. Предназначены для работы в составе электроники общего назначения: офисная техника (принтеры, сканеры), телекоммуникационное оборудование (модемы, мультиплексоры), потребительская электроника (телевизоры, аудиосистемы) и т.д.

Основными особенностями резисторов серии RE являются:

Конструкция толстопленочных резисторов серии RE аналогична конструкции резисторов серии RC.

Серия RT – сверхпрецезионные высокостабильные тонкопленочные чип-резисторы. Предназначены для тех же приложений, что и резисторы серии RE, но имеют более высокую стабильность и точность.

Основными особенностями серии чип-резисторов RE являются:

Серии YC/TC – резисторные сборки общего назначения. В серии YC используются прямая форма выводов, а в серии TC выводы имеют вогнутую форму. Сборки предназначены для работы в составе электроники общего применения, а также в компактных и портативных устройствах критичных к размерам компонентов: память SDRAM и DDRAM, компьютеры, ноутбуки, планшеты, сотовые телефоны и т.д.

Основными особенностями серии резистивных сборок YC/TC являются:

Серия RL – низкоомные чип-резисторы, предназначенные для электроники общего назначения и для автомобильных приложений.

Основными особенностями резисторов серии RL являются:

Резисторы серии RL выполнены по стандартной толстопленочной технологии.

Серия PT – низкоомные высокостабильные чип-резисторы с низким значением TCR. Предназначены для работы в широком спектре приложений: от потребительской до автомобильной электроники.

Основными особенностями резисторов серии PT являются:

Резисторы серии RL выполнены по стандартной толстопленочной технологии.

Серия PA – сверхнизкоомные чип-резисторы с низким значением TCR. Предназначены для работы в качестве датчиков тока в составе промышленной и потребительской электроники, в энергетике, в автомобильных приложениях и телекоммуникационных блоках.

Основными особенностями резисторов серии RA являются:

Серия PE – сверхнизкоомные чип-резисторы с низким значением TCR. Как и серия резисторов PA, резисторы PE предназначены для работы в качестве датчиков тока в составе промышленной и потребительской электроники, в энергетике, в автомобильных приложениях и телекоммуникационных блоках.

Серия PE по сравнению с серией PA имеет более широкий выбор типоразмеров и меньшее значение TCR.

Основными особенностями резисторов серии PE являются:

Серия AR – толстопленочные чип-резисторы с позолоченными выводами. Предназначены для работы в промышленной, телекоммуникационной и потребительской электронике. В отличие от рассмотренных выше серий, выводы резисторов AR покрываются не оловом, золотом.

Основными особенностями резисторов серии AR являются:

Серия SR – толстопленочные чип-резисторы для импульсных цепей. Предназначены для работы в составе импульсных цепей в промышленной, телекоммуникационной и автомобильной электронике. Отличаются повышенной рассеиваемой мощностью.

Основными особенностями резисторов серии SR являются:

Серия RV – высоковольтные чип-резисторы. Используются в блоках питания различных устройств.

Основными особенностями резисторов серии RV являются:

Серия TR – толстопленочные чип-резисторы с возможностью лазерной подстройки. Используются в тюнерах, радио приложениях, фотосенсорах, камкордерах, мобильных телефонах и т.д.

Основными особенностями резисторов серии TR являются:

Серия AF – чип-резисторы устойчивые к агрессивному воздействию серных соединений. При использовании обычных резисторов в присутствии серных соединений (например, сероводорода) со временем могут возникнуть значительные проблемы. При взаимодействии с сероводородом, присутствующим в атмосфере, происходит разрыв контакта между внешними и внутренними контактами резистора. Резисторы серии AF устойчивы к таким негативным факторам.

Основными особенностями резисторов серии AF являются:

Серии AF122 / AF124 / AF162 / AF164 – резисторные сборки с повышенной устойчивостью к сероводородным соединениям, присутствующим в атмосфере.

Основными особенностями резистивных сборок серии AF являются:

Серия AC – толстопленочные чип-резисторы для автомобильных и промышленных приложений.

Основными особенностями резисторов серии AС являются:

Серия AT – тонкопленочные высокостабильные прецизионные чип-резисторы для автомобильных и промышленных приложений.

Основными особенностями резисторов серии AС являются:

В сводной таблице 1 приведены основные характеристики различных серий резисторов и резистивных сборок Yageo.

Таблица 1. Характеристики серий резисторов YAGEO

Источник

SMD резисторы (Surface Mount Chip Resistors)

Устройство, конструкция и технология производства чип-резисторов

SMD-резисторы широко распространены и ими уже никого не удивишь. Но, несмотря на это, немногие интересуются их устройством и конструкцией. А, зря! Тут есть чем утолить голод любопытства, ведь чип-резисторы впитали в себя все самые передовые технологии и методы производства резисторов.

Устройство SMD-резистора

В основе практически любого чип-резистора лежит так называемая плёночная технология (Film Technology), где резистивный слой представляет собой тонкую или толстую плёнку, нанесённую на изоляционную подложку, которая является основанием и заодно служит для отвода тепла.

В общих чертах SMD-резистор устроен так.

Типовой SMD-резистор состоит из керамической подложки, на которую нанесён резистивный слой. Сопротивление этого слоя зависит от его толщины, формы и материала из которого он изготовлен. Для окончательной «подгонки» до номинального сопротивления используется лазерный тримминг. О нём мы ещё поговорим.

Так как от толщины плёнки зависит как сложность изготовления изделия, так и его технические характеристики, то чип-резисторы делят на две большие группы:

Толстоплёночные (Thick Film Chip Resistors). Толщина плёнки

0,0027″. 0,00039″ (70. 10 мкм). Считаются самыми дешёвыми резисторами;

Тонкоплёночные (Thin Film Chip Resistors). Толщина плёнки 0,00025″ (6,35 мкм) и вплоть до 50 нм.

Резисторы с толстой и тонкой плёнкой несколько различаются по устройству и технологии производства, хотя внешне их отличить довольно трудно.

Толстоплёночные чип-резисторы. Технология производства.

Толстоплёночные резисторы изготавливают печатным методом. В них резистивный слой, который представляет собой пасту, наносят на поверхность подложки с помощью трафаретов. Затем производят термообработку (вжигание) получившегося отпечатка при температуре 700-900°C в конвейерной печи, благодаря чему образуется крепкая монолитная структура.

Паста состоит из смеси нескольких компонентов:

Функциональная основа – высокодисперсный порошок резистивного материала (нанопорошок с размером частиц 500-100 нм и менее);

Стеклосвязка. Мелкодисперсный низкоплавкий стекольный порошок (стеклянная фритта) на основе свинцово-боро-алюмо силикатных стекол;

Органические связующие вещества необходимые для придания пасте вязкости.

В качестве резистивного материала для пасты используются металлы или их оксиды. В основном это оксиды рутения, серебра и палладия. Примером может служить диоксид рутения RuO₂. Также может использоваться композиция палладий–серебро. Из-за наличия серебра в составе пасты ТКС толстоплёночных резисторов довольно высок (50 ppm/°C и более).

Вжигание отпечатка пасты приводит к размягчению стеклянной фритты, которая обволакивает и связывает проводящие частицы. Финальная подгонка сопротивления до номинала осуществляется с помощью лазерной обрезки.

В следующем анимационном ролике фирмы YAGEO пошагово показан процесс изготовления SMD резисторов с толстой плёнкой.

Толстоплёночные резисторы иногда называют керметными, так как основой их резистивного слоя является смесь порошков металлов и оксидов.

Тонкоплёночный чип-резистор. Устройство и конструкция.

Тонкоплёночный чип-резистор по своему устройству схож с толстоплёночным. Основное и немаловажное отличие заключается в том, что резистивный слой на керамической подложке создаётся методом вакуумного ионного напыления. Это, пожалуй, самое важное отличие от резисторов с толстой плёнкой.

Благодаря этому удаётся сформировать очень тонкий однородный слой толщиной вплоть до 50 нм.

Резисторы с тонкой плёнкой очень термостабильны, имеют очень низкий ТКС (25 ppm/K). ТКС прецизионных резисторов может достигать ±2 ppm/°C (серия PLTU от Vishay).

Материалом резистивной плёнки, как правило, служит нихром (сплав никеля и хрома). Нихромовая плёнка обладает довольно низким ТКС (до 10 ppm/°C) что позволяет изготавливать очень точные резисторы с допуском в ±0,01%.

Резистивный слой.

В качестве основы резистивного слоя чип-резисторов используются различные материалы:

Никель-хром (он же нихром, Nichrome, NiCr). Обладает низким TCR (ТКС), который составляет 10 ppm/°C (-55. +125°C). Благодаря этому широко используется при производстве тонкоплёночных резисторов;

Нитрид тантала (Tantalum nitride, TaN). Используется в тонкоплёночных резисторах, устойчивых к высокой влажности (moisture-resistant);

Нитрид дитантала (Ta₂N). Его TCR составляет 25 ppm/°C (-55. +125°C);

Диоксид рутения (Ruthenium oxide, RuO₂) (используется в толстоплёночных резисторах);

Рутенит свинца Pb₂Ru₂O₆ и рутенит висмута (Bi₂Ru₂O₇) (применяется в чип-резисторах с толстой плёнкой);

Сплав никеля (Nikel alloy). Низкоомные (0,03. 10 Ом) тонкоплёночные резисторы (Vishay, серия L-NS).

Подложка SMD-резистора (Substrate).

Наиболее используемый материал подложки SMD-резисторов – это чистая керамика на основе 94. 96% поликристаллического оксида алюминия Al₂O₃ (Alumina). Она обладает высокой твёрдостью, хорошей адгезией, огнеупорностью и является изолятором.

Немаловажно и то, что она обладает хорошей теплопроводностью, ведь от резистивного слоя необходимо отводить тепло. Такую керамику часто применяют в качестве подложек для интегральных схем и микросборок.

Высокомощные чип-резисторы могут иметь подложку из нитрида алюминия (Aluminum nitride – AlN). Это высокочистая керамика, обладающая высокой теплопроводностью.

Такая подложка применяется в чип-резисторах серии PCAN фирмы Vishay.

Их рассеиваемая мощность составляет от 0,5W (типоразмер 0603) до 6W (типоразмер 2512). Для сравнения, рассеиваемая мощность аналогичного по габаритам резистора типоразмера 2512 обычно составляет 1W (максимум 2 ватта).

Для улучшения отвода тепла от подложки к поверхности печатной платы контактные площадки выводов высокомощных SMD-резисторов увеличены. На фото мощные резисторы Vishay серии PHP. Максимальная мощность чип-резистора этой серии для типоразмера 2512 составляет 2,5W.

В качестве материала для подложки с высокой теплопроводностью может применяться и оксид бериллия (BeO, Beryllium Oxide), но он, в отличие от нитрида алюминия, токсичен.

Формирование выводов SMD-резистора.

Для обеспечения контакта с резистивным слоем на боковых сторонах подложки формируются внутренние электроды (внутренний контактный слой). Чаще всего он выполнен из серебра (Ag) или сплава серебро-палладий (Ag/Pd, Palladium silver).

Затем наносится вторичный электрод, который представляет собой тонкий слой никеля (Ni). Его ещё называют никелевым барьером (Ni-barrier). Он необходим для сохранения паяемости в случае растворения металлизации внутреннего электрода. В некоторых случаях вместо никеля используется немагнитный материал.

Поверх вторичного электрода наносится оловянно-свинцовое покрытие (припой, tin/lead solder) или же чистое олово (Pure tin, Sn). Это внешний слой контакта. Если чип-резистор выполнен по бессвинцовой технологии, то на промежуточный слой никеля наносится бессвинцовый припой, например, с содержанием серебра и меди (Sn96,5Ag3,0Cu0,5).

Многослойная структура электродов необходима для обеспечения качественного контакта и хорошей адгезии слоёв (сцепляемости, прилипания).

В техническом описании на резисторы можно встретить термин Wraparound или Wrap Around Thin Film (WATF), что можно перевести, как «обёрнутый», «обёрнутая» тонкая плёнка. Речь идёт о боковых контактах. Под «обёрнутостью» понимается форма контакта, которая как бы зажимает, обёртывает боковую сторону подложки резистора, придавая контакту прочность и надёжность.

Количество, порядок и материал слоёв у контакта-вывода может отличаться. Всё зависит от того, какие характеристики планируется получить от смд-резистора.

Например, вместо слоя из никеля может использоваться слой из немагнитного материала, а вместо внешнего слоя из олова может быть слой нихрома, если планируется монтаж резистора с помощью проводящего клея.

Если полистать документацию на различные серии SMD-резисторов, то можно убедиться в том, что конструкция их может несколько отличаться от типовой или иметь свои особенности. Но, несмотря на это, его базовое устройство остаётся неизменным.

Защитное покрытие и пассивация.

Для механической защиты и изоляции резистивного слоя его покрывают защитным покрытием (Coating, overcoat). Уже поверх него наносится маркировка (Marking).

Как правило, защитный слой выполняется из стекла (свинцово-боросиликатной стеклянной плёнки), эпоксидной смолы или какого-либо полимера. Но такое покрытие выручает не всегда.

Слабым звеном нихромовой плёнки, которая широко применяются в качестве резистивного материала в тонкоплёночных резисторах, является её чувствительность к влаге. Под её воздействием тонкие дорожки резистивного слоя вытравливаются за счёт электрохимической коррозии.

На картинке приведено фото, где показан тонкий резистивный слой под 400-кратным увеличением с вытравленными участками трассы.

Утрата части рисунка резистивного слоя приводит к смещению значения сопротивления SMD-резистора или же его обрыву. Чтобы защитить резистивный слой могут применятся различные методы защиты, например, так называемая пассивация (passivation).

Под пассивацией здесь понимается создание защитных плёнок из химически стойкого соединения на поверхности резистивного слоя.

Например, в документации на SMD-резисторы можно встретить термин passivated nichrome, указывающий на то, что нихромовая плёнка защищена с помощью специальных методов пассивации.

Поверх нихромовой плёнки может наноситься тонкий слой керамики (глинозёма, Al₂O₃), уже знакомого нам оксида алюминия. Недостатком такого приёма является то, что при механическом повреждении слоя оксида алюминия резистивный слой будет вновь уязвим и подвержен коррозии.

В качестве пассивирующего слоя может использоваться диоксид кремния (SiO₂, Silicon dioxide, он же кремнезём) или нитрид кремния (Si₃N₄, Silicon nitride). Нитрид кремния указан в документации на серию чип-резисторов PHT от Vishay.

Для защиты чип-резисторов с резистивным слоем на основе нитрида тантала (TaN) используется пентаоксид тантала (Ta₂O₅), обладающий свойством самопассивации (Self-passivation), что делает его весьма устойчивым к влаге даже при механических повреждениях плёнки. Да, тот самый Ta₂O₅, который является слоем диэлектрика в танталовых конденсаторах.

Слой пентаоксида тантала создают путём распыления, после чего происходит самостоятельный рост оксидной плёнки.

Поверх слоя Ta₂O₅ уже наносится внешний слой эпоксидной смолы, служащий для механической защиты и изоляции. Замечательным свойством таких резисторов является то, что даже при механическом повреждении защитного слоя из пентаоксида тантала, он будет «зарастать» за счёт самовосстановления.

Естественно, производители всё время ищут новые способы и методы защиты резистивной плёнки. По понятным причинам технологические детали могут не раскрываться.

Например, в технической записке «Major Advancements in the Protection of Thin Film Nichrome-Based Resistors with Specialized Passivation Methods (SPM)» фирмы Vishay рассказывается о специальных методах пассивации (SPM), благодаря которым удаётся изготовить маломощные тонкоплёночные резисторы с нихромовой плёнкой, которые устойчивы к воздействию влаги и не уступают по своей стабильности резисторам с плёнкой на основе нитрида тантала Ta₂N.

В серии L низкоомных резисторов того же Vishay используется нихромовая плёнка (NiCr) и защитное покрытие из пентаоксида тантала (Ta₂O₅).

Как видим, технологические приёмы могут комбинироваться. Всё зависит от стоимости производства и требуемых характеристик готового изделия.

Серостойкие резисторы (Sulfur resistant resistors)

В последнее время можно услышать о так называемых серостойких резисторах – Sulfur resistant resistors или Anti-Sulfur resistors. Например, в своих промо-материалах компания Gigabyte заявляет о том, что в их материнских платах применяются такие чип-резисторы.

Долгосрочная надёжность чип-резисторов во многом зависит от той окружающей среды, в которой они эксплуатируются.

Наличие в окружающей среде газов с содержанием серы приводит к тому, что они проникают сквозь микропоры и трещины в защитном эпоксидном или стеклянном покрытии SMD-резистора. Как правило, самым незащищённым участком является граница защитного покрытия и внешних контактов.

На фото поперечного среза толстоплёночного резистора показана область, подвергшаяся воздействию серосодержащих газов и образованию сульфида серебра.

К серосодержащим газам относят, например, сероводород (H₂S, Hydrogen Sulfide), сернистый газ (он же сернистый ангидрид или двуокись серы, SO₂, Sulfur Dioxide) и карбонилсульфид (COS, Carbonyl Sulfide). Сернистый газ содержится в вулканических газах, поэтому его концентрация велика в местности с наличием вулканической активности.

Механизм повреждения чип-резистора такими газами следующий.

Наличие сульфида серебра в структуре чип-резистора с течением времени приводит к росту его номинального сопротивления вплоть до электрического «обрыва».

Чтобы предотвратить образование сульфида серебра производители используют разные методы. Компромиссным вариантом считается легирование серебра драгоценными металлами. В чип-резисторах, от которых требуется долговременная надёжность вместо серебра и вовсе применяется палладий или платина.

Кроме этого участок, наиболее подверженный воздействию газов дополнительно покрывают защитными покрытиями или сплавами.

Anti-Sulfur резисторы применяются в оборудовании, которое задействовано на промышленных производствах, в нефтяной промышленности, телекоммуникационных и IT-системах, автомобильной электронике.

Лазерный тримминг резисторов.

Чтобы привести сопротивление резистивного слоя к заданному номиналу используется лазерная подгонка или на зарубежный манер, тримминг (trimming – «обрезка»). Суть её заключается в удалении части топологического рисунка из плёнки за счёт лазерного излучения.

На фото показан пример обрезки (L-Cut), сделанный с помощью лазерного тримминга (слева резистор на 33 Ома (330), справа на 1 МОм (105)).

Чтобы подобрать требуемую величину сопротивления резистора на поверхности резистивного слоя делают лазерный «надрез». В зависимости от требуемых характеристик форма надреза может быть весьма оригинальной. Вот основные из них:

Поперечный i-рез («Plunge Cut»). Самый «быстрый» и наименее точный подгоночный рез.

L-рез («L Cut»). Из его достоинств можно отметить малое среднеквадратичное отклонение R_s и высокую точность. Более медленный тип реза, по сравнению с поперечным i-резом.

На фото показан L-рез на поверхности SMD-резистора типоразмера 2512 на 100 кОм (рядом для масштаба положена миллиметровая линейка). Скорее всего, это толстоплёночный резистор. Защитный слой мне удалось снять острым лезвием перочинного ножа.

Кроме реза типа L, может применяться так называемый Opposing «L», когда делается два L-реза по обоим сторонам плёнки.

«Серпантин» или «Змейка» («Serpentine»). Можно встретить название «Меандр» («Meandering»). Это «медленный» рез, но за счёт него обеспечивается самый большой прирост сопротивления.

Такой рез используется при изготовлении чип-резисторов мегаомных и гигаомных номиналов.

«Двойной поперечный рез» («Double Plunge Cut»). Высокая точность и малое среднеквадратичное отклонение R_s.

«Vernier». Очень похожий на предыдущий рез. Судя по всему, назван так из-за сходства со штангенциркулем (vernier caliper).

«U-рез» («U-Cut»). Применяется для изготовления высоковольтных резисторов с высокой долговременной стабильностью.

«П-рез» («Plunge Cut: Top Hat Resistor»). Продольный «быстрый» рез, используемый для нормировки Top-Hat резисторов.

«Скан-рез» или Scrub. Также можно встретить название «Shave-рез». Применяется для изготовления высоковольтных резисторов. Самый медленный, но наиболее точный и стабильный рез. Боковая часть плёнки удаляется лазером.

Также применяется симметричный скраб («Symetrical Scrub»), когда часть резистивной плёнки удаляется с обеих сторон.

«Multiplunge». Такой тип реза обеспечивает практически линейное изменение сопротивления. Используя «i-рез» создаются последовательные секции многосекционного резистора (резисторной SMD-сборки).

Для подгонки многосекционного резистора «лестничного» типа может использоваться перерезка шунтирующих перемычек.

На следующей картинке показан резистор «лестничного типа» (Ladder resistor), а также пример использования данной топологии в структуре резистивной плёнки.

Если хорошенько присмотреться, то на поверхности толстоплёночных чип-резисторов иногда можно разглядеть разрезы, сделанные лазером. Они слегка проступают под внешним защитным покрытием.

Как видим, несмотря на кажущуюся простоту, для изготовления SMD-резисторов требуется высокоточное оборудование и строгое соблюдение технологии производства.

Прочие резисторы для монтажа на поверхность

Естественно, кроме рядовых SMD-резисторов существуют и другие. Например, чип-резисторы серии UBR (Ultra-Broadband resistors) способны работать в частотном диапазоне вплоть до 20 Гигагерц (20 GHz).

Номинальная мощность их невелика, всего 125 mW и выпускаются они в корпусе типоразмера 0402. Конструкция их также отличается от той, что привычна для рядовых чип-резисторов и называется «Glass wafer sandwich», что можно перевести, как «сэндвич из стеклянных пластин». В качестве подложки и верхней оболочки используется стекло.

Применяются такие резисторы в высокочастотной аппаратуре (спутниковой, оптоволоконной).

Также существуют так называемые Power Metal Strip ® резисторы (Vishay). Их резистивным слоем является монолитный резистивный элемент из сплава никель-хром или марганец-медь.

Подложка в таких резисторах отсутствует, так как резистивный элемент является самонесущей конструкцией. Толщина резистивного элемента составляет 0,0089″ (226,06 мкм).

Наличие массивного резистивного элемента позволяет быстро поглощать тепловую энергию. Обычным чип-резисторам на основе плёнок требуется время на отвод тепла в подложку, а затем и в печатную плату.

К резисторам Power Metal Strip ® относятся такие серии, как WSL, WSK, WSLP, WSR. Как правило, это очень низкоомные резисторы (вплоть до миллиОм).

Используются такие резисторы в устройствах, где имеют место высокоэнергетические, кратковременные импульсные переходные процессы, которые сопровождаются быстрым и обильным выделением тепла.

К SMD-резисторам также относятся и MELF-резисторы, так как они также предназначены для монтажа на поверхность. Их подложка выполнена в виде цилиндрического стрежня из керамики, а резистивный слой имеет спиралевидную лазерную нарезку. Резистивным материалом может быть, как плёнка из углерода, так и металла.

За счёт цилиндрической формы подложки эффективная площадь охлаждения таких резисторов больше, чем SMD-резисторов с аналогичной площадью монтажа. Благодаря этому они более устойчивы к импульсной нагрузке, чем стандартные SMD-резисторы, а также способны выдерживать более высокое рабочее напряжение.

SMT-технология не обошла стороной и фольговые резисторы (Bulk Metal ® Foil, BMF), которые также адаптировали под этот вид монтажа. Как известно, фольговые резисторы обладают самой высокой температурной стабильностью (имеют самый низкий ТКС).

Например, чип-резисторы серии VSMP (Vishay) имеют ТКС 0,2 ppm/°C (-55°C. +125°C, относительно +25°C). А для температурного диапазона 0°C. +60°C ТКС составляет вообще 0,05 ppm/°C!

Не составляет особого труда встретить на печатных платах и всевозможные SMD-перемычки (zero ohm jumpers, SMD Jumpers). Примером может служит серия тонкоплёночных SMD-перемычек PZHT (Vishay).

В зависимости от типоразмера, который начинается с 02016, эти SMD-перемычки способны выдержать ток от 0,28А (PZHT02016) до 2А (PZHT2512) при рабочей температуре 215°C. Проводящим слоем в них является плёнка золота (Au) или сплава олова и серебра (SnAg).

В приведённом материале были затронуты вопросы, в основном, касающиеся конструкции, материалов и технологии изготовления SMD-резисторов. Но, несмотря на это, многие вопросы, например, относящиеся к типоразмеру, маркировке и мощности чип-резисторов затронуты не были. Рассказ и без того получился более чем содержательным для формата интернет-статьи. Если есть что добавить, пишите в комментариях!

Источник