Yüksek hassasiyetli dirençlerin performansı ve uygulaması

Direnç endüstrisinde yeni teknolojilerin geliştirilmesi ve kullanılması, dirençlerin boyutunda keskin bir azalmaya yol açmıştır. Yeni pazar talepleri, elektronik bileşen üreticilerini daha iyi performans ve istikrarla ürünler geliştirmeye itti. Çeşitli hassas direnç türlerinin kullanımı gittikçe daha yaygın hale geldikçe, hassas dirençlerin performansı daha önemli hale gelmiştir. Hassas dirençlerin ana parametreleri arasında sıcaklık katsayısı (TCR), güç katsayısı (PCR), uzun süreli stabilite, anti-statik yetenek (ESD), termal elektromotif kuvveti (EMF), gürültü vb.
Sistemin genel performansının iyileştirilmesi her elektronik bileşen veya alt sistem yoluyla elde edilir. Genel performans devre sistemindeki en zayıf bağlantı ile belirlenir. Her bileşen, genel devre sistemine bazı performans sınırlamaları getirir. Özellikle, kısa süreli aşırı yük, uzun süreli stabilite, frekans yanıtı ve gürültü. Ayrık direnç endüstrisinde, müşterilere farklı performans gereksinimleri ve farklı bütçelere sahip çözümler sağlayan dört popüler direnç teknolojisi, tellewound dirençleri, kalın film dirençleri, ince film dirençleri ve folyo dirençleri vardır.
Tablo 1, çeşitli direnç teknolojilerinin, termal etkilerin, mekanik stres ve elektriksel özelliklerin avantajlarını ve dezavantajlarını kısaca özetlemektedir.
Mekanik ister termal stres, dirençlerin elektriksel özelliklerinde değişikliklere neden olur. Direnç, stres nedeniyle şekil, uzunluk, konfigürasyon veya moleküler yapı değiştirirse, dirençin elektriksel özellikleri de değişecektir.
Akım direnç elemanından aktığında, kendi kendine ısıtma üretir ve sıcaklıktaki değişiklikler malzemenin mekanik olarak genişlemesine veya daralmasına neden olur. İdeal direnç elemanı bu fenomenleri otomatik olarak dengeleme yeteneğine sahiptir. Kararlılık geliştirme sistemi, üretim işlemi yoluyla direnç elemanının fiziksel özelliklerinin bütünlüğünü koruyabilir ve direnç kullanımı sırasında kendi kendine ısıtma ve stresi telafi etme ihtiyacını ortadan kaldırabilir.
Farklı direnç teknolojilerinin özelliklerini karşılaştıracağız ve her bir direnç türünün hassas devrelerde kullanımını tartışacağız.
Folyo dirençleri
Özel folyo direnç alaşımları (nikel/krom ve katkı maddeleri), ısı ve mekanik stresin neden olduğu gerilmeleri dengelemek için kontrollü dirençli özel bir seramik matrise bağlanır. Direnç yolu deseni folyo direnç alaşımına lazer kazınır. Bu işlem, düşük sıcaklık sürüklenmesi, uzun süreli stabilite, endüktif olmayan, statik elektriğe duyarsız, düşük kapasitans, hızlı termal stabilite ve tek bir direnç teknolojisinde düşük gürültünün önemli özelliklerini benzersiz bir şekilde birleştirir.
Bu özellikler devre sistemine yüksek stabilite ve güvenilirlik sağlar. Direnç doğruluğu, stabilite ve tepki hızı arasında uzlaşma dikkate alınmaz. Kesin direnç değerleri elde etmek için, dökme metal folyo metal folyo dengelenir ve dahili kısa şeritleri seçici olarak ortadan kaldırır. Yüksek direnç gereksinimleriyle uğraşırken, küçük adımlarda direnç değerini arttırmak için alan bilinen direnç artışlarında seçici olarak kesilir.
Standart sıcaklık katsayısı ± 1 ppm/ derece 0 derecesine + 60 derecesi ({0. 05 ppm/ derece z-folyo), folyo direnç alaşımından ve termik ve mekanik gerilim dengeli matrisinden elde edilen (tablo 1).

Metal folyo düzlemindeki paralel direnç yolu tasarımı, {{0}} maksimum endüktans ile endüktansı azaltır. 08 μH. Maksimum kapasitans 0.5 pf'dir. 1- kΩ dirençinin tepki süresi 100 MHz'e kadar 1 ns'den azdır. Yükselme süresi direnç değeri ile belirlenir, ancak daha yüksek veya daha düşük değerler ara değerlerden sadece biraz daha yavaştır. Sinyal dönüştürücüler gibi yüksek hızlı anahtarlama devrelerinde herhangi bir zil özellikle önemli değildir.
Bir 1- KΩ dökme metal folyosun DC direnci, aşağıdaki formül kullanılarak 100 MHz'deki AC direnciyle karşılaştırılabilir:
AC Direnci/DC Direnci=1. 001
Folyo direnç teknolojileri, daha önce kullanılamayan ve arzu edilen özel özelliklere sahip dirençler üretir. Bunlar arasında {{0}}}. 2 ppm/ derece, ± {0 kadar düşük bir doğruluk, 1000-}} saat yük ömrü stabilitesi ± % 0.005 (50 ppm) ve en az 25 kV statik direnci içerir.
İyi bir ürünün gerçekten ne kadar iyi olması gerekiyor?
Tabii ki, her devre mühendisi tasarımı genel yüksek performans gerektirmez. Birçok uygulamada, düşük performans dirençleri yeterli olacaktır, bu nedenle cevaplar dört kategoriye girer.
1. Metal folyo dirençleri bir cihazın genel performansını artırabilir.
2. Bir veya daha fazla metal folyo direnç bir cihazın en iyi performansını elde edebilir.
3. Metal folyo dirençleri devre teknolojisinin gelişimini geliştirebilir ve hassas dirençlerin birçok uygun özellikini geliştirebilir.
4. Uzun vadeli hususlar için hassas dirençleri kullanmayı açıkça planlayın (örneğin: metal folyo dirençleri, devre doğruluğunu korumak için devre performansını hafifçe iyileştirmek için pahalı cihazlar eklemekten daha uygun maliyetlidir).
İkinci kategoride, örneğin, genel tasarım ekonomisine karşı tek bir parametre tartılmalıdır. Daha yüksek performans direnci kullanmak maliyet tasarrufu sağlayabilir, çünkü tazminat devresi azaltılabilir (ve ilgili bileşenlerin maliyeti ve bunların kurulumları kaydedilir). Dirençin hassasiyetini iyileştirmek, cihazı geliştirmekten daha uygun maliyetlidir, çünkü cihazın bazı performansı iyileştirmek için iyileştirilmesi hassas dirençlerden daha pahalıdır.
Hassas telli dirençler
Telli dirençleri genellikle güç telwound dirençlerine ve hassas telli dirençlere bölünür. Güç telli dirençler kullanım sırasında büyük ölçüde değişir ve dirençlerin hassas performansını gerektiren uygulamalarda kullanılamaz. Bu nedenle, güç telli dirençleri tartışmayacağız.
Telli dirençlerin üretim işlemi sırasında, direnç telinin iç yüzeyi (yalıtım iskeletine yakın olan) sıkılır ve dış yüzeyi gerginliğe tabi tutulur. Kalıcı deformasyon meydana gelir.
Bu işlemin neden olduğu deformasyon ve telin daha sonraki tavlanması sırasında elastik veya geri dönüşümlü deformasyonun aksine yapaydır. Öngörülemeyen kalıcı mekanik deformasyon, telin elektriksel özelliklerinde ve direncinde rastgele değişikliklere neden olur. Sonuç, çok çeşitli performans parametreleridir.
Telli dirençler bir yalıtım iskeleti üzerinde tel yaradan yapılmıştır. Farklı çap ve uzunluklardaki teller öngörülebilir direnç ve özellikler sağlar. Hassas tel, dirençler ince film ve kalın film dirençlerinden daha iyi antistatik özelliklere ve daha düşük gürültüye sahiptir. Telli dirençler ayrıca daha düşük sıcaklık kaymasına ve daha iyi stabiliteye sahiptir.
Telli dirençleri ± 0 başlangıç ​​doğruluğuna sahip olabilir. Sıcaklık kayması 3 ppm/ derece tipik olabilir; Ancak düşük dirençli telli dirençler için genellikle 15 ppm/ derece ila 25 ppm/ derecedir. Termal gürültü düşüktür ve çalışma sıcaklığı aralığının dışındaki sıcaklık sürüklenmesi de ± 2 ppm/ dereceye ulaşabilir. Telli dirençlerinin SMD paketleme ürünlerine sahip olmadığı açık olmalıdır (SMD kalıplanmaz ve bazı kalıplanmış yüzey montajı telli dirençler SMD dirençleri değildir), bu nedenle telli dirençlerin dirençin ağırlığı ve hacminin gerekli olduğu durumlarda kullanılamaz.
Bununla birlikte, telli dirençlerin sarma yapısı nedeniyle, telli dirençler endüktiftir ve benzer sargılar kapasitans üretir. Direnç kullanımı sırasında tepki süresini artırmak için endüktansı azaltmak için özel sarma teknolojisi kullanılabilir. Doğal endüktif ve kapasitif tasarım nedeniyle, telli dirençlerin iyi yüksek frekanslı özellikleri yoktur. Özellikle 50kHz üzerindeki uygulamalarda. Endüktans ve fiyat faktörleri nedeniyle, hassas telli dirençler şu anda ortadan kaldırılma eşiğinde.
İnce film dirençleri
İnce film dirençleri, buharlaşmaya benzer bir yöntem kullanılarak bir seramik substrat üzerine 50 ila 250 angstrom kalınlığında belirli bir dirençli bir film malzemesinin buharlaştırılmasıyla yapılır [1 Angstrom (a)=10 nanometreler]. İnce film dirençleri, belirli bir alanda telli dirençlerden ve folyo dirençlerden daha yüksek direnç değerleri üretebilir ve daha ucuzdur. Bu, ince film dirençlerini, orta önlük yüksek dirençli dirençlerin gerekli olduğu ve alan verimliliğinin dikkate alındığı uygulamalarda daha ekonomik bir seçim haline getirir.
İnce film dirençleri sıcaklığa duyarlıdır. Filmin uygun kalınlığı çeşitli direnç değerleri üretmek için seçilebilir, ancak belirli bir film yalnızca belirli bir direnç aralığına sahip dirençler üretebilir. Bu nedenle, çeşitli direnç aralıklarına sahip dirençler üretmek için çeşitli kalınlıktaki filmler kullanılır.
Filmin stabilitesi sıcaklık artışından etkilenir. Filmin yaşlanma stabilitesinin değişim süreci, belirtilen direnç değerini elde etmek için filmin kalınlığına bağlıdır, böylece direnç aralığı sürekli değişmektedir. Kimyasal/mekanik yaşlanma ayrıca sıcaklık artışından kaynaklanan direnç alaşımının oksidasyonunu da içerir.
Filmin uygun kalınlıktaki sıcaklık kayması da direnç değeri üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olabilir. Yüksek dirençli ince film dirençleri daha büyük bir bozulma oranına sahiptir. Çünkü film daha ince olursa, oksidasyon için o kadar hassas olur. İnce film dirençleri çok ince olduğundan, statik elektrikten kolayca etkilenirler.
Ek olarak, metal eleman kısmı çok küçük olduğundan, ince film dirençleri de nemin neden olduğu korozyona karşı çok hassastır. Su buharı direnç paketinden geçtiğinde, safsızlıklar getirir ve kimyasal korozyon geliştirir, bu da direnç filminin DC düşük voltaj yükü uygulandıktan birkaç saat içinde başarısız olmasına neden olur.
Uzun süreli çok katmanlı film birikimi, yüksek hassasiyetli direnç ayarı ve tarama sonrası, en iyi hassas ince film dirençleri de ± 2ppm/ derece sıcaklık kayması ve ± 0.%01'in yanı sıra iyi uzun süreli stabilite elde edebilir. Bununla birlikte, güç yüksek değildir, düşük direnç kısmı düşük performansa sahiptir, anti-statik değildir, güç katsayısı zayıftır, küçük parti arzını karşılamak zordur ve farklı partilerin tutarlılığı iyi değildir.
Kalın film dirençleri
Önceki tartışmada, kablowound dirençlerinin boyut, ambalaj ve ağırlık nedeniyle çip uygulamalarında kullanılamayacağını açıkladık. Telli dirençlerden daha az hassas uygulamalarda, kalın film dirençleri daha yaygın olarak kullanılır, çünkü kalın film dirençleri daha yoğun direnç değerlerine (yüksek direnç/küçük boyut) sahiptir ve daha ucuzdur.
Kalın film dirençleri, ince film dirençlerine ve folyo dirençlerine benzer şekilde daha hızlı frekans tepkisine sahiptir, ancak çeşitli direnç teknolojileri arasında kalın film dirençleri en gürültülüdür. Daha az hassas uygulamalarda kullanıldığında, kalın film dirençleri tartışılacak ve yüksek hassasiyetli devrelerin daha az hassas kısımları da dahil olmak üzere çeşitli devrelerde yaygın olarak kullanılacaktır.
Kalın film, bir direnç yolu oluşturmak için bir cam matris üzerindeki parçacık-parçacık temasına dayanır. Bu temas noktaları tüm direnci oluşturur. Bununla birlikte, bu parçacıklar direnç kullanımı sırasında termal stres ile bloke edilir. Birçok paralel yolları olduğu için direnç yolu kırılmayacaktır. Bununla birlikte, direnç değeri zaman içinde ve sıcaklık arttıkça artacaktır. Bu nedenle, kalın film dirençleri diğer direnç teknolojileri kadar kararlı değildir.
Parçacık yapısı ayrıca kalın film dirençlerinin yüksek bir gürültü katsayısına sahip olduğu anlamına gelir, çünkü bu yapı boyunca direnç elektronlarının toplanması ve salım hareketi nispeten büyük gürültü üretir. Belirli bir boyut direnç için, direnç değeri ne kadar yüksek ve metal içeriği ne kadar düşük olursa, gürültü o kadar büyük olur ve o kadar az kararır. Kalın film dirençlerinin cam yapısı, işleme sırasında direnci korumak için cam benzeri koruyucu bir kat oluşturur, bu da kalın film dirençlerini ince film dirençlerinden daha dirençli hale getirir.
Kalın film dirençli macunların sürekli iyileştirilmesi yoluyla, en hassas kalın film direnç teknolojisi ± 5ppm/ derecelik bir sıcaklık kayması elde edebildi ve hatta birbirleri için telafi edebilen birden fazla kalın film direnç çipi kullanılarak, sonunda ± 2ppm/ derece sıcaklık kaymasına ulaşabilir. En yüksek doğruluğu da ± 0.%01'e ulaşabilir. Hassas kalın film dirençleri, yüksek voltaj, yüksek dirençli ve yüksek hassasiyetli uygulamalarda ana akım teknolojidir. Kalın film dirençlerinin dezavantajı, düşük direnç kısmında yüksek hassasiyet ve düşük sıcaklık kayması elde etmenin zor olması, gürültü endeksi iyi değildir ve uzun süreli stabilite genellikle diğer hassas dirençlerden daha kötüdür.