Suurten tarkkuusvastusten suorituskyky ja soveltaminen

Uuden tekniikan kehittäminen ja käyttö vastusteollisuudessa ovat johtaneet vastusten koon voimakkaaseen pienenemiseen. Uudet markkinoiden vaatimukset ovat myös saaneet elektroniset komponenttien valmistajat kehittämään tuotteita, joilla on parempi suorituskyky ja vakaus. Kun erityyppisten tarkkuusvastusten käyttö muuttuu yhä yleisemmäksi, tarkkuusvastusten suorituskyky on tullut tärkeämmäksi. Tarkkuusvastusten pääparametreihin kuuluvat lämpötilakerroin (TCR), tehokerroin (PCR), pitkäaikainen stabiilisuus, antisistaattinen kyky (ESD), lämpöelektromotiivivoima (EMF), kohina jne.
Järjestelmän yleisen suorituskyvyn parantaminen saavutetaan jokaisen elektronisen komponentin tai osajärjestelmän kautta. Yleinen suorituskyky määritetään piirijärjestelmän heikoimmalla linkillä. Jokainen komponentti tuo joitain suorituskykyrajoituksia koko piirijärjestelmään. Erityisesti lyhytaikainen ylikuormitus, pitkäaikainen stabiilisuus, taajuusvaste ja melu. Diskreettivastusteollisuudessa on neljä suosittua vastustekniikkaa, langanvaivoja, paksuja kalvovastuksia, ohutkalvovastuksia ja foliovastuksia, jotka tarjoavat asiakkaille ratkaisuja, joilla on erilaisia ​​suorituskykyvaatimuksia ja erilaisia ​​budjetteja.
Taulukossa 1 on lyhyesti yhteenveto erilaisten vastustekniikoiden, lämpövaikutusten, mekaanisen jännityksen ja sähköisten ominaisuuksien eduista ja haitoista.
Stressi, mekaaninen tai lämpö, ​​aiheuttaa muutoksia vastusten sähköisissä ominaisuuksissa. Jos vastus muuttaa muodon, pituuden, kokoonpanon tai molekyylirakenteen stressistä johtuen, myös vastuksen sähköiset ominaisuudet muuttuvat.
Kun virta virtaa vastuselementin läpi, se tuottaa itsekämmittämistä ja lämpötilan muutokset aiheuttavat materiaalin laajentumisen tai mekaanisesti supistumisen. Ihanteellisella vastuselementillä on kyky tasapainottaa nämä ilmiöt automaattisesti. Stabiilisuuden parannusjärjestelmä voi ylläpitää vastuselementin fysikaalisten ominaisuuksien eheyttä valmistusprosessin kautta ja eliminoida tarve kompensoida itsekuumu ja stressi vastuksen käytön aikana.
Vertaamme erilaisten vastustekniikoiden ominaisuuksia ja keskustelemme kunkin tyyppisen vastuksen käytöstä tarkkuuspiireissä.
Foliovastukset
Erityiset foliovastuksen seokset (nikkeli/kromi ja lisäaineet) on sitoutunut erityiseen keraamiseen matriisiin, jolla on hallittu vastus lämpöä ja mekaanista jännitystä aiheuttamien jännitysten tasapainottamiseksi. Vastuksen polkukuvio on syövytetty laserfoliovastuksen seokseen. Tämä prosessi yhdistää ainutlaatuisesti matalan lämpötilan siirtymisen, pitkäaikaisen stabiilisuuden, ei-induktiivisen, tuntemattoman staattisen sähkön, alhaisen kapasitanssin, nopean lämpöstabiilisuuden ja alhaisen kohinan tärkeät ominaisuudet yhdessä vastustekniikassa.
Nämä ominaisuudet tuovat suurta vakautta ja luotettavuutta piirijärjestelmään. Vastuksen tarkkuuden, stabiilisuuden ja vasteen nopeuden välillä ei oteta huomioon kompromisseja. Tarkat vastusarvojen saamiseksi irtotavarana metallikalvometallikalvo on tasapainossa ja eliminoi selektiivisesti sisäiset oikosulkut. Kun käsitellään korkeita vastusvaatimuksia, pinta -ala on selektiivisesti leikattu tunnettuihin vastuskorkoihin vastusarvon lisäämiseksi pienissä vaiheissa.
Vakio lämpötilakerroin ± 1 ppm/ aste 0 aste + 60 aste (0. 05 ppm/ aste Z-folio), joka on saatu foliovastuksen seoksesta ja lämpö- ja mekaanisen jännityksen tasapainotetusta matriisista, joka on yhdistetty (taulukko 1).

Metallikalvotason rinnakkaisvastuksen polun suunnittelu vähentää induktanssia, ja {{0}} {{0}}. Suurin kapasitanssi on 0,5 pf. 1- kΩ: n vastuksen vasteaika on alle 1 ns 100 MHz. Nousun aika määritetään vastuksen arvolla, mutta korkeammat tai pienemmät arvot ovat vain hiukan hitaampia kuin välituotteet. Mikään soitto ei ole erityisen tärkeä nopeaan kytkentäpiireihin, kuten signaalimuuntimiin.
1- kΩ bulkimetallikalvoa voidaan verrata sen vaihtovirtavastusten 1- kΩ
AC -vastus/DC -vastus=1. 001
Foliovastustekniikat tuottaa vastuksia erityismäärityksillä, jotka eivät ole aiemmin käytettävissä ja toivottavia. Näihin sisältyy {{0}}} {{0}}.
Kuinka hyvä hyvän tuotteen on todella oltava?
Tietenkin, kaikki virtainsinöörimallit eivät vaadi yleistä korkeaa suorituskykyä. Monissa sovelluksissa pienempien suorituskyvyn vastukset riittävät, joten vastaukset jakautuvat neljään luokkaan.
1. Metallikalvovastukset voivat parantaa laitteen yleistä suorituskykyä.
2. Yksi tai useampi metallikalvonvastus voi saavuttaa laitteen parhaan suorituskyvyn.
3.
4. Suunnittele selvästi tarkkuusvastusten käyttäminen pitkäaikaisissa näkökohdissa (esimerkiksi: metallikalvovastukset ovat kustannustehokkaampia kuin kalliiden laitteiden lisääminen piirin suorituskyvyn parantamiseksi hiukan piirin tarkkuuden ylläpitämiseksi).
Esimerkiksi toisessa luokassa yksi parametri on punnittava yleistä suunnittelutaloutta vastaan. Korkeamman suorituskykyvastuksen käyttäminen voi säästää kustannuksia, koska korvauspiiriä voidaan vähentää (ja siihen liittyvien komponenttien kustannukset ja niiden asennus säästää). Vastuksen tarkkuuden parantaminen on kustannustehokkaampaa kuin laitteen parantaminen, koska laitteen parantaminen jonkin suorituskyvyn parantamiseksi on kalliimpaa kuin tarkkuusvastukset.
Tarkkuuslankakadun vastukset
Lankarainit vastukset jaetaan yleensä voimalangan kyvyttömyysvastuksiksi ja tarkkuuslankojen kääntövastuksiksi. Virtajohtokyvyn vastukset muuttuvat suuresti käytön aikana, eikä niitä voida käyttää sovelluksissa, jotka vaativat vastusten tarkkuuden suorituskykyä. Siksi emme keskustele sähköjohtokaulan vastuksista.
Lankaraalien vastusten valmistusprosessin aikana vastuslangan sisäpinta (sivua lähellä eristävää luurankoa) puristetaan ja sen ulkopinnalle kohdistetaan jännitys. Pysyvä muodonmuutos tapahtuu.
Tämän prosessin aiheuttamat muodonmuutokset ja seuraavan langan hehkutuksen aikana on keinotekoinen, toisin kuin joustava tai palautuva muodonmuutos. Ennakoimaton pysyvä mekaaninen muodonmuutos aiheuttaa satunnaisia ​​muutoksia johtimen sähköisissä ominaisuuksissa ja vastustuskykyyn. Tuloksena on laaja valikoima suorituskykyparametreja.
Lankaravelit on valmistettu lanka haavasta eristävällä luurankolla. Eri halkaisijoiden ja pituuksien johdot tarjoavat ennustettavan vastus- ja ominaisuudet. Tarkkuuslankojen kadolin vastusilla on paremmat antistaattiset ominaisuudet ja alhaisempi melu kuin ohutkalvo ja paksut kalvovastukset. Lankaravelvaskeilla on myös alhaisempi lämpötilan siirtyminen ja parempi stabiilisuus.
Lankakappaleiden vastusilla voi olla alkuperäinen tarkkuus ± 0. 005 %. Lämpötilan siirtyminen voi olla niin alhainen kuin 3 ppm/ aste tyypillinen; Mutta alhaisten vastuslankojen lankavastuksissa se on yleensä 15 ppm/ aste 25 ppm/ aste. Lämpömelu on alhainen, ja tarkkailulämpötilan siirtyminen käyttölämpötila -alueen ulkopuolella voi myös saavuttaa ± 2 ppm/ asteen. On oltava selvää, että langanlaajuisissa vastuksissa ei ole SMD -pakkaustuotteita (SMD ei ole valettu ja jotkut valettujen pintaasennuslankojen kääntövastukset eivät ole SMD -vastuksia), joten langanvaivojen vastuksia ei voida käyttää tilanteissa, joissa vastuksen painoa ja tilavuutta vaaditaan.
Vedinkäynnistysvastusten käämitysrakenteen vuoksi langanlaajuiset vastukset ovat kuitenkin induktiivisia ja samanlaiset käämitykset tuottavat kapasitanssia. Erityistä käämitystekniikkaa voidaan käyttää vähentämään induktanssia vasteen käytön aikana reaktioajan parantamiseksi. Luonnollisen induktiivisen ja kapasitiivisen suunnittelun takia langanlaajuisilla vastusilla ei ole hyviä korkeataajuisia ominaisuuksia. Varsinkin yli 50 kHz: n sovelluksissa. Induktanssi- ja hintakertoimien takia tarkkuuslankakadunvastukset ovat tällä hetkellä eliminoinnin partaalla.
Ohutkalvovastukset
Ohutkalvovastukset valmistetaan haihduttamalla kalvomateriaali, jonka tietyllä resistiivisyydellä on 50 - 250 angstromia paksuja keraamiseen substraattiin käyttämällä menetelmää, joka on samanlainen kuin haihduttaminen [1 angstrom (a)=10 nanometrit]. Ohutkalvovastukset voivat tuottaa suurempia vastusarvoja tietyllä alueella kuin langanlaajuiset vastukset ja foliovastukset ja ovat halvempia. Tämä tekee ohuista kalvovastuksista taloudellisemman valinnan sovelluksissa, joissa vaaditaan keskikokoisen tarkkuuden vastusvastuksia ja avaruustehokkuutta otetaan huomioon.
Ohuen kalvovastukset ovat herkkiä lämpötilaan. Kalvon sopiva paksuus voidaan valita tuottamaan erilaisia ​​vastusarvoja, mutta tietty kalvo voi tuottaa vain vastuksia, joilla on tietyllä vastusalueella. Siksi eri paksuuksien kalvoja käytetään vastusten tuottamiseen, joilla on erilaisia ​​vastusalueita.
Lämpötilan nousu vaikuttaa kalvon vakauteen. Kalvon ikääntyvän stabiilisuuden muutosprosessi riippuu kalvon paksuudesta määritetyn vastusarvon saavuttamiseksi, joten vastusalue muuttuu jatkuvasti. Kemiallinen/mekaaninen ikääntyminen sisältää myös lämpötilan nousun aiheuttaman vastusseoksen hapettumisen.
Kalvon lämpötilan siirtymisellä, jolla on asianmukainen paksuus, voi myös olla haitallinen vaikutus vastusarvoon. Korkean kestävyyden ohutkalvovastuksissa on suurempi heikkenemisnopeus. Koska mitä ohuempi elokuva, sitä alttiimpi se on hapetus. Koska ohuet kalvovastukset ovat erittäin ohuita, staattinen sähkö vaikuttaa niihin helposti.
Lisäksi koska metallielementin osa on hyvin pienet, ohutkalvovastukset ovat myös erittäin alttiita kosteuden aiheuttamalle korroosiolle. Kun vesihöyry kulkee vastuspaketin läpi, se tuo epäpuhtauksia ja kehittää kemiallista korroosiota aiheuttaen vastuskalvon epäonnistumisen muutaman tunnin kuluessa tasavirta -alhaisen jännitekuormituksen levittämisestä.
Pitkäaikaisen monikerroksisen kalvojen laskeutumisen, korkean tarkkailun resistenssin säätämisen ja sen jälkeen, parhaat tarkkuusohutekalvovastukset voivat myös saavuttaa ± 2PPM/ asteen lämpötilan siirtymisen ja ± 0}. 01%, samoin kuin hyvän pitkäaikaisen vakauden. Teho ei kuitenkaan ole korkea, alhaisella vastusosalla on huono suorituskyky, se ei ole antisistaattinen, tehokerroin on huono, pienen erän tarjonnan saavuttaminen on vaikeaa ja eri erien konsistenssi ei ole hyvä.
Paksut kalvovastukset
Edellisessä keskustelussa selitimme, että langanlaajuisia vastuksia ei voida käyttää sirujen sovelluksissa koon, pakkauksen ja painon vuoksi. Vähemmän tarkissa sovelluksissa kuin langanlaajuiset vastukset, paksuja kalvovastuksia käytetään yleisemmin, koska paksujen kalvovastusten tiheämmät vastusarvot (korkea vastus/pieni koko) ja ne ovat halvempia.
Paksujen kalvovastusten nopeampi taajuusvaste, samanlainen kuin ohutkalvovastukset ja foliovastus, mutta erilaisissa vastustekniikoissa paksut kalvovastukset ovat meluisimpia. Kun sitä käytetään vähemmän tarkkoissa sovelluksissa, paksuista kalvovastuksista keskustellaan ja niitä käytetään laajasti erityyppisissä piireissä, mukaan lukien vähemmän tarkkoja piirien osia.
Paksu kalvo riippuu hiukkasten ja hiukkasten kosketuksista lasimatriisissa vastuspolun muodostamiseksi. Nämä kosketuspisteet muodostavat koko vastus. Lämpöjännitys on kuitenkin estänyt nämä hiukkaset vastuksen käytön aikana. Koska niillä on monia samansuuntaisia ​​polkuja, vastuspolku ei rikki. Resistanssiarvo kuitenkin kasvaa ajan myötä ja lämpötilan noustessa. Siksi paksut kalvovastukset eivät ole yhtä vakaita kuin muut vastustekniikat.
Hiukkasirakenne tarkoittaa myös sitä, että paksujen kalvovastusten kohina on suuri kohinakerroin, koska vastuksen elektronien aggregaatio ja vapauttaminen tämän rakenteen läpi syntyy suhteellisen suurta kohinaa. Tietyn kokovastuksen kohdalla mitä suurempi vastusarvo ja mitä alhaisempi metallipitoisuus, sitä suurempi kohina ja sitä vähemmän vakaa se on. Paksujen kalvovastusten lasirakenne muodostaa lasin kaltaisen suojakerroksen vastuksen suojaamiseksi prosessoinnin aikana, mikä tekee myös kosteudelle kestävistä paksuista kalvovastuksista kuin ohutkalvovastukset.
Jatkuvan paksujen kalvovastuspastausten parantamisen avulla tarkka paksu kalvovastustekniikka on kyennyt saavuttamaan ± 5 ppm/ asteen lämpötilan siirtymisen, ja jopa käyttämällä useita paksuja kalvovastuksen siruja, jotka voivat kompensoida toisiaan, se voi lopulta saavuttaa lämpötilan siirtymisen ± 2PPM/ aste. Sen korkein tarkkuus voi myös saavuttaa ± 0. 01%. Tarkkuuden paksut kalvovastukset ovat valtavirran tekniikka korkeajännite-, korkean resistenssin ja tarkkaan sovellusten suhteen. Paksujen kalvovastusten haitta on, että on vaikea saavuttaa suurta tarkkuutta ja matalan lämpötilan siirtymistä alhaisessa vastusosassa, kohinaindeksi ei ole hyvä ja pitkäaikainen stabiilisuus on yleensä huonompi kuin muut tarkkuusvastukset.