Prestanda och tillämpning av högprecisionsmotstånd

Utvecklingen och användningen av ny teknik inom motståndsindustrin har lett till en kraftig minskning av storleken på motstånd. Nya marknadskrav har också drivit elektroniska komponenttillverkare för att utveckla produkter med bättre prestanda och stabilitet. När användningen av olika typer av precisionsmotstånd blir mer och mer utbredd har prestandan för precisionsmotstånd blivit viktigare. De viktigaste parametrarna för precisionsmotstånd inkluderar temperaturkoefficient (TCR), effektkoefficient (PCR), långvarig stabilitet, anti-statisk förmåga (ESD), termisk elektromotivkraft (EMF), brus, etc.
Förbättringen av systemets totala prestanda uppnås genom varje elektronisk komponent eller delsystem. Den övergripande prestanda bestäms av den svagaste länken i kretssystemet. Varje komponent ger vissa prestandabegränsningar till det övergripande kretssystemet. I synnerhet kortvarig överbelastning, långvarig stabilitet, frekvensrespons och brus. Inom den diskreta motståndsindustrin finns det fyra populära motståndstekniker, wirewound -motstånd, tjocka filmmotstånd, tunna filmmotstånd och foliemotstånd, vilket ger kunderna lösningar med olika prestandakrav och olika budgetar.
Tabell 1 sammanfattar kort fördelar och nackdelar med olika motståndsteknologier, termiska effekter, mekanisk stress och elektriska egenskaper.
Stress, oavsett om det är mekaniskt eller termiskt, orsakar förändringar i de elektriska egenskaperna hos motstånd. Om motståndet ändrar form, längd, konfiguration eller molekylstruktur på grund av stress, kommer motståndets elektriska egenskaper också att förändras.
När strömmen flyter genom motståndselementet genererar det självuppvärmning och förändringar i temperaturen får materialet att expandera eller sammandras mekaniskt. Det ideala motståndselementet har förmågan att automatiskt balansera dessa fenomen. Stabilitetsförbättringssystemet kan bibehålla integriteten i de fysiska egenskaperna hos motståndelementet genom tillverkningsprocessen och eliminera behovet av att kompensera för självuppvärmning och stress under användningen av motståndet.
Vi kommer att jämföra egenskaperna hos olika motståndsteknologier och diskutera användningen av varje typ av motstånd i precisionskretsar.
Foliemotstånd
Speciella folie -motståndslegeringar (nickel/krom och tillsatser) är bundna till en speciell keramisk matris med kontrollerad motstånd för att balansera spänningar som orsakas av värme och mekanisk stress. Motståndets vägmönster är laser etsat i foliemotståndslegeringen. Denna process kombinerar unikt de viktiga egenskaperna hos låg temperaturdrift, långvarig stabilitet, icke-induktiv, okänslig för statisk elektricitet, låg kapacitans, snabb termisk stabilitet och lågt brus i en enda motståndsteknik.
Dessa funktioner ger hög stabilitet och tillförlitlighet till kretssystemet. Ingen kompromiss mellan motståndsnoggrannhet, stabilitet och svarhastighet beaktas. För att erhålla exakta motståndsvärden är bulkmetallfoliefolie balanserad och eliminerar selektivt interna kortslutningsremsor. När man hanterar krav med höga motstånd skärs området selektivt i kända motståndsökningar för att öka motståndsvärdet i små steg.
Standardtemperaturkoefficient ± 1 ppm/ grad 0 examen till + 60 examen (0. 05 ppm/ grad z-folie), erhållen från foliemotståndet och den termiska och mekaniska stressbalanserade matrisen den kombineras med (tabell 1).

Den parallella motståndsvägens design i metallfolieplanet minskar induktansen, med en maximal induktans av {{0}}. 08 μH. Maximal kapacitans är 0,5 pf. Responstiden för en 1- kΩ -motstånd är mindre än 1 ns upp till 100 MHz. Ökningstiden bestäms av motståndsvärdet, men högre eller lägre värden är endast något långsammare än mellanvärden. Ingen ringning är särskilt viktig i höghastighetsomkopplingskretsar, såsom signalomvandlare.
DC -motståndet för en 1- kΩ bulkmetallfolie kan jämföras med dess AC -motstånd vid 100 MHz med följande formel:
AC -motstånd/DC -motstånd=1. 001
Foliemotståndsteknologier ger motstånd med specialspecifikationer som tidigare inte var tillgängliga och önskvärda. Dessa inkluderar temperaturdrift av {{0}}. 2 ppm/ grad, noggrannhet så låg som ± 0. 001 %, 1000- timmars belastningslivsstabilitet på ± 0,005 % (50 ppm) och statisk motstånd på minst 25 Kv.
Hur bra behöver en bra produkt verkligen vara?
Naturligtvis kräver inte alla kretsingenjörer design övergripande högprestanda. I många applikationer räcker motstånd med lägre prestanda, så svaren faller i fyra kategorier.
1. Metallfoliemotstånd kan förbättra en enhets totala prestanda.
2. En eller flera metallfoliemotstånd kan uppnå bästa prestanda för en enhet.
3. Metallfoliemotstånd kan förbättra utvecklingen av kretsteknologi och förbättra många gynnsamma egenskaper hos precisionsmotstånd.
4. Planera tydligt att använda precisionsmotstånd för långsiktiga överväganden (till exempel: metallfoliemotstånd är mer kostnadseffektiva än att lägga till dyra enheter för att förbättra kretsprestanda något för att upprätthålla kretsnoggrannheten).
I den andra kategorin måste till exempel en enda parameter vägas mot den övergripande designekonomin. Att använda ett högre prestanda motstånd kan spara kostnader eftersom kompensationskretsen kan sänkas (och kostnaden för relaterade komponenter och deras installation sparas). Att förbättra motståndets precision är mer kostnadseffektivt än att förbättra enheten, eftersom att förbättra enheten för att förbättra vissa prestanda är dyrare än precisionsmotstånd.
Precision Wirewound motståndare
Wirewound -motstånd är vanligtvis indelade i krafttrådsmotstånd och precisionsbe -motstånd. Power Wirewound -motstånd kommer att förändras kraftigt under användning och kan inte användas i applikationer som kräver precisionsprestanda för motstånd. Därför kommer vi inte att diskutera Power Wirewound -motstånd.
Under tillverkningsprocessen med trådmotstånd pressas den inre ytan på motståndstråden (sidan nära det isolerande skelettet) och dess yttre yta utsätts för spänning. Permanent deformation sker.
Deformation orsakad av denna process och under efterföljande glödgning av tråden är konstgjord, i motsats till elastisk eller reversibel deformation. Oförutsägbar permanent mekanisk deformation orsakar slumpmässiga förändringar i trådens elektriska egenskaper och motstånd. Resultatet är ett brett utbud av prestationsparametrar.
Wirewound -motstånd är gjorda av trådsår på ett isolerande skelett. Ledningar med olika diametrar och längder ger förutsägbar motstånd och egenskaper. Precision Wirewound -motstånd har bättre antistatiska egenskaper och lägre brus än tunna film- och tjocka filmmotstånd. Wirewound -motstånd har också lägre temperaturdrift och bättre stabilitet.
WireWound -motstånd kan ha en initial noggrannhet på ± 0. 005 %. Temperaturdrift kan vara så låg som 3 ppm/ grad typisk; Men för lågmotståndssträngsmotstånd är det i allmänhet 15 ppm/ grad till 25 ppm/ grad. Termiskt brus är lågt, och spårningstemperaturdrift utanför driftstemperaturområdet kan också nå ± 2 ppm/ grad. Det bör vara tydligt att wirewound -motstånd inte har SMD -förpackningsprodukter (SMD är inte gjuten, och vissa gjutna ytmonterade trådmotstånd är inte SMD -motstånd), så trådmotstånd kan inte användas i situationer där motståndets vikt och volym krävs.
På grund av den lindande strukturen för trådvävmotstånd är wirewound -motstånd emellertid induktiva och liknande lindningar ger kapacitans. Speciell lindningsteknik kan användas för att minska induktansen för att förbättra responstiden under användningen av motståndet. På grund av den inneboende induktiva och kapacitiva designen har wirewound-motstånd inte bra högfrekventa egenskaper. Särskilt i applikationer över 50 kHz. På grund av induktans och prisfaktorer är det för närvarande precisionsmotstånd för för närvarande på väg att elimineras.
Tunna filmmotstånd
Tunna filmmotstånd görs genom att avdunsta ett filmmaterial med en viss resistivitet på 50 till 250 angström tjocka på ett keramiskt underlag med användning av en metod som liknar indunstning [1 angström (a)=10 nanometer]. Tunna filmmotstånd kan producera högre motståndsvärden i ett givet område än trådvävsmotstånd och foliemotstånd och är billigare. Detta gör tunna filmmotstånd till ett mer ekonomiskt val i applikationer där medelstora motstånd mot medelstora rätt resistens krävs och rymdeffektiviteten beaktas.
Tunna filmmotstånd är känsliga för temperaturen. Den lämpliga tjockleken på filmen kan väljas för att producera olika motståndsvärden, men en specifik film kan bara producera motstånd med ett visst motståndsområde. Därför används filmer med olika tjocklekar för att producera motstånd med olika motståndsområden.
Filmens stabilitet påverkas av temperaturökningen. Förändringsprocessen för filmens åldrande stabilitet beror på filmens tjocklek för att uppnå det angivna motståndsvärdet, så motståndsområdet förändras ständigt. Kemiskt/mekaniskt åldrande inkluderar också oxidation av motståndslegeringen orsakad av temperaturökning.
Temperaturdriftet för filmen med lämplig tjocklek kan också ha en negativ inverkan på motståndsvärdet. Tunna filmmotstånd med hög resistens har en större försämringshastighet. Eftersom ju tunnare filmen, desto mer mottaglig är det att oxidation. Eftersom tunna filmmotstånd är mycket tunna påverkas de lätt av statisk elektricitet.
Eftersom metallelementdelen är mycket små, tunna filmmotstånd också är mycket mottagliga för korrosion orsakad av fukt. När vattenånga passerar genom motståndspaketet ger det föroreningar och utvecklar kemisk korrosion, vilket gör att motståndsfilmen misslyckas inom några timmar efter applicering av en likström lågspänningsbelastning.
Genom långsiktiga multi-lagers filmavsättning, högprecisionsmotståndsjustering och postscreening, kan de bästa precisionens tunna filmmotstånd också uppnå en temperaturdrift på ± 2 ppm/ grad och en noggrannhet på ± 0. 01%, såväl som god långsiktig stabilitet. Kraften är emellertid inte hög, den låga motståndsdelen har dålig prestanda, den är inte antistatisk, kraftkoefficienten är dålig, det är svårt att möta den lilla satstillförseln och konsistensen i olika partier är inte bra.
Tjocka filmmotstånd
I den tidigare diskussionen förklarade vi att Wirewound -motstånd inte kan användas i chipapplikationer på grund av storlek, förpackning och vikt. I mindre exakta tillämpningar än trådvandmotstånd används tjocka filmmotståndare oftare eftersom tjocka filmmotstånd har tätningsmotståndsvärden (hög motstånd/liten storlek) och är billigare.
Tjocka filmmotstånd har snabbare frekvensrespons, liknande tunna filmmotstånd och foliemotstånd, men bland olika motståndsteknologier är tjocka filmmotstånd de bullaste. När de används i mindre exakta applikationer kommer tjocka filmmotstånd att diskuteras och används allmänt i olika typer av kretsar, inklusive mindre exakta delar av högprecisionskretsar.
Tjock film förlitar sig på partikel-till-partikelkontakt på en glasmatris för att bilda en motståndsväg. Dessa kontaktpunkter utgör hela motståndet. Dessa partiklar blockeras emellertid av termisk stress under användningen av motståndet. Eftersom de har många parallella vägar kommer motståndsvägen inte att brytas. Motståndsvärdet kommer emellertid att öka med tiden och när temperaturen stiger. Därför är tjocka filmmotstånd inte lika stabila som andra motståndstekniker.
Partikelstrukturen innebär också att tjocka filmmotstånd har en hög bruskoefficient, eftersom aggregerings- och frisättningsrörelsen av motståndets elektroner genom denna struktur genererar relativt stora brus. För ett givet storleksmotstånd, desto högre är motståndsvärdet och desto lägre metallinnehåll, desto större är bruset och desto mindre stabilt är det. Glasstrukturen i tjocka filmmotstånd bildar en glasliknande skyddspäls för att skydda motståndet under bearbetningen, vilket också gör tjocka filmmotstånd mer motståndskraftiga mot fukt än tunna filmmotstånd.
Genom kontinuerlig förbättring av tjocka filmmotståndspasta har den mest exakta tjocka filmmotståndstekniken kunnat uppnå en temperaturdrift på ± 5 ppm/ grad, och till och med genom att använda flera tjocka filmmotståndschips som kan kompensera för varandra, kan den så småningom nå en temperaturdrift på ± 2 ppm/ grad. Dess högsta noggrannhet kan också nå ± 0. 01%. Precisionens tjocka filmmotstånd är mainstream-tekniken i högspännings-, högresistens- och högprecisionsapplikationer. Nackdelen med tjocka filmmotstånd är att det är svårt att uppnå hög precision och låg temperaturdrift i den låga motståndsdelen, brusindexet är inte bra, och den långsiktiga stabiliteten är i allmänhet sämre än andra precisionsmotstånd.