Чип-резисторы Panasonic: надежность на первом месте

4 мая

телекоммуникациисистемы безопасноститерминалы продажучёт ресурсовответственные примененияPanasonic Industrial Europe GmbHстатьяпассивные ЭК и электромеханикаPanasonicрезисторычип-резисторыпрецизионные резисторыERJтонкопленочные резисторытолстопленочные резисторытоковые шунтыthick filmthin film

Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)

Компания Panasonic является одним из лидеров рынка резисторов. В статье дан обзор чип-резисторов производства компании Panasonic, в частности – серий с оптимизированными параметрами: прецизионных тонкопленочных, токоизмерительных, антисерных, резисторов с повышенной стойкостью к статике и импульсным нагрузкам, резисторных сборок. Все чип-резисторы Panasonic сертифицированы по AEC-Q200.

Резисторы являются неотъемлемой частью современной электроники. Они используются для решения широкого спектра задач: для ограничения тока, для подтяжки в схемах с открытым стоком, измерения больших и малых токов, создания фильтров, реализации делителей напряжения и многого другого.

К сожалению, в настоящий момент невозможно создать универсальный резистор на все случаи жизни. Дело в том, что в каждом конкретном приложении к резисторам предъявляются различные требования. Например, для времязадающих цепочек требуются высокостабильные резисторы с минимальной температурной зависимостью и высокой начальной точностью. В то же время токоизмерительные резисторы должны обладать низким сопротивлением и высоким рейтингом мощности. Не стоит забывать и о таком важном параметре как стоимость, ведь для подавляющего большинства приложений вполне хватает резисторов общего назначения, которые не отличаются выдающимися электрическими характеристиками, зато их цена оказывается минимальной.

Таким образом, чтобы соответствовать требованиям различных приложений, производителям приходится выпускать не только резисторы общего назначения, но и специализированные серии. Причем каждый производитель стремится опередить конкурентов и предложить потребителям дополнительные фирменные технологии и инновации.

Одним из лидеров в данной отрасли является компания Panasonic, которая выпускает богатую номенклатуру резисторов [1, 3]:

  • резисторы общего назначения General Purpose;
  • высокоточные прецизионные резисторы High Precision;
  • низкоомные и токоизмерительные резисторы Current Sensing;
  • резисторы с повышенной мощностью и устойчивостью к статике и импульсным воздействиям Small & High Power;
  • антисерные резисторы (с защитой от серных соединений) Anti-Sulfurated;
  • резисторные сборки Network/Array.

Важнейшим преимуществом резисторов Panasonic является их высочайшая надежность. Это, с одной стороны, объясняется использованием новейших фирменных технологий, в частности технологии мягких выводов (Soft Termination Technology), а с другой – правильной организацией контроля качества. Подтверждением последнего является тот факт, что большая часть продукции компании сертифицирована в соответствии с AEC-Q200.

Надежность от Panasonic: технология мягких выводов (Soft Termination Technology) и сертификация AEC-Q200

В большинстве приложений SMD-резисторы распаиваются на жестких печатных платах, например, на платах из стеклотекстолита FR4. Однако, несмотря на жесткую основу печатной платы, SMD-резисторы сталкиваются с механическими напряжениями, вызванными двумя основными причинами, это:

  • механическая деформация печатных плат при ударных и вибрационных нагрузках;
  • деформация, вызванная тепловым расширением при повышенных и пониженных температурах.

В результате деформации печатной платы SMD-компоненты, в том числе резисторы, могут растрескиваться. На рисунке 1 поясняется механизм растрескивания традиционного SMD-резистора при тепловом расширении печатной платы. В традиционных резисторах внутренние электроды напрямую подключаются ко внешним электродам, образуя жесткое соединение. Чаще всего в качестве подложки для SMD-резисторов используют керамику на основе поликристаллического оксида алюминия Al2O3 (Alumina) [1, 2]. Коэффициент теплового расширения этого материала составляет 7,6 ppm/°С. В то же время коэффициент теплового расширения FR4 составляет 15 ppm/°С. Такое рассогласование температурных коэффициентов является вполне приемлемым для многих приложений, однако при работе в широком диапазоне рабочих температур разница в физическом расширении может привести к растрескиванию. Фотография такой ситуации представлена на рисунке 2.

Рис. 1. Разница температурных коэффициентов расширения может привести к растрескиванию резистора

Рис. 1. Разница температурных коэффициентов расширения может привести к растрескиванию резистора

Рис. 2. Растрескивание резистора при разогреве платы

Рис. 2. Растрескивание резистора при разогреве платы

При растрескивании происходит либо полный, либо частичный разрыв электрической связи. При неполном растрескивании резистор может вести себя абсолютно непредсказуемо, например, электрическая связь с этим компонентом может пропадать и появляться из-за локальных перегревов или элементарной тряски. Разумеется, такой сценарий является крайне нежелательным. Для решения проблемы была предложена технология мягких выводов.

Суть решения заключается в том, что между внутренними и внешними жесткими металлическими электродами размещают буферный слой из эластичного проводящего полимерного материала. Благодаря своей эластичности этот буферный слой компенсирует разницу в коэффициентах расширения. Структура резистора с мягкими выводами показана на рисунке 3.

Рис. 3. Благодаря своей эластичности буферный слой из проводящего полимера предотвращает растрескивание

Рис. 3. Благодаря своей эластичности буферный слой из проводящего полимера предотвращает растрескивание

Все ведущие производители имеют в своей линейке продукции отдельные серии резисторов, выполненные по технологии мягких выводов. Однако именно Panasonic использует эту технологию во всех своих SMD-резисторах, что является одной из причин их повышенной надежности.

Как показывают испытания, технология мягких выводов от Panasonic отличается высокой эффективностью, благодаря таким показателям как:

  • двукратное уменьшение числа полных растрескиваний по сравнению с традиционными резисторами с жесткими выводами при длительных сроках службы (рисунок 4);

Рис. 4. Уменьшение числа полных растрескиваний благодаря использованию технологии мягких выводов от Panasonic

Рис. 4. Уменьшение числа полных растрескиваний благодаря использованию технологии мягких выводов от Panasonic

  • двукратное уменьшение степени растрескивания (отношение длины трещины к полной длине контакта) по сравнению с традиционными резисторами с жесткими выводами при длительных сроках службы (рисунок 5).

Рис. 5. Уменьшение степени растрескивания (отношение длины трещины к полной длине контакта) благодаря использованию технологии мягких выводов от Panasonic

Рис. 5. Уменьшение степени растрескивания (отношение длины трещины к полной длине контакта) благодаря использованию технологии мягких выводов от Panasonic

Для большей наглядности на рисунке 6 представлены фотографии резисторов после прохождения ими различного числа тестовых циклов.

Рис. 6. Увеличение степени растрескивания при прохождении испытаний

Рис. 6. Увеличение степени растрескивания при прохождении испытаний

Второй особенностью, присущей очень многим сериям резисторов от Panasonic, является их сертификация в соответствии с AEC-Q200. Это вовсе не означает, что они целенаправленно производятся для автомобильной отрасли. Дело в том, что к электронным компонентам для автомобильных приложений традиционно предъявляют повышенные требования. Зная это, разработчики очень часто выбирают компоненты с меткой «Automotive», даже если они проектируют электронный блок для промышленного применения. Именно по этой причине сертификация AEC-Q200 в последнее время становится своего рода подтверждением высокого качества и надежности.

Кроме того, компания Panasonic выпускает специальные серии резисторов с защитой от серосодержащих соединений и с повышенной устойчивостью к мощным импульсам. Подробнее о них рассказывается в следующих разделах статьи.

Резисторы общего назначения General Purpose

Резисторы общего назначения являются своего рода «рабочими лошадками» для большинства электронных устройств. Они применяются в тех случаях, когда никаких особых требований к резисторам не предъявляется, например, для ограничения тока в защитных цепях, для задания тока через светодиоды, для подтяжки в цепях с общим стоком и во многих других схемах.

Panasonic предлагает две большие группы резисторов общего назначения: толстопленочные SMD-резисторы общего назначения и толстопленочные прецизионные SMD-резисторы общего назначения. 

Толстопленочные SMD-резисторы общего назначения

Данная группа объединяет резисторы десяти стандартных типоразмеров: 901005, 0201 0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 1812, 2010, 2512 – с рейтингом мощности от 0,031 Вт (01005) до 1 Вт (2512). Все резисторы данной группы (за исключением ERJXGN) имеют квалификацию AEC-Q200.

Толстопленочные SMD-резисторы общего назначения выпускаются со стандартным разбросом номиналов ±5%, относительно высоким TKR и широким диапазоном сопротивлений 1 Ом…10 МОм (таблица 1).

Таблица 1. Толстопленочные резисторы общего назначения производства Panasonic

Описание Наимено-
вание
Типоразмер, мм (дм) Диапазон сопротивлений Точность, % T.C.R.
(×10-6/K)
Рейтинг мощности 70°C, Вт Диапазон рабочих температур, °C
Толстопленочные SMD-резисторы общего назначения ERJXGN 0402 (01005) 1 Ом…1 МОм
(E24)
±5 -100…600 (<10 Ом); ±300 (10…100 Ом); ±200
(>100 Ом)
0,31 -55…125
ERJ1GN 0603 (0201) 1 Ом… 10 МОм
(E24)
±5 -100…600 (<10 Ом); ±300 (10…1 МОм); -400…150
(>1 МОм)
0,05 -55…125
ERJ2GE 1005 (0402) 1 Ом…10 МОм
(E24)
±5 0,1 -55…155
ERJ3GE 1608 (0603) 1 Ом…10 МОм
(E24)
±5 0,1 -55…155
ERJ6GE 2012 (0805) 1 Ом…10 МОм
(E24)
±5 0,125 -55…155
ERJ8GE 3216 (1206) 1 Ом…10 МОм
(E24)
±5 0,25 -55…155
ERJ14 3225 (1210) 1 Ом…10 МОм
(E24)
±5 0,5 -55…155
ERJ12 4532 (1812) 1 Ом…10 МОм
(E24)
±5 0,75 -55…155
ERJ12Z 5025 (2010) 1 Ом…10 МОм
(E24)
±5 0,75 -55…155
ERJ1T 6432 (2512) 1 Ом…1 МОм
(E24)
±5 1 -55…155
Толстопленочные прецизионные SMD-резисторы общего назначения ERJXGN 0402 (01005) 10 Ом…1 МОм
(E24, E96)
1% ±200, ±300 0,31 -55…125
ERJ1GN/ 1RH 0603 (0201) 1 кОм…1 МОм
(E24, E96)
±0,5, 1 ±50 0,05 -55…125
ERJ2RC/ 2RH/ 2RK 1005 (0402) 10 Ом…1 МОм
(E24, E96)
±0,5, 1 ±50, ±100 0,063; 0,1 -55…155
ERJ3RB/ 3RE/ 3EK 1608 (0603) 10 Ом…2,2 МОм
(E24, E96)
±0,5, 1 ±50, ±100 0,1 -55…155
ERJ6RB/ 6RE/ 6EN 2012 (0805) 10 Ом…2,2 МОм
(E24, E96)
±0,5, 1 ±50, ±100 0,1; 0,125 -55…155
ERJ8EN 3216 (1206) 10 Ом…2,2 МОм
(E24, E96)
1 ±100 0,25 -55…155
ERJ14N 3225 (1210) 10 Ом…1 МОм
(E24, E96)
1 ±100 0,5 -55…155
ERJ12N 4532 (1812) 10 Ом…1 МОм
(E24, E96)
1 ±100 0,75 -55…155
ERJ12S 5025 (2010) 10 Ом…1 МОм
(E24, E96)
1 ±100 0,75 -55…155
ERJ1TN 6432 (2512) 10 Ом…1 МОм
(E24, E96)
1 ±100 1 -55…155

Конструкция толстопленочных резисторов общего назначения представлена на рисунке 7. Как уже было сказано, при производстве компания Panasonic использует технологию мягких выводов, что обеспечивает этим резисторам повышенную надежность по сравнению с конкурентами.

Рис. 7. Конструкция резисторов общего назначения

Рис. 7. Конструкция резисторов общего назначения

Для именования резисторов Panasonic используется цифро-буквенное обозначение, которое содержит информацию о серии, типоразмере, маркировке, отклонении, номинале сопротивления, упаковке. На рисунке 8 разобран пример именования резисторов общего назначения.

Рис. 8. Именование резисторов общего назначения

Рис. 8. Именование резисторов общего назначения

Резисторы общего назначения применяются в широком спектре приложений, начиная от коммерческих устройств и медицинской техники, и заканчивая промышленным оборудованием и автомобильной электроникой. В тех случаях, когда от резистора не требуется высокая точность и стабильность, именно резисторы общего назначения будут оптимальным выбором из-за их приемлемой стоимости. 

Толстопленочные прецизионные SMD-резисторы общего назначения

Резисторы данной группы отличаются от стандартных резисторов общего назначения более высокой начальной точностью (0,5% или 1%) и повышенной температурной стабильностью (TKR ±50, ±100 (×10-6/K). Все резисторы данной группы (за исключением ERJXGN и ERJ1R) имеют квалификацию AEC-Q200.

Несмотря на большое сходство со стандартными резисторами общего назначения, прецизионные резисторы общего назначения могут использоваться в более широком спектре приложений. Например, для создания точных резистивных делителей, измерительных и времязадающих цепей, фильтров и так далее. При этом области применения прецизионных резисторов общего назначения остаются теми же: промышленная, медицинская, автомобильная электроника и прочее.

Высокоточные прецизионные резисторы High Precision

Panasonic предлагает три группы прецизионных резисторов: сверхточные толстопленочные SMD-резисторы; прецизионные металлопленочные (тонкопленочные) SMD-резисторы; высокостабильные тонкопленочные SMD-резисторы повышенной надежности (таблица 2).

Таблица 2. Высокоточные прецизионные резисторы производства Panasonic

Описание Наимено-
вание
Типоразмер, дюйм Диапазон сопротивлений, Точность T.C.R.
(×10-6/K)
Рейтинг мощности 70°C, Вт Диапазон рабочих температур, °C
Сверхточные толстопленочные SMD-резисторы ERJ PB3, PB6 0603/ 0805 200 Ом…1 МОм
(E24, E96)
±0,1/±0,5 % ±50 0,2 -55…155
Прецизионные металлопленочные (тонкопленочные) SMD-резисторы ERA 1A, 2A, 3A, 6A, 8A 0201/ 0402/ 0603/ 0805/ 1206 10 Ом…1 МОм
(E24, E96)
±0,05/ ±0,1/ ±0,25/ ±0,5% ±10/ 15/ 25/ 50/ 100 0,05…0,25 -55…155
Высокостабильные тонкопленочные SMD-резисторы повышенной надежности ERA 2V, 3V, 3K, 6V, 6K 0402/ 0603/ 0805 47 Ом…750 кОм
(E24, E96)
±0,05/ ±0,1% ±10/ 15/ 25 0,63…0,125 -55…155

Сверхточные толстопленочные SMD-резисторы

Сверхточные толстопленочные SMD-резисторы ERJ PB3/PB6 отличаются от обычных толстопленочных резисторов минимальным начальным разбросом сопротивлений – всего 0,1% – и высокой температурной стабильностью. Для них TKR составляет ±50×10-6/K. Таким образом, эти резисторы подходят для ответственных и измерительных приложений, требующих минимального отклонения номиналов в широком диапазоне температур.

Точность данной группы резисторов ограничивается возможностями толстопленочной технологии. Если их погрешность оказывается слишком большой и не отвечает требованиям конкретного приложения, следует обратить внимание на прецизионные тонкопленочные резисторы.

Прецизионные металлопленочные (тонкопленочные) SMD-резисторы

Если сравнить конструкции толстопленочного резистора (рисунок 7) и тонкопленочного резистора (рисунок 9), с первого взгляда может показаться, что они практически идентичны и отличаются всего лишь типом резистивного элемента. Однако именно это незначительное изменение оказывает огромное влияние на характеристики резисторов.

Рис. 9. Конструкция тонкопленочного резистора

Рис. 9. Конструкция тонкопленочного резистора

Дело в том, что в толстопленочной технологии резистивный слой в процессе производства наносится в виде пасты и далее вжигается в подложку, образуя относительно неоднородный слой (рисунок 10). В то время как в тонкопленочной технологии резистивный слой напыляется на подложку с помощью трафарета в виде различных фигурных элементов, например, в виде меандра. Структура такого слоя оказывается чрезвычайно однородной, а его геометрические размеры предсказуемыми, что обеспечивает тонкопленочным резисторам целый ряд преимуществ, в том числе высокую начальную точность (например, 0,05%), отличную температурную стабильность (например, TKR ±10×10-6/K), низкий уровень шумов. Однако очевидным недостатком тонкопленочных резисторов является их высокая чувствительность к статическим разрядам и к мощным помехам.

Рис. 10. Сравнение резистивных элементов тонкопленочного (а) и толстопленочного (б) резисторов

Рис. 10. Сравнение резистивных элементов тонкопленочного (а) и толстопленочного (б) резисторов

Прецизионные металлопленочные SMD-резисторы ERA производства Panasonic – ERA 1A, 2A, 3A, 6A, 8A, – выпускаются в различных типоразмерах (0201/0402/0603/0805/1206) и имеют широкий диапазон номинальных сопротивлений с высокой начальной точностью ±0,05/±0,1/±0,25/±0,5 % (таблица 2). Их TKR начинается с ±10×10-6/K, что является отличным показателем.

Данная группа резисторов является хорошим выбором для создания времязадающих и фазосдвигающих цепей, например, фильтров, критичных к погрешностям и отклонениям. По сути, эти резисторы совместно с прецизионными толстопленочными резисторами покрывают широкую область приложений с различными требованиями к точности и TKR (таблица 3).

Таблица 3. Выбор резисторов с учетом погрешности и TKR

Отклонение/TKR 10 ppm 15 ppm 25 ppm 50 ppm 100 ppm >100 ppm
0,05% ERA ARW*
0,10% ERA ARB* ERA APB* ERA AEB*
0,25% ERA ARC*
0,50% ERA AED* ERA AHD* ERA AKD*
ERJ D** ERJ D**
1% ERJ F**
5% ERJ J**
* – Тонкопленочные серии.
** – Толстопленочные серии.

Высокостабильные тонкопленочные SMD-резисторы повышенной надежности

Главной проблемой тонкопленочных резисторов становится их чувствительность к мощным помехам и статическим разрядам. Для борьбы с этими недостатками компания Panasonic предлагает использовать ряд мер, реализованных в серии ERAхV:

  • повышение однородности подложки и оптимизация формы резистивного узора для уменьшения концентрации тока в отдельных точках;
  • использование технологии мягких выводов;
  • использование особой технологии нанесения защитного покрытия.

В результате этих мер высокостабильные тонкопленочные SMD-резисторы повышенной надежности отличаются высокой точностью ±0,05/±0,1 и низким TKR ±10/15/25×10-6/K, а также существенно превосходят традиционные тонкопленочные резисторы по уровню устойчивости к помехам и статике (до 4 кВ для типоразмера 1206). Все это позволяет использовать данную группу резисторов в зашумленной среде.

Низкоомные и токоизмерительные резисторы Current Sensing

Контроль тока требуется в различных приложениях. Например, в портативных малопотребляющих устройствах с батарейным питанием мониторинг тока необходим для контроля уровня заряда батареи, причем речь идет об измерении относительно небольших токов в единицы…сотни мА. В таких приложениях важно, чтобы резистор имел малое сопротивление и очень компактные габариты. С другой стороны, в электроприводах и инверторах очень часто приходится иметь дело с токами в несколько десятков ампер. Очевидно, что в таких приложениях токоизмерительный резистор должен обладать высокой мощностью и очень низким сопротивлением. Если речь идет о работе с очень мощными импульсами, тогда следует рассмотреть возможность использования специализированных серий резисторов с повышенной устойчивостью к импульсным нагрузкам.

Компания Panasonic предлагает широкий выбор низкоомных и токоизмерительных SMD-резисторов (таблица 4):

  • стандартные низкоомные толстопленочные SMD-резисторы;
  • низкоомные толстопленочные SMD-резисторы повышенной мощности;
  • сверхнизкоомные толстопленочные SMD-резисторы с двухсторонним нанесением резистивного слоя;
  • низкоомные толстопленочные SMD-резисторы с малым TKR;
  • токоизмерительные резисторы с металлическим резистивным элементом;
  • мощные SMD-резисторы с широкими выводами;
  • мощные SMD-резисторы с широкими выводами и низким TCR.

Таблица 4. Низкоомные и токоизмерительные резисторы Current Sensing производства Panasonic

Описание Наимено-
вание
Типоразмер, дюйм Диапазон сопротивлений Точность, % T.C.R.
(×10-6/K)
Рейтинг мощности 70°C, Вт Диапазон рабочих температур, °C
Стандартные низкоомные толстопленочные SMD-резисторы ERJ3RS, ERJ6RS, ERJ8RS, ERJ14RS, ERJ12RS, ERJ12ZS, ERJ1TRS, ERJ8RQ, ERJ14RQ, ERJ12RQ, ERJ12ZQ, ERJ1TRQ, ERJ3RQ, ERJ6RQ 0603/ 0805/ 1206/ 1210/ 1812/ 2010/ 2512 0,1 Ом…9,1 Ом
(Е24)
±1/ ±2/ ±5 ±100/ ±200/ +250/ +300 0,1…1 -55…155
Стандартные низкоомные толстопленочные SMD-резисторы ERJ2BS/2BQ, 3BS/3BQ, 6DS/6DQ, 6BS/6BQ, 8BS/8BQ, 14BS/14BQ 0402/ 0603/ 0805/ 1206/ 1210 0,1 Ом…9,1 Ом
(Е24)
±0,5/ ±1/ ±2/ ±5 ±100/ ±200/ +250/ +300 0,166…0,5 -55…155
Низкоомные толстопленочные SMD-резисторы с двухсторонним нанесением резистивного слоя ERJ 2LW, 3LW, 6LW, ERJ 2BW, 3BW, 6BW, 8BW, 6CW, 8CW 0402/ 0603/ 0805/ 1206 0,005 Ом…0,1 Ом
(Е24)
±0,5/ ±1/ ±2/ ±5 ±75/ +100/ +150/ +200/ +250/ +300/ +500/ +700 0,2…1 -55…155
Низкоомные толстопленочные SMD-резисторы с низким TKR ERJL03, L06, L08, L14, L12, L1D, L1W 0402/ 0603/ 0805/ 1206/ 1210/ 2010/ 2512 0,1 Ом…9,1 Ом
(Е24)
±0,5/ ±1/ ±2/ ±5 ±100/ ±200/ +250/ +300 0,166…1 -55…125/155
Токоизмерительные резисторы с металлическим основанием ERJ MS4S, MS4H, MB1S 2512/1020 1…10 мОм ±1 ±75 2, 3 -65…170
Мощные SMD-резисторы с широкими выводами ERJ A1, B1, B2, B3 0508/ 0612/ 1020/ 1225 0,005 Ом…1 МОм ±1/ ±2/ ±5 ±100/ ±200/ +250/ +300/ ±350 0,33…1,33 -55…155
Мощные SMD-резисторы с широкими выводами и низким TCR ERJ D1, D2 0612/1020 0,01 Ом… 0,2 Ом ±1/±5 ±100 1, 2 -55…155

Стандартные низкоомные толстопленочные SMD-резисторы

По сути, эти резисторы можно считать токоизмерительными резисторами общего назначения. Они могут использоваться в самых различных приложениях от управления двигателями до контроля уровня заряда аккумуляторов.

Разработчикам предлагается широкий выбор типоразмеров (0402/0603/0805/1206/1210/1812/2010/2512) и номинальных сопротивлений 0,1 Ом…9,1 Ом. Резисторы выпускаются со стандартными отклонениями ±0,5/±1/±2/±5% и TKR.

Низкоомные толстопленочные SMD-резисторы повышенной мощности

Отличаются от предыдущей группы удвоенным значением мощности. Например, резисторы типоразмера 0603 имеют номинальную емкость 0,25 Вт, в то время как мощность стандартных резисторов ограничена значением 0,1 Вт.

Очевидно, что эти резисторы будут востребованы в приложениях с жестким ограничением свободного места, так как для решения одной и той же задачи разработчик может использовать меньшее число резисторов или резисторы меньшего типоразмера.

Сверхнизкоомные толстопленочные SMD-резисторы с двухсторонним нанесением резистивного слоя

Для работы с повышенными токами предназначена специализированная серия резисторов с двухсторонним нанесением резистивного слоя. Такая конструкция позволяет обеспечивать высокую мощность и сверхнизкие номинальные сопротивления от 5 мОм.

Так как рейтинг мощности этих резисторов остается таким же, как и у предыдущей группы, а номинал сопротивлений оказывается существенно ниже, эти резисторы способны работать с более высокими токами. Например, резистор ERJ 3BS (типоразмер 0603) с сопротивлением 0,1 Ом и мощностью 0,25 Вт имеет пиковый ток 1,58 А, в то время как самый низкоомный резистор ERJ 3LW с двухсторонним нанесением резистивного слоя 5 мОм и тем же типоразмером позволяет измерять токи до 8,8 А.

Эти резисторы могут использоваться в мощных приложениях, таких как DC/DC-преобразователи, компьютеры, блоки контроля заряда батарей и прочее.

К сожалению, TKR этих резисторов (за исключением ERJ6CW и ERJ8CW) очень часто оставляет желать лучшего (до +700 ppm/°C). 

Низкоомные толстопленочные SMD-резисторы с низким TKR

Данная группа резисторов также отличается повышенной мощностью, но их TKR ограничен значениями ±100/±200/+250/+300×10-6/K, что позволяет им обеспечивать меньшую погрешность при нагреве.

Токоизмерительные резисторы с металлическим резистивным элементом

Как следует из названия, в конструкции этих резисторов присутствует металлическая пластина, которая выполняет роль резистивного элемента (рисунок 11).

Рис. 11. Конструкция токоизмерительных резисторов с металлическим резистивным элементом

Рис. 11. Конструкция токоизмерительных резисторов с металлическим резистивным элементом

 

Наличие металлического резистивного элемента позволяет этим резисторам обеспечивать великолепные показатели по всем ключевым параметрам (по сравнению с другими токоизмерительными резисторами): высокую мощность (3 Вт для типоразмера 2512), сверхмалые значения сопротивлений 1…10 мОм, минимальное начальное отклонение всего 1%, сверхвысокую температурную стабильность ±75×10-6/K.

Эти резисторы являются идеальным выбором для приложений, в которых приходится иметь дело с очень высокими токами, таких как: электродвигатели, кондиционеры, системы мониторинга заряда мощных батарей и так далее.

Мощные SMD-резисторы с широкими выводами

Хорошо известно, что в большинстве случаев отвод тепла от SMD-компонентов идет преимущественно через выводы. Очевидно, что чем шире будут выводы, тем больше тепла можно передать печатной плате. Именно этот принцип используется в конструкции резисторов ERJ A1/B1/B2/B3 (рисунок 12). Эти резисторы имеют широкий диапазон номинальных сопротивлений 0,005 Ом…1 МОм и начальную погрешность на уровне стандартных толстопленочных низкоомных резисторов.

Рис. 12. Конструкция резисторов с широкими выводами

Рис. 12. Конструкция резисторов с широкими выводами

 

Мощные SMD-резисторы с широкими выводами и низким TCR

Резисторы ERJ D1/D2 отличаются от предыдущей группы оптимизированной конструкцией, позволяющей обеспечить равномерное распределение тепла по резистивному слою (рисунок 13). Тем самым достигается высокая температурная стабильность сопротивления ±100×10-6/K. Эти резисторы создавались специально для измерения высоких рабочих токов.

. 13. Благодаря равномерному распределению тепла резисторы ERJ D1 и D2 отличаются низким TKR

Рис. 13. Благодаря равномерному распределению тепла резисторы ERJ D1 и D2 отличаются низким TKR

 

Резисторы с повышенной мощностью Small & High Power

Мощность является важным параметром резисторов. Ранее в статье уже были описаны серии, обеспечивающие увеличение мощности за счет различных конструктивных решений, таких как двухстороннее нанесение резистивного слоя и использование широких выводов. Однако при работе в составе импульсных схем этого может быть недостаточно.

Дело в том, что в импульсных схемах даже при относительно низкой средней мощности мгновенная пиковая мощность может быть очень высокой. То же можно сказать и о воздействии статических разрядов. Как показывают исследования [3], статика и мощные импульсы оказывают крайне негативное влияние на резисторы по нескольким причинам:

  • при протекании значительных токов в резистивном слое обычных резисторов возникают точки перегрева, которые являются следствием использования традиционной технологии лазерной подгонки (рисунок 12);
  • локальные перегревы приводят к значительному изменению сопротивления (из-за TKR).

Так как мощные импульсы и статические разряды отличаются большой мгновенной мощностью, то они одновременно приводят и к разогреву компонента, и к изменению его сопротивления [3].

Для решения этих проблем компания Panasonic применяет особую оптимизированную технологию лазерной подгонки (рисунок 14). При использовании этой технологии вырезы в резистивном слое выполняют плавными (без острых выступов), чтобы избежать концентрации тока в отдельных точках с их последующим разогревом.

Рис. 14. Оптимизированная технология лазерной подгонки

Рис. 14. Оптимизированная технология лазерной подгонки

Новая оптимизированная технология лазерной подгонки применяется в таких сериях резисторов как (таблица 5):

  • толстопленочные SMD-резисторы с повышенной стойкостью к статике ERJ PA2/P03/PA3/P06/P08/P14;
  • толстопленочные SMD-резисторы с повышенной стойкостью к импульсным воздействиям ERJ T06/T08/T14.

Таблица 5. Толстопленочные SMD-резисторы с повышенной устойчивостью к статике и к импульсным воздействиям

Описание Наименование Типоразмер, дюйм Диапазон сопротивлений Точность, % T.C.R. (×10-6/K) Рейтинг мощности 70°C, Вт Диапазон рабочих температур, °C
Толстопленочные SMD-резисторы с повышенной стойкостью к статике ERJ PA2, P03, PA3, P06, P08, P14 0402/ 0603/ 0805/ 1206/ 1210 1 Ом…10 МОм (E24, E96) ±0,5/±1/±5 ±100/ ±150/ ±200/ ±300/ +400/ +600 0,2…0,66 -55…155
Толстопленочные SMD-резисторы с повышенной стойкостью к импульсным воздействиям с06, T08, T14 0805/ 1206/ 1210 1 Ом…1 МОм (E24, E12) ±5/±10/±2 ±100/ ±200/ ±300/ +600 0,25…0,5 -55…155

Новая технология позволяет существенно поднять рейтинг мощности и уменьшить габариты резисторов (таблица 6). Так, например, резистор ERJ PA типоразмера 0603 имеет такой же рейтинг мощности, что и толстопленочный резистор 1206 общего назначения. В результате площадь, занимаемая резистором на печатной плате, может быть уменьшена более чем на 60%.

Таблица 6. Повышение рейтинга мощности и уменьшение занимаемой площади при использовании резисторов ERJ PA

Мощность, Вт Стандартный резистор Типоразмер резисторов с повышенной мощностью Снижение габаритов, %
0,5 2010 0508 80
0,33 1210 0508 67
0,25 1206 0603 75
0,2 1206 0402 89

Резисторы серии ERJ PA создавались специально для работы в составе импульсных устройств, а также для приложений, работающих в условиях высокой вероятности возникновения статических разрядов. По сравнению с конкурентами, резисторы ERJ PA способны выдерживать более мощные импульсные сигналы и демонстрировать при этом минимальное изменение сопротивления (рисунок 15).

Рис. 15. Сравнение устойчивости различных резисторов к мощным импульсам

Рис. 15. Сравнение устойчивости различных резисторов к мощным импульсам

На рисунке 16 демонстрируется тотальное превосходство резисторов ERJ PA над стандартными резисторами по уровню пиковой мощности.

Рис. 16. Сравнение показателей пиковой мощности стандартных резисторов и резисторов ERJ PA

Рис. 16. Сравнение показателей пиковой мощности стандартных резисторов и резисторов ERJ PA

Резисторы с защитой от серных соединений (антисерные) Anti-Sulfurated

Внутренние электроды SMD-резисторов обычно выполняют из серебра или его сплавов. Разумеется, такой выбор не случаен, так как именно серебро обладает рекордными показателями удельного сопротивления и теплопроводности. К сожалению, оставаясь устойчивым ко многим окислителям, серебро оказывается весьма чувствительным к серосодержащим соединениям и, в частности, к сероводороду и сернистому газу. Эти газы, хоть и в небольших концентрациях, могут присутствовать в составе воздуха. При взаимодействии серосодержащих газов с серебром образуются непроводящие пленки. Этот факт оказывается очень важным для электронных компонентов, в частности, для разъемов, реле, резисторов и прочего.

Разумеется, резистивный слой и электроды в резисторах имеют защитное покрытие, однако оно не всегда может справиться с воздействием окружающей среды, особенно в условиях повышенной влажности. Проникая сквозь защитное покрытие, серосодержащие газы вступают в реакцию с серебряными электродами и образуют непроводящие серебряные соединения. В результате сопротивление электрода возрастает, а при длительном воздействии электрический контакт может полностью исчезнуть.

Для борьбы с этим негативным явлением используют два подхода. Первый, самый простой, заключается в использовании дополнительных защитных слоев. Второй, более сложный, состоит в отказе от серебра и переходе к электродам из более инертных металлов, в частности, из золота (Au) или его сплавов. В антисерных резисторах производства Panasonic используется второй подход (рисунок 17).

Рис. 17. Конструкция антисерных резисторов от Panasonic

Рис. 17. Конструкция антисерных резисторов от Panasonic

Panasonic выпускает два типа таких резисторов:

  • ERJS – резисторы с внутренними электродами из Au;
  • ERJU – резисторы с внутренними электродами из Ag-Pd.

Вариант с золотыми электродами является более дорогим, однако он обеспечивает максимальную стойкость к серосодержащим веществам (рисунок 18).

Рис. 18. Структура антисерных резисторов

Рис. 18. Структура антисерных резисторов

Сравнение устойчивости резисторов с электродами из Au и Ag к серосодержащим соединениям представлено на рисунке 19. Как видно из графиков, характеристики резисторов с Au-электродами не изменялись в ходе тестирования, в то время как сопротивление резисторов с Ag-электродами существенно возросло.

Рис. 19. Сравнение устойчивости резисторов с электродами из Au и Ag к серосодержащим соединениям

Рис. 19. Сравнение устойчивости резисторов с электродами из Au и Ag к серосодержащим соединениям

В настоящее время компания Panasonic выпускает несколько серий резисторов с антисерным исполнением (таблица 7):

  • толстопленочные антисерные SMD-резисторы общего назначения с диапазоном сопротивлений 0,1 Ом…10 МОм и широким выбором типоразмеров 01005…2512;
  • прецизионные толстопленочные антисерные SMD-резисторы с диапазоном сопротивлений 100 Ом…100 кОм, отклонением 0,5% и TKR ±50 ppm/C;
  • толстопленочные антисерные SMD-резисторы с повышенной устойчивостью к выбросам напряжения с диапазоном сопротивлений 1 Ом…10 МОм и типоразмерами 0603/0805/1206;
  • антисерные SMD-резисторы с широкими выводами и низким сопротивлением 0,01 Ом…1 Ом для токоизмерительных приложений.

Эти серии резисторов по своим характеристикам и приложениям аналогичны стандартным сериям, но предназначены для использования в условиях повышенного содержания серосодержащих газов. Речь идет о промышленности, добывающей отрасли и так далее.

Таблица 7. Серии антисерных резисторов производства Panasonic

Описание Наименование Типоразмер, дюйм Диапазон сопротивлений Точность T.C.R. (×10-6/K) Рейтинг мощности 70°C, Вт Диапазон рабочих температур, °C
Толстопленочные антисерные SMD-резисторы ERJ S02, S03, S06, S08, S14, S12, S1D, S1T, ERJ U0X, U01, U02, U03, U06, U08, U14, U12, ERJ U1D, ERJ U1T, ERJ U6S, U6Q 01005/ 0201/ 0402/ 0603/ 0805/ 1206/ 1210/ 1812/ 2010/ 2012/ 2512 0,1…1 Ом
(Е24),
1 Ом…10 МОм
(E24, E96)
±0,5/±1/±5 ±100/ ±200/ ±300/ +600 0,031…1 -55…125, -55…155
Прецизионные толстопленочные антисерные SMD-резисторы ERJ U2R, U3R, U6R 0402/ 0603/ 0805 100 Ом…100 кОм (E24, E96) ±0,5 ±50 0,1; 0,125 -55…155
Толстопленочные антисерные SMD-резисторы с повышенной устойчивостью к выбросам напряжения ERJ UP3, UP6, UP8 0603/ 0805/ 1206 1 Ом…10 МОм (E24, E96) ±0,5/±1/±5 ±100/ ±200/ +600 0,25…0,66 -55…155
Антисерные SMD-резисторы с широкими выводами ERJ C1 1020 0,01 Ом…1 Ом (Е24) ±1/±5 ±100/ ±200/ +350 2 -55…155

Резисторные сборки Network/Array

Существует огромное количество приложений, в которых от резисторов в первую очередь требуется не высокая точность или повышенная мощность, а минимальные габариты. Например, для защиты портов ввода-вывода цифровых устройств часто используют последовательные резисторы (обычно 100 Ом). Если речь идет о подключении сразу нескольких линий, то логично вместо множества отдельных резисторов использовать резисторную сборку. Аналогичным образом можно решить проблему групповой подтяжки нескольких линий к земле или питанию.

В настоящее время компания Panasonic выпускает несколько серий резисторных сборок (таблица 8):

  • резисторные сборки EXB 14V/18V/24V/28V/N8V/2HV/34V/V4V/38V/V8V/S8V представляют собой традиционные сборки независимых резисторов с разбросом 5%, широким выбором типоразмеров и номинальных сопротивлений (1 Ом…1 МОм);
  • серностойкие резисторные сборки EXB U14/U18/U24/U28/U2H/U34/U38 отличаются от предыдущей группы использованием антисерных Au-Pd-электродов;
  • резисторные сборки EXB D/E/A/Q предназначены для групповой подтяжки нескольких аналоговых или цифровых линий. Внутри сборки резисторы имеют одну общую точку (обычно ее подключают к земле или питанию), а второй вывод каждого резистора подключают к подтягиваемой линии. Начальное отклонение этих резисторов также составляет 5%.

Таблица 8. Резисторные сборки производства Panasonic

Описание Наимено-
вания
Типоразмер, дюйм Диапазон сопротивлений Точность T.C.R.
(×10-6/K)
Рейтинг мощности 70°C, Вт Диапазон рабочих температур, °C
Резисторные сборки EXB 14V, 18V, 24V, 28V, N8V, 2HV, 34V, V4V, 38V, V8V, S8V 0201х2, 0201х4, 0402х2, 0402х4, 0602х8, 0602х2, 0603х4, 0402х4, 0603х2, 0603х4, 0805х4 1 Ом…1 МОм
(E24)
±5 -200…+600/ ±200 0,031…0,1 -55…125
Серностойкие резисторные сборки EXB U14, U18, U24, U28, U2H, U34, U38 0201х2, 0201х4, 0402х2, 0402х4, 0602х8, 0603х2, 0603х4 1 Ом…1 МОм
(E24)
±5 -200…+600/ ±200 0,031…0,063 -55…125
Резисторные сборки EXB D, E, A, Q 1206/ 1506/ 1608/ 2512 47 Ом…1 МОм
(Е12, Е6)
±5 ±200 0,025…0,05 на 1 элемент -55…125

Резисторные сборки используют в различных приложениях, в компьютерной технике, телекоммуникационном оборудовании, в промышленных модулях ввода-вывода, в ПЛК и прочем. Кроме того, сборки EXB2,EXB3, EXBU2,EXBU3 отвечают требованиям AEC-Q200 и могут использоваться в автомобильных приложениях.

Заключение

Требования к резисторам постоянно ужесточаются. Многие из этих требований противоречат друг другу. В результате, производителям приходится выпускать специализированные серии резисторов, оптимизированных для решения конкретных задач.

В частности, компания Panasonic, помимо толстопленочных резисторов и резисторных сборок общего назначения, предлагает разработчикам широкий выбор серий с оптимизированными параметрами: прецизионные тонкопленочные резисторы, токоизмерительные резисторы, антисерные резисторы, резисторы с повышенной стойкостью к статике и импульсным нагрузкам и так далее.

Основными преимуществами продукции Panasonic является высокая надежность, использование технологии мягких выводов, сертификация большей части продукции в соответствии с AEC-Q200, широкий выбор специализированных серий и богатая номенклатура типоразмеров и номиналов.

Литература

  1. Fixed Resistors. Products Catalog.
  2. SMD резисторы (Surface Mount Chip Resistors). Устройство, конструкция и технология производства чип-резисторов.
  3. SURFACE MOUNT RESISTORS TECHNICAL GUIDE Ver.3
  4. Информация с официального сайта Panasonic.
•••

Наши информационные каналы

О компании Panasonic Industrial Europe GmbH

Компания, которая должна была стать корпорацией Panasonic, была основана 7 марта 1918 года, когда Коносуке Мацусита переехал из своего крошечного жилища в большой двухэтажный дом и основал завод по производству электробытовой посуды Matsushita. Персонал состоял из трех человек: 23-летний Мацусита, 22-летний Мумено и ее брат, 15-летний Тошио Лу. Корпорация Panasonic насчитывает более 270 тысяч сотрудников по всему Миру, объединяет в своей структуре 582 компании и объем годовых продаж соста ...читать далее

Товары
Наименование
ERJ-14YJ104U (PAN)
ERJ-14YJ121U (PAN)
RES 1210 120R 5% (PAN)
ERJ-1TNF5100U (PAN)
ERJ-2GEJ101X (PAN)
ERJ-2GEJ153X (PAN)
ERJ-2GEJ200X (PAN)
ERJ-2GEJ203X (PAN)
ERJ-2GEJ303X (PAN)
ERJ-2GEJ361X (PAN)
ERJ-2GEJ751X (PAN)
ERJ-2RKF1001X (PAN)
ERJ-2RKF1003X (PAN)
ERJ-2RKF5363X (PAN)
ERJ-2RKF73R2X (PAN)
ERJ-3EKF1000V (PAN)
ERJ-3EKF1001V (PAN)
ERJ-3EKF1002V (PAN)
ERJ-3EKF1003V (PAN)
ERJ-3EKF1301V (PAN)
ERJ-3EKF2001V (PAN)