Učinkovitost in uporaba visokih natančnih uporov

Razvoj in uporaba novih tehnologij v industriji uporov sta privedla do močnega zmanjšanja velikosti uporov. Nove zahteve na trgu so tudi spodbudile proizvajalce elektronskih komponent za razvoj izdelkov z boljšo zmogljivostjo in stabilnostjo. Ko uporaba različnih vrst natančnih uporov postaja vse bolj razširjena, je zmogljivost natančnih uporov postala pomembnejša. Glavni parametri natančnih uporov vključujejo temperaturni koeficient (TCR), koeficient moči (PCR), dolgoročno stabilnost, antistatično sposobnost (ESD), toplotno elektromotivno silo (EMF), hrup, ETC.
Izboljšanje celotne učinkovitosti sistema je doseženo z vsako elektronsko komponento ali podsistem. Skupno delovanje je določeno z najšibkejšo povezavo v sistemu vezja. Vsaka komponenta prinaša nekaj omejitev uspešnosti celotnemu sistemu vezja. Zlasti kratkotrajna preobremenitev, dolgoročna stabilnost, frekvenčni odziv in hrup. V industriji diskretnih uporov so štiri priljubljene uporne tehnologije, žični upori, debeli filmski upori, tanki filmski upori in folijski upori, ki strankam omogočajo rešitve z različnimi zahtevami glede zmogljivosti in različnimi proračuni.
Tabela 1 na kratko povzema prednosti in slabosti različnih upornih tehnologij, toplotnih učinkov, mehanskega stresa in električnih značilnosti.
Stres, bodisi mehanski ali toplotni, povzroča spremembe električnih lastnosti uporov. Če upor spremeni obliko, dolžino, konfiguracijo ali molekularno strukturo zaradi napetosti, se bodo spremenile tudi električne lastnosti upora.
Kadar tok teče skozi uporni element, ustvari samogrevanje in spremembe temperature povzročijo, da se material mehansko razširi ali krtri. Idealen uporni element ima možnost samodejno uravnotežiti te pojave. Sistem za izboljšanje stabilnosti lahko skozi proizvodni postopek ohrani celovitost fizikalnih lastnosti upornega elementa in odpravlja potrebo po kompenzaciji samogrevanja in stresa med uporabo upora.
Primerjali bomo značilnosti različnih upornih tehnologij in razpravljali o uporabi vsake vrste upora v natančnih vezjih.
Folijski upori
Posebne zlitine uporov folije (niklja/krom in dodatki) so vezane na posebno keramično matrico z nadzorovanim uporom, da uravnotežijo napetosti, ki jih povzroča toplota in mehanski stres. Vzorec poti uporne poti je lasersko jedkan v zlitino uporov folije. Ta postopek edinstveno združuje pomembne značilnosti nizkotemperaturnega premika, dolgoročne stabilnosti, neinduktivne, neobčutljive na statično elektriko, nizko kapacitivnost, hitro toplotno stabilnost in nizko hrup v eni uporabi tehnologije.
Te lastnosti prinašajo visoko stabilnost in zanesljivost sistema vezja. Med natančnostjo upora, stabilnostjo in hitrostjo odziva se ne upošteva kompromisa. Za pridobitev natančnih vrednosti odpornosti se kovinska folija v razsutem kovinskem foliji uravnoteži in selektivno odpravlja notranje kratke trakove. Pri obravnavanju zahtev z velikimi odpornostmi se območje selektivno zmanjša v znanih korakih odpornosti, da se poveča vrednost upora v majhnih korakih.
Standardni temperaturni koeficient ± 1 ppm/ stopinja 0 stopnja do + 60 stopinje (0. 05 ppm/ stopinj z-foli), pridobljena iz zlitine uporov folije in termične in mehanske matrike, ki je uravnotežena s stresom, ki je kombinirana s (tabela 1).

Oblikovanje poti vzporedne uporne v ravnini kovinske folije zmanjšuje induktivnost z največjo induktivnostjo {{0}}}. 08 μH. Največja kapacitivnost je 0,5 pf. Odzivni čas a 1- kΩ upor je manjši od 1 ns do 100 MHz. Čas vzpona določa vrednost upora, vendar so višje ali nižje vrednosti le nekoliko počasnejše od vmesnih vrednosti. Nobeno zvonjenje ni posebej pomembno v preklopnih vezjih za visoke hitrosti, kot so signalni pretvorniki.
DC upornost 1- KΩ razsute kovinske folije lahko primerjamo z njegovo izmenično upornostjo pri 100 MHz z uporabo naslednje formule:
AC odpornost/dc upor=1. 001
Tehnologije uporov folije proizvaja upore s posebnimi specifikacijami, ki prej niso bile na voljo in zaželene. Sem vključujejo temperaturni premik {{0}}. 2 ppm/ stopinja, natančnost, ki je nizka kot ± 0. 001 %, 1000- stabilnost urna obremenitve ± 0,005 % (50 ppm) in statična odpornost vsaj 25 kV.
Kako dober je v resnici dober izdelek?
Seveda ne potrebujejo vseh modelov inženirjev vezja splošne visoke zmogljivosti. V mnogih aplikacijah bodo zadostovali upori z nižjo zmogljivostjo, zato odgovori spadajo v štiri kategorije.
1. Kovinski upori s folijo lahko izboljšajo splošno delovanje naprave.
2. Eden ali več kovinskih uporov folije lahko doseže najboljše delovanje naprave.
3. Kovinski upori s folijo lahko izboljšajo razvoj tehnologije vezja in izboljšajo številne ugodne lastnosti natančnih uporov.
4. Jasno načrtujte uporabo natančnih uporov za dolgoročne premisleke (na primer: kovinski upori folije so stroškovno učinkovitejši od dodajanja dragih naprav za rahlo izboljšanje zmogljivosti vezja za ohranjanje natančnosti vezja).
V drugi kategoriji je treba na primer en parameter pretehtati glede na celotno oblikovalsko ekonomijo. Uporaba uporabe z večjo zmogljivostjo lahko prihrani stroške, ker se lahko kompenzacijsko vezje zmanjša (in stroški povezanih komponent in njihova namestitev je prihranjena). Izboljšanje natančnosti upora je stroškovno učinkovitejše od izboljšanja naprave, saj je izboljšanje naprave za izboljšanje nekaterih zmogljivosti dražje od natančnih uporov.
Natančni upori z žicami
Upori z žicami so na splošno razdeljeni na napajalne upori z žičnimi žicami in natančnimi upori z žicami. Power Wirewound upori se bodo med uporabo močno spremenili in jih ni mogoče uporabiti v aplikacijah, ki zahtevajo natančno delovanje uporov. Zato ne bomo razpravljali o uporih Power Wirewound.
Med proizvodnim postopkom uporov žic je notranja površina uporne žice (stran blizu izolacijskega okostja) stisnjena, njegova zunanja površina pa je podvržena napetosti. Pride do trajne deformacije.
Deformacija, ki jo povzroči ta postopek in med poznejšim žarjenjem žice, je umetna, v nasprotju z elastično ali reverzibilno deformacijo. Nepredvidljiva trajna mehanska deformacija povzroči naključne spremembe električnih lastnosti in odpornost žice. Rezultat je široko paleto parametrov zmogljivosti.
Upori žic so narejeni iz žične rane na izolacijskem okostju. Žice različnih premerov in dolžin zagotavljajo predvidljivo odpornost in značilnosti. Natančni upori z žicami imajo boljše antistatične lastnosti in nižji hrup kot tanki film in debeli filmski upori. Upori žic imajo tudi nižji temperaturni premik in boljšo stabilnost.
Upori Wirewound imajo lahko začetno natančnost ± 0. 005 %. Temperaturni premik je lahko tipičen kar 3 ppm/ stopinje; Toda za upori z nizkim uporom je na splošno 15 ppm/ stopnja do 25 ppm/ stopinje. Toplotni hrup je nizek, temperatura sledenja pa je zunaj območja delovne temperature dosežela tudi ± 2 ppm/ stopinjo. Jasno je treba, da upori z žicami nimajo izdelkov za embalažo SMD (SMD ni oblikovan, nekateri oblikovani površinski pritrdilni upori niso upori SMD), zato upori z žicami ni mogoče uporabiti v situacijah, v katerih sta potrebna teža in volumen upora.
Vendar pa so zaradi vijugaste strukture uporov žičnih žic induktivni upori z žičnimi žicami in podobna navitja proizvajajo kapacitivnost. Za zmanjšanje induktivnosti za izboljšanje odzivnega časa med uporabo upora se lahko uporabi posebna tehnologija navijanja. Zaradi prirojenega induktivnega in kapacitivnega dizajna upori Wirewound nimajo dobrih visokofrekvenčnih lastnosti. Zlasti v aplikacijah nad 50 kHz. Zaradi induktivnosti in cenovnih faktorjev so trenutno na robu odpravljene natančne upori z žicami.
Tanki filmski upori
Tanki filmski upori so narejeni z izhlapevanjem filmskega materiala z določenim uporom od 50 do 250 angstromov debele na keramični substrat z uporabo metode, podobne izhlapevanju [1 angstrom (a)=10 nanometri]. Tanki filmski upori lahko ustvarijo večje vrednosti upora na določenem območju kot upori z žicami in folijskimi upori in so cenejši. Zaradi tega so tanki filmski upori bolj ekonomična izbira v aplikacijah, kjer so potrebni srednje natančni upori z visoko odpornostjo in upoštevamo učinkovitost prostora.
Tanki filmski upori so občutljivi na temperaturo. Ustrezno debelino filma lahko izberete za izdelavo različnih vrednosti odpornosti, vendar lahko določen film ustvari le upore z določenim upornim območjem. Zato se filmi različnih debeline uporabljajo za proizvodnjo uporov z različnimi razponi upornosti.
Na stabilnost filma vpliva zvišanje temperature. Proces spremembe stabilnosti staranja filma je odvisen od debeline filma, da se doseže določena vrednost upora, zato se območje upora nenehno spreminja. Kemično/mehansko staranje vključuje tudi oksidacijo zlitine upora, ki jo povzroča zvišanje temperature.
Temperaturni naklon filma ustrezne debeline lahko negativno vpliva tudi na vrednost upora. Tanki filmski upori z visoko odpornostjo imajo večjo hitrost poslabšanja. Ker je tanjši film, je bolj dovzetna za oksidacijo. Ker so tanki filmski upori zelo tanki, jih zlahka prizadene statična elektrika.
Poleg tega, ker je del kovinskih elementov zelo majhen, so tanki filmski upori zelo dovzetni tudi za korozijo, ki jo povzroča vlaga. Ko vodna pare preide skozi uporni paket, prinaša nečistoče in razvije kemično korozijo, zaradi česar se uporni film v nekaj urah po uporabi nizko napetostne obremenitve DC ne odpove.
Z dolgoročnim večplastnim odlaganjem filma, visoko natančnostjo upornosti in naknadno pregledovanjem lahko najboljši natančni tanki upori lahko dosežejo tudi temperaturni premik ± 2ppm/ stopinje in natančnost ± 0. 01%, pa tudi dobro dolgoročno stabilnost. Vendar moč ni visoka, del z nizko odpornostjo ima slabo delovanje, ni protistatičen, koeficient moči je slab, težko je izpolniti majhno oskrbo s serijo, doslednost različnih serij pa ni dobra.
Debeli filmski upori
V prejšnji razpravi smo pojasnili, da uporov Wirewound ni mogoče uporabiti v aplikacijah čipov zaradi velikosti, embalaže in teže. V manj natančnih aplikacijah kot upori z žicami se pogosteje uporabljajo debeli filmski upori, ker imajo debeli filmski upori gostejše odpornosti (visoka odpornost/majhna velikost) in so cenejši.
Debeli filmski upori imajo hitrejši frekvenčni odziv, podobno kot tanki filmski upori in upori s folijo, vendar so med različnimi tehnologijami uporov debeli filmski upori najbolj hrupni. Če se uporablja v manj natančnih aplikacijah, bodo razpravljali in se široko uporabljali debeli filmski upori v različnih vrstah vezij, vključno z manj natančnimi deli visoko natančnih vezij.
Debel film se na stekleni matrici zanaša na stik z delci in delci, da tvori odpornost. Te kontaktne točke tvorijo celoten upor. Vendar pa te delce med uporabo upora blokirajo s toplotnim stresom. Ker imajo veliko vzporednih poti, pot odpornosti ne bo pokvarjena. Vendar pa se bo vrednost upora sčasoma povečala in s tem, ko se temperatura dvigne. Zato debeli filmski upori niso tako stabilni kot druge uporne tehnologije.
Struktura delcev pomeni tudi, da imajo debeli filmski upori visok koeficient hrupa, saj združevanje in sproščanje gibanja uporovnih elektronov skozi to strukturo ustvarja razmeroma velik hrup. Za dani velikosti upor, višja je vrednost upora in nižja je vsebnost kovine, večji je hrup in manj stabilen je. Steklena struktura debelih filmskih uporov tvori stekleni zaščitni premaz, ki zaščiti upor med predelavo, zaradi česar je tudi debeli filmski upori bolj odporni na vlago kot tanki filmski upori.
Z nenehnim izboljševanjem debelih filmskih uporov je najbolj natančna tehnologija debelega filmskega upora dosegli temperaturni premik ± 5ppm/ stopinje in celo z uporabo več debelih čipov iz folije, ki lahko medsebojno kompenzirajo, lahko sčasoma doseže temperaturni premik ± 2ppm/ stopinje. Njegova najvišja natančnost lahko doseže tudi ± 0. 01%. Natančni debeli filmski upori so glavna tehnologija v aplikacijah z visoko napetostjo, visoko odpornostjo in visoko natančnostjo. Slabost debelih filmskih uporov je, da je težko doseči visoko natančnost in nizko temperaturno premik v delu z nizkim uporom, indeks hrupa ni dober, dolgoročna stabilnost pa je na splošno slabša od drugih natančnih uporov.