Резисторы поверхностного монтажа | Электронные компоненты. Дистрибьютор, интернет-магазин – Transfer Multisort Elektronik

Резисторы SMD Резистор — один из наиболее широко применяемых пассивных элементов, без которого разработка любой электронной схемы практически невозможна. Он используется в качестве основного компонента фильтров или делителей напряжения, среди прочего, поскольку позволяет устанавливать токи, а также разность электрических потенциалов на определенных путях прохождения сигнала. сопротивление выражается в омах[Ом]. Ограничение тока, протекающего через проводник, влечет за собой потерю мощности, а энергия рассеивается в виде тепла. По закону Ома эта мощность прямо пропорциональна разности напряжений, возникающих на концах проводника, а также протекающему по нему току. В большинстве приложений цифровой электроники принятие во внимание только значения сопротивления данного резистора является вполне допустимым предположением. Для продвинутых приложений, особенно для очень высоких значений частот колебаний тока в цепи 1ГГц и выше, также может оказаться важным учитывать внутреннюю, так называемую паразитную индуктивность и емкость компонента, так как они могут существенно изменить его природа. Это вопрос, связанный с эквивалентной схемой резистора, в которой учитываются все три параметра (электрическое сопротивление, емкость и индуктивность). Однако в подавляющем большинстве приложений имеет значение только сопротивление, так как двумя другими значениями обычно можно пренебречь. Резисторы – способы монтажа Резисторы, как и большинство других электронных компонентов, бывают двух типов: для сквозного монтажа (THT) и для поверхностного монтажа (SMD). Последние становятся все более популярными, особенно в современных электронных схемах, так как их размеры намного меньше и, следовательно, их можно размещать на печатных платах гораздо плотнее. SMD резисторы , в отличие от резисторов для сквозного монтажа, не припаяны к луженому отверстию в плате. Вместо этого они припаяны к площадке, не покрытой паяльной маской, то есть к открытому пятну меди на поверхности печатной платы. Это облегчает процесс проектирования двусторонних плат с электронными компонентами и дорожками как на верхней, так и на нижней поверхностях. Маркировка резисторов SMD Маркировка резисторов SMD , в отличие от резисторов для сквозного монтажа, которые обычно маркируются от 3 до 6 цветными полосами, имеют печатный код, обычно состоящий из 3 или 4 цифр. Научиться читать их без дополнительного вспомогательного материала не должно быть трудным, однако в Интернете можно легко найти специальные калькуляторы, а также приложения, которые преобразуют код резистора SMD в соответствующее числовое значение сопротивления компонента, что помогает предотвратить ошибки и упрощает работу. с этими мелкими компонентами проще. Резистор SMD – типоразмеры Резисторы SMD имеют относительно небольшие размеры, однако их упаковки (корпуса) стандартизированы и выполнены по соответствующей серии. Здесь следует упомянуть, что они могут быть обозначены в метрических или имперских единицах. Например, очень распространенный размер упаковки 0603 доступен в обоих вариантах, что иногда может сбивать с толку. Однако чаще всего используются маркировки в имперских единицах. Первые две цифры соответствуют длине компонента (например, 0,06 дюйма), а следующие две указывают его ширину (например, 0,03 дюйма). Наиболее популярные размеры включают 0201, 0402, 0603, 0805, 1206 и 2512. Резисторы также могут поставляться в цилиндрических корпусах, например, minimelf 0204 или melf 0207. Вы также можете найти 9 резисторов.0008 Мощные резисторы SMD заключены в более крупные корпуса, которые менее распространены для резисторов и способны рассеивать и выделять в окружающую среду значительно больше тепла. Как правильно выбрать резистор SMD? Сопротивление Правильный выбор резистора должен, прежде всего, зависеть от его основного параметра, значения электрического сопротивления. Резисторы можно соединять последовательно или параллельно, чтобы получить значение сопротивления, необходимое для данного проекта. Номинальная мощность Другим параметром, который необходимо учитывать, является номинальная мощность. Как уже было сказано, она очень сильно зависит от размера упаковки, так как позволяет выделяемому на ее поверхности теплу отводиться в окружающую среду. Эта мощность, выраженная в ваттах [Вт], может быть рассчитана как произведение среднего тока, протекающего через резистор, и разности напряжений на его концах. Если вы выберете резистор со слишком низкой для условий в цепи номинальной мощностью, он, несомненно, рано или поздно сгорит и вызовет сбой в электронной системе. Самые популярные номиналы мощности на Резисторы SMD имеют мощность 0,1 Вт, 0,125 Вт, 0,25 Вт, 0,5 Вт и 1 Вт, хотя существуют также резисторы с промежуточными значениями, а также значениями выше/ниже перечисленных. В случае маломощных сигнальных цепей этот параметр может быть даже незначительным. В таком случае большее значение может иметь миниатюризация конечного продукта и, следовательно, выбор пассивных компонентов в минимально возможных корпусах. Максимальное рабочее напряжение Максимальное рабочее напряжение, которое представляет собой максимальное напряжение, которое можно приложить к концам резистора, не опасаясь пробоя и необратимого повреждения самого резистора, а также других компонентов электронной схемы, также может оказаться очень важным. Это может оказаться особенно опасным при работе с напряжением 230 В переменного тока, питаемым от бытовой электросети. Последним из наиболее важных параметров, указываемых производителями электрических резисторов, является их допуск, который определяет, насколько точно номинальное сопротивление соответствует фактическому сопротивлению, которое можно измерить с помощью подходящего измерительного прибора. Это может варьироваться от 0,1% до 10%, при этом наиболее популярными резисторами являются резисторы с точностью 1% и 5%. Эта информация может иметь большое значение в случае построения, например, резисторных делителей, где необходимо получить очень точное предполагаемое значение напряжения на выходе, или в случае различных типов измерительных систем. Температурный коэффициент В более сложных приложениях температурный коэффициент также может быть важным параметром. Он определяет, как значение электрического сопротивления данного резистора изменяется в ответ на изменение его температуры. Это колебание может быть результатом рассеивания мощности в виде тепла, но также будет косвенно зависеть от температуры окружающей среды, а также от метода охлаждения, применяемого в целевой системе. Этот коэффициент обычно выражается в частях на миллион на градус Цельсия [частей на миллион/°C]. Также стоит понимать, что резисторы SMD изготавливаются с использованием различных технологий, поэтому мы можем различать следующие типы резисторов: проволочные, металлическая пленка, металлическая глазурь, силовой металл, тонкопленочные, углеродные пленки и самые популярные, толстопленочные резисторы.

11 мифов о маломощных шунтирующих SMD-резисторах

Что вы узнаете:

• Как и почему субмиллионные микросхемы заслуживают рассмотрения в качестве отдельного класса компонентов.
• Стратегии интеллектуального выбора компонентов, компоновки, проверки и контроля процесса пайки.

Несмотря на то, что резисторы с низким омическим сопротивлением могут встречаться в типичной ведомости материалов наряду со стандартными чип-резисторами, они создают уникальные проблемы на каждом этапе проектирования и производственного процесса. Развенчание этих мифов поможет разработчикам лучше понять субмиллиомные характеристики и потребность в специальных знаниях и методах.

1. Легко проверить номиналы несмонтированных резисторов.

Как правило, резисторы — это самые простые компоненты, которые необходимо проверить перед монтажом. Для этого требуется простое измерение омметра с 2-контактными соединениями для более высоких значений и 4-контактными соединениями (Кельвин) для более низких значений или более высокой точности. Но резисторы номиналом около 1 мОм или меньше требуют специального оборудования и большой осторожности при креплении (рис. 1) .

Сама измерительная система должна быть способна измерять омические значения в диапазоне от 100 мкОм до 1 мОм с уровнем погрешности, который мал по сравнению с допуском компонента. Этого можно добиться с помощью специального микроомметра или отдельного программируемого источника тока и милливольтметра. Термический дрейф может быть проблемой, поэтому рекомендуется оставить измерительную систему не менее чем на час между включением и использованием.

Но часто упускают из виду крепление. Ручное зондирование просто не даст необходимой точности. Таким образом, приспособление необходимо для обеспечения того, чтобы наконечники датчиков находились на расстояниях по осям X и Y, указанных в техническом описании или иным образом рекомендованным производителем. Схема контакта пробника должна располагаться по центру компонента — отклонение от центра в направлении X или Y повлияет на схему протекания тока и, следовательно, на показания сопротивления.

Приспособление требует технического обслуживания для замены изношенных наконечников зонда и предотвращения смещения. Следует провести исследование повторяемости и воспроизводимости, чтобы убедиться, что изменение измерений при повторном использовании и альтернативных пользователях является приемлемым.

2. Наконечники сильноточных пробников лучше всего подходят для токовых контактов.

Хотя обычно используются измерительные токи в диапазоне от 5 до 10 А, представляется целесообразным использовать сильноточный пружинный щуп для токовых соединений. Тем не менее, такие щупы, как правило, достигают своего низкого контактного сопротивления за счет наличия нескольких точек контакта с контактной поверхностью, обычно в форме круглого кольца или звезды.

На рис. 2A показано, как такой датчик имеет непредсказуемые и переменные места контакта. Они могут различаться при каждом применении пробников, что приводит к небольшим, но значительным изменениям направления тока, протекающего через компонент.

Это, в свою очередь, приводит к изменению измеренного значения сопротивления. По этой причине рекомендуется использовать одиночные остроконечные щупы для тока, а также для сенсорных контактов (рис. 2B) . Он устанавливает точно определенный ток, протекающий через компонент, и воспроизводимые измерения сопротивления.

Если требования к току просто слишком высоки, чтобы можно было использовать одиночные остроконечные щупы, то можно использовать два щупа для каждого токового соединения. Эта шестипроводная схема (рис. 2C) имеет дополнительное преимущество, заключающееся в создании симметричной схемы протекания тока, более близкой к той, что наблюдается при работе на печатной плате.

3. Токовые контакты прямо или по диагонали не имеют значения.

Также следует учитывать формат подключения; обычно токовые контакты находятся на одной стороне микросхемы, а контакты измерения напряжения — на другой (рис. 3А) . Также можно использовать формат кроссовера (фиг. 3B) , и для заданного набора расстояний между точками местоположения это приведет к более низкому показанию омического значения. Это становится ясно, когда мы рассматриваем, как диагональный путь течения тока может быть разделен на продольную и поперечную составляющие (фиг. 3С) .

Продольная составляющая связана с большей частью падения напряжения, которое воспринимается сенсорными клеммами с ожидаемой полярностью. Но боковая составляющая, которая приводит к меньшему падению напряжения, улавливается измерительными клеммами с обратной полярностью и, следовательно, уменьшает измеряемое значение.

4. Площадка и дорожка печатной платы имеют простую конструкцию.

Компоновка печатной платы вокруг резистора с очень низким значением имеет решающее значение для ее производительности. Наиболее важным аспектом этого является тот факт, что для формирования соединения Кельвина должны быть предусмотрены четыре, а не две дорожки, даже если сам компонент имеет только две клеммы.

Цель состоит в том, чтобы свести к минимуму токопроводящий путь, общий для пути тока и контура измерения напряжения (рис. 4A) , что увеличило бы как эффективное омическое значение, так и TCR смонтированной детали. Этого можно достичь путем соединения дорожек считывания напряжения с внутренними краями контактных площадок (фиг. 4B) припоя.

Вы также можете сделать еще один шаг и отделить контактные площадки датчика напряжения от контактных площадок пути тока, чтобы сами паяные соединения также были удалены из общего пути (фиг. 4C)

. С помощью этого метода можно приблизиться к точности, полученной от настоящего 4-контактного резистора.

Еще один источник ошибки, связанный с большими токами переменного или изменяющегося постоянного тока, связан с цепью измерения напряжения, связанной с изменяющимися магнитными полями. Это может индуцировать шумовой сигнал, наложенный на желаемый сигнал считывания напряжения.

Чтобы уменьшить его, необходимо свести к минимуму площадь контура, содержащегося в измерительном резисторе, двух дорожках измерения напряжения и входе измерительной цепи. Это означает, что схема считывания должна находиться как можно ближе к резистору считывателя, а дорожки считывания напряжения должны располагаться близко друг к другу. Хороший способ сделать эти дорожки особенно близкими — наложить их на разные слои печатной платы.

5. Вы можете легко соединить шунты параллельно для более низких значений или более высоких номиналов.

Разработчики иногда вынуждены использовать более одного токоизмерительного резистора, подключенного параллельно, либо для обеспечения высокой мощности или перенапряжения, либо для достижения сопротивления ниже минимально доступного. Это возможно, но непросто, и требует тщательного проектирования макета. Резисторы могут быть подключены параллельно с подключением по напряжению только к одному из резисторов, при условии, что расположение дорожек обеспечивает равномерное распределение тока между всеми резисторами.

Например, место на трассе тока, где расположены резисторы, должно быть свободно от изгибов или сужений, которые могут повлиять на распределение плотности тока (рис. 5A) . Цель состоит в том, чтобы общее сопротивление дорожки последовательно с каждым резистором было одинаковым (рис. 5B) и Ом, чтобы измеряемый резистор пропускал требуемую часть общего тока.

Кроме того, это гарантирует, что доля общего тока, проходящего через измеряемый резистор, не зависит от температуры. Это может произойти при неравном последовательном сопротивлении дорожек из-за высокого TCR медных дорожек печатной платы.

6. Установленное значение будет равно неустановленному измерению.

Значение сопротивления в неустановленном состоянии, измеренное в соответствии с указаниями производителя, может все же отличаться от значения, полученного при установке детали на рекомендуемую компоновку контактных площадок. Это происходит по двум причинам.

Во-первых, ток, протекающий через резистор, не будет таким же при использовании одного или двух точечных контактов на каждой клемме, как при использовании паяного соединения, которое соединяется с большей частью нижней контактной поверхности. Во-вторых, разделение по напряжению для неустановленных измерений должно быть несколько больше, чем теоретически возможное минимальное значение, что обеспечивает допуск в расположении щупов относительно резистора. Напротив, для смонтированной детали паяные соединения, чувствительные к напряжению, всегда будут соединяться с самыми внутренними точками контактных поверхностей.

По этим причинам мы можем сказать, что два стандартных метода позволяют измерять омические значения субмиллиомных резисторов. Во-первых, необходимо установить деталь на тестовую печатную плату, соединенную по шкале Кельвина, что является окончательным способом определения омического значения. Во-вторых, использовать пробные соединения, как описано ранее. Кроме того, определите стандартное монтажное смещение, обычно отрицательное, которое суммируется с измеренным значением датчика, чтобы указать прогнозируемое установленное значение:

Монтажное смещение = установленное значение – значение, полученное с помощью датчика

Это смещение зависит от размеров клемм, которые, в свою очередь, могут зависеть от номинального сопротивления. Поэтому его следует рассматривать как специфический для продукта.

7. TCR сплава сопротивления является хорошим ориентиром для TCR шунта.

В спецификациях маломощных шунтирующих резисторов могут быть указаны два значения TCR. Один относится к резистивному сплаву TCR и обычно находится в диапазоне от ±10 до ±40 ppm/°C. Другой – это фактический TCR компонента с учетом вклада медных выводов.

Эти два рисунка одинаковы только для истинного шунта Кельвина, в котором путь тока и петля считывания напряжения разделены на концах и встречаются только внутри элемента сопротивления. Такая конструкция является относительно дорогостоящей, поэтому в большинстве случаев фактический ТКС шунта больше по величине, чем ТКС сплава сопротивления. Он также зависит от омического значения, увеличиваясь по мере его падения.

Например, для 500 мкОм типичным является TCR шунта в диапазоне от ±100 до ±400 ppm/°C, что в 10 раз больше, чем TCR резистивного сплава. Если в таблице данных указано только одно значение TCR, это должен быть шунтирующий TCR. При сравнении продуктов очень важно знать, какое определение TCR применимо к каким цифрам.

8. При правильной компоновке монтаж шунта не повлияет на его ТКС.

Уже была описана важность компоновки с правильной конфигурацией Кельвина для достижения минимального TCR. Но толщина припоя в готовом паяном соединении также имеет прямое отношение как к установленному омическому значению, так и к TCR. Это связано с тем, что вертикально разрешенная составляющая тока через паяное соединение (рис. 6А) находится на общем пути с контуром измерения напряжения, который соединяется с верхней поверхностью медной контактной площадки печатной платы. Отсюда следует, что увеличенная толщина припоя (рис. 6B) увеличит установленное значение и связанный с ним TCR.

Эта чувствительность к толщине паяного соединения может быть снижена за счет использования деталей с выводами большой площади. Такие конструкции направлены в первую очередь на снижение теплового сопротивления печатной платы, но снижение чувствительности к толщине припоя является дополнительным преимуществом. Кроме того, чувствительность также может быть устранена путем выбора шунта с 4 выводами. Это не обязательно должен быть истинный шунт Кельвина, потому что соединение между током и петлей измерения напряжения может быть выполнено в концевом медном проводе.

9. Повышение температуры шунта равно тепловому импедансу, умноженному на мощность.

Для обычного резистора легко рассчитать повышение температуры горячей точки при заданной рассеиваемой мощности. Это просто тепловое сопротивление детали в °C/Вт, умноженное на тепловыделение в Вт. Его можно добавить к температуре окружающей среды, чтобы получить абсолютную температуру горячей точки.

Ситуация для резисторов с очень малым значением более сложная, поскольку значительное рассеяние на шунте подразумевает значительные уровни тока в дорожках печатной платы. Это означает, что сами дорожки печатной платы будут способствовать общему повышению температуры.

Если возможно установить повышение температуры дорожки, то это можно добавить, чтобы получить фактическую температуру горячей точки. Однако, если подробное тепловое моделирование недоступно, может потребоваться его определение эмпирическим путем. Но это необходимо как-то учитывать, иначе максимальная температура будет занижена, что повлияет как на тепловой расчет, так и на точность расчетов.

10. Измеренное напряжение будет равно нулю, если ток не течет.

Закон Ома представляет идеальный резистор с током, прямо пропорциональным напряжению. Все резисторы отклоняются от линейности из-за конечного TCR, но в частях с очень низким омическим значением кривая напряжение-ток может даже не проходить через начало координат. Чип-резистор с металлическим элементом с медными выводами содержит как минимум две границы между разнородными металлами. Они действуют как термопары и генерируют термоэлектрическое напряжение в присутствии температурного градиента (рис. 7) .

Теперь эти термопары соединены последовательно и из-за симметрии компонента имеют противоположную полярность, когда сам резистивный элемент является основным источником тепла. В результате, если распределение температуры по резистору микросхемы симметрично, любые генерируемые термоэлектрические напряжения будут нейтрализованы (рис. 7A) .

Однако может быть асимметрия из-за внешнего воздействия источника тепла (рис. 7Б) или радиатора (фиг. 7C) соответственно. Это приводит к конечному значению V1 − V2, которое суммируется с измеренным измерительным напряжением и создает источник ошибки. В частности, это может дать ложное указание на протекание тока, когда токи равны или близки к нулю.

11. Маломощный SMD-шунт — это «просто еще один резистор».

К настоящему моменту должно быть очевидно, что, хотя он может быть указан рядом со стандартными чип-резисторами в спецификации, шунт SMD 0,5 мОм, например, требует специальных знаний и методов на каждом этапе проектирования и производства. процесс. Это включает в себя выбор компонентов, проектирование компоновки, проверку поступающих компонентов и контроль процесса пайки.