高精度抵抗器の性能と適用

抵抗器業界での新しいテクノロジーの開発と使用により、抵抗器のサイズが大幅に削減されました。また、新しい市場の需要により、電子コンポーネントメーカーがパフォーマンスと安定性を向上させる製品を開発するようになりました。さまざまな種類の精密抵抗器の使用がますます広くなるにつれて、精密抵抗器の性能がより重要になります。精密抵抗器の主なパラメーターには、温度係数（TCR）、電力係数（PCR）、長期安定性、抗静止能力（ESD）、熱電気力（EMF）、ノイズなどが含まれます。
システムの全体的なパフォーマンスの改善は、各電子コンポーネントまたはサブシステムを通じて達成されます。全体のパフォーマンスは、回路システムで最も弱いリンクによって決定されます。各コンポーネントは、回路システム全体にパフォーマンスの制限をもたらします。特に、短期の過負荷、長期の安定性、周波数応答、およびノイズ。離散抵抗産業では、4つの一般的な抵抗技術、ワイヤワウンド抵抗器、厚いフィルム抵抗器、薄膜抵抗器、フォイル抵抗器があり、顧客に異なるパフォーマンス要件と異なる予算を備えたソリューションを提供します。
表1は、さまざまな抵抗技術、熱効果、機械的応力、および電気特性の利点と短所を簡単にまとめたものです。
機械的であろうと熱であろうと、ストレスは、抵抗器の電気特性の変化を引き起こします。抵抗器がストレスのために形状、長さ、構成、または分子構造が変化する場合、抵抗器の電気特性も変化します。
電流が抵抗要素を通過すると、自己加熱を生成し、温度の変化により、材料が機械的に拡張または収縮します。理想的な抵抗要素には、これらの現象のバランスを自動的にバランスさせることができます。安定性強化システムは、製造プロセスを通じて抵抗器要素の物理的特性の完全性を維持し、抵抗器の使用中に自己加熱とストレスを補う必要性を排除できます。
さまざまな抵抗技術の特性を比較し、精密回路での各タイプの抵抗器の使用について説明します。
フォイル抵抗器
特別な箔抵抗合金（ニッケル/クロムおよび添加剤）は、熱と機械的ストレスによって引き起こされる応力のバランスをとるために、制御された抵抗を備えた特別なセラミックマトリックスに結合します。抵抗経路パターンは、レーザーがホイル抵抗合金にエッチングされています。このプロセスは、単一の抵抗器技術における低温ドリフト、長期安定性、非誘導性、静電気、低容量、高速熱安定性、低ノイズの重要な特性を一意に組み合わせています。
これらの機能は、回路システムに高い安定性と信頼性をもたらします。抵抗器の精度、安定性、応答速度の間に妥協は考慮されません。正確な抵抗値を取得するために、バルクメタルフォイル金属ホイルはバランスが取れており、内部ショートストリップを選択的に排除します。高い抵抗要件を扱う場合、エリアは既知の抵抗増分で選択的にカットされ、小さなステップで抵抗値を増加させます。
標準温度係数±1 ppm/度0程度+ 60度（+ 60}程度（0。05 ppm/度Z-foil））、ホイル抵抗合金と熱および機械的応力バランスのバランスマトリックス（表1）から得られます。

金属箔面の平行抵抗パス設計は、{{{0}}}。最大静電容量は0.5 pfです。 1-kΩ抵抗の応答時間は、1 ns未満最大100 MHzです。立ち上がり時間は抵抗値によって決定されますが、より高い値または低い値は中間値よりもわずかに遅いだけです。信号コンバーターなど、高速スイッチング回路では特に重要なリンギングはありません。
{1-kΩバルク金属箔のDC抵抗は、次の式を使用して100 MHzでのAC抵抗と比較できます。
AC抵抗/DC抵抗= 1。001
フォイル抵抗技術は、以前は利用できず、望ましい特別な仕様を備えた抵抗器を生成します。これらには、{{0}}}。
良い製品は本当にどれほど良いですか？
もちろん、すべてのサーキットエンジニアの設計が全体的な高性能を必要とするわけではありません。多くのアプリケーションでは、低パフォーマンス抵抗器で十分であるため、答えは4つのカテゴリに分類されます。
1.金属箔抵抗器は、デバイスの全体的な性能を向上させることができます。
2。1つ以上の金属箔抵抗器がデバイスの最高のパフォーマンスを実現できます。
3.金属箔抵抗器は、回路技術の開発を改善し、精密抵抗器の多くの好ましい特性を改善することができます。
4.長期的な考慮事項のために精密抵抗器を使用することを明確に計画しています（たとえば：金属箔抵抗器は、回路の精度を維持するために回路性能をわずかに改善するために高価なデバイスを追加するよりも費用対効果が高くなります）。
たとえば、2番目のカテゴリでは、単一のパラメーターを設計経済全体と比較検討する必要があります。補償回路を削減できるため、より高いパフォーマンス抵抗器を使用するとコストを節約できます（関連するコンポーネントのコストとその設置が節約されます）。抵抗器の精度を改善することは、デバイスを改善するよりも費用対効果が高くなります。これは、デバイスを改善してパフォーマンスを改善することは、精密抵抗よりも高価だからです。
精密ワイヤワウンド抵抗器
ワイヤワウンド抵抗器は、通常、電源ワイヤワウンド抵抗と精密ワイヤワウンド抵抗に分割されます。パワーワイヤワウンド抵抗器は、使用中に大きく変化し、抵抗器の精度性能を必要とするアプリケーションでは使用できません。したがって、パワーワイヤワウンド抵抗器については説明しません。
ワイヤワウンド抵抗器の製造プロセス中、抵抗線の内面（絶縁骨格に近い側面）が絞られ、その外面は張力にさらされます。永続的な変形が発生します。
このプロセスによって引き起こされる変形と、その後のワイヤのアニーリング中は、弾性または可逆的な変形とは対照的に人工的です。予測不可能な永続的な機械的変形は、電気特性とワイヤの抵抗のランダムな変化を引き起こします。その結果、幅広いパフォーマンスパラメーターが生成されます。
ワイヤワウンド抵抗器は、絶縁骨格にワイヤー巻きで作られています。異なる直径と長さのワイヤーは、予測可能な抵抗と特性を提供します。精密ワイヤワウンド抵抗器は、薄膜や厚い膜抵抗器よりも優れた抗運動特性と低いノイズを備えています。ワイヤワウンド抵抗器は、温度ドリフトが低く、安定性が向上しています。
ワイヤワウンド抵抗器は、±0。005％の初期精度を持つことができます。温度ドリフトは、典型的な3 ppm/ degreeの低い場合があります。しかし、低抵抗ワイヤワウンド抵抗器の場合、一般に15 ppm/度は25 ppm/度です。熱ノイズが低く、動作温度範囲外の追跡温度ドリフトも±2 ppm/度に達する可能性があります。ワイヤワウンド抵抗器にはSMDパッケージング製品がないことは明らかです（SMDは成形されておらず、一部の成形表面マウントワイヤワウンド抵抗器はSMD抵抗器ではありません）。
ただし、ワイヤワウンド抵抗器の巻線構造により、ワイヤーワウンド抵抗は誘導性があり、同様の巻線は静電容量を生成します。特別な巻線技術を使用して、抵抗器の使用中の応答時間を改善するためにインダクタンスを減らすことができます。固有の誘導性と容量性の設計により、ワイヤーワウンド抵抗は良好な高周波特性を持っていません。特に50kHzを超えるアプリケーションで。インダクタンスと価格要因により、現在、精密なワイヤワウンド抵抗器が排除されています。
薄膜抵抗器
薄膜抵抗器は、蒸発[1 Angstrom（a）= 10ナノメートル]と同様の方法を使用して、50〜250の抵抗率が50〜250のアンストロムの厚さをセラミック基板に描く膜材料を蒸発させることによって作られます。薄膜抵抗器は、ワイヤーワウンド抵抗やホイル抵抗器よりも、特定の領域でより高い抵抗値を生成する可能性があり、安価です。これにより、薄膜抵抗器は、中程度の精度の高耐性抵抗が必要であり、空間効率が考慮されるアプリケーションでより経済的な選択になります。
薄膜抵抗器は温度に敏感です。フィルムの適切な厚さを選択して、さまざまな抵抗値を生成することができますが、特定のフィルムは特定の抵抗範囲の抵抗器のみを生成できます。したがって、さまざまな厚さのフィルムを使用して、さまざまな抵抗範囲の抵抗器を生成します。
フィルムの安定性は、温度の上昇の影響を受けます。フィルムの老化安定性の変更プロセスは、指定された抵抗値を達成するためのフィルムの厚さに依存するため、抵抗範囲は絶えず変化しています。化学/機械的老化には、温度上昇によって引き起こされる抵抗合金の酸化も含まれます。
適切な厚さのフィルムの温度ドリフトは、抵抗値に悪影響を与える可能性もあります。高耐性薄膜抵抗器は、より大きな劣化率を持っています。フィルムが薄いほど、酸化がより感受性が高くなります。薄膜抵抗器は非常に薄いため、静電気の影響を容易に受けます。
さらに、金属要素の部分は非常に小さくなるため、薄膜抵抗器は、水分によって引き起こされる腐食の影響を非常に受けやすいです。水蒸気が抵抗パッケージを通過すると、不純物をもたらし、化学腐食を発生させ、DC低電圧負荷を適用してから数時間以内に抵抗膜が故障します。
長期の多層膜の堆積、高精度抵抗調整、およびスクリーニング後、最高の精密薄膜抵抗器は、±2ppm/度の温度ドリフトと±0の精度、および良好な長期安定性を達成することもできます。ただし、電力は高くなく、低抵抗の部分はパフォーマンスが低く、反静的ではなく、電力係数は低く、小さなバッチ供給を満たすことは困難であり、異なるバッチの一貫性は良くありません。
厚いフィルム抵抗器
前の議論では、サイズ、包装、重量のためにチップアプリケーションではワイヤワウンド抵抗器を使用できないと説明しました。ワイヤワウンド抵抗器よりも正確ではないアプリケーションでは、厚いフィルム抵抗器には抵抗値が密度が高く、安価であるため、厚いフィルム抵抗器がより一般的に使用されています。
厚いフィルム抵抗器は、薄膜抵抗器やホイル抵抗器と同様に、周波数応答が高速ですが、さまざまな抵抗技術の中で、厚い膜抵抗器が最も騒々しくなります。あまり正確ではないアプリケーションで使用すると、厚い膜抵抗器が議論され、高精度回路の正確な部分を含むさまざまな種類の回路で広く使用されます。
厚いフィルムは、ガラスマトリックス上の粒子間接触に依存して、抵抗経路を形成します。これらの接触点は抵抗全体を形成します。ただし、これらの粒子は、抵抗器の使用中に熱応力によってブロックされます。それらには多くの平行パスがあるため、抵抗経路は壊れません。ただし、抵抗値は時間の経過とともに増加し、温度が上昇するにつれて増加します。したがって、厚いフィルム抵抗器は、他の抵抗技術ほど安定していません。
また、粒子構造は、この構造を通る抵抗電子の凝集と放出の動きが比較的大きなノイズを生成するため、厚い膜抵抗器のノイズ係数が高いことも意味します。特定のサイズの抵抗器の場合、抵抗値が高く、金属含有量が低いほど、ノイズが大きくなり、安定性が低くなります。厚い膜抵抗器のガラス構造は、加工中に抵抗器を保護するためにガラスのような保護コートを形成します。これにより、薄いフィルム抵抗器が薄膜抵抗器よりも湿気に対してより耐性があります。
厚いフィルム抵抗器ペーストの継続的な改善により、最も正確な厚いフィルム抵抗器技術は±5ppm/度の温度ドリフトを達成することができ、互いを補償できる複数の厚いフィルム抵抗器チップを使用することでさえ、最終的に±2ppm/度の温度ドリフトに達することができます。その最高の精度も±0。01％に達することがあります。精密な厚いフィルム抵抗器は、高電圧、高耐性、および高精度アプリケーションの主流技術です。厚いフィルム抵抗器の欠点は、低抵抗部分で高精度と低温のドリフトを達成することが困難であり、ノイズ指数は良くなく、長期の安定性は一般に他の精密抵抗よりも悪いことです。