Eingebettete Widerstände: Quadrate, Trimmen und wann es sich lohnt

Das gesamte Design ist eine Abteilung

Ein eingebetteter Widerstand ist ein Stück Widerstandsfolie, das in die Platine einlaminiert ist. Sein Widerstand ist der Schichtwiderstand mal der Anzahl der Quadrate:

$L/W$ ist die Quadratzahl und sie ist dimensionslos — ein Widerstand von 4 mm mal 1 mm und ein Widerstand von 40 mm mal 10 mm haben den gleichen Widerstand. Die Größe bestimmt die Belastbarkeit und die Toleranz, nicht den Wert.

Für ein 100-Ω-Target auf einer 25 Ω/sq-Nickel-Phosphor-Folie mit einer Breite von 1 mm: 4 Quadrate, also 4 mm lang. Dieses Element nimmt 4 mm² ein und verarbeitet etwa 100 mW.

Trimmen und warum designt man niedrig

Die Toleranz im Originalzustand der eingebetteten Folie liegt bei etwa ±10%. Das ist in Ordnung für einen Pulldown und nutzlos für alles, was eine Verstärkung oder eine Referenz festlegt.

Das Lasertrimmen behebt das Problem. Sie schneiden in das Element und verengen den Strompfad, wodurch der Widerstand erhöht wird. Das Trimmen kann nur in eine Richtung erfolgen, daher muss das Design unterhalb des Sollwerts beginnen:

• Baulänge 3,6 mm, was einer Vorverkleidung von 90 Ω entspricht
• Auf das 100-Ω-Ziel trimmen
• Die Toleranz nach dem Trimmen liegt bei etwa ±5% und wird bei längerer Trimmzeit enger

Die in diesem Beispiel zulässige Zuschneidehöhe von 10% entspricht der Kopffreiheit. Zu wenig und ein Teil mit niedriger Seite kann das Ziel nicht erreichen; zu viel und du verbringst Laserzeit auf jedem Board und erleidest einen größeren Toleranzverlust durch den Trimmschnitt selbst.

Wo der Wert tatsächlich ist

Bei eingebetteten Widerständen fallen die Kosten selten pro Widerstand an. Diskrete 0402-Geräte sind außergewöhnlich billig und werden am Fließband für den Bruchteil eines Cents verkauft.

Der Fall ist:

Dichte. Gewinnung von Fläche unter einem dichten BGA, bei dem in der Nähe der Pins kein Platz für ein Terminierungsnetzwerk ist. Induktivität. Ein vergrabener Widerstand, der direkt im Schichtstapel sitzt, hat eine weitaus geringere parasitäre Induktivität als ein 0402 mit zwei Lötstellen und zwei Fanout-Durchkontaktierungen. Bei einem Reihenanschluss an einer schnellen Kante ist dieser Unterschied entscheidend — der Anschluss ist nur so gut wie seine parasitären Verbindungen. Zuverlässigkeit. Keine Lötstellen bedeuten, dass keine Lötstellen ausfallen. Bei Geräten mit hoher Zuverlässigkeit und starken Vibrationen ist das Entfernen von Hunderten von Lötstellen aus der Baugruppe eine deutliche Reduzierung der Ausfallursachen. Zählt. Eine Platine mit 200 identischen Anschlüssen amortisiert die Prozesskosten in einer Weise, wie dies bei einer Platine mit 12 Anschlüssen niemals der Fall ist.

Was kostet dich das

Eine Laminatentscheidung. Beim eingebetteten Widerstandsmaterial handelt es sich um eine Spezialfolie, die von Anfang an im Stapel enthalten sein muss. Es kann nicht später hinzugefügt werden, und es schränkt ein, welche Hersteller die Platine herstellen können. Leistung des Schaltschranks. Ein ausgefallener eingebetteter Widerstand kann nicht nachbearbeitet werden. Bei einem diskreten Design wird ein defekter Widerstand entlötet und ersetzt. Bei einem eingebetteten Design besteht das Panel aus Schrott. Dieses Risiko ist in jedem Angebot enthalten. Keine Änderungen. Eine Wertänderung an einem diskreten Widerstand ist eine STL-Bearbeitung. Bei einem eingebetteten Widerstand handelt es sich um einen neuen Aufbau, ein neues Design und neue Werkzeuge. Das allein schließt alles aus, was sich noch im Wandel befindet. Testen. Die Widerstände sind nach dem Laminieren nicht zugänglich. Daher hängt die Überprüfung von Testgutscheinen und der Prozesskontrolle des Herstellers ab und nicht von der direkten Messung des von Ihnen gelieferten Teils.

Materialauswahl

Nickel-Phosphor ist das ideale Werkzeug. Es ist in einer Reihe von Schichtwiderständen erhältlich, wobei 25 Ω/sq und 100 Ω/sq die üblichen Werte sind. Es lässt sich gut schneiden und hat einen angemessenen Temperaturkoeffizienten.

Tantalnitrid bietet einen viel besseren Temperaturkoeffizienten und eine viel bessere Langzeitstabilität — und das bei höheren Kosten — die Wahl, wenn der Widerstand eine präzise Übertemperatur einstellt.

Bei den Optionen Kohlenstoff und Dickschicht werden wesentlich höhere Schichtwiderstände erreicht. Das ist wichtig, wenn für einen hohen Wert andernfalls eine unpraktische Quadratzahl erforderlich wäre. Ein 100-kΩ-Widerstand bei 25 Ω/sq benötigt 4000 Quadrate. Das ist kein Widerstand, sondern ein Labyrinth.

Diese Quadratzahlarithmetik ist die praktische Einschränkung des Wertebereichs. Eingebettete Widerstände haben einen bequemen Betrieb zwischen zehn Ohm und einigen Kiloohm. Abgesehen davon macht die Geometrie keinen Sinn mehr.

Anleitung

Nur für stabile Konstruktionen. Wenn sich der Wert ändern könnte, verwenden Sie einen diskreten Wert. Prüfen Sie frühzeitig die Quadratzählung. Wenn sie unter 0,5 oder über etwa 100 liegt, wählen Sie einen anderen Schichtwiderstand, anstatt die Geometrie zu verzerren. Achten Sie auf die Leistungsdichte. Eingebettete Folie hat keinen Konvektionspfad — Wärme wird nur durch Wärmeleitung in das Laminat abgegeben. Bei der flächenabhängigen Leistungsbegrenzung handelt es sich nicht um eine konservative Polsterung. Achten Sie auf ein korrektes Seitenverhältnis. Sehr lange, dünne Elemente sind anfällig für Ätzschwankungen über ihre Länge. Sehr kurze, breite Elemente werden von Endeffekten an den Enden dominiert.

Der Embedded Resistor Calculator berechnet Quadratzahl, physikalische Länge, Sollwert, Fläche, Leistungsbegrenzung sowie getrimmte und ungetrimmte Toleranzen für die gängigen Folienmaterialien.