PCB

Integrierter Widerstandsrechner

Berechnen Sie die Geometrie für eingebettete Leiterplattenwiderstände anhand des Zielwiderstands und des Schichtwiderstands. Unterstützt NiP-, TaN-, CrSiO- und Kohlenstoffmaterialien.

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Formel

R = R_{\square} \times \frac{L}{W}

R— Widerstand (Ω)

R_□— Schichtwiderstand des Widerstandsfilms (Ω/□)

L— Länge des Widerstands (mm)

W— Breite des Widerstands (mm)

Wie es funktioniert

Eingebettete Widerstände sind dünne Widerstandsfilme, die während der Herstellung in die inneren Schichten der Leiterplatte laminiert werden. Der Widerstand folgt der fundamentalen Beziehung R = R_sheet × (L/W), wobei R_sheet der Flächenwiderstand in Ohm pro Quadrat und L/W die Anzahl der Quadrate ist. Ein „Quadrat“ ist ein beliebiges Rechteck mit gleicher Länge und Breite — ein Quadrat von 1 × 1 mm hat den gleichen Widerstand wie ein Quadrat von 10 × 10 mm aus demselben Material.

Zu den üblichen Widerstandsmaterialien gehören Nickel-Phosphor (NiP, Marke Ohmega-Ply), erhältlich mit einer Toleranz von 25—100 Ω/□ mit einer Ätztoleranz von ± 10%, Tantalnitrid (TaN) mit einer Toleranz von 25—100 Ω/□ mit einer Toleranz von ± 5% und Chrom-Siliziumoxid (CrSiO) mit 250—1000 Ω/□ für hochwertige Widerstände. Durch das Laserschneiden nach der Fertigung kann die Toleranz auf ±1— 2% verringert werden, indem eine serpentinenförmige Schnittfuge in die Folie geschnitten wird.

Bei der Konstruktion kommt es vor allem darauf an, dass durch das Lasertrimmen nur der Widerstand erhöht werden kann — es wird Material abgetragen. Daher werden eingebettete Widerstände so konstruiert, dass sie 10— 20% unter dem Zielwert liegen, und dann zugeschnitten. Die Trimmzugabe bestimmt direkt die Entwurfsgeometrie: Ein Sollwert von 100 Ω mit einem Toleranzwert von 10% wird bei 90 Ω, entworfen, was 3,6 Quadrate (bei 25 Ω/□) ) anstelle von 4,0 erfordert.

Rechenbeispiel

Gegeben: Zielwiderstand = 100 Ω, NiP-Material (25 Ω/□), Widerstandsbreite = 1,0 mm, Trimmzugabe = 10% Schritt 1: Anzahl der Quadrate für das Ziel

N_{squares} = \frac{R_{target}}{R_{sheet}} = \frac{100}{25} = 4.0

Quadrate Schritt 2: Widerstandslänge für das Ziel

L = N_{squares} \times W = 4.0 \times 1.0 = 4.0

mm Schritt 3: Konstruktionswiderstand (Vorverkleidung)

R_{design} = R_{target} \times (1 - \frac{trim\%}{100}) = 100 \times 0.90 = 90

Ω Schritt 4: Entwurfsgeometrie

N_{design} = \frac{90}{25} = 3.6

Quadrate

L_{design} = 3.6 \times 1.0 = 3.6

mm Schritt 5: Handhabung der Stromversorgung

Fläche = 1,0 × 4,0 = 4,0 mm². NiP-Leistungsdichte = 25 mW/mm².

P_{max} = 4.0 \times 25 = 100

mW Schritt 6: Toleranz ohne Verkleidung

Geätzter NiP: ± 10% Mit Laserbeschnitt: ± 5% (halbiert, auf 5% begrenzt).

Ergebnis: Entwerfen Sie einen 3,6 × 1,0 mm großen Widerstand und schneiden Sie ihn dann per Laser auf 100 Ω. Max. 100 mW Verlustleistung ab.

Praktische Tipps

✓Verwenden Sie 25 Ω/□ nip für den Bereich 10—500 Ω 1 , 100 Ω/□ für 100—2000 Ω, und 1000 Ω/□ CrSiO für 1k—50k Ω , um das Seitenverhältnis zwischen 0,5:1 und 10:1 zu halten
✓Die Mindestbreite sollte das 10-fache der Ätztoleranz betragen — für eine Ätzung von ±0,025 mm ist eine Breite von ≥ 0,25 mm zu verwenden
✓Platzieren Sie eingebettete Widerstände auf internen Schichten, die von der Platinenoberfläche entfernt sind, um mechanische Belastungen durch das Löten von Komponenten zu vermeiden
✓Geben Sie in der Fertigungszeichnung immer die Zuschneidezugabe an — das Fertigungsunternehmen muss den Versatz zwischen Konstruktion und Ziel kennen
✓Verwenden Sie für Präzisionsanwendungen (< ± 1%) TaN-Material und geben Sie in den Fertigungshinweisen einen Laserbeschnitt von 100% an

Häufige Fehler

✗Auf den exakten Sollwert ausgelegt — durch Trimmen kann der Widerstand nur erhöht werden. Daher muss der fabrizierte Widerstand unter dem Sollwert liegen, damit er nachgetrimmt werden kann
✗Verwendung einer zu schmalen Widerstandsbreite — die Ätztoleranz (typischerweise ±0,025 mm) wirkt sich bei schmalen Widerständen proportional stärker aus und erhöht die Variation
✗Seitenverhältnis von über 10:1 ohne serpentinenförmige Anordnung — lange, dünne Widerstände sind empfindlich und neigen dazu, bei Temperaturwechseln zu Rissen
✗Ignorieren des Temperaturkoeffizienten — NiP hat einen TCR von +50—100 ppm/°C; ein 100 Ω -Widerstand verschiebt sich um 0,5% von 25 °C auf 75 °C

Häufig gestellte Fragen

Welchen Widerstandsbereich können eingebettete Widerstände erreichen?

Die praktische Reichweite hängt vom Material ab: NiP bei 25 Ω/□ fasst 5—2500 Ω (0,2—100 Quadrate). CrSiO bei 1000 Ω/□ verarbeitet 1k-100k Ω. Unter 5 Ω erfordert extrem breite Geometrien; über 100k Ω erfordert unpraktische Serpentinenmuster.

Wie ist die Toleranz eingebetteter Widerstände im Vergleich zu diskreten SMD?

Im geätzten Zustand: ±10— 20% (schlechter als ein diskreter Wert von 5%). Nach dem Lasertrimmen: ±1— 2% (vergleichbar mit präzisen, diskreten Dünnschichtprodukten). Der Vorteil ist der Wegfall von Lötstellen, die geringere parasitäre Induktivität und die Einsparung von Platinenfläche.

Können eingebettete Widerstände mit hohen Frequenzen umgehen?

Ja — eingebettete Widerstände haben eine extrem niedrige parasitäre Induktivität (< 0,1 nH) im Vergleich zu diskreten Widerständen (0,5—2 nH). Dadurch eignen sie sich hervorragend für HF-Anschlüsse, Dämpfungsglieder und Bias-Netzwerke bis über 40 GHz.

Was ist der typische Grenzwert für die Leistungsdichte?

NiP: 25 mW/mm². TaN: 50 mW/mm². Kohlenstoff: 10 mW/mm². Diese werden durch den Wärmewiderstand des umgebenden Dielektrikums von der thermischen Grenze der Folie herabgesetzt. Stellen Sie immer sicher, dass der Wärmewiderstand auf Platinenebene die Wärme ableiten kann.

Wie viel kostet die eingebettete Widerstandstechnologie die Leiterplatte?

In der Regel werden 15— 40% zu den Kosten der Basisplatte für die Widerstandsschichtlaminierung hinzukommen, plus 20— 50% mehr, wenn ein Lasertrimmen vorgeschrieben ist. Wirtschaftlich beim Austausch von mehr als 20 Einzelwiderständen (spart Kosten bei der Bestückung, Platinenfläche und Risiko für die Zuverlässigkeit der Lötstelle).

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