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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□×LWR = R_{\square} \times \frac{L}{W}
R— Resistance (Ω)
R_□— Sheet resistance of resistive film (Ω/□)
L— Resistor length (mm)
W— Resistor width (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 Schichtwiderstand 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 bei 25—100 Ω/□ mit einer Ätztoleranz von ± 10%, Tantalnitrid (TaN) bei 25—100 Ω/□ mit einer Toleranz von ± 5% und Chrom-Siliziumoxid (CrSiO) bei 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 100-Ω-Target mit einer Toleranz von 10% wird bei 90 Ω entworfen, was 3,6 Quadrate (bei 25 Ω/□) anstelle von 4,0 erfordert.

Bearbeitetes Beispiel

Gegeben: Zielwiderstand = 100 Ω, NiP-Material (25 Ω/□), Widerstandsbreite = 1,0 mm, Trimmzugabe = 10% Schritt 1: Anzahl der Quadrate für das Ziel Nsquares= fracRtargetRsheet= frac10025=4,0N_ {squares} =\ frac {R_ {target}} {R_ {sheet}} =\ frac {100} {25} = 4,0 Quadrate Schritt 2: Widerstandslänge für das Ziel L=NQuadrate malW=4,0 mal1,0=4,0L = N_ {Quadrate}\ mal W = 4,0\ mal 1,0 = 4,0 mm Schritt 3: Konstruktionswiderstand (vor der Verkleidung) REntwurf=RZiel times(1− fractrim%100)=100 mal0,90=90R_ {Entwurf} = R_ {Ziel}\ times (1 -\ frac {trim\%} {100}) = 100\ mal 0,90 = 90 Ω Schritt 4: Entwurfsgeometrie Ndesign= frac9025=3,6N_ {design} =\ frac {90} {25} = 3,6 Quadrate Ldesign=3,6 mal1,0=3,6L_ {design} = 3,6\ mal 1,0 = 3,6 mm Schritt 5: Handhabung der Stromversorgung

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

Pmax=4,0 mal25=100P_ {max} = 4,0\ mal 25 = 100 mW Schritt 6: Toleranz ohne Trimm

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

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

Praktische Tipps

  • ✓Verwenden Sie 25 Ω/□ NiP für den Bereich 10—500 Ω, 100 Ω/□ für 100—2000 Ω und 1000 Ω/□ CrSiO für 1k—50k Ω, um Seitenverhältnisse 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

Der praktische Bereich hängt vom Material ab: NiP bei 25 Ω/□ verarbeitet 5—2500 Ω (0,2—100 Quadrate). CrSiO bei 1000 Ω/□ verarbeitet 1k—100 K Ω. Unter 5 Ω sind extrem breite Geometrien erforderlich; über 100 k Ω sind unpraktische Serpentinenmuster erforderlich.
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.
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.
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.
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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