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PCB

Calculateur de résistance intégré

Calculez la géométrie des résistances intégrées dans les circuits imprimés à partir de la résistance cible et de la résistance de feuille. Supporte les matériaux NiP, TaN, CrSiO et carbone.

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Formule

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)

Comment ça marche

Les résistances intégrées sont de minces films résistifs laminés dans les couches internes des PCB lors de la fabrication. La résistance suit la relation fondamentale R = R_feuille × (L/W), où R_feuille est la résistance de la feuille en ohms par carré et L/W est le nombre de carrés. Un « carré » est un rectangle de longueur et de largeur égales. Un carré de 1 x 1 mm a une résistance identique à celle d'un carré de 10 x 10 mm du même matériau.

Les matériaux résistifs courants incluent le nickel-phosphore (NiP, de marque Ohmega-Ply) disponible à 25—100 Ω/□ avec une tolérance de gravure de ± 10 %, le nitrure de tantale (TaN) à 25—100 Ω/□ avec une tolérance de ± 5 %, et l'oxyde de chrome-silicium (CrSiO) à 250—1 000 Ω/□ pour les résistances de haute valeur. Le découpage au laser après la fabrication peut réduire la tolérance à ±1 à 2 % en découpant une entaille en serpentin dans le film.

La principale considération de conception est que le découpage au laser ne peut qu'augmenter la résistance : il enlève de la matière. Par conséquent, les résistances intégrées sont conçues de 10 à 20 % en dessous de la valeur cible, puis ajustées. La marge d'ajustement détermine directement la géométrie de conception : une cible de 100 Ω avec une tolérance de 10 % est conçue à 90 Ω, ce qui nécessite 3,6 carrés (à 25 Ω/□) au lieu de 4,0.

Exemple Résolu

Étant donné : Résistance cible = 100 Ω, matériau NiP (25 Ω/□), largeur de résistance = 1,0 mm, tolérance de réglage = 10 % Étape 1 : Nombre de carrés pour la cible Ncarreˊs=  fracRtargetRsheet=  frac10025=4,0N_ {carrés} = \ frac {R_ {target}} {R_ {sheet}} = \ frac {100} {25} = 4,0 carrés Étape 2 : Longueur de la résistance pour la cible L=Ncarreˊs  foisW=4,0  fois1,0=4,0L = N_ {carrés} \ fois W = 4,0 \ fois 1,0 = 4,0 mm Étape 3 : Résistance de conception (pré-découpage) R_ {design} = R_ {cible} \ times (1 - \ frac {trim \ %} {100}) = 100 \ times 0,90 = 90 Ω Étape 4 : Géométrie du design Ndesign=  frac9025=3,6N_ {design} = \ frac {90} {25} = 3,6 carrés Ldessin=3,6  fois1,0=3,6L_ {dessin} = 3,6 \ fois 1,0 = 3,6 mm Étape 5 : Gestion de l'alimentation

Surface = 1,0 × 4,0 = 4,0 mm². Densité de puissance NiP = 25 mW/mm².

Pmax=4,0  fois25=100P_ {max} = 4,0 \ fois 25 = 100 mW Étape 6 : Tolérance sans découpe

NiP tel que gravé : ± 10 %. Avec découpage laser : ± 5 % (réduit de moitié, plafonné à 5 %).

Résultat : Concevez une résistance de 3,6 × 1,0 mm, puis ajustez au laser à 100 Ω. Dissipation maximale de 100 mW.

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez 25 Ω/□ NiP pour une plage de 10 à 500 Ω, 100 Ω/□ pour 100 à 2000 Ω et 1 000 Ω/□ CrSiO pour 1 k à 50 k Ω afin de maintenir les rapports d'aspect entre 0, 5:1 et 10:1
  • ✓La largeur minimale doit être de 10 fois la tolérance de gravure — pour une gravure de ±0,025 mm, utilisez une largeur ≥ 0,25 mm
  • ✓Placez les résistances intégrées sur les couches internes, loin de la surface de la carte, pour éviter les contraintes mécaniques liées au soudage des composants
  • ✓Spécifiez toujours la marge de coupe dans le dessin de fabrication : l'usine doit connaître le décalage entre la conception et la cible
  • ✓Pour les applications de précision (< ± 1 %), utilisez un matériau TaN et spécifiez un découpage laser à 100 % dans les notes de fabrication

Erreurs Fréquentes

  • ✗Conception à la valeur cible exacte : l'ajustement ne peut qu'augmenter la résistance. La résistance telle que fabriquée doit donc être inférieure à la cible pour permettre l'ajustement
  • ✗Utilisation d'une largeur de résistance trop étroite — la tolérance de gravure (généralement ± 0,025 mm) a proportionnellement plus d'effet sur les résistances étroites, augmentant ainsi la variation
  • ✗Rapport d'aspect supérieur à 10:1 sans disposition en serpentin : les résistances longues et fines sont fragiles et sujettes à la fissuration lors des cycles thermiques
  • ✗Ignorer le coefficient de température : le NiP a un TCR de +50 à 100 ppm/°C ; une résistance de 100 Ω se décale de 0,5 % entre 25 °C et 75 °C

Foire Aux Questions

La plage pratique dépend du matériau : NiP à 25 Ω/□ gère 5 à 2 500 Ω (0,2 à 100 carrés). Le CrSiO à 1000 Ω/□ gère 1 k à 100 k Ω. En dessous de 5 Ω, des géométries extrêmement larges sont nécessaires ; au-dessus de 100 k Ω, des motifs en serpentin peu pratiques sont nécessaires.
Tel que gravé : ±10 à 20 % (pire qu'un résultat discret de 5 %). Après découpage au laser : ± 1 à 2 % (comparable à la précision des films discrets à couche mince). L'avantage est l'élimination des joints de soudure, la réduction de l'inductance parasite et la réduction de la surface de la carte.
Oui, les résistances intégrées ont une inductance parasite extrêmement faible (< 0,1 nH) par rapport aux résistances discrètes (0,5 à 2 nH). Ils sont donc excellents pour les terminaisons RF, les atténuateurs et les réseaux de polarisation jusqu'à plus de 40 GHz.
NiP : 25 mW/mm². Tan : 50 mW/mm². Carbone : 10 mW/mm². Ceux-ci sont dégradés par rapport à la limite thermique du film par la résistance thermique du diélectrique environnant. Vérifiez toujours que la résistance thermique au niveau de la carte peut dissiper la chaleur.
En général, 15 à 40 % sont ajoutés au coût de la carte de base pour la stratification de la couche résistive, plus 20 à 50 % de plus si le découpage au laser est spécifié. Économique lors du remplacement de plus de 20 résistances discrètes (réduit les coûts de prélèvement et de placement, la surface de la carte et le risque de fiabilité des joints de soudure).

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