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PCB

Calculadora de resistência embutida

Calcule a geometria para resistores embutidos em PCB a partir da resistência do alvo e da resistência da folha. Suporta materiais NiP, TaN, CrSiO e carbono.

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Fórmula

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)

Como Funciona

Resistores embutidos são filmes resistivos finos laminados em camadas internas de PCB durante a fabricação. A resistência segue a relação fundamental R = R_sheet × (L/W), onde R_sheet é a resistência da chapa em ohms por quadrado e L/W é o número de quadrados. Um “quadrado” é qualquer retângulo com comprimento e largura iguais — um quadrado de 1 × 1 mm tem resistência idêntica a um quadrado de 10 × 10 mm do mesmo material.

Os materiais resistivos comuns incluem níquel-fósforo (NiP, da marca Ohmega-Ply) disponível a 25—100 Ω/□ com ± 10% de tolerância à corrosão, nitreto de tântalo (TaN) a 25—100 Ω /□ com tolerância de ± 5% e óxido de cromo-silício (CrSiO) a 250—1000 Ω /□ para resistores de alto valor. O corte a laser após a fabricação pode aumentar a tolerância para ± 1— 2% cortando o corte serpentino no filme.

A principal consideração do design é que o corte a laser só pode aumentar a resistência — ele remove o material. Portanto, os resistores embutidos são projetados 10 a 20% abaixo do valor alvo e, em seguida, reduzidos. A margem de ajuste determina diretamente a geometria do projeto: uma meta de 100 Ω com margem de 10% é projetada a 90 Ω, o que requer 3,6 quadrados (a 25 Ω /□) em vez de 4,0.

Exemplo Resolvido

Dado: Resistência alvo = 100 Ω, material NiP (25 Ω /□), largura do resistor = 1,0 mm, margem de ajuste = 10% Etapa 1: Número de quadrados para o alvo Nquadrados= fracRalvoRfolha= frac10025=4,0N_ {quadrados} =\ frac {R_ {alvo}} {R_ {folha}} =\ frac {100} {25} = 4,0 quadrados Etapa 2: comprimento do resistor para o alvo L=Nquadrados vezesW=4,0 vezes1,0=4,0L = N_ {quadrados}\ vezes W = 4,0\ vezes 1,0 = 4,0 mm Etapa 3: resistência do projeto (pré-corte) Rdesign=Rtarget times(1− fractrim%100)=100 times0,90=90R_ {design} = R_ {target}\ times (1 -\ frac {trim\%} {100}) = 100\ times 0,90 = 90 Ω Etapa 4: Projetar geometria

$ N_ {design} =\ frac {90} {25} = 3,6$ quadrados

$ L_ {design} = 3,6\ vezes 1,0 = 3,6$ mm

Etapa 5: manuseio de energia

Área = 1,0 × 4,0 = 4,0 mm². Densidade de potência NiP = 25 mW/mm².

$ P_ {max} = 4,0\ vezes 25 = 100$ mW

Etapa 6: Tolerância sem corte

NiP conforme gravado: ± 10%. Com acabamento a laser: ± 5% (reduzido pela metade, limitado a 5%).

Resultado: Projete um resistor de 3,6 × 1,0 mm e, em seguida, ajuste a laser para 100 Ω. Dissipação máxima de 100 mW.

Dicas Práticas

  • ✓Use 25 Ω/□ NiP para a faixa de 10—500 Ω, 100 Ω/□ para 100—2000 Ω e 1000 Ω /□ CrSiO para 1k—50k Ω para manter as proporções entre 0, 5:1 e 10:1
  • ✓A largura mínima deve ser 10 vezes a tolerância de corrosão — para gravação de ± 0,025 mm, use ≥ 0,25 mm de largura
  • ✓Coloque resistores embutidos em camadas internas afastadas da superfície da placa para evitar estresse mecânico causado pela soldagem de componentes
  • ✓Sempre especifique a margem de corte no desenho de fabricação — a fábrica precisa conhecer a compensação do projeto em relação ao alvo
  • ✓Para aplicações de precisão (< ± 1%), use material TaN e especifique 100% de acabamento a laser nas notas de fabricação

Erros Comuns

  • ✗Projetando com o valor alvo exato — o ajuste só pode aumentar a resistência, portanto, o resistor fabricado deve estar abaixo da meta para permitir o corte
  • ✗Usando uma largura de resistor muito estreita - a tolerância à corrosão (normalmente ± 0,025 mm) tem proporcionalmente mais efeito em resistores estreitos, aumentando a variação
  • ✗Excedendo a proporção de 10:1 sem layout em forma de serpentina — resistores longos e finos são frágeis e propensos a rachaduras durante o ciclo térmico
  • ✗Ignorando o coeficiente de temperatura — o NiP tem TCR de +50—100 ppm/°C; um resistor de 100 Ω muda 0,5% de 25°C para 75°C

Perguntas Frequentes

O alcance prático depende do material: o NiP a 25 Ω /□ lida com 5—2500 Ω (0,2—100 quadrados). CrSiO a 1000 Ω /□ lida com 1k—100k Ω. Abaixo de 5 Ω requer geometrias extremamente amplas; acima de 100k Ω requer padrões de serpentina impraticáveis.
Como gravado: ± 10— 20% (pior do que 5% discreto). Após o corte a laser: ± 1— 2% (comparável aos filmes discretos de película fina de precisão). A vantagem é a eliminação de juntas de solda, redução da indutância parasitária e economia de área da placa.
Sim — resistores embutidos têm indutância parasitária extremamente baixa (< 0,1 nH) em comparação com os discretos (0,5—2 nH). Isso os torna excelentes para terminações de RF, atenuadores e redes de polarização de até 40 GHz ou mais.
NiP: 25 mW/mm². TaN: 50 mW/mm². Carbono: 10 mW/mm². Eles são reduzidos do limite térmico do filme pela resistência térmica do dielétrico circundante. Sempre verifique se a resistência térmica no nível da placa pode dissipar o calor.
Normalmente, 15 a 40% são adicionados ao custo da placa base para a laminação da camada resistiva, mais 20 a 50% a mais se o corte a laser for especificado. Econômico ao substituir mais de 20 resistores discretos (economiza custos de coleta e colocação, área da placa e risco de confiabilidade da junta de solda).

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