電流檢測(cè)用途的電阻器主要用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電源的過電流保護(hù)及電池電量檢測(cè).一直以來在汽車市場(chǎng)、工業(yè)設(shè)備市場(chǎng)、電腦市場(chǎng)等應(yīng)用廣泛,尤其是在近年來的汽車市場(chǎng),受電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車開發(fā)的帶動(dòng),在整個(gè)市場(chǎng)的應(yīng)用的高性能化和電子化發(fā)展迅速.

與之相伴隨的是在汽車市場(chǎng),“支持更高功率的小型低阻值產(chǎn)品”、“可抑制電路功耗的超低阻值產(chǎn)品”、“在嚴(yán)苛的溫度環(huán)境下也可確保優(yōu)異的電阻溫度系數(shù)的高精度低阻值產(chǎn)品”等需求日益高漲.ROHM為滿足汽車市場(chǎng)對(duì)低阻值產(chǎn)品的多樣化需求,打造了豐富的低阻值系列產(chǎn)品陣容.(圖1)

(圖1)ROHM的低阻值系列產(chǎn)品陣容

<汽車市場(chǎng)的低阻值產(chǎn)品的主要用途>(圖2)

?各種電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路

?DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出部分

?電池的充放電監(jiān)測(cè)電路、電量檢測(cè)……等

(圖2)低阻值產(chǎn)品的應(yīng)用及應(yīng)用電路例

<電流檢測(cè)用低阻值產(chǎn)品的趨勢(shì)>

電流檢測(cè)用的低阻值產(chǎn)品針對(duì)負(fù)載串聯(lián)安裝,通過用IC測(cè)量?jī)梢_的電位差,來實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè).想要提高IC的電流檢測(cè)精度時(shí),可通過設(shè)高低阻值產(chǎn)品的電阻值來實(shí)現(xiàn),但這種做法的缺點(diǎn)是電流流過時(shí)的產(chǎn)品發(fā)熱(損耗)增大.由此可見,測(cè)量精度和發(fā)熱之間存在矛盾關(guān)系,低阻值產(chǎn)品的選型需要權(quán)衡檢測(cè)精度和發(fā)熱之間的平衡.但是,近年來,隨著LSI的性能提升,由比以往還小的電位差也可進(jìn)行高精度的電流檢測(cè).也就是說,通過使用更低電阻值的低阻值產(chǎn)品,已經(jīng)可以用比以往更小的功耗檢測(cè)更大的電流,對(duì)于低阻值產(chǎn)品的需求正日益擴(kuò)大.在這種背景下,ROHM于2014年3月成功開發(fā)并推出可支持高達(dá)150A以上大電流的產(chǎn)品(PSR系列).

<低阻值技術(shù)的概要>

貼片低阻值產(chǎn)品,根據(jù)其材料與結(jié)構(gòu)大致分為兩類.一類是基于稱為厚膜低阻值的通用厚膜貼片電阻器技術(shù)的產(chǎn)品,另一類是采用金屬材料的金屬低阻值產(chǎn)品.這些產(chǎn)品根據(jù)所要求的性能來區(qū)別使用,大體上一般是幾十mΩ～為厚膜低阻值電阻產(chǎn)品,幾mΩ左右為金屬低阻值電阻產(chǎn)品,而金屬低阻值電阻的特征是可保證更高的額定功率.(圖3)

(圖3)ROHM產(chǎn)品陣容中金屬低阻值電阻和厚膜低阻值電阻產(chǎn)品的分布

貼片的形狀按與安裝板相連接的電極結(jié)構(gòu)分為兩種類型,即,在貼片的短邊側(cè)成型電極的一般形狀和在貼片的長(zhǎng)邊側(cè)成型電極的長(zhǎng)邊電極型.一般情況下,長(zhǎng)邊電極型產(chǎn)品的PCB板安裝后的接合可靠性和溫度循環(huán)特性更佳.而且,與短邊電極型產(chǎn)品相比,還具有對(duì)安裝板的散熱性更好、保證的額定功率更高的特點(diǎn).(圖4)

(圖4)長(zhǎng)邊電極與短邊電極(通用品)的特性比較

關(guān)于電極的鍍層,具有代表性的是鍍鎳和鍍錫,但低阻值產(chǎn)品考慮到低阻值化、改善溫度特性、電阻值測(cè)量穩(wěn)定性等,有時(shí)實(shí)施鍍銅.

<采用厚膜技術(shù)的低阻值產(chǎn)品>

?厚膜貼片電阻器的電阻體成型的主要工序是絲網(wǎng)印刷的圖樣成型.通過采用絲網(wǎng)印刷法,在氧化鋁PCB板上成型電阻體和電極等.低阻值產(chǎn)品的電阻體采用電阻值較低的材料,與普通電阻值的材料相比,溫度系數(shù)和溫度循環(huán)特性等容易受電極材料的成分、電阻體與電極的厚度的影響,因此,在設(shè)計(jì)時(shí)需要分別考慮到其最佳的條件.

ROHM是世界首家開發(fā)厚膜貼片電阻器的厚膜貼片電阻器先驅(qū),利用常年積累的技術(shù)優(yōu)勢(shì),ROHM正在不斷完善具有強(qiáng)大陣容的厚膜低阻值系列產(chǎn)品.

?作為滿足汽車市場(chǎng)的高接合可靠性與額定功率要求的產(chǎn)品,ROHM正在擴(kuò)充長(zhǎng)邊電極型的低阻值LTR系列產(chǎn)品.通過在貼片的長(zhǎng)邊側(cè)配置電極,實(shí)現(xiàn)了高接合可靠性和溫度循環(huán)特性.不僅如此,利用長(zhǎng)邊電極型的高散熱性,可支持比普通的厚膜低阻值產(chǎn)品更高的額定功率(例:3216mm尺寸產(chǎn)品保證1W).

?作為基本產(chǎn)品,覆蓋了比一般的通用厚膜貼片電阻器MCR/低阻值系列(47mΩ～)和MCR/低阻值系列更寬的電阻值范圍(11mΩ～),而且,通過擴(kuò)大電極尺寸/變更電阻體材料,使產(chǎn)品陣容又新增了確保高額定功率/優(yōu)異的溫度特性的UCR系列.該UCR系列不僅具有額定功率/溫度特性方面的優(yōu)勢(shì),而且,考慮到降低安裝時(shí)的電阻值偏差,采用了背面貼裝結(jié)構(gòu).(圖5)另外,UCR系列產(chǎn)品陣容又新增了在汽車市場(chǎng)的應(yīng)用研究日益活躍的、保證-55℃～+155℃的使用溫度范圍的超小型0603mm尺寸(UCR006系列)產(chǎn)品.

(圖5)UCR系列的背面貼裝結(jié)構(gòu)

?這些厚膜低阻值電阻(LTR系列/UCR系列),由于其更高的額定功率,使將以往產(chǎn)品(MCR/低阻值系列)替換為更小型封裝成為可能,是有助于PCB板小型化的產(chǎn)品.

<采用金屬電阻體材料的低阻值產(chǎn)品>

?電阻體采用金屬的低阻值產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與厚膜低阻值產(chǎn)品技術(shù)完全不同,電阻體采用厚度為幾十μm～幾mm左右的電阻體金屬材料.利用蝕刻和機(jī)加工等各種加工技術(shù)將這種電阻體材料成型,從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)電阻值與特性.金屬低阻值產(chǎn)品與相同尺寸的厚膜低阻值產(chǎn)品相比,具有可保證高額定功率和高精度電阻溫度系數(shù)的特征.另外,為了在0.2mΩ到10mΩ左右的極低電阻值范圍使用較厚的電阻體金屬,一般采用將電阻體本身作為貼片成型的方法.

?在額定功率4W以上的范圍,ROHM正在擴(kuò)充覆蓋0.2mΩ～3.0mΩ電阻值范圍的PSR系列.PSR系列采用ROHM獨(dú)有的焊接技術(shù)接合電阻體金屬和銅電極,實(shí)現(xiàn)了具備高散熱性和熱容量的結(jié)構(gòu).(圖6)另外,通過大型銅電極確保了散熱性,實(shí)現(xiàn)了最高達(dá)5W的高額定功率.其特征是通過按電阻值選擇最佳的電阻體金屬,實(shí)現(xiàn)了高精度的電阻溫度系數(shù).

(圖6)PSR系列的外觀和結(jié)構(gòu)

?在額定功率2W以下的范圍,ROHM正在擴(kuò)充1mΩ到10mΩ電阻值范圍的PMR系列.PMR系列的結(jié)構(gòu)與PSR系列不同,但從以電阻體金屬為本體這點(diǎn)上來看則與PSR系列相同.另外,PMR系列采用ROHM獨(dú)有的設(shè)計(jì),無需通過修整來調(diào)整電阻值,特征是其結(jié)構(gòu)可減少使用時(shí)多發(fā)的電阻體發(fā)熱問題.(圖7)

(圖7)相同尺寸/相同電阻值下的電阻體熱集中比較

為擴(kuò)充PMR系列的尺寸,ROHM已開發(fā)完成世界最小級(jí)別產(chǎn)品,今后將繼續(xù)努力實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步小型化.另外,將PMR系列變更為長(zhǎng)邊電極結(jié)構(gòu)、提高了接合可靠性和散熱性的PML系列的產(chǎn)品陣容也在逐步擴(kuò)充.

<關(guān)于未來的發(fā)展>

在1W以上的領(lǐng)域,如果要使用金屬材料支持幾十mΩ以上的低阻值范圍,金屬電阻體的厚度將達(dá)到100μm左右,因此,以電阻體本身為本體的結(jié)構(gòu)已經(jīng)很難實(shí)現(xiàn)貼片成型.這個(gè)問題可以通過在本體的基材上固定電阻體材料來解決,但以往的ROHM并沒有拓展相關(guān)產(chǎn)品的陣容.對(duì)于該領(lǐng)域,很多用戶采用引線電阻和厚膜低阻值電阻來構(gòu)成電路,但近年來,隨著檢測(cè)精度的提升/PCB板的小型化/引線元件數(shù)量的削減等各種需求的增加,對(duì)金屬低阻值電阻的需求日益高漲.看到這些需求,ROHM將該領(lǐng)域定位為“今后的金屬低阻值電阻的重要產(chǎn)品陣容”,以“小型、高散熱”為理念正在發(fā)力新產(chǎn)品的開發(fā).

如本文開頭所述,預(yù)計(jì)未來的汽車市場(chǎng)對(duì)低阻值產(chǎn)品的要求會(huì)越來越高,ROHM將會(huì)以高額定功率、高散熱、小型化等為關(guān)鍵詞,以完善更低阻值產(chǎn)品的陣容為目標(biāo),繼續(xù)努力推進(jìn)開發(fā).

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