เทคโนโลยีฟิล์มบางที่มีความแม่นยำ

บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อช่วยให้นักออกแบบวงจรและวิศวกรส่วนประกอบปรับปรุงความเข้าใจในเทคโนโลยีฟิล์มบาง บทความนี้เป็นแนวทางในการทำความเข้าใจการใช้เทคโนโลยีฟิล์มบางและประโยชน์ที่สำคัญในด้านความน่าเชื่อถือ ขนาด และประสิทธิภาพ

รูปที่ 1: เทคโนโลยีฟิล์มบางจาก Vishay (ที่มาของภาพ: Vishay)

ประเภทฟิล์ม

โดยปกติฟิล์มจะพ่นลงบนความหนาประมาณ 500 อังสตรอม การเลือกมาสก์ที่มีความกว้างของเส้นและระยะห่างระหว่างบรรทัดต่างกันใช้เพื่อสร้างช่วงของค่าโอห์มมิก ความต้านทานของแผ่นอาจแตกต่างกันตั้งแต่ 50 โอห์มต่อตารางถึง 2000 โอห์มต่อตาราง ภาพยนตร์แต่ละเรื่องมีวัตถุประสงค์เฉพาะ ตามกฎทั่วไป ยิ่งความต้านทานของแผ่นงานต่ำเท่าใด ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าโดยรวมก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น Vishay เป็นผู้จัดจำหน่ายและผู้ผลิตฟิล์มทุกประเภทเพียงรายเดียว

นิโครม (NiCr) — ฟิล์มที่ได้รับความนิยมมากที่สุดมีข้อกำหนดทางไฟฟ้าที่ดีที่สุดในแง่ของ TCR แบบสัมบูรณ์ ความต้านทานของแผ่นทั่วไปคือ 50, 100 และ 200 โอห์มต่อตาราง

ทาเมล็อกซ์ — โลหะผสมที่เป็นกรรมสิทธิ์ของ Vishay Thin Film ซึ่งได้รวมข้อดีของ Nichrome และ Tantalum Nitride ที่ปรับปรุงความเที่ยงตรงของ TCR

แทนทาลัมไนไตรด์ (TaN2) — เมื่อฝากและแปรรูปอย่างถูกต้องจะทำให้เกิดโลหะผสมซึ่งกันความชื้นได้ ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าไม่ดีเท่า Nichrome ใช้ในการใช้งานที่ตัวต้านทานใช้พลังงานต่ำ (< 20%) ไม่มีความร้อนในตัว และมีความชื้นสัมพัทธ์สูง (80%)

ซิลิคอนโครม (SiCr) — วัสดุนี้มีความต้านทานแผ่นสูงมาก (2000-3000) และใช้ในการผลิตความต้านทานสูงในพื้นที่ขนาดเล็ก ข้อกำหนดทางไฟฟ้า เช่น การติดตาม TCR แบบสัมบูรณ์ ความเสถียรในระยะยาว และค่าสัมประสิทธิ์แรงดันไฟฟ้าที่เหนือกว่าเทคโนโลยีฟิล์มหนา

ทู่ – SPM (วิธีการทู่แบบพิเศษ) ตอนนี้อนุญาตให้มีการควบคุมทู่ที่ได้รับการปรับปรุงภายใต้สภาวะแวดล้อมที่รุนแรง (อ้างอิง Tech Note SPM)

โครงสร้างแบบบูรณาการฟิล์มบาง

วงจรรวมคือการจัดกลุ่มขององค์ประกอบซึ่งเกิดขึ้นและเชื่อมต่อกันบนสารตั้งต้นทั่วไปเพื่อสร้างเครือข่ายที่ใช้งานได้ เครือข่ายตัวต้านทานแบบบูรณาการถูกกำหนดในทำนองเดียวกันว่าเป็นการจัดกลุ่มขององค์ประกอบต้านทานที่เกิดขึ้นและเชื่อมต่อกันบนสารตั้งต้นทั่วไป เช่นเดียวกับในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ องค์ประกอบต่าง ๆ เกิดจากการทับถมหรือทำปฏิกิริยากับซับสเตรต และรูปแบบถูกผลิตขึ้นโดยการถ่ายภาพด้วยแสงโฟโตลิโทกราฟี ตามด้วยการเลือกเอาวัสดุที่ไม่ต้องการออก ตัวต้านทานในเครือข่ายที่กำหนดซึ่งมีขนาดค่อนข้างเล็กและอยู่ใกล้กันจะต้องเผชิญกับสภาวะที่เกือบจะเหมือนกันระหว่างการประมวลผล ในทำนองเดียวกัน แต่ละเครือข่ายบนเวเฟอร์หรือซับสเตรตก็เผชิญกับสภาวะเดียวกันแทบทั้งสิ้น เนื่องจากเวเฟอร์หลายแผ่นได้รับการประมวลผลพร้อมกัน ในเวลาเดียวกัน และในอุปกรณ์เดียวกัน ความสม่ำเสมอจึงถูกมอบให้กับล็อตทั้งหมด — ถึงหลายร้อยหรือหลายพันหน่วย ประโยชน์เพิ่มเติมของโครงสร้างแบบบูรณาการคือความสมบูรณ์ของการเชื่อมต่อระหว่างกัน ซึ่งมีความน่าเชื่อถือมากกว่าการเชื่อมต่อแบบแยกระหว่างส่วนประกอบแบบแยกส่วน

รูปที่ 2: แผ่นเวเฟอร์อลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูงแสดงการก่อสร้างแบบรวมฟิล์มบาง (ที่มาของภาพ: Vishay)

ข้อดีของการก่อสร้างแบบบูรณาการฟิล์มบาง

• การจับคู่องค์ประกอบทั้งหมดในเครือข่ายอย่างใกล้ชิด ทำให้มั่นใจได้ว่าการติดตามอุณหภูมิอย่างใกล้ชิดและตลอดอายุการใช้งาน
• เครือข่ายหลายองค์ประกอบที่มีขนาดเล็กมาก ความหนาแน่นสูง ซึ่งช่วยประหยัดอสังหาริมทรัพย์ของแผงวงจรพิมพ์
• โครงสร้างแบบ Hermetic ใช้งานได้จริงในรูปแบบร่วมสมัยที่หลากหลาย
• ลักษณะเฉพาะที่ทำซ้ำได้และสม่ำเสมอ แบบส่วนต่อส่วนและแบบล็อตต่อล็อต
• ความเหนี่ยวนำต่ำมาก
• ความน่าเชื่อถือที่โดดเด่น — การเชื่อมต่อระหว่างกันน้อยลง
• ไม่มีเอฟเฟกต์เทอร์โมอิเล็กทริก
• ค่าติดตั้งไม่เกินแบบแยกส่วน — มักจะน้อยกว่า

ความน่าเชื่อถือในการเชื่อมต่อโครงข่าย

การศึกษาความน่าเชื่อถือโดยกองทัพและหน่วยงานอื่น ๆ แสดงให้เห็นว่า - สิ่งอื่น ๆ เท่าเทียมกัน - ความน่าเชื่อถือของการชุมนุมเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนของ "การเชื่อมต่อระหว่างกันที่มนุษย์สร้างขึ้น" นี่คือเหตุผลที่วงจรรวมมีความน่าเชื่อถือมากกว่าการประกอบทรานซิสเตอร์แบบแยกส่วน และเช่นเดียวกันกับเครือข่ายตัวต้านทานแบบรวมเมื่อเทียบกับแบบแยก บางครั้งเรียกว่า "ความน่าเชื่อถือโดยธรรมชาติ"

ช่วงความต้านทาน

เทคโนโลยีฟิล์มบางใช้รูปแบบความแม่นยำของโฟโตลิโทกราฟีเพื่อให้ค่าความต้านทานที่หลากหลายแก่นักออกแบบในพื้นที่ที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งให้ทางเลือกในการลดขนาดของส่วนประกอบหรือเพิ่มจำนวนองค์ประกอบต้านทานในพื้นที่เดียวกัน ความต้านทานรวมที่ทำได้ในพื้นที่ที่กำหนดนั้นถูกกำหนดโดยความต้านทานแผ่นของวัสดุฟิล์มและลวดลายเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม ในการออกแบบจริง พื้นที่สูงสุดที่ใช้จะลดลงเนื่องจากพื้นที่ที่จำเป็นสำหรับแผ่นปลายสาย ตัวนำภายใน คุณสมบัติการตัดแต่งพิเศษ และข้อจำกัดในการปักหมุด

วัสดุต้านทานแบบฟิล์มบางครอบคลุมช่วงความต้านทานแผ่นปกติที่ 50 ถึง 2000 โอห์ม/ตารางเมตร ซึ่งส่งผลให้มีช่วงความต้านทานที่มีอยู่สำหรับตัวต้านทานแต่ละตัวตั้งแต่สองสามโอห์มจนถึงหลายเมกะโอห์ม ความแม่นยำสูงสุดมักพบในช่วง 250 โอห์ม ถึง 100 กิโลโอห์ม

รูปที่ 3: ช่วงความต้านทานถูกกำหนดโดยหลักเรขาคณิตของลวดลายบนแผ่นเวเฟอร์ (ที่มาของภาพ: Vishay)

ความต้านทานต่ำมาก

เมื่อองค์ประกอบความต้านทานต่ำถูกรวมไว้ในเครือข่ายที่มีความแม่นยำ ความต้านทานขนาดเล็กแต่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของลีดและรูปแบบการนำไฟฟ้าบนชิปและในแพ็คเกจจะต้องนำมาพิจารณาด้วย ผลกระทบจากตะกั่วเหล่านี้สามารถลดลงได้ แต่ไม่สามารถกำจัดได้ทั้งหมด โดยการออกแบบ การประมวลผล การเลือกบรรจุภัณฑ์ และการประกอบอย่างเหมาะสม อย่างไรก็ตาม ต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการตั้งค่าข้อกำหนด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรื่องความคลาดเคลื่อนที่สมจริงของความต้านทานและการติดตาม และวิธีการวัด

รูปที่ 4: ความต้านทานตะกั่วภายในสามารถมีผลกระทบอย่างมากต่อค่าความต้านทานรวม (ที่มาของภาพ: Vishay)

ความทนทานต่อความต้านทาน

ระบบเลเซอร์สมัยใหม่สามารถปรับตัวต้านทานให้ใกล้เคียงกับค่าความคลาดเคลื่อนอย่างใกล้ชิดทั้งแบบสัมบูรณ์หรือแบบสัมพัทธ์: 0.01% และ 0.005% ตามลำดับ นอกจากนี้ ผู้ผลิตที่รับผิดชอบจะ "สายรัดป้องกัน" การตัดแต่งเพื่อให้ข้อมูลจำเพาะภายในแน่นกว่าข้อกำหนดที่วางจำหน่าย

ยิ่งค่าความคลาดเคลื่อนที่ต้องการใกล้ขึ้นเท่าใด ตัวต้านทานจะต้องได้รับการออกแบบอย่างระมัดระวังมากขึ้นเพื่อให้ได้การกระจายที่แน่นหนา อยู่ภายในขีดจำกัดความคลาดเคลื่อน และด้วยความเร็วในการตัดแต่งที่คุ้มค่า วิธีหนึ่งที่ทำได้คือการจัดหาหน้าลายพิเศษ คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยลดความไวของตัวต้านทานต่อปริมาณวัสดุที่เลเซอร์กำจัดออก ทำให้ได้ระดับความแม่นยำที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง คุณลักษณะเหล่านี้ใช้พื้นที่ของวัสดุพิมพ์เพิ่มเติม ซึ่งบางครั้งต้องมีการประนีประนอมระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ หนึ่งในคุณสมบัติที่ทำให้เทคโนโลยีฟิล์มบางสมัยใหม่แตกต่างไปจากเดิมเพื่อใช้ในเครือข่ายที่มีความแม่นยำคือความเสถียรทางไฟฟ้าและทางกลของฟิล์ม นี่เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากตัวต้านทานที่ถูกตัดแต่งอย่างใกล้ชิดจะต้องทนต่อสภาวะที่ตึงเครียดในบางครั้งของการประกอบโดยไม่ต้องดริฟท์อย่างมีนัยสำคัญ สิ่งนี้เน้นย้ำถึงข้อดีโดยธรรมชาติของโครงสร้างแบบบูรณาการเหนือตัวต้านทานแบบแยกส่วน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ที่เกิดขึ้นจะเป็นเรื่องปกติสำหรับตัวต้านทานทั้งหมดในเครือข่าย ดังนั้นจึงคงอัตราส่วนไว้ได้อย่างแม่นยำเมื่อถูกตัดแต่ง

รูปที่ 5: ข้อกำหนดด้านความทนทานที่เข้มงวดมากขึ้นอาจส่งผลให้มีการใช้พื้นที่เพิ่มเติม (ที่มาของภาพ: Vishay)

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน (TCR)

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานคือการวัดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานตามฟังก์ชันของอุณหภูมิแวดล้อม มันถูกกำหนดให้เป็นการเปลี่ยนแปลงหน่วยของความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและโดยทั่วไปจะแสดงเป็นส่วนต่อล้านเปอร์เซ็นต์องศาเซนติเกรด (ppm/°C) เป็นคุณสมบัติที่ตัวต้านทานมักมีลักษณะเฉพาะหรือแตกต่าง ในอดีต ตัวต้านทานแบบไม่ต่อเนื่อง รวมถึงตัวต้านทานที่ทำจากฟิล์ม ถูกจัดลำดับตามค่า TCR จำนวนมาก การใช้การทับถมของสปัตเตอร์ในการควบคุมองค์ประกอบของฟิล์ม ร่วมกับการปรับปรุงที่เกี่ยวข้องในการประมวลผล ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์ฟิล์มบางที่เรียกว่า "รุ่นที่สาม" ที่มี TCR น้อยกว่า 10 ppm/°C อย่างสม่ำเสมอ

รูปที่ 6: ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานคือการวัดอัตราที่ตัวต้านทานจะแปรผันตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง (ที่มาของภาพ: Vishay)

TCR มักจะถูกกำหนดโดยการทดลองโดยการวัดความต้านทานที่อุณหภูมิต่างๆ และคำนวณอัตราการเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาอุณหภูมิที่เหมาะสม เช่น +25°C ถึง +125°C หากความต้านทานเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นตามอุณหภูมิ TCR จะเป็นค่าคงที่โดยไม่คำนึงถึงช่วงอุณหภูมิ อย่างไรก็ตาม เมื่อไม่เป็นเชิงเส้น เช่นเดียวกับกรณีของโลหะผสมนิกเกิล/โครเมียมที่ใช้กันทั่วไป TCR จะแสดงเป็นความชันของเส้นที่เชื่อมจุดสองจุดบนกราฟความต้านทานเทียบกับกราฟอุณหภูมิ เช่น +25°C และ +125 องศาเซลเซียส กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ TCR เฉลี่ยในช่วงเวลา ยิ่งความสัมพันธ์ไม่เป็นเชิงเส้นมากเท่าใด การประมาณค่าเฉลี่ยก็จะยิ่งแย่ลง

การระบุ TCR นั้นเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องระบุช่วงอุณหภูมิให้ชัดเจนเช่นกัน

ขั้นตอนที่ระบุไว้ใน MIL-STD-202 Method 304 มักถูกอ้างถึงเป็นมาตรฐานสำหรับการวัด TCR ในวิธีนี้ TCR เฉลี่ยจะคำนวณเป็นช่วง ๆ ระหว่าง +25°C ถึง -55°C และระหว่าง +25°C ถึง +125°C ค่าสูงสุดจะถูกบันทึกเป็น TCR ซึ่งสะท้อนถึงช่วงปฏิบัติการทางทหารเต็มรูปแบบ แต่อาจส่งผลให้มีข้อกำหนดเฉพาะมากเกินไปสำหรับส่วนประกอบที่มีช่วงอุณหภูมิการทำงานที่แตกต่างกันหรือแคบลง

รูปที่ 7: ตัวอย่าง TCR สำหรับความชันที่ได้ต่างกัน (ที่มาของภาพ: Vishay)

ด้วยความเข้าใจในผลกระทบขององค์ประกอบโลหะผสมและความสามารถในการควบคุมการประมวลผลอย่างรอบคอบ จึงเป็นไปได้ที่จะ "ปรับแต่ง" เส้นโค้งความต้านทานเทียบกับเส้นโค้งอุณหภูมิเพื่อผลิต TCR ที่เป็น a) ค่าลบตลอดช่วงทั้งหมด b) ค่าบวกตลอดทั้งช่วง หรือ c) ค่าลบที่ค่าต่ำสุด ค่าบวกที่ค่าระดับสูง โดยมีเซกเตอร์ "ศูนย์ TCR" ที่ค่อนข้างแบนในช่วงอุณหภูมิห้อง สามารถใช้เพื่อประโยชน์สำหรับอุปกรณ์ที่ทำงานในบริเวณใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้องหรือต้องการการชดเชยอุณหภูมิ

การติดตาม

การใช้งานส่วนใหญ่ที่ใช้เครือข่ายฟิล์มบางที่มีความแม่นยำขึ้นอยู่กับการบรรลุและรักษาค่าความต้านทานสัมพัทธ์ที่ใกล้เคียง ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงความต้านทานภายในเครือข่ายที่เรียกว่า "การติดตาม" จึงมีความสำคัญมาก เครือข่ายฟิล์มบางเป็นเลิศในการติดตาม มีแง่มุมต่างๆ ที่แตกต่างกันในการติดตามซึ่งมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจและแยกแยะ

การติดตาม TCR — การติดตาม TCR ถูกกำหนดให้เป็นความแตกต่างระหว่าง TCR ของตัวต้านทานคู่หนึ่งในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด การติดตาม TCR อย่างใกล้ชิดในตัวต้านทานแบบแยกส่วนนั้นทำได้ยาก และสร้างภาระหนักในกระบวนการผลิตเพื่อผลิตให้ถึงขีดจำกัด TCR สัมบูรณ์ที่ใกล้เคียงที่สุด ในทางตรงกันข้าม โครงสร้างแบบบูรณาการของเครือข่ายฟิล์มบางช่วยให้ติดตาม TCR ได้อย่างใกล้ชิด เนื่องจากตัวต้านทานถูกผลิตขึ้นเป็นกลุ่มภายใต้สภาวะกระบวนการที่เกือบจะเหมือนกัน นอกจากนี้ ตัวต้านทานยังมีขนาดเล็กและอยู่ใกล้กับพื้นผิวของสารตั้งต้นทั่วไปที่มีค่าการนำความร้อนสูง ซึ่งช่วยให้ทำงานที่อุณหภูมิใกล้เคียงหรือใกล้เคียงกัน

อย่างไรก็ตาม การแปรผันของกระบวนการและวัสดุสามารถเกิดขึ้นได้ ซึ่งสร้างความแตกต่างเล็กน้อยแต่สามารถวัดได้ใน TCR ของตัวต้านทานข้างเคียงบนเวเฟอร์เดียวกัน ตัวแปรของกระบวนการที่อาจส่งผลต่อสิ่งนี้ ได้แก่ การสะสมของฟิล์มที่ไม่สม่ำเสมอ ข้อบกพร่องของพื้นผิว การไล่ระดับความร้อนระหว่างการหลอม และความเค้นที่ไม่สม่ำเสมอ การออกแบบยังสามารถมีบทบาท อย่างไรก็ตาม ด้วยการใช้การควบคุมกระบวนการ อุปกรณ์การวัด และเทคนิคที่ล้ำสมัย การติดตาม TCR สามารถควบคุมได้ภายในไม่กี่สิบส่วนต่อล้านส่วน ต่อองศา ด้วยการกำหนดค่าวงจรและชิปและบรรจุภัณฑ์ที่เหมาะสม

ปัจจัยที่ส่งผลให้การติดตาม TCR ชัดเจนสูงกว่าการติดตาม "จริง" คือการมีอยู่ของตะกั่วต๊าปทั่วไปที่มีความต้านทานที่วัดได้ (r)

โดยที่ TCR (r) คือ TCR ของวัสดุตะกั่วทั่วไป โดยทั่วไปแล้วจะเป็นโลหะ ตัวอย่างเช่น ตัวต้านทาน 1 กิโลโอห์มที่มี TCR 8.9 ppm/°C เชื่อมต่อกับตัวต้านทาน 2 กิโลโอห์มที่มี TCR 8.5 ppm/°C และเอาต์พุตลีดที่ใช้ร่วมกันของความต้านทาน 0.1 โอห์มพร้อม TCR (r) ที่ 4000 ppm/ °C จะแสดงการติดตาม TCR

การมีส่วนร่วมภายนอกโดยตะกั่วทั่วไป (0.2 ในกรณีข้างต้น) จะหายไปในกรณีที่มีการระบุและวัดอัตราส่วนวิกฤตตามการแบ่งแรงดันไฟฟ้าแทนที่จะเป็นอัตราส่วนความต้านทาน

รูปที่ 8: ตัวอย่างการติดตามการแจกแจงสำหรับตัวต้านทานที่เว้นระยะกว้างและชิดกัน (ที่มาของภาพ: Vishay)

รูปที่ 9: กฎทั่วไปสำหรับการติดตามเครือข่ายแบบบูรณาการกับตัวต้านทานแบบแยกส่วน (ที่มาของภาพ: Vishay)

การติดตามความต้านทานภายใต้การสลับกำลัง

บางวงจรทำงานในโหมดที่กระแสถูกปิดและเปิดในตัวต้านทานตัวเดียว ซึ่งจับคู่กับตัวต้านทานอ้างอิงที่มีกระแสคงที่ ในกรณีนี้ แม้ว่าตัวต้านทานอาจมี TCR เหมือนกันและพื้นผิวอาจมีอุณหภูมิแวดล้อมที่สม่ำเสมอ แต่ค่าความต้านทานจะแตกต่างกันในค่าอันเป็นผลมาจากความร้อนในตัว (พูดอย่างเคร่งครัด นี่ไม่ใช่ข้อกำหนด "การติดตาม" ที่แท้จริง มากเท่ากับตัวต้านทานที่สนใจจะอยู่ภายใต้ความเครียดที่ต่างกัน) ความแตกต่างนี้จะถูกควบคุมโดย TCR สัมบูรณ์ของตัวต้านทานสองตัว ในการใช้งานเหล่านี้ ซึ่งไม่ใช่เรื่องแปลก ตัวต้านทานควรมี TCR สัมบูรณ์ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในพื้นที่อุณหภูมิการทำงาน และตัวต้านทานควรได้รับการออกแบบให้ชิดกันมากที่สุดเพื่อลดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างกัน

รูปที่ 10: ตัวอย่างการสร้างพลังงานที่ไม่เท่ากันในตัวต้านทานที่ตรงกัน (ที่มาของภาพ: Vishay)

อัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า

ตัวต้านทานมักถูกใช้เป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ในกรณีนี้ และในกรณีที่เกี่ยวข้องกับความคลาดเคลื่อนที่แม่นยำ การจัดการกับอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าจะเหมาะสมกว่าเมื่อเทียบกับอัตราส่วนความต้านทาน มีสามแง่มุมที่สำคัญของอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าที่ควรเข้าใจเมื่อเปรียบเทียบกับอัตราส่วนความต้านทาน สิ่งเหล่านี้คืออัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า ความคลาดเคลื่อนของอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า และการติดตามอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า

รูปที่ 11: อัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าไม่ขึ้นกับความต้านทานตะกั่วทั่วไป (ที่มาของภาพ: Vishay)

ตามหลักการแล้ว แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานคู่หนึ่งจะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของค่าความต้านทาน: R1/(R1 + R2) เมื่อค่าความต้านทานไม่เท่ากัน อัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าจะแตกต่างจากที่คำนวณจากค่าความต้านทานที่มองเห็นได้ (ที่วัด) ด้วยปริมาณที่ควบคุมโดยความต้านทานของตะกั่วทั่วไป ส่วนเบี่ยงเบนนี้อาจมีความสำคัญมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับตัวต้านทานค่าต่ำ

สำหรับตัวต้านทาน 10 กิโลโอห์มในอนุกรมที่มีตัวต้านทาน 1 กิโลโอห์ม โดยมีตะกั่ว "แทป" ทั่วไปที่มีความต้านทาน 100 มิลลิโอห์ม อัตราส่วนทั้งสองจะแตกต่างกัน 75 ppm:

สำหรับตัวต้านทาน 1 กิโลโอห์มในอนุกรมที่มีตัวต้านทาน 100 โอห์ม ความต้านทานแทป 100 มิลลิโอห์มจะสร้างความแตกต่างในอัตราส่วนตามลำดับที่มากกว่า 800 ppm

สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการระบุพารามิเตอร์การทำงานที่เหมาะสม

รูปที่ 12: สมการความคลาดเคลื่อนอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าและสมการการติดตามอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า (ที่มาของภาพ: Vishay)

อย่างไรก็ตาม เมื่อวัดความต้านทานตะกั่วทั่วไป (r) ได้ การติดตาม TCR ที่ชัดเจนจะสูงกว่าการติดตาม "จริง" ดังที่แสดงไว้ก่อนหน้านี้ และการติดตามอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าจะต่ำกว่า การติดตามอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าจะน้อยกว่า (ดีกว่า) เสมอ (ดีกว่า) กว่าการติดตาม TCR

ความเสถียร

เอฟเฟกต์ที่อธิบายไว้ในส่วนก่อนหน้านี้สามารถย้อนกลับได้: การเปลี่ยนแปลงจะไม่ถาวรและจะหายไปเมื่ออุณหภูมิกลับสู่จุดเริ่มต้น อย่างไรก็ตามมีเอฟเฟกต์ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เครือข่ายตัวต้านทานที่มีความแม่นยำส่วนใหญ่จะใช้ในโหมดอัตราส่วน พวกเขาได้รับการตัดแต่งให้มีความคลาดเคลื่อนแน่นและได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างระมัดระวังเพื่อติดตามภายในความคลาดเคลื่อนเริ่มต้นที่เข้มงวดเหล่านี้โดยคำนึงถึงความต้านทานหรืออัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า แต่สิ่งนี้ไม่มีความหมายเว้นแต่จะสามารถรักษาความคลาดเคลื่อนเหล่านี้ได้ตลอดชีวิตของเครือข่าย สิ่งนี้ต้องการความเสถียรของฟิล์มสูงสุด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความก้าวหน้าล่าสุดในด้านวัสดุและกระบวนการส่งผลให้มีการปรับปรุงความเสถียรของฟิล์มบางให้อยู่ในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน โดยเข้าใกล้สิ่งที่หาได้ก่อนหน้านี้ด้วยกระดาษฟอยล์เท่านั้น

การทดสอบความเสถียรในระยะยาวอย่างกว้างขวางของโลหะผสมนิกเกิล/โครเมียมได้แสดงให้เห็นโดยสรุปว่าอัตราการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานตามเวลาเป็นฟังก์ชันค่าเดียวของอุณหภูมิพื้นผิว นี่เป็นวิธีทางคณิตศาสตร์ในการระบุว่าอุณหภูมิเป็นตัวแปรเดียว ไม่ว่าจะเกิดจากการโหลดพลังงานหรือโดยสภาพแวดล้อม นอกจากนี้ ได้มีการพิจารณาจากการทดลองแล้วว่า ความเสถียรที่วัดได้ที่อุณหภูมิสูงกว่าอาจถูกอนุมานอย่างมั่นใจไปยังอุณหภูมิที่ต่ำกว่าและใช้เวลานานขึ้นตามสมการจลนศาสตร์แบบคลาสสิก

เป็นประโยชน์ที่จะนึกถึงการเปลี่ยนแปลงถาวรในตัวต้านทานที่จับคู่กันเป็น "การติดตามความเสถียร" ตรงกันข้ามกับการติดตาม TCR ซึ่งการติดตามอย่างใกล้ชิดไม่ขึ้นกับ TCR สัมบูรณ์ การติดตามความเสถียรค่อนข้างขึ้นอยู่กับความเสถียรสัมบูรณ์ ยิ่งตัวต้านทานคู่หนึ่งเสถียรมากเท่าใด ตัวต้านทานก็จะยิ่งเปลี่ยนแปลงน้อยลงในค่าสัมบูรณ์และสัมพันธ์กัน ข้อดีของโครงสร้างแบบบูรณาการนั้นชัดเจนอีกครั้ง: ตัวต้านทานทั้งหมดในเครือข่ายมีแนวโน้มที่จะมีการเปลี่ยนแปลงที่คล้ายคลึงกันในช่วงชีวิต และอัตราส่วนความต้านทานเปลี่ยนแปลงน้อยกว่าค่าสัมบูรณ์มาก

รูปที่ 13: ความเสถียรได้รับผลกระทบจากอายุของส่วนประกอบ (ที่มาของภาพ: Vishay)

ระดับพลังงาน

เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วเครือข่ายแบบฟิล์มบางจะไม่ถูกใช้ในแอพพลิเคชั่นที่ใช้พลังงานสูง วิธีการกำหนดระดับพลังงานสูงสุดจึงไม่สำคัญเท่ากับในเครือข่ายเอนกประสงค์ อย่างไรก็ตาม ต้องตั้งค่าขีดจำกัด และทำได้ดีที่สุดโดยกำหนดขีดจำกัดอุณหภูมิบน

อุณหภูมิพลังงานเป็นศูนย์ (บางครั้งเรียกว่าอุณหภูมิการทำงานสูงสุด) คืออุณหภูมิสูงสุดที่ชิ้นส่วนสามารถทำงานได้ตามเวลาที่กำหนด (โดยปกติคือ 1,000 ชั่วโมง) โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงมากเกินไป (มักจะกำหนดโดยสัมพันธ์กับความคลาดเคลื่อนเริ่มต้น) แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ สำหรับเครือข่ายฟิล์มบางที่ต้องรักษาความคลาดเคลื่อน 0.1% อุณหภูมิพลังงานศูนย์นี้จะอยู่ที่ +150°C ที่อุณหภูมินี้ ตัวต้านทานอาจแสดงการเปลี่ยนแปลงตามลำดับ 500 ppm แบบสัมบูรณ์หรือ 100 ppm ที่สัมพันธ์กับค่าอื่น ๆ ในเครือข่าย หากค่าความคลาดเคลื่อนเริ่มต้นสูงสุดที่ต้องการคือ 0.01% อุณหภูมิพลังงานศูนย์ที่เหมาะสมกว่าจะอยู่ที่ +125°C ระดับเหล่านี้มีไว้สำหรับชิ้นส่วนที่ปิดสนิท หากบรรจุหีบห่อแบบไม่ปิดสนิท ชิ้นส่วนจะได้รับการจัดอันดับอุณหภูมิที่ต่ำกว่า

รูปที่ 14: เส้นโค้งการลดกำลังโดยทั่วไป (ที่มาของภาพ: Vishay)

อัตรากำลังเต็มที่ — กำลังไฟพิกัดเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าเป็นกำลังไฟฟ้าที่ต้องการเพื่อเพิ่มอุณหภูมิพื้นผิวของชิ้นส่วนให้สูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมปกติ ซึ่งปกติคือ +70°C จนถึงอุณหภูมิกำลังไฟฟ้าเป็นศูนย์ นี้แสดงเป็นวัตต์เต็มกำลัง เส้นโค้งการลดกำลังไฟฟ้าใช้เพื่อกำหนดขีดจำกัดที่อุณหภูมิปานกลาง

จะต้องพิจารณาเป็นพิเศษเกี่ยวกับการจัดอันดับของตัวต้านทานแต่ละตัวภายในเครือข่าย เนื่องจากอุณหภูมิพื้นผิวสุดท้ายของตัวต้านทานแต่ละตัวจะแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับว่าตัวต้านทานตัวอื่นในเครือข่ายนั้นอยู่ภายใต้กำลังไฟหรือไม่ แม้ว่าจะเป็นเรื่องยากที่จะสรุป แต่การออกแบบเครือข่ายที่เหมาะสมจะพิจารณาถึงความผันแปรที่อาจเกิดขึ้นเหล่านี้โดยการจัดเตรียมให้ความหนาแน่นของพลังงานที่สม่ำเสมอ

ตามที่ระบุข้างต้น แม้ว่าระดับพลังงานในเครือข่ายที่มีความแม่นยำในพิกัดความเผื่อที่ใกล้เคียงกันมักจะถูกตั้งค่าต่ำกว่า เนื่องจากขนาดของชิปมีขนาดเล็ก แต่ความหนาแน่นของพลังงานอาจสูง ระดับการออกแบบโดยทั่วไปคือ 25 W/in² สำหรับเครือข่ายที่แม่นยำมาก แต่ฟิล์มบางสามารถรักษาระดับความหนาแน่นของพลังงานได้สูงอย่างน่าทึ่ง - มากถึง 200 W/in² - โดยไม่กระทบต่อความซื่อสัตย์สุจริตของตน ในการพิจารณาขั้นสุดท้าย จะต้องเผื่อค่าเผื่อไว้สำหรับข้อเท็จจริงที่ว่าบรรจุภัณฑ์มีความต้านทานความร้อนแตกต่างกันอย่างมาก

ค่าสัมประสิทธิ์แรงดันของความต้านทานและเสียงรบกวนในปัจจุบัน

คุณสมบัติทั้งสองนี้ ซึ่งอาจเป็นข้อเสียเปรียบอย่างร้ายแรงในตัวต้านทานที่ทำจากวัสดุคอมโพสิต เช่น เซอร์เม็ทหรือโพลีเมอร์ โดยทั่วไปมักถูกมองข้ามด้วยเครือข่ายฟิล์มบางที่มีความแม่นยำ เนื่องจากขนาดมีขนาดเล็กมาก นี่เป็นหนึ่งในข้อดีที่สำคัญของวัสดุฟิล์มบางแบบเสาหิน

ค่าสัมประสิทธิ์แรงดันของความต้านทานคือการเปลี่ยนแปลงของหน่วยความต้านทานต่อหน่วยการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่แสดงเป็น ppm/volt เป็นการวัดพฤติกรรมที่ไม่ใช่โอห์มมิก และในฟิล์มบาง จะถึงระดับที่ระบุได้เฉพาะในช่วงเมกโอห์มเท่านั้น โดยจะวัดที่ประมาณ 0.1 ppm/V

เสียงรบกวนในปัจจุบันมีลักษณะและวัดโดยใช้เครื่องมือมาตรฐานที่พัฒนาโดย Quantek Company สำหรับฟิล์มบาง ค่าทั่วไปจะน้อยกว่า – 35 dB

เอฟเฟกต์เทอร์โมอิเล็กทริก

อาจสร้างแรงดันไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกได้หากการสิ้นสุดของตัวต้านทานอยู่ที่อุณหภูมิต่างกัน นี่อาจเป็นปัญหาสำคัญกับตัวต้านทานแบบแยกส่วน ซึ่งการไล่ระดับความร้อนสามารถมีอยู่ได้ในขนาดที่ค่อนข้างใหญ่ ในเครือข่ายแบบฟิล์มบาง ตัวต้านทานทั้งหมดอยู่ที่หรือใกล้อุณหภูมิเดียวกัน อันเป็นผลมาจากขนาดที่เล็กและผลกระทบการกระจายความร้อนของซับสเตรตที่นำความร้อน ผลกระทบของเทอร์โมอิเล็กทริกบนฟิล์มบางมักจะ < 0.1 µV/°C

การตอบสนองความถี่ของตัวต้านทาน

สำหรับความถี่ที่มากกว่า 100 MHz ตัวต้านทานส่วนใหญ่จะต้องพิจารณาในแง่ของวงจรสมมูลที่มีการเหนี่ยวนำและความจุของปรสิต ดูรูปที่ 15 การตอบสนองอิมพีแดนซ์ทั่วไปแสดงในรูปที่ 16 การตอบสนองของอิมพีแดนซ์ขึ้นอยู่กับขนาดตัวต้านทาน วิธีการตัดแต่ง ค่าชิ้นส่วน และรูปแบบการสิ้นสุด

รูปที่ 15: ตัวต้านทานส่วนใหญ่ต้องพิจารณาในแง่ของวงจรสมมูลที่มีการเหนี่ยวนำกาฝากและความจุสำหรับความถี่ที่มากกว่า 100 MHz (ที่มาของภาพ: Vishay)

รูปที่ 16: การตอบสนองอิมพีแดนซ์ภายในโดยทั่วไปสำหรับตัวต้านทานชิปพลิก 0402 พร้อมการตัดแต่งความรู้สึกขอบพิเศษ (ที่มาของภาพ: Vishay)

การพิจารณาขนาดมีความสำคัญอย่างมากในการลดอิมพีแดนซ์ของปรสิต ยิ่งขนาดที่เล็กลงเท่าใด ชิ้นส่วนก็จะยิ่งเข้าใกล้ตัวต้านทานในอุดมคติมากขึ้นเท่านั้น สไตล์การตัดแต่งก็มีความสำคัญเช่นกัน

ตัวต้านทานแบบฟิล์มบางสามารถตัดแต่งได้ด้วยการออกแบบทางเรขาคณิตต่าง ๆ ดูรูปที่ 17 ด้วยการรักษาการออกแบบให้เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าตรงกลาง (สมดุล) ระหว่างแผ่นสัมผัสกับรูปแบบอื่น ๆ เช่นคดเคี้ยวหรือ L-trim ประสิทธิภาพของอุปกรณ์สามารถปรับปรุงได้

รูปที่ 17: ตัวต้านทานแบบฟิล์มบางสามารถตัดแต่งได้ด้วยการออกแบบทางเรขาคณิตต่างๆ (ที่มาของภาพ: Vishay)

ดูลิงค์ด้านล่างสำหรับตัวต้านทานฟิล์มบาง Vishay

เครือข่ายตะกั่วบัดกรี

• MP ซีรีส์
• MPM ซีรีส์
• OSOP ซีรีส์
• VSSR ซีรีส์
• ORN ซีรีส์
• NOMC ซีรีส์
• VSOR ซีรีส์
• CSO ซีรีส์

ชิปยึดพื้นผิว

• M55342 ซีรีส์
• PTN ซีรีส์
• FC ซีรีส์
• M ซีรีส์

Through-hole

• TSP ซีรีส์
• VTF ซีรีส์
• HD ซีรีส์