贴片电阻,可能是你最熟悉;最便宜;最容易;最简单;最 ……
可你了解它吗?你理解它吗?你懂它有多少?
在中国,设计合理的板子,在合格的典型电源生产线上流下后,由电阻引起的典型系统故障率约0.08%。仅次于功率场效应管的失效权重!
不得不说,读懂电阻是每个工程师的入门必修课!
翻开现代电源的设计书;少不了贴片电阻的影子。
看看国内电源厂的材料表,几乎清一色的标清了封装/阻值。。。可大多少了厂家/牌号。其实;即便标注了,通常也白搭。采购几乎不会按这些备注采购。。。
绝大多数时候;其实连设计师自己也没弄清楚它们到底有多大区别。这家的10K电阻和那家的就不一样?做做型式试验;也没啥区别啊!
呵呵!正是这;这造成了质量隐患……
先看看我们最熟悉的1206/0805。。。这类封装的家伙吧!
陶瓷衬底;两头烧银,正面刷或黑或蓝或红的电阻浆料,再盖层保护釉!这就是我们最耳熟能详的东西。
首先声明,我不是卖电阻的,至少到现在为止还没有这方面发展计划。
其次;这里提及内容是从使用者角度看待问题。可能会有出入甚至是差错难免,希望大家能不吝赐教。
在下没有评头论足的习惯,更不愿评论谁家质量如何。
贴片电阻是大规模生产的产品,产线投入巨大。无论现在如何,至少在投资当初,每位老板都是想出精品出效益;为社会为自己为家人和朋友或只是为钱,作出应有的贡献。因此;每个合格企业都是值得尊敬的。产品如人;都有自己的品性和特点,有她独特的使用优势。作为电源人;这里只是提及电源应用方面的经验,并不代表其它。
先讨论电阻端头。这是典型的几种小尺寸电阻照片:
常见端头有金属烧结;银浆烧结;金属焊接;金属压接焊及金属电阻本体等几种。
无论是啥方式的端头,对使用者来讲,只用关心它的可焊性、抗蚀性、可塑性、热阻、噪音。
银浆端头呈银白色;非常容易辨认(见照片中1206绿色电阻)。这类端头是用银浆料刷在陶瓷基板上烧结而成。
工艺原理和厚膜电路基本一样,端头导电性很好,噪音很低。
这类端头的牢固度比较差;若干温度循环后,容易端头脱落而失效。在PCB上;由于脱落端的间隙非常小;甚至经常会似接非接,电阻体完整。很难用肉眼发现。同样;在实验室循环焊接数次后;脱落现象很普遍。
银端头新鲜状态的可焊性很好;但不耐储存。长期放置后;端头有氧化(硫化)现象,造成高概率的虚焊。
从这些看来;貌似银端头一无是处?
非也!这类结构电阻的最大本事是噪音低!在弱信号、电流采样、高频信号采集场合非常有用。她如同玫瑰;漂亮、甚至能食和治病,却需要你的呵护,那遍身的刺,会在你未懂她时被刺痛。
前面提到的端头问题,反应到生产就是工艺问题啊!
普通1206、0805、0603的问题比较少,再大和再小的问题就多了。
如果电阻端头和工艺有些联系。那么;电阻体知识就彻底只和设计师有关了。
电阻体的知识;你有木有?
你是否注意到?你是否用对了?
抛开PTC、NTC、热敏等等特殊电阻不谈;仅常用贴片电阻而言,有金属、金属氧化膜、油墨、含银油墨等几种类型。它们的电阻都是随温度而变,描述这种现象的参数就是温度系数,通常以每摄氏度电阻变化率来标定。
常用电阻的额定温漂为5、50、100、200ppm(ppm:百万分之一缩写)
说道温度系数;就离不开最初学习的教科书了。
几乎所有书里都说;XXX材料的温漂是XXXX,从不提及它的适用范围!这就是中国学生的悲哀!史上哪有绝对线性的?从广义相对论讲;连光走的都是时空曲面!在现在我们所处的时空间;大家只是沿着曲面看过去貌似直的而已。
电阻产品的温度系数都是非线性的;同一系列的温度系数也不一样。各厂出的同一系列差异也非常明显。一般;电阻在设计时;将25C左右的温漂尽可能的设计成“0”,这样能保证生产工艺的最简化和实际用时获得最小温漂。
如一粒200ppm的电阻;0~70C范围变化的比例为1.4%。将实际温度系数不同的电阻分压,温度漂移可想而知。
这些被忽略的参数;导致比例分压(如TL431电压反馈等)值随温度而飘,电源误差通常被限制在1%左右。
不同型号规格的电阻别混用!
单一规格会更好!
为把精度要提高,
电阻精度不可少。
高温低温咱不怕,
同值串并就行了。
各品种电阻材质的环境影响是不同的。浆料、油墨电阻便宜;却容易受辐射及紫外线老化,不适合室外或有电晕、臭氧环境工作。
金属氧化膜电阻误差比较大;却很稳定和高的高频低噪音性能。做电流或其它弱信号处理很适用。
金属膜的电阻最复杂,5、20、50、100ppm都有料。温漂好;可每种阻值都有限制了。
贴片电阻是工业化的产物;自打诞生就刻上了工业烙印。
贴片电阻是按“方”生产的。
若干种相邻阻值为一方(如1~10k为一方),生产电阻胚料。在最后工序中;用激光蚀刻等方法做到需要的精准阻值。
通常蚀刻的图像有S及L两种。
电阻体的电阻分布不是线性的。被蚀刻后的电阻体出现了蜂腰,蜂腰处的发热及电应力最大。
一般使用中;对于小尺寸电阻;由于本身额定功率不大及陶瓷基板的良好导热性,使得一般使用时问题不突出。对于大尺寸电阻体;局部过热使电阻体加速老化甚至有出现“鼓包点”,严重局部过热会烧裂陶瓷基板。
对于冲击性负载场合(如大场效应管的栅驱动),蜂腰是致命的。瞬间冲击使得热来不及扩散而导致电阻体基板有明显的温度梯度。由于热膨胀效应作用,导致基板内出现大的热疲劳应力而失效。
不同场合及厂家的电阻产品;可靠性是不同的。
由于电阻被蚀刻,电阻体上的电压梯度是非均匀的。因此;普通电阻的耐压非常有限,即便是非常高的阻值且功耗也够,局部过度集中的电场会导致蜂腰部分电阻体击穿或出现沿刻蚀线沿面漏电。长时间的积累;导致电阻老化。
因此;除非是特殊处理,一般的贴片电阻不适合做高压应用。即便是400V等相对较高电压的低压环境;也需要两个以上串联使用。
蚀刻好后的电阻体非常脆弱,很容易受到灰尘、水汽的侵蚀。因此;出厂前要在电阻体外被上釉质,来隔离大气及其它周边环境的影响。
釉质的好坏决定了电阻的不稳定性。如果发现釉面开裂或脱落;因弄清是否厂家出了质量或工艺问题;还是电阻厂采购原料有问题。搞清出问题批次,以便更换处理。
普通贴片电阻的基材是高铝陶瓷基板。这是一种导热比较好且有一定韧性的多孔陶瓷材料。正因为它的材料特点,比较容易吸附杂质,如水汽、有机质等。高温焊接后;有机质会被碳化等,导致陶瓷基板电阻值下降。
基于这些原因;高值贴片电阻在使用时特别需要当心。
贴片电阻的焊盘设计;对电阻的影响非常大。合理的设计;能自动矫正电阻位置且免受应力威胁。
焊料在熔融状态下;和水滴一样,有表面张力的作用下成球状。
对于轴对称分布的焊盘,由于现在的常用焊料是铅锡或锡铋系合金,比重都比较大。电阻体会浮在液态球状焊料上。这种悬浮状态能自动矫正放偏的焊料,自动回归到焊盘的对称轴线上。因此;除非迫不得已,不要用异性焊盘,对称焊盘的表面张力能矫正器件,同样;非对称焊盘的非对称表面张力会自动拉偏原本正常的元件。
焊盘不仅有固定安装和连线功能;对贴片电阻讲;还有非常重要的散热功能。所有贴片电阻的额定功率都是在标准覆铜面积的PCB上定义的,焊盘附着在覆铜上,连接着电阻和散热覆铜(PCB)。
如果电阻有比较大的功耗或发热接近额定功率,焊盘大小决定了电阻温度及可靠性。
对于贴片电阻,两焊盘的中心要和电阻端头中心对齐!
焊料在凝固过程中会有明显收缩显现,如果两中心偏离,就会在焊料结晶过程中发生轴向收缩现象,导致电阻有轴向预应力。这种应力随两中心的重合度及焊料刚性和量而变。
因此;焊盘尺寸/距离很重要!大尺寸焊盘会富集过度多的焊料!锡量一定不能多!适度即可!
较大功率贴片电阻的焊盘;尺寸较大,会有气泡寄生在焊盘下或焊料溅射等问题。因此;这类大电阻焊盘需要成两个小焊盘处理,在焊料预热过程中;使气化物有道可排,焊料融化后;无成大气泡的可能。分割成小焊盘后;焊料凝固收缩引力也会减小。
贴片电阻DIY 这也行?没问题!
适宜DIY阻值范围大体在几十到几百K欧姆范围!
DIY工具非常简单
一个阻值大于目标值的电阻,一支铅笔。。。如果想来回调值,那就再加块橡皮!
瞧瞧!现在的电阻是……
在电阻背面的陶瓷上;写个“工”字,看!现在是多少阻值?
你再往下看;是多少?
轻轻一笔;这是180欧的电阻;就影响数欧。如果是1M呢?
DIY的目的是调整阻值,有些是需要微调的。
“工”字写粗点?
再涂宽些哈:
DIY的关键是要将贴片电阻的端头用铅笔描实!这样才能保证电阻的稳定性。
这就是为啥要用“工”字图
其实;只要那顶天立地的两横加以融会贯通的一竖或其它能连起两横的其它任意图形;都是可以的!
如此DIY,与其说是游戏;不如说是工具。在偶然缺少某种阻值或需要调整时,这是立竿见影的方法。
这个DIY;从另一方面,反映了劣质焊料及工艺残留物等污渍对贴片电阻的致命影响。
对于低值电流取样电阻,除了注意这些标准做法外,功率线、信号线的分离是非常关键的。它会影响到电流取样精度。
不同质量或蚀刻方式的电阻特性是不同的。
大家知道;固体导电实质是电子群在物质块里做热+定向运动。电子群规模大小;决定了最大可通电流。
而这个门限恰恰就发生在蜂腰位置。
有意思的是物质电阻率的大小不仅和电子群规模有关;还和分子结构及化合键对高能带电子约束能力有关。
即小电流时的电流分布和空间电场及电阻局部电阻率有关。大电流时的电流分布却受到局部电子群限制而电流分布规律和小电流大相径庭。
这样,从电阻的值看,小电流和大电流的电阻是有差异的……便这个电流脉冲只有数微秒!
关于0ohm电阻;在电源里需要谨慎使用。
所谓0ohmSMT电阻;实质上是低于0.1ohm的电阻,无值和精度之说。对单纯信号网络讲;完全可以做跳线使用。在电源等高噪音环境下;需要谨慎处理。
这类电阻很容易引起噪音干扰。
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