汽车领域低阻值电阻器系列产品的最新阵容

2014年4月17日

【ROHM半导体(上海)有限公司 4月17日上海讯】电流检测用途的电阻器主要用于电机驱动电路、电源的过电流保护及电池电量检测。一直以来在汽车市场、工业设备市场、电脑市场等应用广泛,尤其是在近年来的汽车市场,受电动汽车、混合动力车开发的带动,在整个市场的应用的高性能化和电子化发展迅速。
与之相伴随的是在汽车市场,"支持更高功率的小型低阻值产品"、"可抑制电路功耗的超低阻值产品"、"在严苛的温度环境下也可确保优异的电阻温度系数的高精度低阻值产品"等需求日益高涨。ROHM为满足汽车市场对低阻值产品的多样化需求,打造了丰富的低阻值系列产品阵容。(图1)

ROHM的低阻值系列产品阵容
(图1)ROHM的低阻值系列产品阵容

<汽车市场的低阻值产品的主要用途>(图2)

・各种电机的驱动电路
・DC/DC转换器的输出部分
・电池的充放电监测电路、电量检测……等

低阻值产品的应用及应用电路例
(图2)低阻值产品的应用及应用电路例

<电流检测用低阻值产品的趋势>
电流检测用的低阻值产品针对负载串联安装,通过用IC测量两引脚的电位差,来实现电流检测。想要提高IC的电流检测精度时,可通过设高低阻值产品的电阻值来实现,但这种做法的缺点是电流流过时的产品发热(损耗)增大。由此可见,测量精度和发热之间存在矛盾关系,低阻值产品的选型需要权衡检测精度和发热之间的平衡。但是,近年来,随着LSI的性能提升,由比以往还小的电位差也可进行高精度的电流检测。也就是说,通过使用更低电阻值的低阻值产品,已经可以用比以往更小的功耗检测更大的电流,对于低阻值产品的需求正日益扩大。在这种背景下,ROHM于2014年3月成功开发并推出可支持高达150A以上大电流的产品(PSR系列)。

<低阻值技术的概要>
贴片低阻值产品,根据其材料与结构大致分为两类。一类是基于称为厚膜低阻值的通用厚膜贴片电阻器技术的产品,另一类是采用金属材料的金属低阻值产品。这些产品根据所要求的性能来区别使用,大体上一般是几十mΩ~为厚膜低阻值电阻产品,几mΩ左右为金属低阻值电阻产品,而金属低阻值电阻的特征是可保证更高的额定功率。(图3)

ROHM产品阵容中金属低阻值电阻和厚膜低阻值电阻产品的分布
(图3)ROHM产品阵容中金属低阻值电阻和厚膜低阻值电阻产品的分布

贴片的形状按与安装板相连接的电极结构分为两种类型,即,在贴片的短边侧成型电极的一般形状和在贴片的长边侧成型电极的长边电极型。一般情况下,长边电极型产品的PCB板安装后的接合可靠性和温度循环特性更佳。而且,与短边电极型产品相比,还具有对安装板的散热性更好、保证的额定功率更高的特点。(图4)

长边电极与短边电极(通用品)的特性比较
(图4)长边电极与短边电极(通用品)的特性比较

关于电极的镀层,具有代表性的是镀镍和镀锡,但低阻值产品考虑到低阻值化、改善温度特性、电阻值测量稳定性等,有时实施镀铜。

<采用厚膜技术的低阻值产品>
・厚膜贴片电阻器的电阻体成型的主要工序是丝网印刷的图样成型。通过采用丝网印刷法,在氧化铝PCB板上成型电阻体和电极等。低阻值产品的电阻体采用电阻值较低的材料,与普通电阻值的材料相比,温度系数和温度循环特性等容易受电极材料的成分、电阻体与电极的厚度的影响,因此,在设计时需要分别考虑到其最佳的条件。
ROHM是世界首家开发厚膜贴片电阻器的厚膜贴片电阻器先驱,利用常年积累的技术优势,ROHM正在不断完善具有强大阵容的厚膜低阻值系列产品。

・作为满足汽车市场的高接合可靠性与额定功率要求的产品,ROHM正在扩充长边电极型的低阻值LTR系列产品。通过在贴片的长边侧配置电极,实现了高接合可靠性和温度循环特性。不仅如此,利用长边电极型的高散热性,可支持比普通的厚膜低阻值产品更高的额定功率(例:3216mm尺寸产品保证1W)。

・作为基本产品,覆盖了比一般的通用厚膜贴片电阻器MCR/低阻值系列(47mΩ~)和MCR/低阻值系列更宽的电阻值范围(11mΩ~),而且,通过扩大电极尺寸/变更电阻体材料,使产品阵容又新增了确保高额定功率/优异的温度特性的UCR系列。该UCR系列不仅具有额定功率/温度特性方面的优势,而且,考虑到降低安装时的电阻值偏差,采用了背面贴装结构。(图5)另外,UCR系列产品阵容又新增了在汽车市场的应用研究日益活跃的、保证-55℃~+155℃的使用温度范围的超小型0603mm尺寸(UCR006系列)产品。

UCR系列的背面贴装结构
(图5)UCR系列的背面贴装结构

・这些厚膜低阻值电阻(LTR系列/UCR系列),由于其更高的额定功率,使将以往产品(MCR/低阻值系列)替换为更小型封装成为可能,是有助于PCB板小型化的产品。

<采用金属电阻体材料的低阻值产品>
・电阻体采用金属的低阻值产品的结构与厚膜低阻值产品技术完全不同,电阻体采用厚度为几十μm~几mm左右的电阻体金属材料。利用蚀刻和机加工等各种加工技术将这种电阻体材料成型,从而实现目标电阻值与特性。金属低阻值产品与相同尺寸的厚膜低阻值产品相比,具有可保证高额定功率和高精度电阻温度系数的特征。另外,为了在0.2mΩ到10mΩ左右的极低电阻值范围使用较厚的电阻体金属,一般采用将电阻体本身作为贴片成型的方法。

・在额定功率4W以上的范围,ROHM正在扩充覆盖0.2mΩ~3.0mΩ电阻值范围的PSR系列。PSR系列采用ROHM独有的焊接技术接合电阻体金属和铜电极,实现了具备高散热性和热容量的结构。(图6)另外,通过大型铜电极确保了散热性,实现了最高达5W的高额定功率。其特征是通过按电阻值选择最佳的电阻体金属,实现了高精度的电阻温度系数。

PSR系列的外观和结构
(图6)PSR系列的外观和结构

・在额定功率2W以下的范围,ROHM正在扩充1mΩ到10mΩ电阻值范围的PMR系列。PMR系列的结构与PSR系列不同,但从以电阻体金属为本体这点上来看则与PSR系列相同。另外,PMR系列采用ROHM独有的设计,无需通过修整来调整电阻值,特征是其结构可减少使用时多发的电阻体发热问题。(图7)

相同尺寸/相同电阻值下的电阻体热集中比较
(图7)相同尺寸/相同电阻值下的电阻体热集中比较

为扩充PMR系列的尺寸,ROHM已开发完成世界最小级别产品,今后将继续努力实现进一步小型化。另外,将PMR系列变更为长边电极结构、提高了接合可靠性和散热性的PML系列的产品阵容也在逐步扩充。

<关于未来的发展>
在1W以上的领域,如果要使用金属材料支持几十mΩ以上的低阻值范围,金属电阻体的厚度将达到100μm左右,因此,以电阻体本身为本体的结构已经很难实现贴片成型。这个问题可以通过在本体的基材上固定电阻体材料来解决,但以往的ROHM并没有拓展相关产品的阵容。对于该领域,很多用户采用引线电阻和厚膜低阻值电阻来构成电路,但近年来,随着检测精度的提升/PCB板的小型化/引线元件数量的削減等各种需求的增加,对金属低阻值电阻的需求日益高涨。看到这些需求,ROHM将该领域定位为"今后的金属低阻值电阻的重要产品阵容",以"小型、高散热"为理念正在发力新产品的开发。
如本文开头所述,预计未来的汽车市场对低阻值产品的要求会越来越高,ROHM将会以高额定功率、高散热、小型化等为关键词,以完善更低阻值产品的阵容为目标,继续努力推进开发。

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