電流檢測用途的電阻器主要用于電機驅動電路、電源的過電流保護及電池電量檢測.一直以來在汽車市場、工業設備市場、電腦市場等應用廣泛,尤其是在近年來的汽車市場,受電動汽車、混合動力車開發的帶動,在整個市場的應用的高性能化和電子化發展迅速.

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

(圖1)ROHM的低阻值系列產品陣容

<汽車市場的低阻值產品的主要用途>(圖2)

?各種電機的驅動電路

?DC/DC轉換器的輸出部分

?電池的充放電監測電路、電量檢測……等

(圖2)低阻值產品的應用及應用電路例

<電流檢測用低阻值產品的趨勢>

電流檢測用的低阻值產品針對負載串聯安裝,通過用IC測量兩引腳的電位差,來實現電流檢測.想要提高IC的電流檢測精度時,可通過設高低阻值產品的電阻值來實現,但這種做法的缺點是電流流過時的產品發熱(損耗)增大.由此可見,測量精度和發熱之間存在矛盾關系,低阻值產品的選型需要權衡檢測精度和發熱之間的平衡.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行高精度的電流檢測.也就是說,通過使用更低電阻值的低阻值產品,已經可以用比以往更小的功耗檢測更大的電流,對于低阻值產品的需求正日益擴大.在這種背景下,ROHM于2014年3月成功開發并推出可支持高達150A以上大電流的產品(PSR系列).

<低阻值技術的概要>

貼片低阻值產品,根據其材料與結構大致分為兩類.一類是基于稱為厚膜低阻值的通用厚膜貼片電阻器技術的產品,另一類是采用金屬材料的金屬低阻值產品.這些產品根據所要求的性能來區別使用,大體上一般是幾十mΩ～為厚膜低阻值電阻產品,幾mΩ左右為金屬低阻值電阻產品,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產品陣容中金屬低阻值電阻和厚膜低阻值電阻產品的分布

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

(圖4)長邊電極與短邊電極(通用品)的特性比較

關于電極的鍍層,具有代表性的是鍍鎳和鍍錫,但低阻值產品考慮到低阻值化、改善溫度特性、電阻值測量穩定性等,有時實施鍍銅.

<采用厚膜技術的低阻值產品>

?厚膜貼片電阻器的電阻體成型的主要工序是絲網印刷的圖樣成型.通過采用絲網印刷法,在氧化鋁PCB板上成型電阻體和電極等.低阻值產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,溫度系數和溫度循環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,在設計時需要分別考慮到其最佳的條件.

ROHM是世界首家開發厚膜貼片電阻器的厚膜貼片電阻器先驅,利用常年積累的技術優勢,ROHM正在不斷完善具有強大陣容的厚膜低阻值系列產品.

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

?作為基本產品,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,通過擴大電極尺寸/變更電阻體材料,使產品陣容又新增了確保高額定功率/優異的溫度特性的UCR系列.該UCR系列不僅具有額定功率/溫度特性方面的優勢,而且,考慮到降低安裝時的電阻值偏差,采用了背面貼裝結構.(圖5)另外,UCR系列產品陣容又新增了在汽車市場的應用研究日益活躍的、保證-55℃～+155℃的使用溫度范圍的超小型0603mm尺寸(UCR006系列)產品.

(圖5)UCR系列的背面貼裝結構

?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板小型化的產品.

<采用金屬電阻體材料的低阻值產品>

?電阻體采用金屬的低阻值產品的結構與厚膜低阻值產品技術完全不同,電阻體采用厚度為幾十μm～幾mm左右的電阻體金屬材料.利用蝕刻和機加工等各種加工技術將這種電阻體材料成型,從而實現目標電阻值與特性.金屬低阻值產品與相同尺寸的厚膜低阻值產品相比,具有可保證高額定功率和高精度電阻溫度系數的特征.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正在擴充覆蓋0.2mΩ～3.0mΩ電阻值范圍的PSR系列.PSR系列采用ROHM獨有的焊接技術接合電阻體金屬和銅電極,實現了具備高散熱性和熱容量的結構.(圖6)另外,通過大型銅電極確保了散熱性,實現了最高達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,實現了高精度的電阻溫度系數.

(圖6)PSR系列的外觀和結構

?在額定功率2W以下的范圍,ROHM正在擴充1mΩ到10mΩ電阻值范圍的PMR系列.PMR系列的結構與PSR系列不同,但從以電阻體金屬為本體這點上來看則與PSR系列相同.另外,PMR系列采用ROHM獨有的設計,無需通過修整來調整電阻值,特征是其結構可減少使用時多發的電阻體發熱問題.(圖7)

(圖7)相同尺寸/相同電阻值下的電阻體熱集中比較

為擴充PMR系列的尺寸,ROHM已開發完成世界最小級別產品,今后將繼續努力實現進一步小型化.另外,將PMR系列變更為長邊電極結構、提高了接合可靠性和散熱性的PML系列的產品陣容也在逐步擴充.

<關于未來的發展>

在1W以上的領域,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到100μm左右,因此,以電阻體本身為本體的結構已經很難實現貼片成型.這個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并沒有拓展相關產品的陣容.對于該領域,很多用戶采用引線電阻和厚膜低阻值電阻來構成電路,但近年來,隨著檢測精度的提升/PCB板的小型化/引線元件數量的削減等各種需求的增加,對金屬低阻值電阻的需求日益高漲.看到這些需求,ROHM將該領域定位為“今后的金屬低阻值電阻的重要產品陣容”,以“小型、高散熱”為理念正在發力新產品的開發.

如本文開頭所述,預計未來的汽車市場對低阻值產品的要求會越來越高,ROHM將會以高額定功率、高散熱、小型化等為關鍵詞,以完善更低阻值產品的陣容為目標,繼續努力推進開發.