Zu den häufigsten Komponenten auf einem PCB dürften SMD-Widerstände gehören, gefertigt in Dickschicht- oder Dünnschichttechnologie. Beide unterscheiden sich in Fertigung, Aufbau und elektrischen Parametern ganz erheblich, wobei es innerhalb jeder Technologie nochmals deutliche Unterschiede gibt. Bis auf wenige Ausnahmen sind alle vorgestellten KOA-Serien gemäß AECQ-200 getestet.
Aufbau Dickschichtwiderstände
Bei Dickschicht- und Dünnschichtwiderständen kommt als keramisches Trägermaterial Aluminiumoxid (Al2O3) zum Einsatz. In der Dickschichttechnik besteht das eigentliche Widerstandsmaterial aus einer Paste auf Basis von Rutheniumoxid (RuO2), die per Siebdruckverfahren auf die Keramik aufgetragen und anschließend gebrannt wird. Die „Dicke“ der RuO2-Paste liegt im Bereich von 10-14µm. Genau genommen ist die Dickschichtpaste eine Mischung aus RuO2 (leitend) und kleinen Glaspartikeln (nichtleitend). Je nach Widerstandsserie und Widerstandwert kommen verschiedene Pastenmischungen zum Einsatz. Um den gewünschten, genauen Widerstandswert zu erreichen, wird die Widerstandsschicht mit einem Laser abgeglichen, dem sog. Trimming. Je nach Widerstandstyp sind hier verschiedene Muster der Einschnitte denkbar. Häufig angewendet wird z.B. der L-Cut.
Natürlich benötigt so ein SMD-Widerstand auch noch Anschlüsse. Diese bestehen in den meisten Fällen aus drei Schichten (Silber und NiCr, Nickel-Sperrschicht, Zinnschicht) wobei die inneren Top-Terminierung (AgPd) den Übergang zur Widerstandsschicht herstellen. Auf der Oberfläche wird die Widerstandsschicht durch eine innere Glasschicht und eine Epoxyd-Harz Schicht abgedeckt.
KOA-Dickschichtserien
Die verschiedenen Serien von KOA weisen teils sehr unterschiedliche (elektrische) Eigenschaften auf. Allein die Standard-Dickschichtserie RK73 gibt es in den Varianten RK73B (Tol. 5%, TK 200ppm/K), RK73H (Tol. 1%, TK 100ppm/K), RK73G (Tol. 0,5%, TK 50ppm/K) und als Jumper RK73Z in den Baugrößen 008004 bis 2512 inch.
Mit höherer Nennleistung und vor allem Impulsfestigkeit ausgestattet ist die SG73-Serie. Je nach Art des Impulses und Anforderungen an die Präzision werden die Varianten SG73, SG73P, SG73S und SG73G angeboten.
Die Serie HV73 ist für höhere Dauerspannungen gedacht. Durch eine zusätzliche innere Isolierung gegen Überspannungen, kann bei Baugröße 1206 zum Beilspiel eine Arbeitsspannung von 800V angelegt werden. Bei Baugröße 2512 sind bis zu 3000VDC möglich. Dementsprechend ist der HV73 auch ein Hoch-Ohm Widerstand, Werte bis 100MΩ werden angeboten.
Für höhere Dauerbelastungen kommt insbesondere die Wide Terminal Serie WK73R in Frage. Wie der Name schon sagt, befinden sich die Anschlüsse an den Längsseiten. Dieses ermöglicht u.a. eine verbesserte Wärmeableitung in die Leiterplatte. Damit ist bei Baugröße 0612 eine Nennleistung von 1,5W möglich, bei Baugröße 1225 sogar bis zu 3W.
Erwähnenswert sind auch die Low Ohm-/Shunt-Serien von KOA in Dickschichttechnologie. Insbesondere die Serien SR73, UR73V und WK73S. UR73V und WK73S erreichen Minimalwerte von 10mΩ. Dabei ist der UR73V2B in Baugröße 1206 mit bis zu 1W belastbar, der WK73S3A in 1225 sogar mit bis zu 4W.
Abschließend beschrieben sei noch eine neue Dickschichtserie mit besonderen Eigenschaften in Sachen Präzision. Der RS73 ermöglicht Initialtoleranzen von ±0,1% und einen TK von ±25ppm/K, mithin Werte, die früher nur Dünnschichtwiderständen vorbehalten waren. Auch die Langzeitstabilität des RS73 ist außergewöhnlich gut, zudem hat der RS73 eine bessere ESD-Verträglichkeit als ein Dünnschicht-Bauteil mit vergleichbaren Parametern.
Aufbau Dünnschichtwiderstände
Dünnschichtwiderstände werden auch Metallschichtwiderstände genannt. Der Dünnschichttechnologie liegt eine deutlich aufwendigere Fertigung unter Reinraumbedingungen zugrunde. Auf den Keramikträger wird eine sehr dünne Nickel-Chrom-Schicht mit Hilfe des Sputtering-Verfahrens aufgetragen. Die Schichtdicke bewegt sich zwischen 10 und 100nm. Die finale Struktur des Widerstandselementes wird dann durch ein fotolithografisches Verfahren erstellt. Zur Erreichung des gewünschten Widerstandswertes kommt dann wieder das Laser-Trimming in den dafür vorgesehenen Bereichen zum Einsatz (Bild 3).
Auch bei den Dünnschichtwiderständen bestehen die Anschlüsse aus drei Schichten (CrNiCu und NiCr, Nickel-Sperrschicht, Zinnschicht), wobei die obere Terminierung die Widerstandsschicht überlappt. Auch hier wird die Widerstandsschicht durch Epoxyd-Harz Schichten abgedeckt.
KOA-Dünnschichtserien
Dünnschichtserien bei KOA sind nicht ganz so zahlreich und verschieden aufgebaut wie KOAs Dickschichtserien, jedoch weist jede Serie eine hohe Zahl an Varianten auf, bedingt durch das breitere Spektrum an Initialtoleranzen und Temperaturkoeffizienten.
Der Highrunner von KOA im Dünnschichtbereich ist die RN73-Serie. Diese gibt es in den Varianten RN73R und RN73H. Als niedrigste Initialtoleranz sind ±0,05% möglich, der engste TK beträgt ±5ppm/K. Wie bei Dünnschicht üblich, zeichnen sich auch RN73R/H durch eine hohe Langzeitstabilität über mehrere 1000 Stunden aus. Der RN73H unterscheidet sich vom RN73R durch eine zusätzliche innere SiO2-Schutzschicht gegen Eindringen von Feuchtigkeit auf dem Widerstandsmaterial, so dass der RN73H auch für anspruchsvolle Automotive-Anwendungen (z.B. Motorraum) geeignet ist.
Benötigt man einen Dünnschichtwiderstand mit höherer Leistung, kann man auf den Wide-Terminal Typ WN73H zurückgreifen. Auch hier befinden sich die Anschlüsse an den Längsseiten des Widerstandes zur besseren Wärmeableitung und die innere Struktur ist wie beim RN73H mit einer SiO2-Schutzschicht geschützt. Verfügbar sind die beiden Baugrößen 0306 und 0612. Beispielsweise ist die Nennleistung des WN73H2B in 0612 mit 1W angegeben – mehr als das Doppelte des vergleichbaren RN73H2B in 1206 mit Standardanschlüssen.
Weiterhin bietet KOA noch Spezialserien in Dünnschichttechnologie auf Siliziumbasis an, wie z.B. einen hochpräzisen Spannungsteiler in einem SOT-23 Gehäuse, Serienname RTY. Herausragend ist ebenfalls auch das Hochvolt-Spannungsteiler-Netzwerk der HVD-Serie. Hier wird eine präzise Spannungsteilung von max. 1000V und einem Teilungsverhältnis von 10:1 bis zu 1000:1 ermöglicht.
Unterschiede zwischen Dickschicht- und Dünnschichtwiderständen
Herausragende Eigenschaften von Dünnschichtwiderständen sind sicherlich Präzision und Langzeitstabilität. Auch wenn KOA mit der neuen Dickschichtserie RS73 in Bereiche vorstößt, die bisher nur Dünnschicht vorbehalten waren, kommt man bei sehr kleinen Toleranzen und engen TKs sowie einer sehr niedrigen Widerstandsdrift über viele tausend Stunden nach wie vor nicht um die Dünnschichttechnologie herum.
Geht es darum Signale möglichst unbeeinflusst zu übertragen, weist das metallische Dünnschichtelement die besseren Werte auf. Dickschichtwiderstände sind beim Thema Stromrauschen insoweit im Nachteil, als die granulare Struktur der Widerstandspaste die Qualität des Signals beeinflusst. Je höher dabei der Widerstandswert, je höher auch der Anteil der Glaspartikel in der Paste, desto stärker das Rauschen.
Im Hinblick auf ESD- bzw. Impulsfestigkeit sowie Nennleistung (bei vergleichbarer Baugröße) sind die Dickschichtserien gegenüber Dünnschicht im Vorteil. Hier macht sich die sehr robuste Dickschichtpaste bezahlt. Wie man an der Vielzahl der Serien erkennt, sind Dickschichtwiderstände in verschiedensten Applikationen anwendbar und im Allgemeinen eine vergleichbar kostengünstigere Lösung.
