자동차 및 산업용 응용 제품을 위한 박막 저항기 선택하기

자동차, 산업 및 통신과 같은 전자 응용 제품에는 높은 습도, 부식성 대기 등 열악한 환경을 견딜 수 있는 정밀 부품이 필요합니다. 이러한 첨단 설계의 성공을 위한 기본 요소인 수동 소자 부품의 경우 안정적인 성능을 보장하기 위해 지속적인 혁신이 필요합니다.

예를 들어, 금속 필름 칩 저항기는 까다로운 환경에서 정확성, 안정성 및 신뢰성을 보장하도록 설계 및 테스트해야 합니다. 자동차 및 산업 시장용 칩 저항기 설계에 영향을 미치는 중요한 문제 중 하나는 황 화합물이 있는 경우의 장기적인 신뢰성입니다. 오일, 윤활유, 연료 및 기타 유황 함량이 높은 화합물이 존재하는 이러한 환경은 접점의 기능을 저하시키고 칩 저항기의 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있습니다.

이 기사에서는 설계자들이 열악한 환경에 사용할 케이블링 옵션을 고려할 때 직면하게 되는 과제에 대해 설명합니다. 그런 다음 YAGEO의 두 가지 황 및 내습성 표면 실장 저항기 제품군을 소개하고 이들 제품이 이러한 응용에 있어서의 과제를 해결하는 데 어떻게 활용될 수 있는지를 보여줍니다.

칩 저항기 특성

칩 저항기는 자동차, 산업 및 통신 장치를 포함한 최신 전자 장치의 핵심 구성 요소입니다. 정확성, 안정성, 신뢰성이 뛰어나면서도 크기가 작아 고밀도 회로에 매우 이상적이며 저항, 허용 오차 범위, 온도 저항 계수(TCR) 및 전력 등급의 범위가 넓습니다. 두 가지 YAGEO 칩 저항기 제품군은 AT 및 RP 계열인데, 이 사양은 온도, 습도, 납땜 열에 대한 내성, 열 충격, 기판 굴곡 허용 오차 범위에 대해 수동 전자 부품을 테스트하는 규격으로, 두 계열 모두 자동차 응용 제품용으로 AEC-Q200 등급을 받았습니다. 또한 낮은 습도 민감도와 황 저항성도 테스트합니다.

전기 사양 비교

AT 및 RP 계열 표면 실장 장치(SMD) 저항기는 네 가지(0402, 0603, 0805, 1206) 표준 표면 실장 패키지로 제공됩니다. 각 패키지의 숫자 코드에는 장치의 공칭 길이와 너비(인치)가 포함되어 있습니다(표 1).

표 1: RP 및 AT 칩 저항기 계열 부품의 네 가지 패키지 크기에 대한 치수 및 전력이 표시되어 있습니다. (표 출처: Art Pini)

전력 등급은 1/16W에서 1/4W까지 패키지 용량에 따라 달라집니다.

이러한 패키지 크기는 다양한 저항, 저항 허용 오차 범위, TCR 및 전압 정격 값을 제공합니다. AT 계열 저항기의 사양은 표 2에 요약되어 있습니다.

표 2: AT 계열 저항기의 전기적 특성이 나와 있습니다. (표 출처: YAGEO)

표에는 각 패키지 크기, TCR 및 허용 오차 범위에 대해 사용 가능한 저항 값의 범위가 나와 있습니다.

표 3에는 RP 계열의 사양이 요약되어 있습니다.

표 3: RP 계열 저항기의 전기적 특성이 나와 있습니다. (표 출처: YAGEO)

두 제품 계열의 구성 요소는 패키지 크기, TCR, 저항 허용 오차 범위 및 저항에 따라 선택됩니다. 사용 가능한 저항 값의 범위는 각 사양에 따라 다릅니다.

RP 계열의 TCR 값은 ±50, ±25, ±15, ±10ppm/°C(섭씨 온도당 백만분의 1)의 단계로 제공되며, AT 계열의 경우는 ±5ppm/°C의 더 낮은 TCR이 추가됩니다.

RP 계열 장치에 사용 가능한 저항 값의 범위는 각 TCR 단계의 AT 저항 값보다 크거나 동일합니다.

두 계열 모두 가장 많이 사용되는 저항 허용 오차 범위인 0.1%, 0.25%, 0.5%, 1%의 허용 오차 범위 값을 제공합니다. AT 계열은 세 가지 허용 오차 범위(0.05%, 0.02%, 0.01%)를 추가로 제공합니다. 이러한 정밀한 허용 오차 범위는 요구되는 빈도가 적고 제공되는 저항 값의 범위가 더 제한적입니다.

AT 및 RP 계열 저항기 비교

YAGEO AT0402FRE0710KL은 0402 패키지로 제공되는 10kΩ, 1/16W AT 계열 저항기로, TCR이 ±50ppm/°C입니다. RP 계열에 해당하는 제품은 RP0402FRE0710KL로, 사양은 동일합니다. 두 제품의 차이점은 이 TCR 범위에서 RP 계열은 10Ω ~ 240kΩ의 저항 값을 제공하는 반면, AT 계열은 10Ω ~ 100kΩ의 저항 값을 제공한다는 점입니다. RP 계열은 모든 TCR 값에 대해 이 범위의 저항을 제공하는 반면, AT 계열의 경우에는 그 범위가 ±10ppm/°C 및 ±5ppm/°C의 TCR 값으로 줄어듭니다.

AT0603DRE0710KL은 0603 패키지로 제공되는 10kΩ, 1/10W AT 직렬 저항기이며, TCR은 ±50ppm/°C입니다. RP0603DRD0710KL은 ±25ppm/°C인 TCR을 제외하고 공칭 사양이 동일한 RP 0603 계열 저항기입니다. RP 계열에서 사용 가능한 저항의 범위는 10Ω ~ 910kΩ입니다. AT 저항기는 가장 높은 두 가지 TCR 사양의 경우 10Ω ~ 330kΩ 범위의 값을 가지며, 낮은 TCR 선택의 경우 훨씬 더 제한적인 범위의 값을 가집니다.

0805 패키지의 AT 계열 AT0805BRD0710KL은 10kΩ, 1/8W 저항기이며 TCR은 ±25ppm/°C입니다. 동급의 RP 계열인 RP0805BRD0710KL은 이와 동일한 저항, 허용 오차 및 TCR를 제공합니다. 다시 말하지만, RP 계열은 전체 TCR 선택 범위에서 저항 범위가 더 넓은 반면, AT 저항기는 하위 세 가지 TCR 선택 범위가 더 제한되어 있습니다.

AT1206BRD0710KL은 1206 패키지의 10kΩ, 1/4W 저항기로, 동급의 RP 계열인 RP1206BRD0710KL이 이와 동일한 사양을 제공합니다.

전기 사양에 따라 이러한 저항기 제품군은 유사하며 다양한 응용 분야에 적합합니다. RP 계열은 더 넓은 범위의 저항 값을 제공하므로 적용 범위가 넓습니다. AT 계열은 일부 저항 값에 대해서는 더 좁은 허용 오차 범위와 더 낮은 TCR 범위를 제공하며, 이러한 두 가지 특성은 더 높은 정밀도와 정확성이 요구되는 응용 분야에 적용됩니다. 두 계열 모두 정격 전력 수준에서 -55°C ~ +155°C의 온도 범위에서 작동하며, 주위 온도가 +70°C 이상으로 상승하면 정격 전력을 낮춰야 합니다(그림 1).

그림 1: 두 계열의 전력 경감 곡선에 따라 70°C 이상의 온도에서는 전력을 줄여야 합니다. (이미지 출처: YAGEO)

환경 안전 및 보호

AT 및 RP 제품군 모두 자동차 및 산업 환경에서 사용할 수 있도록 인증되었습니다. 제조에 사용되는 에폭시 화합물에는 할로겐이나 납이 함유되지 않았으며 RoHS 규격을 충족합니다. 또한 이러한 저항기에는 금지되지 않은 재료가 사용되므로 환경 유해 폐기물 발생을 줄입니다.

두 저항기 제품 라인 모두 차량 및 산업 환경에서 흔히 발생하는 습기 및 부식성 가스에 대한 민감도가 낮습니다. 내습성의 한 측면은 습기 민감도 수준(MSL)인데, 전자 업계에서 사용하는 이 등급 시스템은 부품이 상대 습도 60%~85%의 습도 수준과 +85°F 이하의 온도에서 웨이브 납땜을 저해하는 수준의 습기를 흡수할 때까지 얼마나 오래 노출될 수 있는지를 확인합니다. 웨이브 납땜 중에는 갇힌 수분이 빠르게 팽창하여 부품과 회로 기판이 손상될 수 있습니다. AT 및 RP 계열 저항기는 MLS 1 등급으로, 바닥 보관 수명이 무제한임을 나타냅니다. 또한 AEC-Q200에 따라 내습성 테스트를 거쳤으며 두 계열 모두 습도에 노출되어도 ±(0.1% + 0.05Ω) 미만의 저항 변화를 보입니다.

유황 화합물에 대한 노출로 인한 오염으로 인해 칩 저항기와 같은 수동 부품의 민감도가 높아질 수 있습니다. 오일, 윤활유, 석유 기반 연료, 고무 부품 또는 코팅은 유황 기반 연기를 방출합니다. 이러한 유황 화합물은 금속, 특히 은과 반응하여 칩 저항기를 손상시킬 수 있습니다.

내황성 테스트(ASTM-B-809-95, 수정판)는 측정된 양의 분말 유황을 첨가하여 밀폐된 용기에서 생성된 유황 함량이 높은 대기에 테스트 부품을 노출시키는 방식으로 진행됩니다. 용기는 +105°C로 가열되고 부품은 750시간 동안 이러한 대기에 노출됩니다. 테스트 대상 저항기는 저항이 규정된 한계보다 적게 변화하는지 측정합니다. 두 저항기 계열 모두 황에 대한 저항성이 우수합니다.

AT 계열 및 RP 계열 저항기의 차이점

AT 및 RP 계열 저항기는 설계가 다릅니다. AT 계열은 습기 및 황 내성에 대한 보다 전통적인 접근 방식을 사용하는 초기 설계인 반면, RP 계열은 최신 건축 기술과 재료를 통합한 보다 최신의 설계입니다(그림 2).

그림 2: AT 및 RP 계열 칩 저항기의 구조를 비교하면 습기 및 황으로부터 장치를 보호하는 방법의 차이점을 알 수 있습니다. (이미지 출처: YAGEO)

두 계열 모두 모든 칩 저항기와 마찬가지로 세라믹 기판 위에 증착된 저항성 금속 필름을 사용합니다. AT 저항기는 구리와 유황의 반응이 은만큼 강하지 않기 때문에 유황 증기의 부식 효과를 줄이기 위해 구리를 상단 전극(C1)으로 사용합니다. 저항층과 전극은 에폭시 오버코트를 사용하여 밀봉됩니다. 엔드캡은 납땜성을 보장하기 위해 주석 코팅 니켈로 제작되었으며 저항기 하단의 은 전극을 밀봉하고 연결 지점을 제공합니다.

관련 칩 부품에 대한 다년간의 경험을 바탕으로 RP 장치는 황 오염을 방지하기 위해 C1 내부 전극 위에 폴리머 은층(C3)을 추가합니다. 이를 통해 내부 전극을 은으로 만들 수 있습니다. 얇은 패시베이션 층은 금속 필름과 부식성 요소 사이의 장벽인데, 패시베이션은 저항층을 코팅하여 부식이나 환경의 영향을 덜 받도록 하는 화학적 공정입니다. 에폭시 오버코트로 밀봉 프로세스를 완료합니다.

RP 계열의 경우 밀봉 공정이 개선되어 AT 계열보다 황에 대한 내성이 우수합니다. RP 장치에 대한 황 테스트 사양은 ±(2.0% + 0.05 Ω)로, AT의 한도(±(4.0% + 0.05 Ω))에 비해 엄격합니다. 이는 유황 노출로 인한 저항의 변화가 더 적다는 것을 의미합니다.

새로운 저항기 구조로 인해 비용 절감, 리드 타임 단축, 생산 효율성증대의 장점을 누릴 수 있었습니다.

결론

자동차, 산업 및 통신 시스템에는 높은 습도, 부식성 대기 등 열악한 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있는 정밀 부품이 필요합니다. AT 및 RP 계열 저항기는 AEC-Q200 인증을 받았으며 이러한 응용 분야에 매우 적합합니다. RP 계열의 경우 습도 및 황 내성이 개선되고 가격이 저렴하며 리드 타임이 짧아졌으며, AT 계열은 ±0.01%, ±0.02%, ±0.05%의 낮은 허용 오차 범위를 가진 선택적 저항 값을 제공합니다.