Почему горят низкоомные резисторы Опции

[AlexeyW]

Была обнаружена такая проблема:
для резисторов размера 1206 нормированное допустимое напряжение 200В.
При использовании высокоомных резисторов в статических цепях вроде никаких проблем, при непревышении мощности.
В нашем же случае было так: на резисторе порядка 10-15 Ом возникало напряжение в 100-150 В примерно на 10-20 нс (частота импульсов - десятки герц). При этом резистор начинает гореть: сначала в центре появляется искра, которая вытягивается постепенно вдоль резистора.
Существует информация, не знаю, насколько достоверная, что сопротивление резисторов подгоняют, просто делая на них поперечный надрез. Я стачивал защитный слой наждачкой, и действительно обнаружил что-то типа надрезов, разные на разныз номиналах.
Кто сталкивался с подобными вещами?
Принципиально то, что тонкий разрез вызывает концентрацию поля, в десятки раз большую, чем напряжение/длину резистора. При таком условии, выходит, что и 200В нельзя гарантировать. Или, начиная с каких-то номиналов, разрезов уже не делают? Какая есть информация по этому поводу, официальная и экспериментальная? Заранее большое спасибо.

[EUrry]

Была обнаружена такая проблема:
для резисторов размера 1206 нормированное допустимое напряжение 200В.
При использовании высокоомных резисторов в статических цепях вроде никаких проблем
.....
Существует информация, не знаю, насколько достоверная, что сопротивление резисторов подгоняют, просто делая на них поперечный надрез.

//Ну, думаю, что на 99,99 % резистор у Вас толстопленочный. Поэтому далее, без дополнительных оговорок, буду иметь в виду таковые//
Делают, не только 1, а даже 3 - 1 посередине и 2 ближе к контактам (средний и крайние делаются с разных сторон и получается что-то типа меандра на топологии).

Принципиально то, что тонкий разрез вызывает концентрацию поля, в десятки раз большую, чем напряжение/длину резистора. При таком условии, выходит, что и 200В нельзя гарантировать.

По идее напряженность повышенная, но не настолько, чтобы вызывать пробой (тем более, что разрез заплавлен стеклом), а вот импульсная мощность в Вашем случае чрезвычайно большая: (150^2/15 = 1500 Вт) - это в 6000 или 12000 раз (!!!) выше средней допустимой (соответственно 0,25 или 0,125 Вт). Настолько высокое допустимое превышение импульсной мощности относительно средней я никогда не встречал - обычно на порядок, но уж ни на 3. Эта прикидка просто сразу отметает все другие версии.

Или, начиная с каких-то номиналов, разрезов уже не делают? Какая есть информация по этому поводу, официальная и экспериментальная? Заранее большое спасибо.

Ни с каких, делают везде, кроме резисторов спец. назначения, например, СВЧ (да и то подгонка есть, но ограничена размерами резов, для обеспечения малой паразитной индуктивности).

Потом, горят совершенно четко - с середины. Потом, горят не за один импульс, а медленно прогорают за тысячи импульсов - тоже совсем непохоже на превышение импульсной мощности.
.......
Теплоотвол с середины совсем не актуален, поскольку в масштабе одного импульса тепловыделение равномерное по всему слою, между импульсами - тепло полностью уходит.
Так получается, что действительно эти самые разрезы существуют и радикально портят свойства резисторов? Нет ли об этом каких-либо официальных данных от производителей?

Ну, вё правильно - где узко, там и греется и не факт, что без подгонки выдержит. А теплопроводность хотя и не особо влиет при рассеянии импульной мощности, но тем не менее, при накоплении за время серии импульсов, перегрев в середине очень даже прогнозируем.
- "Папа, а разрезы есть?"
- "Нет сынок, это фантастика!"

А они есть...

Локальное тепловыделение повышает локальное сопротивление материала, которое приводит к еще большему тепловыделению именно в этом локализованном участке.

Почему же? Если ТКС резистора отрицательный, то совсем наоборот. Это же не проволочные резисторы, у которых ТКС только положительный.

Ну и т.д. Причем по нелинейному (степенному) закону! Локальный саморазогрев приводит с перегоранию проводящего слоя. Вы ведь в импульсе на несколько порядков превышаете допустимую величину средней рассеиваемой мощности. Резисторы проверяют на перегрузку всего лишь 2,5-кратным значением напряжения. А вы сразу на несколько порядков.

Вот-вот!!!

Вообще, способ какой-то дебильный. Если б хоть полукруг сбоку вырезали - уже б проблем не было (а технологически несложно - ну, два поворотных зеркала на лазере вместо одного).

Да все нормально! Как я упоминал, при 3-х резах получается что-то типа меандра, а ведь тонкопленочные резисторы (как правило, прецизионные), начиная примерно с сотен ом изначально имеют топологию меандра.

Была похожая проблема. Побороли использованием НЕточных резисторов(если не ошибаюсь 10%).
Там этих разрезов не было.

Спасибо. А как называется этот тип резисторов, или производитель? Мы ставили тоже не точные, стандартные 1206 5%.

Толстопленочные, как правило, не являются прецизионными. Допускаемое отклонение 0,5 % и менее уже достаточно эксклюзивно и там уже применяются тонкопленочные и металлофольговые. Кстати говоря, возможно, металлофольговые в этом отношении могут себя неплохо проявить, но цена вопроса уже значительно выше.

Да, и еще про разрез - он иногда настолько велик, что должен менять сопротивление процентов на 20. Такое ощущение, что просто гонят валом один номинал, потом его дорезают на несколько.

Вы не правы - всё разумно ограничено.

ROHM, например, для таких резисторов (у него, правда, кодировка типоразмеров другая, 3216, но размер соответствует 1206) заявляет 1/4W.

3216 означает 3,2х1,6 мм, тогда как 1206 в дюймовой системе означает то же самое (с точностью до округления) - 0,12х0,06 дюйма. Мощность, как правило, зависит от прецизионности - чем прецизионнее, тем менее мощные.

вы лучше не с разрезами или без оных, а металлопленочные (не металлокомпозитные,) посмотрите. На 10 Ом никаких разрезов быть не должно

Вообще, толстопленочные как раз для рассеяния импульсной мощности более подходят, т. к. рассеяние происходит в большем объеме (далее резистивной пленки тепло особо не успевает распространяться).

Средняя можность совершенно несерьезна. Импульсы же настолько коротки (10нс), что всерьез рассматривать теплоотвод за время импульса не стоит.

Категорически не согласен.

Кстати, ведь в пленке резистора скин-эффекта не будет видно (проводимость низкая, скин-слой толще пленки даже на нс). А вот у контактной площадки ситуация уже другая - и тут возможны какие-либо эффекты, типа этого?

Не надо Вам лезть в скин-эффекты и прочее, а то совсем запутаетесь.

Если рассуждать логически, то надо искать резисторы у которых токопроводящий слой имеет большую массу(объем) в самом "узком" месте. Т.е толстопленочные и подобные....

Совершенно верно.

[AlexeyW]

Делают, не только 1, а даже 3 - 1 посередине и 2 ближе к контактам (средний и крайние делаются с разных сторон и получается что-то типа меандра на топологии).

Спасибо за интересную информацию

По идее напряженность повышенная, но не настолько, чтобы вызывать пробой (тем более, что разрез заплавлен стеклом)

Напряженность поля в проводнике длиной L и шириной H E=U/L. Если прорезать ширину проводника до середины узким разрезом шириной d, то у вершины разреза поле будет больше примерно в H/d раз (ну, с коэффициентами типа 2 в какую-либо сторону) - судя по виду надреза, на порядок больше исходной. И пробой будет, возможно, даже не через стенки разреза, а внутри проводника.

, а вот импульсная мощность в Вашем случае чрезвычайно большая: (150^2/15 = 1500 Вт) - это в 6000 или 12000 раз (!!!) выше средней допустимой (соответственно 0,25 или 0,125 Вт).
....при накоплении за время серии импульсов....

Повторюсь, что расчет был не по мощности. Расчет был на то, чтобы только за счет теплоемкости проводящего слоя поглотить безопасно расчетную энергию. Накопление неактуально, импульсы очень редки, все успевает уйти. Средняя мощность около милливатта, перегрев не более градуса.

Почему же? Если ТКС резистора отрицательный, то совсем наоборот. Это же не проволочные резисторы, у которых ТКС только положительный.

Для неустойчивости и горения нужен не только положительный, но и достаточно большой ТКС. Или так: чем больше ТКС, тем меньше коэффициент запаса. Но реальные ТКС (кроме терморезисторов) вряд ли изменят коэфф. запаса более чем на несколько процентов.

Да все нормально! Как я упоминал, при 3-х резах получается что-то типа меандра, а ведь тонкопленочные резисторы (как правило, прецизионные), начиная примерно с сотен ом изначально имеют топологию меандра.

но этот меандр отличен соотношением ширины проводников и разрезов, что принципиально для концентрации поля и тока.

Толстопленочные, как правило, не являются прецизионными. Допускаемое отклонение 0,5 % и менее уже достаточно эксклюзивно и там уже применяются тонкопленочные и металлофольговые. Кстати говоря, возможно, металлофольговые в этом отношении могут себя неплохо проявить, но цена вопроса уже значительно выше.

да, конечно, верно

"Средняя можность совершенно несерьезна. Импульсы же настолько коротки (10нс), что всерьез рассматривать теплоотвод за время импульса не стоит" - Категорически не согласен.

а как тогда?

Не надо Вам лезть в скин-эффекты и прочее, а то совсем запутаетесь.

с чем же тут путаться? Нужно всего лишь удостовериться, что ток течет по всему проводящему слою достаточно равномерно, иначе расчет неверен. Удостоверился, и хорошо

[EUrry]

даже не через стенки разреза, а внутри проводника.

Не понял. Это где и как?

Повторюсь, что расчет был не по мощности. Расчет был на то, чтобы только за счет теплоемкости проводящего слоя поглотить безопасно расчетную энергию. Накопление неактуально, импульсы очень редки, все успевает уйти. Средняя мощность около милливатта, перегрев не более градуса.

Не уверен, но, возможно, толстые пленки разрушаются еще из-за того, что частицы проводящей фазы контактируют между собой хуже (собственно, из-за чего толстопленочные резисторы обладают более высоким уровнем токовых шумов), чем, например, островки металлизации в тонких пленках, и, соответственно, происходят локальные выгорания при больших импульсных токах.

но этот меандр отличен соотношением ширины проводников и разрезов, что принципиально для концентрации поля и тока.

Ну, вообще, вопрос достаточно спорный.

а как тогда?

Версия выше.

с чем же тут путаться? Нужно всего лишь удостовериться, что ток течет по всему проводящему слою достаточно равномерно, иначе расчет неверен. Удостоверился, и хорошо

Да нет там никакого скин-эффекта вплоть даже до ~ 10 ГГц, а то и выше. И вообще, тут для скин эффекта уж до кучи надо и гармоники учесть, но это уж совсем мудрено. Не выдумывайте лишнего, скин-эффект здесь ни причем. Ранее скин-эффекта картину паразитная индуктивность гадить начнет.

[AlexeyW]

Не понял. Это где и как?

пробой в самой проводящей среде, почему нет.

Не уверен, но, возможно, толстые пленки разрушаются еще из-за того, что частицы проводящей фазы контактируют между собой хуже (собственно, из-за чего толстопленочные резисторы обладают более высоким уровнем токовых шумов), чем, например, островки металлизации в тонких пленках, и, соответственно, происходят локальные выгорания при больших импульсных токах.

А вот это очень здравая мысль. Как-то совсем упустил микроуровень.

Да нет там никакого скин-эффекта вплоть даже до ~ 10 ГГц, а то и выше. И вообще, тут для скин эффекта уж до кучи надо и гармоники учесть, но это уж совсем мудрено. Не выдумывайте лишнего, скин-эффект здесь ни причем. Ранее скин-эффекта картину паразитная индуктивность гадить начнет.

Конечно, нет, но убедиться же в этом необходимо. Была б там пленка меди в 10 микрон - скин-эффект уже был бы сильным.

[EUrry]

пробой в самой проводящей среде, почему нет.

Если Вы имеете в виду опять-таки пробой между частицами проводящей фазы, то при подгоночных резах длина резистивного элемента увеличивается, и, соответственно, напряжение, приложенное к контактам резистора, распределяется на большей длине (в сравнении, когда нет подгонки) и напряженность электрического поля между частицами наоборот снижается, а вот локальные выгорания между частицами очень даже возможны.

Конечно, нет, но убедиться же в этом необходимо. Была б там пленка меди в 10 микрон - скин-эффект уже был бы сильным.

Опять же всё относительно. Какой вклад скин-эффект, даже в медных контактах резистора, привнесет в общее сопротивление резистора сопротивлением 15 Ом? И, тем более, какое это имеет отношение к выгоранию резистивной пленки?

[AlexeyW]

то при подгоночных резах длина резистивного элемента увеличивается, и, соответственно, напряжение, приложенное к контактам резистора, распределяется на большей длине (в сравнении, когда нет подгонки) и напряженность электрического поля между частицами наоборот снижается

вот как раз это неправильно. Если рисовать картину поля, то вблизи вершины разреза его напряженность будет намного выше средней (пусть даже средняя и немного уменьшилась). В пределе бесконечно тонкого разреза - поле в точке вершины стремится к бесконечности

Опять же всё относительно. Какой вклад скин-эффект, даже в медных контактах резистора, привнесет в общее сопротивление резистора сопротивлением 15 Ом? И, тем более, какое это имеет отношение к выгоранию резистивной пленки?

я немного не об этом. В 15Ом эффекта нет, в 0,01 Ом - мгновенно не сказать, прикинуть надо, не забыть. Чтоб не ошибиться, лучше просто об этом не забывать.

[EUrry]

вот как раз это неправильно. Если рисовать картину поля, то вблизи вершины разреза его напряженность будет намного выше средней (пусть даже средняя и немного уменьшилась). В пределе бесконечно тонкого разреза - поле в точке вершины стремится к бесконечности

Про разрез я уже писал, что да, напряженность повышается, особенно, с края резистивного элемента, где начинается разрез. Но Вы же про какой-то внутренний пробой говорите, а какой - я так и не понял.

я немного не об этом. В 15Ом эффекта нет, в 0,01 Ом - мгновенно не сказать, прикинуть надо, не забыть. Чтоб не ошибиться, лучше просто об этом не забывать.

На 0,01 Ом уже скажется, но сути вопроса это не меняет: как это связано с выгоранием резистивной пленки?