По мере того, как электронные продукты все больше требуют миниатюризации, высокой интеграции и строгого контроля затрат, традиционные керамические подложки заменяются печатными платами (PCB) из-за их высокой стоимости. В этом переходе технология встроенных резисторов, которая интегрирует резистивные элементы внутри печатной платы, становится критически важной.
Как профессиональный производитель печатных плат, команда AUSPI пытается исследовать резисторы из углеродной краски как недорогую, легко реализуемую альтернативу для встроенных резисторов в печатных платах.
Мы проведем углубленное сравнение с традиционными технологиями встроенных резисторов на основе тонкой/толстой пленки (например, OhmegaPly), охватывая технические принципы, характеристики материалов, плюсы и минусы, а также отраслевые приложения, чтобы предоставить инженерам справочную информацию для выбора подходящего решения для встроенных резисторов в условиях чувствительных к затратам приложений.
Технические принципы и процесс
Технология встроенных резисторов направлена на перемещение резистивных элементов с уровня технологии поверхностного монтажа (SMT) на внутренние слои или поверхность печатной платы, что позволяет экономить пространство, сокращать пути сигналов и улучшать высокочастотные характеристики. Основные технологии встроенных резисторов включают тонкопленочную технологию на основе резистивной фольги и толстопленочную технологию на основе проводящей пасты.
1.1 Резистор из углеродной краски
Резисторы из углеродной краски используют процесс трафаретной печати для точной печати проводящей углеродной краски, состоящей из углеродного порошка, смолы и растворителя, на медную фольгу или изоляционный слой подложки печатной платы (обычно FR4). После высокотемпературного отверждения краска образует углеродную пленку с определенным значением сопротивления. Значение сопротивления определяется в основном путем контроля состава краски, толщины печати и длины и ширины резистивного тела. Этот процесс аналогичен печати легенд в производстве печатных плат, предлагая чрезвычайно высокую экономичность и совместимость процесса.
1.2 Традиционная технология встроенных резисторов
Традиционные технологии встроенных резисторов, такие как OhmegaPly (резистивная фольга) и TCR (толстопленочный резистор), обычно используют более точные процессы:
- Резистивная фольга (например, OhmegaPly):
Резистивный материал, такой как сплав никель-фосфор (NiP), предварительно наносится на стандартную медную фольгу. В процессе производства печатной платы форма и размер тела резистора точно определяются с помощью фотолитографии и процессов травления, аналогично созданию стандартных медных дорожек.
- Толстопленочная паста (например, TCR):
Специальные проводящие пасты (часто содержащие оксиды драгоценных металлов) наносятся на внутренние слои методом печати или распыления, а затем лазерно обрабатываются для достижения высокой точности.
На рисунке 1 показаны структурные различия между резисторами из углеродной краски и традиционными встроенными резисторами в поперечном сечении печатной платы.
Характеристики материалов и сравнение производительности
Переход пользователей от дорогих керамических подложек к печатным платам в первую очередь обусловлен снижением затрат. Резисторы из углеродной краски предлагают значительное преимущество в стоимости, но они показывают явный разрыв в критических параметрах электрической производительности по сравнению с традиционными встроенными резисторами и высокоточными SMT резисторами.
2.1 Сравнение ключевых параметров
Таблица ниже сравнивает различия в ключевых показателях производительности между резисторами из углеродной краски и традиционными технологиями встроенных резисторов [1] [2] [3].
| Характеристика | Резистор из углеродной краски | Традиционный встроенный резистор — например, OhmegaPly | SMT резистор |
| Стоимость процесса | Гораздо ниже | Выше | Низкая |
| Допуск | Низкий, ±10% ~ ±30% | Высокий, стандартный ±15%, продвинутый до ±3% | Выше, до ±0.1% |
| TCR | Высокий, > ±200 ppm/°C | Низкий, обычно < ±100 ppm/°C | Низкий, до ±5 ppm/°C |
| Листовая сопротивляемость | 50 ~ 200 Ω/□ | 10 ~ 100 Ω/□ | N/A |
| Стабильность | Хорошая, но сильно зависит от процесса печати и отверждения | Отличная, высокая надежность | Отличная |
| Преимущество | Стоимость и простота процесса | Точность и стабильность | Точность и гибкость |
2.2 Анализ производительности
Стоимость и процесс:
Самое большое преимущество резисторов из углеродной краски — это стоимость. Они используют существующее оборудование для трафаретной печати печатных плат, исключая необходимость в дорогих специальных ламинированных материалах или сложных процессах травления, делая их наиболее экономичным способом реализации встроенных резисторов на печатной плате.
Допуск и TCR:
Точность и температурная стабильность резисторов из углеродной краски являются их основными ограничениями. Допуск ±10% до ±30% означает, что они могут использоваться только в низкоточных приложениях, таких как делители напряжения, ограничители тока или подтягивающие/опускающие цепи. В отличие от них, традиционные встроенные резисторы (например, OhmegaPly) достигают более высокой точности и низкого TCR благодаря фотолитографии и травлению, что делает их подходящими для схем, чувствительных к температурному дрейфу.
Рассмотрение замены керамической подложки:
Керамические подложки часто используются в приложениях с высокой мощностью, высокой частотой или требующих экстремальной термической стабильности. Если резисторы на оригинальной керамической подложке имеют высокую точность или высокую мощность, резистор из углеродной краски может не быть прямой заменой, так как его точность и способности к рассеиванию тепла уступают толстопленочным резисторам на керамических подложках или традиционным встроенным резисторам. Пользователь должен тщательно оценить требования приложения к точности резисторов.
Плюсы, минусы и сценарии применения
3.1 Плюсы и минусы резисторов из углеродной краски
| Преимущества | Недостатки |
| Чрезвычайно низкая стоимость: Самое низкое решение по стоимости материалов и процесса. | Низкая точность: Свободный допуск, высокий TCR, неподходящий для точных схем. |
| Упрощение процесса: Совместимость со стандартным процессом трафаретной печати печатных плат. | Ограничение диапазона сопротивления: Сопротивление ограничено составом краски и размерами печати. |
| Экономия пространства: Интегрирует функцию резистора в печатную плату, экономя пространство SMT. | Проблемы надежности: Сопротивление сильно зависит от толщины печати, температуры отверждения и т.д. |
| Универсальность: Может использоваться для контактов клавиатуры, перемычек, низкоточных резисторов. | Способность к рассеиванию тепла: Уступает по рассеиванию тепла керамическим подложкам или высокомощным SMT резисторам. |
3.2 Промышленные приложения
| Технология | Промышленные приложения | Пригодность для замены керамической подложки |
| Резистор из углеродной краски | Потребительская электроника: Проводящие контакты для клавиатур, таких как пульт дистанционного управления, клавиатура или игровой контроллер; Экономичное управление питанием, деление напряжения или ограничение тока, драйвер светодиодов. | Подходит для недорогих, массовых приложений с низкими требованиями к точности и TCR. |
| Традиционный встроенный резистор | Высокоскоростная связь: Согласование импеданса, терминальные резисторы; Военные/Медицинские: Высоконадежная обработка мощности и сигналов; RF/Микроволновые: Схемы, чувствительные к паразитным эффектам. | Подходит для приложений, требующих высокой точности, высокой стабильности и улучшенной высокочастотной (HF) производительности. |
Рекомендации AUSPI для дизайнеров
Решение пользователя перейти от керамических подложек к печатным платам и рассмотреть резисторы из углеродной краски является разумным выбором, обусловленным стоимостью. Резисторы из углеродной краски предлагают наиболее экономичный способ интеграции резистивных функций на стандартную печатную плату FR4, особенно подходящий для замены низкоточных резистивных элементов на керамических подложках.
Оцените требования к точности:
Тщательно проверьте требования к допуску и TCR резисторов в оригинальной конструкции керамической подложки. Если требование выше ±10% или TCR ниже ±200 ppm/°C, резисторы из углеродной краски могут быть неподходящими, и следует рассмотреть традиционную тонкопленочную технологию встроенных резисторов или высокоточные SMT резисторы.
Оптимизируйте дизайн:
Точность сопротивления резисторов из углеродной краски сильно зависит от размеров печати и стабильности процесса. Дизайн должен использовать крупногабаритные, высокоассоциированные резистивные элементы для улучшения точности, и необходимо тесное сотрудничество с производителем печатных плат для обеспечения согласованности сопротивления через контроль процесса и тестирование в процессе.
Избегайте критических схем:
Избегайте использования резисторов из углеродной краски в критических схемах, таких как опорные напряжения, точное выборочное измерение или высокочастотные терминалы. Ограничьте их использование функциями, такими как контакты клавиатуры, вверх и вниз для низкоскоростных сигналов или простая защита от ограничения тока.
