Мощность SMD резистора. Как узнать?

Определяем мощность SMD-резисторов по их размерам

Также, как и выводные резисторы, SMD-резисторы для монтажа на поверхность рассчитаны на определённую мощность рассеивания. Но, как её узнать?

На самом деле, определить мощность SMD резистора не так уж и сложно. Мощность рядовых чип-резисторов, которых в современной электронике огромное множество, можно определить исходя из их размеров.

Далее представлена таблица №1, в которой указано соответствие типоразмера SMD-резистора и его мощности рассеивания. Отмечу, что в таблице указан типоразмер в дюймовой системе кодировки, а реальные размеры указаны в миллиметрах (длина и ширина). Сделано это исходя из удобства.

Дело в том, что до сих пор наибольшее распространение получила система кодирования типоразмера чип-резисторов в дюймах. Её используют все: производители, поставщики и магазины. А для того, чтобы определить типоразмер, а, следовательно, и мощность, мы должны замерить длину и ширину резистора обычной линейкой или другим более точным инструментом, шкала которого проградуирована в миллиметрах.

Если у вас на руках имеется SMD-резистор, мощность которого требуется узнать, то, сделав замеры обычной линейкой, можно быстро определить его типоразмер и соответствующую ему мощность рассеивания.

Таблица №1. Соответствие мощности SMD-резистора и его типоразмера.

В таблице №1 также указаны типовые мощности и для SMD-резисторов с широкими боковыми электродами (выводами). В документации такие резисторы называются Long Side Termination Chip Resistors или Wide Terminal Chip Resistors.

Хочу обратить внимание на то, что в колонке (Мощность, Power Rating at 70°C) для некоторых типоразмеров указано несколько значений мощности. Дело в том, что производители выпускают разные серии SMD-резисторов. В одной серии мощность резисторов для типоразмера 1206 нормирована на уровне 0,5 Вт, а в другой 0,25 Вт.

Например, чип-резисторы серии CRM фирмы Bourns^® рассчитаны на повышенную мощность: CRM0805 (0,25W), CRM1206 (0,5W), CRM2010 (1W). Используются такие в импульсных источниках питания в качестве токовых датчиков, токоограничительных резисторов, снабберов (демпфирующих резисторов).

Такое положение дел нужно учитывать, если вы собираетесь использовать резистор, мощность которого была определена исходя из размеров. При этом, нужно остановиться на наименьшем значении мощности, взятом из таблицы №1.

Если этим пренебречь, то может случится так, что вам попадётся резистор с меньшей мощностью, например, 0,25W вместо 0,5W, а это уже чревато его перегревом и выходом из строя при работе в реальной схеме.

Хотелось бы отметить, что сведения в таблице №1 в основном относятся к стандартным SMD-резисторам, то есть таким, которые широко и в большом количестве используются при производстве электроники.

Как правило, это чип резисторы на основе толстой плёнки (thick film chip resistors), так как они являются самыми дешёвыми, и, как следствие, самыми распространёнными. Примером могут служить серии стандартных толстоплёночных SMD резисторов D/CRCW e3 (Vishay^®), ERJ (Panasonic) или RC (Yageo).

Не секрет, что существует огромное количество узкоспециализированных SMD-резисторов, которые имеют свои особенности. К таким можно отнести резисторы, которые работают при повышенных температурах (до 230°C), в условии агрессивной среды (Antisulfur), миллиомные чип резисторы, SMD резисторы-перемычки. Если такие резисторы и встречаются на печатных платах от потребительской электроники, то, как правило, их количество невелико, они применяются в определённых цепях электронных схем.

Их характеристики, в том числе и мощность рассеивания, может существенно отличатся от усреднённых значений, которые приведены в таблице №1 и являются типовыми для стандартных SMD-резисторов, количество которых в электронной схеме может быть просто огромным.

Типовые мощности тонкоплёночных резисторов (Thin film chip resistors) также соответствуют значениям из таблицы №1. Резисторы для некоторых областей применения, например, для автомобильной электроники (avtomotive grade), могут иметь мощность чуть выше той, что указана в таблице №1.

Как узнать мощность резисторных SMD-сборок?

Для резисторных SMD-сборок мощность в технической документации указывается на элемент (per element), а иногда ещё и на сборку вцелом (per package). Обычно, чип-сборка состоит из набора 2, 4, или 8 резисторов стандартного типоразмера. Например, набор типоразмера 0408 соответствует четырём SMD резисторам типоразмера 0402.

Так вот, типовая мощность одного резистора в такой сборке мало чем отличается от стандартной мощности отдельного SMD-резистора такого же типоразмера.

Так, для резисторных SMD-сборок 0202 (0201 × 2) мощность на элемент обычно составляет 0,03W (1/32W). Для тех, кто ещё не знает, сборка типоразмера 0202, – это два резистора 0201 в наборе.

Для сборок 0404 (0402 × 2), 0408 (0402 × 4) мощность на элемент обычно не превышает значения в 0,063W (1/16W).

Для сборок 0606 (0603 × 2), 0612 (0603 × 4), 0616 (0602 × 8) мощность на элемент составляет 0,063...0,125W.

Чип-сборка типоразмера 0612 на 4 резистора с выводами типа convex (т.е. выпуклыми). Мощность на элемент 0,1W.

На следующем фото резисторная чип-сборка 8×1206 с материнской платы старого, но очень крутого промышленного компьютера. На современных платах наборы такого типоразмера встречаются очень редко.

Ориентировочная мощность такой сборки 0,25W на элемент. Это если исходить из соображения, что типовая мощность для типоразмера 1206 составляет минимум 0,25W.

Хотя, стоит иметь ввиду, что в документации на стандартные современные сборки типоразмера 4×1206 минимальная мощность обычно 0,125W (1/8W) на элемент, что в 2 раза меньше. Так что, тут можно и поспорить, но я всё же остановлюсь на значении в 0,25W.

Кривая снижения мощности SMD-резистора и диапазон рабочей температуры.

В англоязычной тех. документации мощность рассеивания называется Power Dissipation (иногда Rated dissipation), а обозначается как P₇₀. Нижнему индексу (₇₀) соответствует температура окружающей среды, при которой резистор способен долговременно выдерживать указанную мощность.

Каждая серия резисторов рассчитана на работу в определённом интервале температур. В большинстве своём, рабочая температура обычных чип-резисторов на основе толстой плёнки (thick film) лежит в интервале от -55°C до +155°C. Но, для микроминиатюрных типоразмеров от 0075 до 0201 максимальная температура, как правило, ограничена на уровне +125°C.

Как уже говорилось, в технической документации мощность SMD-резисторов указывается для температуры окружающей среды +70°C. Если резистор, эксплуатируется при температуре выше +70°C, то мощность, которая выделяется на нём в процессе работы должна быть снижена. Проще говоря, при повышенной температуре резистор просто не успевает охлаждаться.

На графике снижения мощности (Power Derating Curve) по шкале Rated Load (%) указан процент от номинальной мощности, которую способен выдержать SMD-резистор при соответствующей температуре окружающей среды (Ambient Temperature, °C).

Так, при температуре в +120°C мощность должна быть снижена до уровня 40% для изделий, рассчитанных на работу в температурном диапазоне -55°C...+155°C. Если у нас резистор на 1 ватт, то при данной температуре он способен долговременно выдерживать мощность в 0,4 ватта. Нетрудно заметить, что температура в 155°C соответствует нулевой мощности.

Приведённый график является типовым для стандартных толстоплёночных резисторов. Для специализированных SMD-резисторов график снижения мощности может существенно отличаться. Например, так он выглядит для резисторов серии PHT (Vishay).

Это высокостабильные тонкоплёночные чип резисторы для работы при повышенной температуре окружающей среды (от -55°C до +215°C). Даже к установке таких резисторов на печатную плату предъявляются определённые требования, чтобы эффективно отводить тепло от резистивного слоя.

Мощные SMD-резисторы.

Существует мнение, что максимальная мощность рассеивания SMD резисторов ограничена их физическими размерами и параметрами резистивного слоя, например, сечением. И это так. Несмотря на это, среди резисторов для поверхностного монтажа есть и модели повышенной мощности.

К таким можно отнести чип резисторы серии PCAN (Vishay). Особенностью данных резисторов является подложка из нитрида алюминия (aluminum nitride, AlN), которая обладает повышенной теплопроводностью. 90% тепла от резистивного слоя SMD-резистора проходит через тело компонента, то есть через его подложку (substrate). Керамика на основе алюмонитрида (нитрида алюминия) обладает высокой теплопроводностью, что позволяет быстрее отводить тепло от резистивного слоя. К тому же, керамика на основе алюмонитрида нетоксична.

Кроме этого нижняя часть контактных электродов данных чип-резисторов имеет увеличенную площадь, за счёт которой удаётся уменьшить тепловое сопротивление между проводящим слоем резистора и контактными площадками на печатной плате.

Такое сочетание технических решений позволяет преодолеть мощностные ограничения для стандартных типоразмеров смд-резисторов. Для сравнения, приведу значения мощности рассеивания для четырёх типоразмеров, доступных в данной серии.

Тонкоплёночные прецизионные чип резисторы повышенной мощности серии PCAN (Vishay)
Типоразмер, inch	Мощность, W
0603	0,5
0805	1
1206	2
2512	6

Как видим, для типоразмера 2512 мощность составляет 6 Вт. Стандартный SMD-резистор такого же типоразмера, как правило, имеет мощность не более 1 или 2 Вт.

Так же есть чип-резисторы с более скромными характеристиками, например, серии PHP (Vishay). В ней уже используется подложка из рядового, хотя, и высокочистого оксида алюминия (alumina, Al₂O₃), который широко используется в качестве материала для подложки в стандартных SMD-резисторах.

Из особенностей: увеличенная площадь нижних электродов Wraparound-типа. Допустимая мощность для типоразмера 2512 данной серии составляет 2,5 Вт. Это на 0,5...1,5 ватта больше, чем у стандартных резисторов аналогичного размера.

Работа чип-резисторов на таких мощностях возможна с одной оговоркой, – это соблюдение правил монтажа на печатную плату. Об этом прямо сообщается в технической документации на серию.

Какие бы технические ухищрения не использовались для увеличения мощностных характеристик SMD-резисторов, но тепло всё равно отводить куда-то надо. Именно поэтому, к таким резисторам предъявляются особые требования монтажа их на плату.

Основными способами отвода избытка тепла от резистивного слоя SMD-резистора являются соединительные контакты медных проводников, поверхность печатной платы и внешнее охлаждение.

В печатных платах под поверхностный монтаж элементов, избытки тепла от элементов отводятся в толщу платы и медные полигоны, которые служат своеобразным радиатором. В некоторых случаях может применятся принудительное внешнее охлаждение (например, вентиляторы).

Главная → Радиоэлектроника для начинающих → Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Что такое варикап и где он применяется?

• Как правильно соединять динамики?