Maßgeschneiderte Niederohmwiderstände

Strommesswiderstände überwachen Ladezyklen

Energieeffizienz ist in aller Munde. Entwickler entwerfen neue elektro- nische Geräte deshalb auch mit der Maßgabe, möglichst sparsam mit elektrischer Energie umzugehen, und verwenden dabei als Messfühler in vielen Fällen Niederohmwiderstände, die ganz bestimmte Kriterien erfüllen müssen. Eigenschaften wie Temperatur- und Leistungskoeffizienten sowie induktiver Einfluss sind dabei wichtige Richtgrößen.

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Bild 1. Niederohmwider- stände der KRL-Serie gibt es in unterschiedlichen Leistungsklassen und Standardgrößen. Manche Leistungstypen gibt es mit Anschlusspins an den Stirnseiten und manche mit Kontaktflächen an den Längsseiten.

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Bild 1. Niederohmwider- stände der KRL-Serie gibt es in unterschiedlichen Leistungsklassen und Standardgrößen. Manche Leistungstypen gibt es mit Anschlusspins an den Stirnseiten und manche mit Kontaktflächen an den Längsseiten.

Entwickler elektronischer Geräte müssen den Energiebedarf ihrer Produkte möglichst gering halten, da immer mehr Kunden auf dieses Merkmal achten.

Dies gilt für viele Applikationen, in denen z.B. Akkus als Energiespeicher dienen. Letztere dürfen im Stand-by-Zustand möglichst wenig Strom „ziehen“, und auch die Lademodule für diese Energiespeicher müssen Ladestrom und -spannung genau überwachen und regeln, damit die neuen Akku-Generationen möglichst effizient aufgeladen werden.

Sowohl für die  Überwachungs- als auch für Regelfunktionen werden exakt arbeitende Messelemente benötigt; oft sind dies Niederohmwiderstände,. Die Firma Susumu (Vertrieb: Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH) hat neue Bauteilserien entwickelt, u.a. die KRL-Serie (Bild 1), die als Messwiderstände dedizierte Eigenschaften aufweisen.

Zu den Anforderungskriterien zählen kleinste Widerstandswerte, hohe Nennbelastbarkeit, enge Toleranzen und niedrige Temperaturkoeffizienten. Weitere wichtige Eigenschaften sind kleine Bauform, niedrige ESL (induktiver Einfluss) sowie Temperaturzyklen-Festigkeit. Die von Susumu entwickelte KRL-Serie vereint diese Eigenschaften und bedient sich dabei einer neuen, „face-down“-Konstruktion.

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Bild 2. Aufgrund der „Face down“-Konstruktion fallen die Leitungslängen zwischen Widerstandselement und Anschlusspins extrem kurz aus. Der verwendete Kleber wirkt wie ein elastischer Puffer.

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Bild 2. Aufgrund der „Face down“-Konstruktion fallen die Leitungslängen zwischen Widerstandselement und Anschlusspins extrem kurz aus. Der verwendete Kleber wirkt wie ein elastischer Puffer.

Unten statt auf der Oberseite angebracht

Im Gegensatz zu vergleichbaren Produkten anderer Hersteller ist das Widerstandselement bei der KRL-Serie unten am Substrat angebracht.

Außerdem hat das Widerstandselement der Baureihe größere Abmessungen. Zur Fixierung wird ein spezieller Kleber mit guter thermischer Leitfähigkeit verwendet. Die Anschlusspins sind direkt auf dem Widerstandselement aufgebracht, die Unterseite wird mit Epoxy vergossen (Bild 2).

Diese als „Face-down“ bezeichnete Bauteil-Konstruktion begünstigt den gleichmäßigen Wärmetransport vom Widerstandselement über den thermisch leitenden Kleber an das Trägermatierial (Substrat) aus Aluminiumoxid (Al₂O₃).

Es leitet die Wärme hervorragend an die Umgebung ab. Bei der KRL-Serie bilden sich daher keine „Hot Spots“ (Bild 3).

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Bild 3. Der thermisch leitende Kleber zwischen Widerstandselement und Anschlusselementen sorgt dafür, dass die Abwärme effizient an die Umgebung abgestrahlt werden kann und deutlich weniger Wärme auf die bestückte Leiterplatte abfließt.

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Bild 3. Der thermisch leitende Kleber zwischen Widerstandselement und Anschlusselementen sorgt dafür, dass die Abwärme effizient an die Umgebung abgestrahlt werden kann und deutlich weniger Wärme auf die bestückte Leiterplatte abfließt.

Zusätzlich wird Wärme über die direkt auf dem Widerstandselement sitzenden Anschlusspins (Cu+Ni+Sn) an die bestückte Leiterplatte (PCB) abgeleitet. Ein Testvergleich zwischen einem KRL- und einem Wettbewerbsprodukt erbrachte bei Susumu folgende Ergebnisse:

Die Zahlen sprechen für sich und bedürfen einer einzigen Kommentierung: Der Grund dafür, dass die Wärmeeigenschaften so deutlich besser ausfallen, beruht auf dem thermisch leitenden Kleber, welcher die Wärme besser auf dem Chip verteilt und besser an die Umgebung abführt.

1. Teil: Strommesswiderstände überwachen Ladezyklen
2. Teil: Einflussgrößen

Weiterführende Links:

• Stromerfassung per Strommesswiderstand: Genau überwachen mit Shunts