»Wenn es um die ESD-Festigkeit geht, sind Folienwiderstände klar im Vorteil«
Dünnschicht-, Dickschicht- und Bulk-Metal-Folienwiderstände im Vergleich
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Widerstandstechnologien und ESD-Empfindlichkeit
»Widerstandstechnologien unterscheiden sich hinsichtlich ihrer ESD-Empfindlichkeit«, führt Hernik aus. »Der Schaden, der an einem ESD-gefährdeten Bauelement entsteht, hängt davon ab, wie gut das Bauelement Energie abführt bzw. selbst die Energie der beteiligten Spannungsstöße aushält, wobei bei Widerstandsbauelementen im Allgemeinen eine Änderung des elektrischen Widerstandes auftritt. Besonders kritisch ist dies bei Widerständen, die hohe Anforderungen an Präzision und Zuverlässigkeit erfüllen sollen.«
Am weitesten verbreitet sind Dünnschicht-, Dickschicht- und Bulk-Metal-Folienwiderstände. In Bezug auf die ESD-Empfindlichkeit hat jede Technologie ihre Besonderheiten. Hernik erklärt sie wie folgt:
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- Dünnschichtwiderstände bestehen aus einer Metallschicht mit einer Dicke von nur wenigen hundert Ångström. Dadurch ist das Bauelement nur sehr bedingt in der Lage, die Energie, die es bei einer elektrostatischen Entladung durchströmt, auszuhalten, und ist sehr stark ESD-gefährdet. Das hat zur Folge, dass Dünnschichtwiderstände sehr energieempfindlich sind und sich ihr Wert um bis zu 5 % ändern kann, bis die ESD-Entladung schließlich ein Reißen oder Schmelzen der Schicht bewirkt.
- Dickschichtwiderstände bestehen in der Regel aus einer zufallsverteilten Dispersion leitfähiger Metallpartikel in einem nicht leitenden, Partikel bildenden Medium, üblicherweise Keramik, weshalb sie auch als »Cermet«-Widerstände bezeichnet werden. Der Strom durch den Widerstand folgt den zufälligen Kontakten, die sich zwischen den Metallpartikeln ausgebildet haben. Spannungsstöße verursachen an manchen Stellen in dem zwischen den Metallpartikeln befindlichen isolierenden Material Durchbrüche. Durch diese neuen, zusätzlichen Strompfade nimmt der Widerstand ab. Deshalb führen durch elektrostatische Entladungen erzeugte Spannungsstöße fast immer zu einer Verringerung des Widerstandes. Diese Tatsache ist wohlbekannt und Hersteller von Dickschichtwiderständen verwenden sogar kontrollierte Spannungsstöße, um den Widerstandsbauelementen den geforderten Wert und die geforderte Toleranz zu geben, üblicherweise im Bereich von 5 bis 20 %. Die Anfälligkeit für Veränderungen beschränkt sich jedoch nicht auf den Herstellungsprozess. Vielmehr verändert sich der Widerstand jedes Mal, wenn er einer elektrostatischen Entladung ausgesetzt ist. Durch ESD hervorgerufene Veränderungen während des Betriebs können den Widerstand um bis zu 50 % verfälschen, was ohne weiteres für eine Funktionsstörung ausreichend ist.
- Bulk-Metal-Folienwiderstände besitzen etliche Eigenschaften, die ihre Überlegenheit gegenüber Dünn- und Dickschichtwiderständen begründen, wenn es um die ESD-Festigkeit geht. Sie bestehen aus einer einzigen Schicht einer speziellen Metalllegierung, die zu einer Folie ausgewalzt und an einem keramischen Träger mit hoher Wärmeleitfähigkeit befestigt ist. Eine größtmögliche Übergangsfläche zwischen Folie und Keramik sorgt für bestmögliche Wärmeableitung. Dieses aus Metallfolie bestehende Widerstandselement weist die gleiche Molekülstruktur auf wie die Ausgangslegierung. Es hat daher die gleiche metallurgische Stabilität, die gleiche Überspannungsfestigkeit und die gleiche Langzeitstabilität. Üblicherweise ist die Folie 100-mal dicker als eine gesputterte Dünnschicht. Daher ist ihre Wärmekapazität wesentlich größer als die einer als Dünnschicht ausgeführten Widerstandsschicht.
»Die Hersteller prüfen die ESD-Empfindlichkeit, kurz ESDS, auf Ersuchen des Kunden, weisen jedoch im Allgemeinen in ihren Datenblättern keine ESDS-Daten aus«, so Hernik. »Die ESD-Festigkeit von Präzisions-Chipwiderständen hängt von unterschiedlichen Faktoren ab: Produktionstechnologie - also Dickschicht, Dünnschicht oder Folie -, Chipgröße, Ohmwert, Dicke der Widerstandsschicht, Konstruktionsprinzip des Widerstandes und Aufbau der resistiven Struktur. Bei einer Prüfung des Einflusses der oben genannten Faktoren hängen die Ergebnisse auch vom verwendeten Prüfverfahren ab.«
- Dünnschicht-, Dickschicht- und Bulk-Metal-Folienwiderstände im Vergleich
- Widerstandstechnologien und ESD-Empfindlichkeit
- Bulk-Metal-Folien-Chips
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