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.

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.

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).

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:

  • Testbedingungen: Leistung = 1 W, Chip-Format = 2512, Widerstandswert = 3 mΩ
  • Susumu-KRL-Bauteil: Chiptemperatur = 65 °C; Anschlusspins = 44 °C; PCB = 31 °C
  • Wettbewerbsprodukt: Chiptempe-ratur = 165 °C; Anschlusspins = 107 °C; PCB = 75 °C
  • Thermal Resistivity: KRL = 19 K/W; Wettbewerbsprodukt = 57 K/W

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.