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抵抗器の使い方(特性別)

耐パルス・耐サージ抵抗器

瞬間的に大きな電流が流れる回路での電流制限用抵抗器や、静電気(ESD)が印加されやすい回路に使用される抵抗器には、パルスやサージに強い抵抗器が要求されます。ここで言うパルスとは電力が大きく持続時間も比較的長い(エネルギーが大きい)イメージの過負荷であり、サージとはESDに代表される高電圧で持続時間の短いイメージの過負荷です。
パルスに強い抵抗器とは、瞬間的に大きな電力を印加しても抵抗体が損傷しにくい抵抗器です。面実装タイプの抵抗器では、一般的には金属皮膜チップ抵抗器よりも抵抗体皮膜が厚い厚膜チップ抵抗器(メタルグレーズ皮膜)の方がパルスに強くなります。厚膜チップ抵抗器には構造を工夫することによりさらにパルスやサージに強くしたSG73, SG73Pもあります。また、電流検出用の金属板チップ抵抗器は、抵抗体が金属板でできているため、パルスやサージに非常に強い抵抗器です。一方、リード付きタイプの抵抗器であれば、碍子の表面に抵抗体皮膜を形成した皮膜タイプの金属皮膜抵抗器や炭素皮膜抵抗器よりも、金属の抵抗線を碍子に巻き付けた巻線抵抗器(CW, CW-H, RW, BGR, BWR)の方が比較的パルスに強くなります。また、セラミックスの抵抗体を用いたソリッドタイプのセラミックス抵抗器は、非常にパルスに強い抵抗器です。
一方サージに強い抵抗器とは、ESDのような瞬間的な高電圧に対して強い抵抗器です。ESD耐性を保証したSG73Sもあります。
抵抗器による耐パルス性の違い(イメージ)
耐パルス性の違いのイメージ

耐硫化チップ抵抗器

硫化とは内部電極に銀を使用した角形チップ抵抗器(一般的に厚膜チップ抵抗器)で発生する現象です。硫黄が含まれる雰囲気中で抵抗器を使用した場合に、保護膜と外部電極の隙間から入り込んだ硫黄と抵抗器の内部電極の銀が反応して硫化銀(絶縁物)となり、抵抗器が断線する現象を角形チップ抵抗器の硫化断線といいます。

硫化のメカニズム

硫化のメカニズム
硫化銀

硫黄は温泉や火山の近くで発生する硫化ガスに含まれるほか、重油などの燃焼によっても発生します。また、工作機械のオイル、ケーブルやタイヤなどのゴム製品には硫黄を加えてあるものがあります。そのため、このような雰囲気下や製品の近くで使用される電子機器では、角形チップ抵抗器の硫化断線が発生する可能性があり、近年、内部電極に硫化しない材料を用いた耐硫化タイプや、内部に硫黄が入り込みにくい構造にした硫化遅延タイプの角形チップ抵抗器が開発されています。
KOAでは、内部電極に硫化しない特殊材料を用いた耐硫化タイプ抵抗器をラインアップしています。

※“内部電極”とは、抵抗器において外部に露出していない電極の事であり、“抵抗体本体”と “外部電極”(基板パターンにハンダ付けを行う為の電極)を電気的に接続する目的で設けられています。

耐硫化タイプ抵抗器
・厚膜チップ抵抗器 RK73B-RT(汎用)/RK73H-RT(精密級)/RK73Z-RT(ジャンパー), RK73G-RT(超精密級)
・耐サージ・耐パルスチップ抵抗器 SG73-RT, SG73S-RT(耐サージ)/SG73P-RT(耐パルス)
・長辺電極チップ抵抗器WK73-RT
・低抵抗チップ抵抗器  SR73-RT
・高耐圧チップ抵抗器HV73-RT
・高耐圧チップ抵抗器   HV73V-RT(自動車用)
・チップネットワーク CN-RT(凹タイプ) /CN-KRT(凸タイプ)

[採用例]

プラント・産業用装置 自動車 工作機械 通信基地局
プラント・産業用装置
自動車
工作機械
通信基地局
下水・廃棄物処理施設 サーバー、ネットワーク 公共インフラ
下水・廃棄物処理施設
サーバー、ネットワーク
公共インフラ

高電圧対応抵抗器

回路中での抵抗器の役割の一つに電圧分割による高電圧の検出があります。抵抗器には定格電圧と最高使用電圧が決められており、それらを超えないように使用する必要があります。そのため分圧抵抗の高圧側に複数の抵抗器を直列で使用しなければならず、部品点数が増え、実装面積も増えてしまいます。このような場合、最高使用電圧が高い抵抗器HV73RCRを使用することで、抵抗器の部品点数の削減が可能です。
特にHV73は汎用のチップ抵抗器に比べて電圧係数にも優れている為、比較的高い電圧を精度良く分圧する事が出来ます。

※一般的に、抵抗器は電圧に対して一定の抵抗値を示しません。高電圧の方が僅かですが抵抗値は低下します。低電圧の抵抗値に対する高電圧の抵抗値の低下率を示す指標が電圧係数です。定格電圧または素子最高電圧(最高使用電圧)のうち、いずれか小さい方の電圧の10%および100%における抵抗値を測定し、電圧に対する百分率(%/V)または百万倍率(ppm/V)で表します。

定格電圧比較と高電圧フィードバック回路

高耐熱・高耐湿薄膜抵抗器

薄膜抵抗器は高精度・低電流雑音等の優れた特徴がありますが、反面、高温・高湿環境での使用に課題がありました。従来の薄膜抵抗器RN73の耐熱性、耐湿性を向上させたRN73Hは車載等の厳しい環境でもご使用いただけます。

高耐熱

抵抗体に耐熱性の良い材料を使用することで、一部サイズを除き定格電力がRN73よりも大きくなりました。また、負荷軽減曲線における定格周囲温度と最高使用温度(使用温度範囲の上限)を拡大することで、特に高温時の実使用可能電力が従来製品に比べ高くなっています。

周囲温度100°Cの時の実使用可能電力計算例
RN73 1J  定格電力0.063W×0.455(45.5%)=0.029W
RN73H 1J        定格電力0.1W×0.786(78.6%)=0.079W(RN73比 2.72倍)

負荷軽減曲線

高耐湿

薄膜抵抗器は高湿度環境で使用した場合電蝕が発生する可能性がありますが、 RN73Hは内部に特殊保護膜を用いることで、従来製品に比べて耐湿性が向上し、電蝕断線が発生しにくい製品です。耐湿負荷寿命試験で一般的に厳しいと言われる車載向けの試験条件においても従来品に比較して優れた特性を示しています。

耐湿負荷寿命試験の比較

試験方法 保証値
RN73 40°C±2°C、90%~95%RH、
1000時間(1.5時間ON/0.5時間OFFの周期)
±0.5%+0.05Ω
RN73H 85°C±2°C、85%±5%RH、
1000時間(1.5時間ON/0.5時間OFFの周期)
±0.1%+0.05Ω

ヒートサイクル耐性

角形チップ抵抗器は、車載など高いヒートサイクル耐性が要求される用途の場合、特にサイズが大きなチップ抵抗器では、はんだクラックが問題になる場合があります。はんだクラックとは、回路基板とチップ抵抗器の線膨張係数の違いから、温度サイクルを与えると、はんだ接合部に応力が加わり、はんだにひびが入る現象です。最終的にははんだ接続不良に至ります。
大きな定格電力が必要な場合、一般的にはサイズの大きなチップ抵抗器を使用しますが、はんだクラックはサイズが大きくなるほど発生しやすくなります。大電力とはんだクラック対策を両立させる為に、より小さいサイズ、小さい定格電力の抵抗器を複数個使って必要な定格電力を確保する方法がとられることがありますが、この方法では部品点数や実装面積が増えるという問題があります。
このような場合、定格電力が大きく、ヒートサイクルにも有利な長辺電極タイプのWK73Sや、モールド封止タイプのTSL・SL・SLNをおすすめします。
長辺電極タイプは一般品の縦横を逆にした形状で電極間が短いため、同じサイズの一般品に比べてヒートサイクル耐性が高いのが特長です。また、電極面積が広いため放熱性が良く、定格電力が大きくなっています。

一般品
長辺電極タイプ

モールド封止タイプは下図のような電極構造となっているため、ヒートサイクルにおけるはんだ接合部の応力を緩和する効果があります。

モールド封止品の電極構造
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