RM-Serie

Stabil, präzis, kompakt und hoch-integriert:
Dünnschicht-Widerständs-Netzwerke der RM-Baureihe von Susumu

Im Sortiment der Endrich Bauelemente GmbH sind Präzisionswiderstände des japanischen
Herstellers Susumu Co. Ltd. Tobias Jung, Produktmanager bei der Endrich Bauelemente GmbH,
erklärt die Vorzüge dieser Technologie und die damit verbundenen Vorteile für den Anwender.

RM Series
Bild 1 - Produktbild

Wie wird die Präzision erreicht?

In Sachen Präzision in Form von engen Toleranzen und niedrigen Temperaturkoeffizienten sind Widerstände der Dünnschichttechnologie denen der Dickschichttechnologie um Faktoren voraus.
Dies liegt hauptsächlich in der Auswahl der Materialien: NiCr (Nickel-Chrom) oder TaN (Tantalnitrid) an Stelle von RuO₂ (Rutheniumoxid), wie es bei Dickschichtern verwendet wird. Außerdem bewirkt der Verarbeitungsprozess eine größtmögliche Ebenmäßigkeit und Gleichförmigkeit derWiderstandschichten.
Dickschichtwiderstände werden im Siebdruckverfahren produziert, indem eine Paste auf Substrat aufgebracht wird; bei den Dünnschichtwiderständen geht das Material durch einen Sputtering-Prozess (PVD – physical vapor deposition), bei dem die Basismaterialien (z.B, Ni, Cr) in die Gasphase
überführt werden, wo sie anschließend als Niederschlag auf einem Substrat eine hauchdünne jedoch sehr homogene „Dünnschicht“ ausbilden. Susumu wendet dieses Verfahren seit über 50 Jahren als
Pionier auf dem Gebiet der Dünnschichtwiderstände erfolgreich an.

RM Series
Bild2

Wie wird die Stabilität erreicht?

Die Dünnschicht-Methoden bringen auch Gefahren mit sich. So sind die kleiner 1μm dicken Schichten anfällig für Umwelteinflüsse wie z.B. sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen, Schadgase und hauptsächlich (Luft)-Feuchtigkeit. Langzeitstabilität ist bei Dünnschichtwiderständen aber besonders wichtig. Eine bewährte Methode, die Dünnschicht vor diesen Umwelteinflüssen zu schützen ist das Aufbringen einer Glaspassivierung mittels CVD (chemical vapor deposition) (Si₂O₃) (Bild2).

Reihe	Schutz	△R/R nach Alterungstests 85℃/85%　ｒ.H.,THB,typ.
RR	2 x Epoxy	±0.5％
RG	1 x Si₂ O₃ 1 x Epoxy	±0.05％
URG	1 x Si₂ O₃ 1 x Epoxy	±0.005％

Bildunterschrift: Glaspassivierung bei Dünnschicht-Widerständen

Diese Schutzschicht wird in einem chemischen Prozess, bei dem eine strukturelle Bindung der Materialien erfolgt, vor dem Eintrimmen der Ohmwerte aufgebracht. Die Widerstände werden durch diese Si₂O₃ Schicht hindurch nachträglich mit Hilfe von YAG Laser, die das Material der NiCr Schicht oxidieren, getrimmt. Susumu ist dadurch in der Lage, verschiedene Stabilitätsklassen anzubieten, z.B. RR – Standardzuverlässigkeit, RG – Automobiltauglichkeit sowie URG – die allerhöchste Zuverlässigkeitsstufe. Eine Übersicht der zu erwartenden Werteveränderung (Drift) nach einem 1000 Stunden langen 85°C/85% r.H. Alterungstests (THB – temperature, humidity, bias) bei den verschiedenen Stabilitätsklassen veranschaulicht diese Tabelle:

Mit Fotolithografie zum Widerstandsnetzwerk

Ein kostengünstiger Ansatz nach dem Aufbringen der Dünnschicht auf das Substrat (bei Susumuhandelt es sich um Al₂O₃) ist es, die Schicht mittels Trimmschnitten auf den gewünschten Ohmwert einzutrimmen. Susumu bedient sich aus Zuverlässigkeitsgründen einer anderen Methode: Mittels einer Fotomaske, auf der zuvor optimierte Leiterbahnen abgedunkelt wurden, wird durch Fotolithografie nicht benötigtes Material oxidiert und damit zum Isolator gemacht. Übrig bleibt die gewünschte Leiterbahn, die sofort mit der o.g. Si₂O₃ Schutzschicht überzogen wird. [BILD 3] Das darauf folgende Trimmen findet minimalst und nur zur Feinabstimmung statt. Mit dieser Methode istSusumu in der Lage, ganze Widerstands-Netzwerke zu konzipieren.

RM Series
BILD 3

Diese Methode bietet eine Vielzahl von Vorteilen:

Neben Standardwerten sind auch kundenspezifische Werte bzw. Kombinationen realisierbar
Neben Toleranz und TK der einzelnen Elemente ist auch deren Verhältnis (Ratio) definierbar
Möglich sind Toleranzen bis ±0.05% (absolut) sowie ±0.01% (Ratio)
Möglich sind Temperaturkoeffizienten bis zu ±5ppm (absolut) sowie ±0.5ppm (Ratio)
ΔR/R nach Alterungstests 85°C/85%r.H., THB, typ ± 0.05% (±0.02% Ratio)
Elemente können intern verschaltet oder isoliert werden
Möglich sind Wertebereiche von 100 Ω - 500k Ω, (1:1 bis 1:500 Ratio)

Ideal für kundenspezifische Anwendungen

Die Produkte der RM Serie sind in unterschiedlichen Bauformen und internen Schaltungen verfügbar und eignen sich ideal zum Einsatz als Spannungsteiler in Anwendungen, die eine hohe Präzision und Stabilität erfordern,
also z.B. in der analogen Messtechnik oder im Automotive-Bereich. Ebenso geeignet sind diese für Anwendungen, die einen möglichst linearen Temperaturkoeffizienten über einen großen Temperaturbereich benötigen wie z.B. Automotive-Anwendungen oder Messtechnik,
die im Außenbereich eingesetzt wird.
Aufgrund der frei wählbaren Ohmwerte, Bauformen, Schaltungen und aufgrund der hohen Genauigkeit bieten sich die Bauteile auch für kundenspezifische Lösungen an, die sich bereits ab Stückzahlen von 100 realisieren lassen. Für extreme Anforderungen an Lötstellenfestigkeit sowie hohe Umgebungstemperaturbereiche z.B. für die Untertageförderindustrie wird Susumu dieseNetzwerke wie auch Einzelchip-Widerstände zukünftig auch mit Goldkontaktierungen anbieten.

Weitere Informationen:
Datenblätter sind erhältlich unter https://www.endrich.com/susumu/rm_series_-_networks