MELF резисторы

Конструкция, типоразмеры и отличительные особенности резисторов MELF

Среди резисторов для поверхностного монтажа есть довольно интересная разновидность, это MELF-резисторы. Основная их особенность, это цилиндрическая форма корпуса из-за которой такие резисторы ещё называют круглыми SMD-резисторами.

Аббревиатура MELF обозначает тип корпуса поверхностно-монтируемых компонентов и расшифровывается, как металлический электрод с безвыводными торцами (Metal Electrode Leadless Face).

Внешне MELF-резисторы выглядят вот так.

Отличительным преимуществом MELF-резисторов, и одновременно их существенным недостатком, является корпус в виде цилиндра. За счёт него, у MELF-резисторов площадь охлаждения резистивного слоя намного больше, чем у плоских SMD-резисторов аналогичного типоразмера.

Наибольшую популярность MELF-резисторы получили в Японии и Европе. В США они прижились хуже.

Конструкция MELF резистора.

Конструкция MELF-резистора мало чем отличается от устройства любого постоянного резистора. Основой служит стержень из высокочистой керамики (85...96%), как правило, из оксида алюминия (Al₂O₃, он же глинозём). На его поверхность наносится резистивный слой, который может быть из металла (metal film) или углерода (carbon film).

По бокам керамического стержня, на который нанесён металлизированный слой или плёнка из углерода прижимаются никелированные стальные заглушки, покрытые чистым оловом. Это торцевые контакты-выводы резистора.

Для достижения целевого значения сопротивления на поверхности резистивного слоя выполняется лазерная спиралевидная нарезка.

Проводящий резистивный слой покрывается лаковым покрытием для обеспечения его электрической, механической и климатической защиты.

Как уже было отмечено, MELF-резисторы выпускаются с резистивным слоем на основе металлической и углеродной плёнки.

• Metal film MELF resistors (MELF резисторы с металлической плёнкой). ТКС таких резисторов мал (5...100 ppm/°C). Это результат использования металла в качестве основы резистивного слоя. Такие резисторы обладают малыми токовыми шумами. На основе MELF резисторов с металлической плёнкой изготавливаются прецизионные резисторы с допуском вплоть до 0,02%.

• Carbon film MELF resistors (MELF резисторы с углеродной плёнкой). Из-за того, что основой резистивного слоя является плотная и однородная плёнка углерода, ТКС таких резисторов довольно велик и может достигать 250 ppm/°C и более. Несмотря на это, за счёт хорошей теплопроводности углерода (графита), который служит причиной большого ТКС, резисторы MELF с углеродной плёнкой прекрасно переносят импульсные нагрузки и являются рекордсменами по допустимой импульсной мощности среди всех поверхностно-монтируемых резисторов аналогичного размера.

За счёт цилиндрической формы корпуса, эффективная площадь резистивной плёнки у MELF резисторов примерно в три раза больше, чем у плоских SMD-резисторов с аналогичной площадью монтажа. Кроме этого керамический стержень имеет больший объём, что обеспечивает хорошую теплоёмкость.

Эти особенности делают MELF-резисторы незаменимыми, когда речь идёт о сферах применения, где важна стабильность, надёжность и устойчивость к импульсной нагрузке.

Недостатки MELF резисторов.

Из существенных недостатков MELF резисторов можно отметить большую последовательную индуктивность, которая образуется из-за спиралевидной топологии резистивного слоя.

Это существенно ограничивает применение резисторов MELF в высокочастотной аппаратуре, так как наличие паразитной индуктивности приводит к резонансу на частотах в несколько ГГц.

Кроме этого, образуется паразитная параллельная ёмкость между боковыми контактами, которая также нежелательна при работе резистора в высокочастотных схемах.

Несмотря на это, производители выпускают специальные серии высокочастотных MELF резисторов (например, MMU0102/MMA0204/MMB0207 HF от Vishay), которые способны работать на частотах вплоть до 10 ГГц.

В них, за счёт специальной, так называемой, "импульсной" или же "меандровой" топологии резистивного слоя удаётся снизить паразитную индуктивность, которая ограничивает их использование в СВЧ технике.

Как уже говорилось, основа в виде цилиндра даёт преимущества при охлаждении резистивного слоя, а, следовательно, увеличивает нагрузочную способность резистора. Но в то же время, круглая форма затрудняет процесс сборки, так как корпус может скатываться или разворачиваться при пайке. Понятное дело, что при массовом производстве это увеличивает процент брака и требует дополнительной настройки оборудования.

Из-за своей формы и связанных с нею трудностей в обращении, аббревиатура MELF на западе в шутку расшифровывается, как "Most End up Lying on the Floor", что переводится, как "Большинство в конечном итоге лежит на полу" . Чтобы избавится от столь досадной особенности были разработаны типы корпусов с выводами прямоугольной формы (QuadroMELF, SQ-MELF), но применяются они в основном для диодов и стабилитронов в стеклянном корпусе.

Типоразмеры резисторов MELF.

MELF-резисторы выпускаются в корпусах трёх типоразмеров: 0102, 0204, 0207.

Эти три типоразмера эквивалентны по занимаемой площади трём типоразмерам плоских SMD-резисторов:

• microMELF 0102 – 0805;

• miniMELF 0204 – 1206;

• MELF 0207 – 2512.

В таблице №1 приведены типоразмеры (в том числе метрические) резисторов MELF. В ней же указана соответствующая типоразмеру длина и диаметр корпуса.

Таблица №1. Типоразмеры резисторов MELF.

Определить типоразмер MELF-резистора можно обычной линейкой. Достаточно измерить его длину.

Далее на фото показаны резисторы типоразмера 0204 (он же miniMELF).

Кроме резисторов, в корпусе типа MELF выпускаются диоды, стабилитроны и даже конденсаторы. Диоды и стабилитроны в стеклянном корпусе MELF вы, наверняка, уже не раз встречали.

Довольно часто резисторы в MELF исполнении встречаются на печатных платах от автомобильной бортовой электроники. На следующем фото показана печатная плата от автомобильного контроллера BOSCH с целой россыпью MELF резисторов.

Параметры MELF-резисторов. Отличительные особенности.

Для начала поговорим о мощности рассеивания MELF резисторов (Таблица №2). Как и у плоских SMD-резисторов, их мощность также определяется типоразмером корпуса.

Таблица №2. Мощность рассеивания MELF-резисторов разных типоразмеров.

Номинальная рассеиваемая мощность указана для температуры окружающей среды +70°C.

Стоит отметить, что стандартная мощность для MELF-резисторов составляет 0.2W, 0.25W и 0.4W соответственно. Но, за счёт своего необычного дизайна, MELF-резисторы способны выдерживать и большую мощность. Так, например, фирма Vishay в даташитах на свою продукцию указывает и повышенную мощность, приводя её в столбце "Power".

Дело в том, что MELF резистор может работать и на повышенной мощности, но при этом рекомендуется обеспечить хороший отвод тепла за счёт грамотного монтажа его на печатную плату, а также иметь ввиду сокращение срока службы компонента и дрейф сопротивления с течением длительного времени эксплуатации.

Высокотемпературные MELF резисторы (например, MMA 0204 HT, Vishay) допускают мощность рассеивания в 0,5W. Резистивная плёнка таких резисторов способна выдерживать без повреждения температуру вплоть до +175°C.

Типовые рабочие напряжения для резисторов MELF составляют 150V для типоразмера 0102, 200V для 0204 и 300V для 0207. Естественно, есть и высоковольтные серии, например, MMA 0204 HV, MMB 0207 HV (Vishay). Рабочее напряжение для резистора этой серии (типоразмер 0207) составляет 1000V.

По сравнению с плоскими SMD-резисторами, резисторы типа MELF с аналогичной площадью монтажа обладают большей импульсной нагрузочной способностью. Это относится как к MELF резисторам с металлической плёнкой, так и плёнкой из углерода.

Резисторы MELF с углеродной плёнкой являются рекордсменами по допустимой импульсной мощности. Более наглядно это представлено в презентации фирмы Vishay, где показан предел импульсной нагрузки для SMD-резисторов разных типов. В качестве тестового образца используется резистор сопротивлением 1 кОм, на который подаётся одиночный прямоугольный импульс длительностью 3 мс. Мощность импульса указана по шкале Pulse Power/W.

Как видим, MELF-резисторы с углеродной плёнкой (Carbon film MELF resistors) типоразмера 0207 выдерживают импульс мощностью до 2 kW (2 киловатта)!

Для сравнения, предел разрушающей импульсной нагрузки для стандартных толстоплёночных SMD-резисторов (Standard Thick Film Chip) типоразмера 1206 составляет всего 35W (35 ватт).

Рекордное значение допустимой импульсной мощности углеродных MELF-резисторов объясняется тем, что графит отлично проводит тепло. Его избыток, образующийся в результате воздействия мощных электрических импульсов быстрее рассеивается в проводящем слое углерода и отводится в керамический стержень MELF резистора, который обладает большим объёмом, а, стало быть и теплоёмкостью, чем аналогичные плоские SMD-резисторы.

В добавок к этому, спиралевидная нарезка резистивного слоя обеспечивает равномерное распределение тока, что позволяет избежать так называемых "горячих точек" – мест локального перегрева проводящего слоя, которые наблюдаются у плоских SMD-резисторов с тонкой и толстой плёнкой.

На рисунке показаны области перегрева, вызванные наибольшей плотностью тока в резистивном слое плоского тонкоплёночного SMD-резистора.

Похожая ситуация возникает и у толстоплёночных SMD-резисторов. Обычно, область перегрева образуется в самом узком месте резистивного слоя. На рисунке показан участок локального перегрева толстоплёночного чип-резистора с лазерной обрезкой типа L-Cut.

Наиболее востребованы MELF резисторы там, где имеются высокие импульсные нагрузки. Как правило, это аналоговые цепи силовой электроники. Миниатюрные SMD-компоненты, как правило, имеют недостаточную импульсную нагрузочную способность, которая является следствием их крошечных размеров.

Высокая импульсная мощность MELF-резисторов хорошо сказывается на их надёжности и стабильности в течение длительного срока службы. Именно поэтому их активно применяют в авионике, автомобильной, промышленной, телекоммуникационной и медицинской электронике. Везде, где нужна надёжная и стабильная работа.

Главная → Радиоэлектроника для начинающих → Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Полупроводниковый диод. Принцип его работы и основные параметры.

• Как устроен динамик?