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小身材,高功率,罗姆半导体发布全新GMR50分流电阻器

作者:王小伟
发布日期:2019-11-28
来源:ROHM新品发布会

分流电阻器作为检测电流的用途在车载和工业设备上被广泛采用。随着汽车高性能化和电动化的普及,在部件数量增加、开展高密度安装的趋势下,也要求分流电阻器向小型大功率方向发展。

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众所周知,实现4W的额定功率,分流电阻器一般需要6.4*3.2mm的封装,在PCB这个寸金的载体上,如果能在5.0*2.5mm的封装下实现4W的额定功率,需要怎么做?日前,全球知名半导体制造商罗姆半导体发布了GMR家族的新成员GMR50,小型化、散热性能优异是这款分流电阻器的标签,“此次开发的GMR50系列以5025尺寸在世界范围内率先实现了4W化”,罗姆半导体通用元器件生产本部电阻器制造部组长田中幸作先生在发布会上向媒体描述到,“该产品非常适用于车载和工业设备中电机、电源电路的电流检测。”

罗姆电阻器的开发趋势  罗姆电阻器针对市场上大功率和节省空间的要求,不断地扩充着分流电阻器以及高可靠性电阻器的产品阵容。具体来说,分流电阻器的额定功率在不断的提高,GMR系列的电阻器现在可以做到3-5W,未来最大做到10W;PSR系列现在最高是5W,未来可以提升到15W;同时PMR和LTR系列电阻器也可由现在的2W提升到3W。

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高可靠性的电阻器也是同样的,在保持封装大小不变的情况下,提高额定功率,或者做小型化的封装的时候,保持抗浪涌能力不变,或者是抗硫化性能的提高,这都是罗姆针对车载市场专门的技术优点。

为什么需要小型化的电阻  以车载市场为例,作为一体化的一个移动服务载体,汽车上面集中的功能越来越多,对各种元器件的要求也发生了变化。对分流电阻器以及高可靠性电阻器的需求越来越多,特别是要求能够支持大电流的检测回路,包括在高温下也能实现比较稳定的电流检测精度以及封装小型化,基于这种需求下罗姆GMR系列电阻应运而生。

GMR50是世界上首次以5.0*2.5mm尺寸实现了4W额定功率的分流电阻器,在端子温度90时可以达到4W,端子温度110度时仍然可以达到3W的高功率,阻值范围5-220毫欧,使用温度范围负55度到170度。它的具体优势主要体现在:

1、通过高散热结构,大幅改善PCB板的散热性,并保证额定功率4W

可靠性对于电阻器来说重要的一点就是散热设计,因为随着PCB上功能进一步集成化,元器件的散热环境越来越恶化。GMR50电阻器是在GMR100的基础上进行开发的,贴装面积减小39%,小型化之后需要解决散热的问题,针对这一课题,罗姆工程师对GMR50电阻器内部的结构分布做了很好的调整,通过改进了电极结构以及优化元件内部设计,大幅提到散热性;对电极某一部分材料做一些变更,从而在施加比较大应力的时候使电极的粘合性更好,所以能够保证一个小尺寸的情况下也能达到额定功率4W。

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罗姆所支持的散热设计不仅是针对单颗的电阻器,是可以针对整个PCB板进行整体的热仿真,来提供一些相应的散热对策。上图是罗姆公司以FlothermTM专门的热仿真软件做的一个GMR50电阻和罗姆以往产品的温升对比。在同样施加2W的功率前提下,表面温升降低了57%;在贴装面积减小39%的尺寸下施加功率达到4W的时候它的表面温度比普通产品还要再低20度,它的可靠性得到进一步提升。

2、通过提高耐受性,可实现稳定的电流检测

分流电阻器的作用就是提供稳定、精确的电流检测功能,不仅在正常工作情况下,特别是在检测对象发生了一些对地短路或者对电源短路等的故障,导致电阻器上流过大电流,过负荷的时候,也必须要保证电阻器它的电阻变化率比较小,才能保证过流保护不会误动作。

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上图是普通的电阻器和GMR50电阻器过负载试验的比较,这两个产品同样都是4W额定值产品,可以看到在施加功率逐渐增加的时候,GMR50的电阻变化率仍然是在0.5%以内,非常利于客户工程师的过流保护设计。

3、在低阻值范围内也实现了出色的电阻温度系数

电阻温度系数指的是温度变化一度,实际阻值相对于标称阻值的一个变化量,也就是温度变化的时候阻值的波动,其反映了电阻对温度的依存性,这个波动越小,实际检测到的值越准确。一般来说电阻值越低,电阻温度系数相对来说比较高。作为一个5-220毫欧的低阻值产品,GMR50采用了高性能的合金金属电阻体,从而可以保证在低阻值范围内也能实现非常低的电阻温度系数,从而实现高精度的电流检测,并提升设备整体的可靠性。

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上图显示从5毫欧一直到220毫欧,GMR50电阻温度系数的实测可以达到25ppm/摄氏度以内。

“电阻器这种产品贯彻了罗姆一贯的垂直整合型制造体系”,罗姆半导体(北京)有限公司技术中心高级工程师吴波先生介绍到,“不仅作为罗姆的一个创业产品,实际上是作为罗姆非常有特色的一系列产品不断得到继承和发展的。”罗姆重点关注的领域主要集中在功率元器件、模拟电源IC通用元器件三大方面。各类通用元器件整体的市场出货量都位居世界前列,以压倒性的供应能力来向客户提供最新技术的高品质产品,截止到2018年的出货量达到2.5万亿个,主要集中市场是在车载和工控,整体出货量达到65%;在其他的一些移动设备或者是其他消费类产品加在一起35%左右。

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罗姆半导体 分流电阻器 GME50