¿Que son las resistencias de película delgada (Thin Film)?

Recordando cuando obtuve mi primer kit de electrónica, este contenía una gama de condensadores, resistencias, inductores, algunos diodos y algunos circuitos integrados básicos (puertas NAND, NE555 temporizadores, etc.). Estas resistencias eran las clásicas resistencias cilíndricas con las bandas de colores, y recuerdo un momento en que tenía todas esas bandas memorizadas y podía distinguir resistencias específicas a simple vista.

Esto no es tan simple con resistencias de película delgada, que no tienen un código de color. Si está tratando de decidir qué tipo de resistencia usar en su próximo circuito impreso (PCB), hay mucho que considerar, desde la geometría hasta la precisión y la estabilidad térmica. Sin embargo, el comportamiento eléctrico y térmico de las resistencias de película delgada está bien documentado en las hojas de datos de los componentes, y es fácil analizar el comportamiento del circuito de sus circuitos con las herramientas de simulación.

Resistencias de película gruesa y película delgada.

Las resistencias de película gruesa se hicieron populares durante la década de 1970, y la mayoría de las resistencias SMD (dispositivos de montaje en superficie) actuales son de este tipo. El elemento resistivo de las películas gruesas es 1000 veces más grueso que las películas delgadas, pero la principal diferencia es cómo se aplica la película al cilindro (resistencias axiales) o la superficie (resistencias SMD).

Las resistencias de película delgada se fabrican pulverizando (un método de deposición al vacío) el material resistivo sobre un sustrato aislante. Luego, la película se graba de manera similar al antiguo proceso (sustractivo) para hacer placas de circuito impreso; es decir, la superficie se recubre con un material fotosensible, luego se cubre con una película de patrón, se irradia con luz ultravioleta y luego se revela el recubrimiento fotosensible expuesto y se graba la película delgada subyacente.

Diferentes tipos de resistencias

Las resistencias se pueden clasificar en términos generales como resistencias fijas o variables. Como su nombre lo indica, las resistencias variables tienen resistencias que se pueden cambiar, ya sea por control del usuario del dispositivo o mediante un estímulo externo (eléctrico, mecánico, térmico, magnético, etc.). Las resistencias fijas están diseñadas para proporcionar una resistencia estable a cualquier voltaje o temperatura, pero este no es siempre el caso. La siguiente tabla muestra una breve comparación de los tipos comunes de resistencias.

Tipo de resistencia	Estabilidad térmica	Precisión	Voltaje Máximo
Película delgada	5-50 ppm / K	Generalmente 1%, 5%	Generalmente hasta ~ 500 V
Película gruesa	50-200 ppm / K	Generalmente 1%, 5%	Generalmente hasta ~ 1 kV
Varistor	Valores altos	Varía	Por lo general, menos de ~ 500 V
Termistor	~ 1-10%, no lineal	Varía	Por lo general, menos de ~ 500 V
Película de carbono cilíndrica	250-800 ppm / K	1%, 5%, 10%	Generalmente hasta ~ 500 V
Película de metal cilíndrica	20-200 ppm / K	1%, 5%, 10%	Generalmente hasta ~ 500 V

Tenga en cuenta que los coeficientes de temperatura para estas resistencias pueden ser positivos o negativos (es decir, la resistencia puede aumentar o disminuir a medida que aumenta la temperatura, respectivamente). Los valores máximos de voltaje en corriente continua y corriente alterna para estos componentes serán diferentes. Desde el punto de vista de la precisión y la estabilidad térmica, la descripción general rápida de la tabla anterior muestra que las resistencias de película delgada son bastante estables en comparación con los otros tipos de resistencias.

Características del resistor de película fina

Las resistencias de película delgada son componentes SMD, por lo que no las encontrará en un kit básico de electrónica típico. Tienen una pequeña área de almohadilla soldable que los hace propensos a sufrir defectos si no se sueldan correctamente. Las resistencias de película de carbono o de película de metal cilíndricas más comunes son componentes de orificio pasante, pero las resistencias de película delgada se pueden fabricar con una variedad de materiales diferentes. Se encuentran disponibles resistencias de película delgada de carbono y metal, pero las resistencias de película delgada de mayor precisión normalmente están hechas de níquel cromo (NiCr) o nitruro de tantalio (TaN), siendo NiCr el material resistivo mucho más popular.

El NiCr generalmente ofrece el TCR más bajo y el rango de resistencia más amplio. En términos de tamaño y fabricación de los componentes, solo hay un rango limitado de valores de resistencia de la hoja factibles, que normalmente oscilan entre ~ 5 y 250 Ω por cuadrado. A pesar de las limitaciones en los valores de resistencia de la hoja disponibles con resistencias de película delgada, pueden proporcionar tolerancias que alcanzan tan solo 50 ppm. También proporcionan una capacitancia parásita baja y coeficientes de temperatura tan bajos como 1 a 2 ppm.

Cualquier componente que ofrezca algunas ventajas y beneficios también conlleva algunas desventajas. El proceso de fabricación de resistencias de película delgada es más costoso que el de una resistencia de película gruesa o una resistencia cilíndrica comparable. Las resistencias de película delgada también tienen una masa menor que las resistencias de película gruesa, por lo que tienden a tener clasificaciones de potencia más bajas.

Construcción y comportamiento no ideal

Las resistencias de película delgada se fabrican utilizando electrodos internos interdigitados, que se envuelven a través de la película resistiva dentro de la resistencia. La película resistiva se monta sobre un sustrato de cerámica, vidrio o silicon, y toda la carcasa está cubierta con una capa protectora. Los extremos están metalizados, que se sueldan a las almohadillas de montaje. Esta estructura se muestra en la siguiente imagen.

 

 

La clave para simular el comportamiento de la señal con este tipo de componentes es utilizar barridos de frecuencia y análisis de transitorios . El emparejamiento de varios elementos L y C puede conducir a un comportamiento autorresonante. Sin embargo, los fabricantes de componentes han logrado diseñar estas resistencias de manera que su respuesta transitoria sea sobreamortiguada, lo que elimina esta autorresonancia. Por lo tanto, funcionan como filtros de paso bajo con atenuación cercana a ~ 1 GHz.

Estos componentes son inherentemente lineales, por lo que no necesita preocuparse por un barrido de corriente continua.