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抵抗器とは? 半田クラックによるチップ抵抗器の抵抗値不良

 

なぜ半田クラックが発生するのか

チップ抵抗器は実装ボード上に半田で実装され、様々な環境下で使用されます。100℃以上の高温環境下や-40℃といった低温環境下で使用されることもあります。
厚膜チップ抵抗器はアルミナ基板を支持体としており、実装ボードの代表的な材料であるFR-4(ガラス-エポキシ樹脂)とは温度による収縮度合(熱膨張係数)に差が生じます。温度サイクルを繰り返すとその差がストレスとなり、2つを接合している半田フィレット部にクラックを生じることがあります。

アニメーション: なぜ半田クラックが発生するのか - チップ抵抗器と実装基板が高温時に伸びる力と低温時に縮む力が、何サイクルも繰り返して加わると、クラックが発生する。

材料 熱膨張係数
(10-6/℃)
アルミナ 7.1
FR-4
(ガラスエポキシ樹脂)
14

※イメージのため、強調して表現しています。

※厚膜チップ抵抗器のイメージです。

チップ抵抗器が収縮することによって発生する応力なので、電極間距離が長い、つまりチップサイズが大きくなるほど不利になります。

チップサイズが大きい方が応力が大きい

電極間距離を短くするつまりチップサイズを小さくすれば半田クラックは解決する。しかし…

チップサイズと定格電力や素子最高電圧などの特性値はトレードオフです。
サイズの小さなものの特性値は大きなものに比べ低下します。

図解 - チップサイズが大きい方が電力が大きい

定格電力などのスペックは落とさずに半田クラックを解決して接合信頼性を向上させたい!
チップサイズ拡大による接合信頼性を損なうことなく、定格電力をアップさせたい!

長辺電極タイプならサイズはそのままで電極間距離を短くできます。

図解: 長辺電極タイプ

定格電力などのスペックは落とさずに半田クラックを解決して接合信頼性を向上させたい!
チップサイズ拡大による接合信頼性を損なうことなく、定格電力をアップさせたい!

長辺電極タイプならサイズはそのままで電極間距離を短くできます。

図解: 長辺電極タイプ

実際に温度サイクル試験を実施すると、半田クラックは発生しませんでした。

グラフ・写真: 温度サイクル試験 - 長辺電極品は3000回の温度サイクル試験をしてもクラック発生なし

試験条件: JIS C 5201-1 sec4.9準拠
Condition: -40℃: 30min / +125℃: 30min
気層 3000 cyc
Test Board: FR-4
Solder: Sn/3.0Ag/0.5Cu ( t = 0.100mm)

さらに長辺電極構造を採用することで、放熱経路が増加します。
その為定格電力が汎用品より向上しています。

図解 - 電極サイズが長手方向に大きくなった分、放熱経路が増加

サイズ LTRシリーズ MCRシリーズ
2012mm
[0805inch]
0.25W
0.125W
3216mm
[1206inch]
0.75W
0.25W
5025mm
[2010inch]
1W
0.5W
6432mm
[2512inch]
2W
1W

長辺電極LTRシリーズならば、半田クラックを解決し、定格電力も上げることが可能です。
また耐サージ保証も実現しており、信頼性の面で優れた製品となっております。

ラインアップ

品名 サイズ
略称
定格電力
(70℃)
素子
最高
電圧(V)
抵抗値
許容差
抵抗温度
係数
(ppm/℃)
抵抗値範囲 使用温度
範囲(℃)
車載対応
(AEC-
Q200)
LTR10 2012 1/4W
(0.25W)
150 J(±5%) ±200 1Ω~1MΩ (E24シリーズ) -55~
+155
Yes
F(±1%) ±100 1Ω~1MΩ(E24,96シリーズ)
D(±0.5%) ±100 10Ω~1MΩ(E24,96シリーズ)
LTR18 3216 3/4W
(0.75W)
200 J(±5%) ±200 1Ω~1MΩ(E24シリーズ) Yes
F(±1%) ±100 1Ω~1MΩ(E24,96シリーズ)
D(±0.5%) ±100 10Ω~1MΩ(E24,96シリーズ)
LTR50 5025 1W 200 J(±5%) ±200 1Ω~1MΩ(E24シリーズ) Yes
F(±1%) ±100 1Ω~1MΩ (E24,96シリーズ)
D(±0.5%) ±100 10Ω~1MΩ(E24,96シリーズ)
LTR100 6432 2W 200 J(±5%) ±200 1Ω~1MΩ(E24シリーズ) Yes
F(±1%) ±100 1Ω~1MΩ (E24,96シリーズ)
D(±0.5%) ±100 10Ω~1MΩ(E24,96シリーズ)

*1 高電力対応については別途お問い合せください。

※E24:標準品/ E96:注文生産品

エレクトロニクス豆知識