전자 부품 노화 - 저항기와 Op의 노화 효과

이전에는 상대적으로 짧은 테스트 기간을 사용하여 전자 부품의 장기 안정성을 평가하기 위한 고온 가속 노화 방법에 대해 논의했습니다.

이 기사에서는 계속해서 논의하고 저항기와 증폭기의 노화 동작을 살펴보겠습니다.

우선, 저항의 값은 시간에 따라 변한다는 점을 기억해 두십시오. 많은 회로에서는 총체적인 수준의 정밀도만 필요하며 저항기 노화는 심각한 문제가 아닐 수 있습니다. 그러나 특정 정밀 애플리케이션에는 지정된 수명 동안 몇 PPM 정도의 낮은 장기 드리프트를 갖는 저항기가 필요합니다. 따라서 사용되는 정밀 저항기가 시스템의 전체 수명 동안 지정된 정밀도를 유지할 수 있도록 충분한 정확도로 노화 예측 모델을 개발하는 것이 중요합니다. Vishay라는 회사는 다음 방정식(수식 1)을 사용하여 박막 저항기의 장기 변동을 계산할 것을 제안합니다.

$$\frac{\Delta R}{R}(t,\theta_{j}) = 2^{\frac{\theta_{j}-\theta_{0}}{30\,K}}\,\ 시간 \sqrt[3]{\frac{t}{t_{0}}}\times\,\frac{\Delta R}{R}(t_{0},\theta_{0})$$

어디:

$$\frac{\델타 R}{R}(t_{0},\theta_{0})$$

기준 시간 $$t_{0}$$ 및 온도 $$\theta_{0}$$에서 저항의 기준 드리프트입니다.

하는 동안:

$$\frac{\델타 R}{R}(t,\theta_{j})$$

$$\theta_{j}$$ 온도에서 저항기의 원하는 작동 시간 t 이후의 드리프트 값입니다.

방정식 1은 저항기의 작동 온도를 30°K 높이면 장기 드리프트가 2배 증가한다는 것을 보여줍니다. 또한 드리프트는 작동 시간의 세제곱근에 따라 증가합니다. 예를 들어, 125°C에서 저항기의 1000시간 드리프트가 0.25% 미만인 경우 저항기는 동일한 온도에서 8000시간 작동 후 드리프트합니다 $$(\theta_{j}=\theta_{0})$ $는 다음과 같이 추정됩니다.

$$\frac{\Delta R}{R}(t= 8000\,h) = \sqrt[3]{\frac{8000}{1000}} \times\frac{\Delta R}{R}(t =1000\,h)\leq 2\times 0.25\% = 0.5\%$$

방정식 1에서 온도 의존성을 고려하는 항은 아래 방정식 2와 같이 반복되는 Arrhenius 속도 법칙에서 파생됩니다.

$$Process \text{ } Rate\text{ }(PR) = Ae^{-\frac{E_a}{K_BT}}$$

이 방정식은 켈빈(T) 단위로 온도에 따라 반응 속도가 어떻게 변하는지를 지정합니다. Vishay에 따르면 박막 저항기와 호일 저항기 모두의 노화 과정은 Arrhenius 방정식을 따릅니다. 그림 1은 서로 다른 온도에서 동일한 포일 저항기의 노화 데이터를 보여줍니다.

이 그림에서는 저항기 드리프트 분포(Ln(DSD))의 표준 편차에 대한 자연 로그가 $$\frac{1000}{T}$$에 대해 표시됩니다.

이러한 데이터 포인트에는 직선이 적합할 수 있습니다. 이는 다음과 같이 표현될 수 있는 Arrhenius 방정식과 일치합니다.

$$Ln(PR)=Ln(A)-\frac{E_a}{k_B}\times \frac{1}{T}$$

이 방정식은 반응이 Arrhenius 방정식을 따를 때 Ln(PR) 대 $$\frac{1}{T}$$의 플롯이 직선임을 보여줍니다.

이 관계는 그림 1의 데이터 포인트에 적용되므로 이러한 저항기의 노화 과정이 아레니우스 법칙을 따른다는 결론을 내릴 수 있습니다.

방정식 1에 따르면 저항기를 더 낮은 온도로 유지하면 시간이 지남에 따라 드리프트를 줄일 수 있습니다. 남은 질문은 저항기를 어떻게 더 시원하게 유지할 수 있느냐는 것입니다.

방정식 1의 θ 항은 주변 온도가 아닌 저항기 온도를 나타냅니다. 저항기 온도(θ 저항기)는 다음 방정식으로 추정할 수 있습니다.

$$\theta_{저항기}=\theta_{A}+P\times R_{th}$$

어디:

이 방정식은 주변 온도 외에도 저항기에서 방출되는 열과 열 저항 값이 저항기 온도에 영향을 미칠 수 있음을 보여줍니다. 저항기가 더 시원하게 작동하도록 하려면 가능하면 저항기에서 소비되는 전력을 제한할 수 있습니다. 게다가 트레이스 밀도, 전원/접지 평면 수 등 PC 보드의 특성을 변경하면 시스템의 유효 열 저항 값이 변경될 수 있습니다. 이러한 변화는 PC 보드가 저항기에 납땜된 방열판 역할을 하기 때문입니다. 보다 효율적인 방열판은 열 전달을 향상시키고 정밀 저항기를 포함한 회로 구성 요소를 더 시원하게 유지할 수 있습니다.