Gambar 1 Resistansi Resistor Bentuk Empat Persegi Panjang dengan Luasan
A dan Panjang L ELEKTRO INDONESIA Edisi ke Sepuluh, November 1997
Perkembangan bidang mikroelektronika dewasa ini sudah begitu pesatnya. Sementara orang cenderung memusatkan perhatian kepada chip silikon, tetapi sebenarnya bidang ini sebagian dari perkembangan itu. Mikroelektronika terdiri atas beberapa teknologi penting yang dapat dibagi menjadi tiga yaitu: teknologi peralatan diskrit yang berhubungan dengan teknologi Printed Circuit Board (PCB), teknologi film yang terbagi menjadi film tebal (thick film) dan film tipis(thin film), teknologi rangkaian terpadu atau Integrated Circuits (IC) monolitik yang terbagi menjadi bipolar dan Metal Oxide Semiconductor (MOS). Gabungan teknologi film dan teknologi IC monolitik menghasilkan teknologi hibrida.(Haskard, 1988). Teknologi hibrida film tebal adalah salah satu bidang dari teknologi hibrida.
Teknologi hibrida film tebal terdiri atas sejumlah proses yang diulang beberapa kali dengan urutan tertentu. Prosesnya meliputi pembuatan screen, pencetakan dan pembakaran. Pada proses standar ini ditambahkan juga proses pembersihan, penyolderan, pengujian dan pengemasan.
Resistor merupakan komponenen yang sangat berperan dalam rangkaian hibrida
film tebal. Resistor hibrida film tebal mempunyai karakteristik yang terdiri
atas TCR (Temperature Coeficient of Resistance) dan VCR (Voltage
Coeficient of Resistance), disipasi daya, tegangan maksimum, tanggapan
frekuensi dan noise.
Bahan resistor film tebal dapat dibagi menjadi dua yaitu resin dan cermet.
Cermet terbagi menjadi beberapa campuran yaitu: berbahan dasar palladium,
berbahan dasar ruthenium, berbahan dasar platina, emas dan iridium serta
macam-macam campuran.
Substrat berfungsi tidak hanya sebagai pendukung rangkaian komponen
saja tetapi juga berfungsi sebagai pelindung mekanis kepada komponen, penyalur
panas dan sebagai isolator listrik. Bahan keramik banyak digunakan sebagai
substrat film tebal disebabkan karena sifatnya, yaitu kekuatan mekanis
yang tinggi, resistivitas yang tinggi pada daerah temperatur yang luas
dan sifat inert-nya yang berhubungan dengan berbagai kondisi
proses dalam peletakan rangkaian. Keramik yang digunakan pada film tebal
meliputi: porselin, steatite, cordierite, fosterite, alumina,
beryllia, magnesia, zirconia, yang masing-masing mempunyai sifat-sifat
berbeda.
Alumina dengan kadar 96 persen banyak digunakan pada industri film tebal.
Alasan utama karena harganya murah dan mempunyai sifat-sifat yang cukup
bagus dipakai sebagai substrat.
Konduktor memegang peranan penting dalam rangkaian film tebal. Konduktor merupakan bahan terbesar yang digunakan pada rangkaian film tebal. Fungsi konduktor dalam film tebal adalah sebagai jalur penghubung, tempat peletakan divais dan penyolderan, terminal resistor, penghubung crossover, elektroda kapasitor, Bonding chip dan die, Bonding kawat, resistor nilai rendah. Konduktor film tebal terdiri atas campuran logam meliputi: palladium dan perak, palladium dan emas, platina dan emas serta macam-macam campuran.
Resistansi sebuah resistor berbanding lurus terhadap resistivitas bahan dan panjang resistor dan berbanding terbalik dengan daerah luasan yang tegak lurus arah aliran arus dan dapat digambarkan dalam Gambar 1.
Resistansi R sebuah resistor diberikan dengan rumus:
(2-1) r = resistivitas (W.cm), l = panjang resistor (cm), A = luasan yang tegak lurus arah aliran arus (cm2), R = resistansi (W)
Gambar 1 Resistansi Resistor Bentuk Empat Persegi Panjang dengan Luasan
A dan Panjang L
Daerah luasan yang tegak lurus arah aliran arus A resistor merupakan perkalian ketebalan film t dengan lebar w.
A = t . W
(2-2) A = luasan yang tegak lurus arah aliran arus (cm2), t = tebal resistor (cm), w = lebar resistor (cm)
Dari Persamaan 2-1 dan 2-2 didapat:
(2-3) (2-4) p = resistivitas (
.cm), l = panjang resistor (cm), t = tebal
resistor (cm), w = lebar resistor (cm), R = resistansi
Ketebalan lapisan film tebal hasil proses diatas substrat dianggap konstan,
sehingga untuk mendapatkan nilai resistor
(2-5) p = resistivitas ( .cm), t = tebal
resistor (cm), RS =
resistivitas lembaran (W/a)
Bentuk resistor teknologi hibrida film tebal dapat berbentuk empat persegi panjang atau bentuk topi(hat-shaped). Bentuk lengkung, zig-zag atau bentuk yang tidak umum tidak digunakan, karena sukar dalam pembuatan screen dan pengaturan. Panjang l dibagi lebar w menghasilkan jumlah luasan resistor. Perbandingan panjang dan lebar resistor didefinisikan sebagai aspect ratio. Nilai aspect ratio sama dengan jumlah luasan resistor. Aspect ratio dapat digambarkan dalam Gambar 2.2. Perkalian jumlah luasan dengan resistivitas lembaran adalah besarnya resistansi yang dapat ditulis dalam persamaan berikut:
R = Rs (l / )
(2-6) RS = resistivitas lembaran (W/‡), l = panjang resistor (cm), w
= lebar resistor (cm), R = resistansi
Gambar 2 Jumlah Luasan Resistor Empat Persegi Panjang
Perbedaan nilai resistor film tebal disebabkan oleh ukuran absulut resistor hasil proses screen printing seperti tidak ratanya substrat; anyaman screen, emulsi dan perbedaan tegangan; tekanan mesin screening; dan letak resistor di atas substrat. Pada umumnya variabel ini dapat dikurangi dengan merancang resistor sebesar mungkin. Ukuran maksimal resistor dibatasi oleh luasan substrat yang tersedia, karakteristik subtrat dan harga bahan. Ukuran minimum resistor dibatasi oleh disipasi daya yang dibutuhkan dan kemampuan pembuatan. Ukuran minimum secara praktek adalah 0,508 mm kali 0,508 mm. Ukuran minimum yang dianjurkan adalah 0.762 mm kali 0.762 mm. Bentuk pola resistor dan konduktor mempunyai bagian overlap resistor (bagian lebih panjang resistor yang melapisi konduktor) minimum yang diperbolehkan sebesar 0,508 mm dan bagian underlap konduktor(bagian lebih konduktor pada setiap sisi resistor) minimum sebesar 0,127 mm yang dapat dilihat dalam Gambar 2.2.
Gambar 3 Pedoman Perancangan Dimensi Resistor Persegi Panjang
Bentuk resistor topi perlu dipertimbangkan jika aspect ratio yang dibutuhkan lebih dari 6:1. Penggunaan resistor topi dapat mengurangi jumlah pasta resistor yang diperlukan. Banyak sekali variasi bentuk resistor topi, tetapi dua bentuk dasar dapat dilihat dalam Gambar 4.
Gambar 4 Bentuk Resistor Topi Garis putus-putus menunjukkan bagian resistor yang akan dibuang pada waktu proses trimming. Pedoman yang digunakan dalam perancangan resistor persegi panjang dapat digunakan untuk perancangan resistor bentuk topi. Dalam perancangannya resistor bentuk topi secara umum dibuat sedemikian rupa sehingga dapat diatur pada jangkauan yang luas, maka perhitungan yang presisi tidak diperlukan.
Resistansi berkaitan dengan jatuh tegangan (voltage drop) dalam volt (V) antara dua terminal resistor dan arus yang melewati resistor dalam satuan ampere (A) yang berkaitan dengan hukum ohm yang dijelaskan dalam Persamaan (2-7) dan dapat dilihat dalam Gambar 5.
R = V / I
(2-7) V = tegangan resistor (V), I = arus resistor (A), R = resistansi
(W)
Gambar 5 Resistor Dengan Resistansi R Mempunyai Arus I Mengalir Melewati
Resistor yang Mempunyai Jatuh Tegangan Sebesar IR
Semua resistor mendisipasi daya pada saat tegangan digunakan yang dapat
dinyatakan dengan:
P = V2 / R
(2-8)
P = disipasi daya (W), V = tegangan resistor (V), R = resistansi ,
Resistor ideal mendisipasi energi listrik tanpa menghasilkan energi listrik dan magnet.
Koefisien suhu resistansi (Temperature Coefficient of Resistance) adalah koefisien perubahan nilai resistansi sebuah resistor setiap adanya perubahan suhu. Nilai TCR didapat dari pengukuran resistansi dalam dua kondisi suhu. Persamaan untuk TCR dapat dinyatakan dengan rumus:
T1 = suhu referensi (0C), T2 = suhu saat
pengukuran R2 (0C), R1 = resistansi
dengan suhu referensi T1 , TCR = koefisien suhu resitansi
(ppm/0C)
Koefisien suhu resistansi terdiri atas: