전류 검출용 저항기는 주로 모터 구동회로, 전원의 과전류 보호, 배터리 잔량 검출 등에 사용된다. 최근에는 검출 정밀도의 향상, 기판의 소형화, 리드 부품 삭감 등의 요구가 증가함에 따라 금속 저저항에 대한 수요가 높다. 자동차시장에서는 높은 정격 전력, 고방열, 소형화 등을 실현한 저항기의 수요가 크게 늘 것으로 전망된다.

자동차, 산업기기, PC 등 산업 전반에 걸쳐 폭넓게 사용되고 있는 전류 검출용 저항기는 자동차의 전자화뿐 아니라 전기자동차(EV) 또는 하이브리드 카(HEV) 개발에도 크게 일조하고 있다. 자동차시장은 한층 더 고전력에 대응하는 소형 사이즈의 저저항, 회로의 소비전력을 억제하기 위한 초저 저항, 까다로운 온도 환경에서도 우수한 저항 온도계수(TCR)를 제공하는 고정밀도 저저항 등의 요구가 높다. 자동차시장에서 저저항은 각종 모터의 구동회로, DC/DC 컨버터의 출력부, 배터리 충방전 감시 회로 및 잔량 검출 등에 사용된다.

전류 검출 저저항 동향
전류 검출용 저저항은 부하에 대응하기 위해 직렬로 실장하고, IC를 사용해 양 단자의 전위차를 측정함으로써 전류 검출을 실현한다. 저저항의 저항값을 높게 설정함으로써 IC의 전류 검출 정밀도를 향상시킬 수 있지만, 이 경우 전류가 흐를 때 제품 발열(손실)이 커지는 문제가 발생한다.

이와 같이 측정 정밀도와 발열은 트레이드오프 관계이므로 검출 정밀도와 발열의 균형을 고려해 저저항 제품을 선정해야 한다. 그러나 최근에는 고집적 반도체의 성능 향상으로 인해 기존보다 작은 전위차에서 전류 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.


보다 낮은 저항값의 저저항을 사용하면 큰 전류를 기존보다 적은 소비전력으로 검출할 수 있기 때문에 저저항에 대한 요구는 계속해서 증가하고 있다. 이러한 배경에서 로옴은 지난 3월 최대 150 A 이상의 큰 전류에도 대응하는 제품인 PSR 시리즈를 발표했다.

면실장 타입 저저항은 재료 및 구조에 따라 크게 두 가지 타입으로 분류된다. 그중 하나는 후막 저저항이라고 하는 범용 후막 칩 저항기 기술을 기반으로 한 타입이며, 다른 하나는 금속 재료를 이용한 금속 저저항 타입이다. 이들은 요구되는 성능에 따라 구분하여 사용되지만, 대략적으로 수십 mΩ~은 후막 저저항, 수 mΩ은 금속 저저항으로 만들어지는 경우가 많아 금속 저저항은 높은 정격 전력 보증을 특징으로 한다(그림 1).

칩 형상으로는 실장 기판과 접속하는 전극 구조에 따라 두 가지 타입으로 분류된다. 하나는 칩 단변 측에 전극을 형성한 일반적인 형상이며, 다른 하나는 칩 장변 측에 전극을 형성한 장변 전극 타입이다. 일반적으로 장변 전극 타입 제품은 기판 실장 후의 접합 신뢰성 및 온도 사이클 특성이 우수하다. 또한 실장 기판으로의 방열성도 높아 단변 전극 타입 제품보다 높은 정격 전력을 보증하는 제품이 많다는 점도 특징 중 하나다(그림 2).

전극 도금에 대해서는 니켈 도금과 주석 도금이 대표적이지만 저저항의 경우 저저항화, 온도 특성 개선, 저항값 측정의 안정성 등을 고려해 구리 도금을 하는 경우도 있다.

후막 기술에 의한 저저항
후막 칩 저항 소자 형성의 주요 공정은 스크린 인쇄에 의한 패턴 형성이다. 스크린을 사용한 인쇄 공법을 통해 알루미나 기판 상에 저항 소자 및 전극 등을 형성한다. 저저항의 경우 저항값이 낮은 재료를 사용하지만, 통상 저항값의 재료에 비해 전극 재료의 조성 및 저항체, 전극의 두께에 따라 온도 계수 및 온도 사이클 특성 등이 영향을 받기 쉬우므로 각각 최적의 조건을 고려해 설계할 필요가 있다.

로옴은 자동차시장의 높은 접합 신뢰성 및 정격 전력에 대응한 제품으로 장변 전극 타입의 저저항 LTR 시리즈를 공급하고 있다. 칩의 장변 측에 전극을 배치함으로써 높은 접합 신뢰성과 온도 사이클 특성을 실현했다. 또한 장변 전극 타입의 높은 방열성을 활용해 기존의 후막 저저항보다 높은 정격 전력(예: 3216 사이즈로 1 W 보증)에 대응하고 있다.

전극 사이즈 확대와 저항체 재료의 변경을 통해 높은 정격 전력 및 우수한 온도 특성을 제공하는 UCR 시리즈는 실장 시 저항값 편차 저감을 고려한 이면 실장 구조를 채용했다(그림 3). 로옴은 UCR 시리즈를 자동차 산업에서 활발히 검토되고 있는 초소형 0603 사이즈(UCR006 시리즈)로 제공하고 -55~+155℃의 사용 온도 범위를 보증한다.

금속 저항 재료에 의한 저저항
저항체 금속을 사용한 저저항은 후막 저저항 기술과는 전혀 다른 구조이며, 저항체 소자는 수십 μm~수 mm 정도 두께의 저항체 금속 재료를 사용한다. 이러한 저항체 재료를 에칭 및 기계 가공 등 다양한 가공기술을 이용해 소자를 형성함으로써 원하는 저항값 및 특성을 구현한다. 금속 저저항은 동일 사이즈의 후막 저저항에 비해 높은 정격 전력 보증 및 고정밀도 저항 온도 계수 보증이 가능하다. 또한 0.2 mΩ에서 10 mΩ 정도의 매우 낮은 저항값 영역에서 비교적 두꺼운 저항체 금속을 사용함에 따라 저항체 자체를 칩으로서 형성하는 공법이 일반적이다.

정격 전력 4 W 이상의 영역에서 로옴은 0.2~3.0 mΩ의 저항 범위에 대응하는 PSR 시리즈를 공급하고 있다. PSR 시리즈는 저항체 금속과 Cu(구리) 전극을 독자적인 용접 기술로 접합해 높은 방열성과 열용량을 실현했다(그림 4). 또한 대형 Cu 전극을 통해 방열성을 확보하고 최고 5 W의 높은 정격 전력을 실현했으며, 저항값에 따라 최적의 저항체 금속을 선정함으로써 고정밀도 저항 온도 계수를 달성했다.

정격 전력 2 W 이하의 영역에서는 1~10 ｍΩ의 저항 범위에서 PMR 시리즈를 공급하고 있다. PMR 시리즈의 구조는 저항체 금속을 본체로 한 제품이라는 점에서 PSR 시리즈와 동일하다. PMR 시리즈는 트리밍으로 저항값을 조정하지 않는 로옴의 독자적인 설계로 사용 시 문제점인 저항체의 발열을 저감할 수 있는 구조를 채용했다.
PML 시리즈는 PMR 시리즈를 장변 전극 구조로 하여 접합 신뢰성 및 방열성을 향상시킨 제품이다. 

전망
1 W 이상의 영역에서 금속 재료를 사용해 수십 mΩ 이상의 저저항 영역에 대응하기 위해서는 금속 저항체의 두께가 100 μm 전후가 되므로 저항체 자체를 본체로 한 구조로는 칩 형성이 어렵다. 이러한 문제는 본체의 기재에 저항체 재료를 고정함으로써 칩 형성이 가능하다.

이러한 영역에 대해서는 리드 저항이나 후막 저저항을 사용해 회로를 구성하는 경우가 많았으나, 최근에는 검출 정밀도의 향상, 기판의 소형화, 리드 부품 삭감 등의 요구가 증가함에 따라 금속 저저항에 대한 요구가 높다. 로옴은 향후 금속 저저항이 이러한 영역에서 중요시될 것이란 점에 착안해 소형, 고방열의 제품을 지속적으로 개발, 공급할 계획이다.