薄膜抵抗器と厚膜抵抗器：主な違い、利点、および用途

重要なポイント

• ほとんどの設計では、厚膜抵抗器を標準的に使用します。コスト効率が高く、堅牢で、プルアップ抵抗、LEDの電流制限、デジタル回路、サージが発生しやすいアプリケーションに最適です。
• 抵抗器がアナログ量（分圧器、基準電圧ネットワーク、利得設定回路、電流検出信号チェーンなど）を決定する場合は、薄膜抵抗器を選択してください。厳しい許容差と低いTCRは、温度と時間の経過による測定精度の維持に役立ちます。

ほとんどのPCB設計では厚膜または薄膜抵抗器が使用されますが、誤った選択をすると不要なコストが発生したり、さらに悪い場合には測定誤差や温度ドリフトを引き起こす可能性があります。

このガイドでは、両者の主な違いを説明し、実際の例とエンジニアリングデータを用いて、それぞれをいつ使用すべきかを示します。

厚膜抵抗器と薄膜抵抗器の概要

厚膜抵抗器は、スクリーン印刷され、安価で堅牢であり、約95%の実装箇所で標準的に使用されます。

薄膜抵抗器は、スパッタリングとレーザートリミングにより高精度を実現しています。厳しい許容差、低いTCR、低ノイズ、優れた長期安定性を備えていますが、通常は5〜10倍のコストがかかります。

薄膜抵抗器は、抵抗器がアナログ量を決定する場合にのみ使用し、それ以外の用途には厚膜抵抗器を使用してください。

図：厚膜抵抗器と薄膜抵抗器の違い

構造の違い：薄膜抵抗器と厚膜抵抗器

許容差、TCR、ノイズ、コストに至るまでのすべては、抵抗層の堆積方法に起因します。

厚膜抵抗器の構造—セラミック上に焼成されたスクリーン印刷ペースト

厚膜抵抗器は、抵抗ペースト（通常はガラスフリットに懸濁された酸化ルテニウムRuO₂ブレンド）をアルミナセラミック基板にスクリーン印刷し、約850°Cで焼成して、約10〜100 µmの厚さの耐久性のある膜に溶着させて作られます。

抵抗値はペーストと形状によって大まかに設定され、その後レーザーカットで膜にトリミングされます。端子は印刷されメッキ処理されます。これは高速で安価な大量生産プロセスです。まさにこれが、厚膜抵抗器がJLCPCBのベーシック部品ライブラリやほぼすべての基板にある標準的なチップ抵抗器である理由です。

薄膜抵抗器の構造—スパッタリング金属膜、レーザートリミング

薄膜抵抗器は、真空下でセラミックまたはシリコン基板上に、通常はニクロム（NiCr）または窒化タンタルなどの非常に薄い金属合金層をスパッタリングして作られます。この膜の厚さはわずか約0.1 µmで、厚膜層の約100〜1000倍薄く、フォトエッチングとレーザートリミングによって厳密な値に調整されます。

均一な金属膜こそが、低いTCR、低ノイズ、厳しい許容差をもたらします。真空蒸着とトリミングの工程がコストを押し上げる要因です。

性能比較：薄膜抵抗器と厚膜抵抗器

ここが実際に決定を下すポイントです。以下に、2つの膜を区別する主要な特性を、それぞれ実際の数値とともに示します。

許容差：±1〜5% vs ±0.05〜0.5%

許容差とは、室温で初期状態において、実際の抵抗値が表示された値にどれだけ近いかを示すものです。標準的な厚膜抵抗器は±1%（E96）〜±5%（E24）です。±0.5%の厚膜抵抗器も購入可能ですが、コストは急速に高くなります。薄膜抵抗器は、通常±0.1%、±0.05%、さらには±0.02%を実現します。

回路の精度が抵抗器の比率や絶対値（分圧器や利得ネットワークなど）に依存する場合、許容差が最初のフィルターとなります。単に「約10kΩ」であればよい場合（プルアップ抵抗など）、許容差はほとんど重要ではありません。

TCR — 抵抗温度係数

TCRは、温度が1度変化したときの抵抗値の変化量をppm/°Cで示します。厚膜抵抗器は±100〜±200 ppm/°C、薄膜抵抗器は±5〜±25 ppm/°Cで、一桁優れています。そして、ここに落とし穴があります。許容差は初期状態・室温での仕様です。TCRは、基板が高温になるため、実際の使用環境で問題を引き起こすのです。

例（ADCカウントを損なうドリフト）：10ビットADC（レンジ5V、つまり1LSBは約4.9mV）に供給する分圧抵抗器があるとします。レギュレータの近くや筐体の外などで、温度が25°Cから75°Cに上昇したとします。

• 100 ppm/°Cの厚膜抵抗器の場合：

100 ppm/°C × 50°C = 5000 ppm = 0.5%の変動。

分圧器の2つの抵抗値が追従しない場合、出力誤差は数百µVから数mV、つまり約5 LSBに及ぶ可能性があり、何も間違ったことをしていなくても発生します。

• 10 ppm/°Cの薄膜抵抗器の場合：

10 ppm/°C × 50°C = 500 ppm = 0.05%で、約0.5 LSBです。

この10倍の差こそが、薄膜抵抗器が存在する理由のすべてです。100 ppm/°Cと10 ppm/°Cの比較を計算したグラフを以下に示します。

図：100 ppm/°Cの厚膜抵抗器と10 ppm/°Cの薄膜抵抗器を、50°Cの温度上昇時のADC LSB誤差として比較した抵抗器TCRドリフトグラフ

ノイズと長期安定性

ここには2つの故障モードが潜んでいます。

まず、電流（過剰）ノイズです。これは、電流ノイズ指数（印加電圧1VあたりのdB（µV））で定量化されます。厚膜抵抗器の粒状でガラス充填された構造は、薄膜抵抗器の均一な金属よりも測定可能なほど大きな過剰ノイズを発生させ、これは低レベルのアナログフロントエンドやセンサーアンプで問題となります。

次に、長期ドリフトです。厚膜抵抗器は、長期間の使用や負荷寿命により数百ppm変動する可能性がありますが、薄膜抵抗器は通常、数十ppmに維持されます。許容差は初期状態をカバーし、ドリフトはその後の10年間をカバーします。「1%の厚膜抵抗器」は「高精度抵抗器」ではなく、単に初期値が目標値に近いだけです。

周波数特性と寄生要素—RFが薄膜を好む理由

RF領域では、抵抗器は純粋な抵抗ではなくなります。厚膜抵抗器のより厚く不均一な素子と印刷された端子は、より多くの寄生インダクタンスとキャパシタンスを追加し、そのRuO₂構造はGHz帯では理想から外れます。

• 薄膜抵抗器の薄く滑らかで均一な層は、より高い周波数まで理想的な抵抗器に近い動作をし、平坦な周波数応答と優れたリターンロスを実現します。
• RFマッチング、アッテネータ、高速終端には、薄膜抵抗器（または専用のRF薄膜抵抗器）が標準的な選択肢です。

サージ、電力、環境堅牢性—厚膜が勝る点

ここでは、トレードオフが逆転し、正直な評価が重要になります。厚膜抵抗器は堅牢性に優れています。その厚い抵抗素子は、薄膜抵抗器の壊れやすい0.1 µmの層よりもはるかに優れたパルスおよびサージエネルギー吸収能力を備えており、薄膜抵抗器は単一の過ストレスイベントで損傷したり、特性が変動したりする可能性があります。厚膜抵抗器は一般的に、同じフットプリントでより高い電力を処理し、過酷な条件にもよく耐えます。

厚膜抵抗器の古典的な弱点の1つは硫黄腐食です。内部端子の銀が空気中の硫黄と反応してオープン回路になる可能性があり、これこそが耐硫黄性およびAEC-Q200自動車グレードの厚膜抵抗器が存在する理由です。ESD、突入電流、ホットスワップサージが発生する箇所では、通常、厚膜抵抗器の方が安全な選択肢です。フィルムの種類に関係なく電力の適正なサイズ設定については、抵抗器の電力定格ガイドを参照してください。

コスト比較：薄膜抵抗器と厚膜抵抗器

コストを追跡すれば、「95%ルール」は自ずと説明がつきます。標準的な厚膜チップ抵抗器は、リール単位の数量では1個あたり数分の1セントです。同等の高精度薄膜抵抗器は1個あたり数セントで、5〜10倍のプレミアムがあり、厳しい許容差のものはさらに高くなります。

80個の抵抗器を使用する基板では、すべてを薄膜抵抗器にすると、基板1枚あたり1ドル以上のコスト増加になる可能性があります。実際のコスト差が顕著になるのは1,000個以上の数量です。

したがって、基本方針はシンプルです。デフォルトではすべての箇所に厚膜抵抗器を配置し、アナログ仕様で要求される場合にのみ薄膜抵抗器にコストをかけることです。精度が実際に利益をもたらす場合（工場でのキャリブレーション削減、歩留まり向上、フィールド返品削減）、薄膜抵抗器は安価な保険となります。

アプリケーション選定：厚膜抵抗器と薄膜抵抗器

許容差とTCRの解説

上記の表のほとんどは2つの数値に基づいているため、正しく理解することが重要です。許容差は周囲温度での初期精度であり、基板が高温になったときや部品が経年劣化したときの挙動を示すものではありません。温度によるドリフトはTCRによって制御され、時間によるドリフトは長期安定性によって制御されます。

よく混同されるのは、±1%は厳しい値であるため「高精度」と見なされることです。しかし、TCRが200 ppm/°Cの±1%の厚膜抵抗器は、温度が50°C変化すると、その係数もさらに±1%変化します。つまり、実際の回路内精度はラベルに記載されている値よりも悪いのです。

図：抵抗器がアナログ量を決定するかどうか、その許容差、TCR要件に基づいて、厚膜と薄膜のSMD抵抗器を選択するための決定フローチャート

経験則

プルアップや電流設定には5%で十分です。重要でない分圧器やほとんどのデジタル関連アナログには1%で十分です。そして、抵抗器が基準、利得、または測定を決定する場合には、0.1%かつ≤25 ppm/°Cが必須です。EIA-96の3文字マーキング自体が高精度のヒントです。詳細はSMD抵抗器コードガイドで解説しています。

厚膜抵抗器を使用すべき場合

正確な値とその安定性が測定値を決定しない場合は、厚膜抵抗器を使用してください。

• プルアップ/プルダウン抵抗器：ロジックは「十分に高い」だけでよく、±5%で十分です。
• LED電流制限：数パーセントの輝度変動は知覚できません。
• 直列/ダンピング抵抗、一般的なデジタル回路：タイミングやエッジはppmを気にしません。
• ゲート抵抗、放電抵抗、スナバ：堅牢性が精度に勝ります。
• 電源系やサージにさらされるノード：厚膜抵抗器のパルス耐性は利点です。
• 大量生産でコスト重視のBOM：ユニットコストを抑えるデフォルトです。

薄膜抵抗器を使用すべき場合

抵抗器がアナログ量を決定し、その精度や安定性が仕様の一部となる場合は、薄膜抵抗器を使用してください。

• 高精度分圧器：比率が測定電圧や設定値を決定する場合。
• 電圧基準およびバイアスネットワーク：TCRが温度に対する基準精度を直接制限します。
• アンプ利得設定抵抗器：利得誤差と利得ドリフトは、許容差とTCRに直接由来します。
• 電流検出信号チェーン：マッチングされ、低TCRの抵抗器が温度に対する測定精度を維持します。
• 医療、試験、計測機器：長期安定性と低ノイズは必須です。
• RFマッチングおよびアッテネータ：クリーンな高周波特性が必要です。

PCBアセンブリ用SMD抵抗器の調達

適切なフィルムを選択することは作業の半分であり、残りの半分は在庫切れなしで正確な部品を基板に実装することです。ここでJLCPCB部品ライブラリが重要な役割を果たします。

ベーシック部品とエクステンデッド部品：JLCPCBはSMD在庫をベーシックとエクステンデッドの2つに分類しています。ベーシック部品は、追加のセットアップ料金なしで実装機にプリロードされており、標準的な厚膜チップ抵抗器（一般的な値と許容差）はこちらに含まれます。これも厚膜抵抗器が賢明なデフォルトであるもう一つの理由です。

薄膜抵抗器や厳しい許容差/低TCRの高精度抵抗器は、ほとんどがエクステンデッド部品です。在庫があり注文も簡単ですが、フィーダーセットアップ料金がかかる場合があり、BOMを確定する前に在庫状況を確認する必要があります。高精度が必要な箇所は早めに計画することで、直前の代替部品への変更を避けられます。

フィルタリング方法：部品ライブラリで、抵抗値、許容差、TCR、パッケージサイズ、ベーシック/エクステンデッドフラグでチップ抵抗器をフィルタリングし、確定する前に検証済みの在庫数量を確認してください。

2つの候補を比較する場合、部品のEIA-96マーキングは精度の迅速な指標です。3文字コードは一般的に厳しい許容差（多くの場合薄膜）の部品を示します。

図：JLCPCB部品ライブラリでSMD抵抗器を検索

図：JLCPCB部品ライブラリで許容差、TCR、パッケージによるSMD抵抗器タイプのフィルタリング

製造準備はできましたか？抵抗器の調達とPCBアセンブリ今すぐ見積もりを取得

• 抵抗器が選定されたら、BOMをJLCPCBの見積もりページに直接ドロップして、基板製造、部品調達、アセンブリを1つの注文で完了させることができます。

抵抗器選定でよくある間違い

• 基準分圧器に1%の厚膜抵抗器を使用する。許容差は問題なく見えますが、TCRとドリフトにより、温度と時間の経過とともに精度が損なわれます。低TCRの薄膜抵抗器を使用してください。
• 検出箇所での自己発熱を無視する。電力を消費するシャントや分圧器はそれ自体が発熱し、自身の抵抗値を変動させます。高TCRの部品はこれを悪化させます。
• プルアップ抵抗に薄膜抵抗器のコストをかける。効果のない箇所での高精度は、単なるBOMコストの無駄です。これらは厚膜抵抗器をデフォルトにしてください。
• 硫黄環境を無視する。標準的な銀電極の厚膜抵抗器は、硫黄分の多い空気中でオープンになる可能性があります。自動車や産業用途には、耐硫黄性またはAEC-Q200準拠の部品を指定してください。
• 許容差が寿命全体のドリフトをカバーすると想定する。それは誤りです。初期状態での厳しい許容差は、10年後の部品の状態を示すものではありません。許容差だけでなく、安定性も確認してください。

SMD抵抗器の種類の説明

主なSMD抵抗器の種類には、厚膜、薄膜、メタルストリップ（シャント）、MELF、抵抗アレイ/ネットワーク、ゼロオームジャンパ、表面実装巻線抵抗器があります。

厚膜と薄膜が圧倒的多数の設計をカバーしており、残りは電流検出、高安定性、ジャンパ、または電力用の特殊部品です。以下の表はクイックリファレンス用です。

図：厚膜、薄膜、メタルストリップシャント、MELF、抵抗アレイ、ゼロオーム、巻線チップ抵抗器を示すSMD抵抗器タイプのチャート

厚膜と薄膜がほとんどの基板をカバーしますが、特殊なファミリーも適切な箇所でその価値を発揮します。

• メタルフォイル：基板に接着されたバルクメタルフォイル。精度の極致であり、±0.005%までの許容差と約1 ppm/°CのTCRを実現し、計測や実験室用基準に使用されますが、コストは高額です。
• メタルストリップ/シャント：高電流を測定するために設計された固体の低抵抗金属抵抗器（サブミリオームまで）。通常は4端子（ケルビン）方式でリード抵抗を低減し、低TCRにより測定電流の精度を確保します。
• MELF：円筒形でリードレスのボディを持ち、優れた安定性、低ノイズ、良好なパルス耐性を備えています。丸いフットプリントが適合する場合の有力な高精度オプションです。
• 巻線（SMD）：コア上の抵抗線により、より高い電力と高いパルスエネルギーを処理し、電力下での低抵抗値の精度も実現します。かさばり誘導性があるため、高周波用途には適しません。
• 抵抗アレイ/ネットワーク：1つのパッケージに複数のマッチング抵抗器（絶縁型またはバス型）を収め、バス終端やプルアップバンクでの実装数とスペースを節約し、素子間のマッチングも良好です。
• ゼロオームジャンパ：抵抗器フットプリント内のリンクで、設定可能なジャンパや実装/未実装のオプションとしてレイアウトで使用されます。値ではなく、最大抵抗値と電流で規定されます。

パッケージサイズはこれらすべてに関連します。シャントとプルアップ抵抗が同じ0805フットプリントを共有することもありますが、それ以外は共通点がありません。フットプリント側の詳細については、SMD抵抗器パッケージサイズの完全ガイドを参照してください。

SMD抵抗器に関するFAQ

Q: SMD抵抗器の主な種類は何ですか？

主なSMD抵抗器の種類は、厚膜、薄膜、メタルストリップ（シャント）、MELF、抵抗アレイ/ネットワーク、ゼロオームジャンパ、表面実装巻線抵抗器です。厚膜は汎用のデフォルトであり、薄膜は高精度の選択肢です。残りは電流検出、高安定性、ジャンパ、または高電力用の特殊部品です。

Q: 厚膜抵抗器と薄膜抵抗器の違いは何ですか？

厚膜抵抗器は、セラミック上に焼成されたスクリーン印刷の抵抗ペースト（約10〜100 µm）を使用し、安価で堅牢、許容差は±1〜5%、TCRは±100〜200 ppm/°Cです。薄膜抵抗器は、スパッタリングされレーザートリミングされた金属膜（約0.1 µm）を使用し、はるかに厳しい許容差（±0.05〜0.5%）、低いTCR（±5〜25 ppm/°C）、低ノイズ、優れた安定性を実現しますが、コストは5〜10倍です。

Q: なぜ薄膜抵抗器はより高価なのですか？

薄膜抵抗器は、超薄膜の金属合金膜の真空スパッタリング、フォトエッチング、精密レーザートリミングが必要であり、厚膜ペーストのスクリーン印刷と焼成よりも遅く、資本集約的な工程です。これらの追加プロセスがもたらす厳しい許容差、低TCR、低ノイズ、長期安定性に対してコストを支払っていることになり、通常5〜10倍のプレミアムとなります。

Q: アナログ回路で厚膜抵抗器で十分なのはどのような場合ですか？

抵抗器が精密に測定される量を決定しないアナログ回路では、厚膜抵抗器で十分です。直列/ダンピング抵抗、フィードバックループが補正するバイアス、数パーセントのコーナー周波数変動が許容されるフィルタ、重要でない分圧器などです。±1%未満の許容差、低TCR、または長期安定性が精度に直接影響する場合は、薄膜抵抗器に切り替えてください。

Q: RF回路にはどちらのタイプが適していますか？

RFには薄膜抵抗器が適しています。その薄く均一な金属層は寄生要素が少なく、高周波で理想的な抵抗器に近い動作をし、マッチングネットワーク、アッテネータ、高速終端において平坦な周波数応答と優れたリターンロスを実現します。厚膜抵抗器の厚く粒状の素子は、おおよそ低GHz帯を超えると理想から外れます。

Q: ゼロオームSMD抵抗器は何に使用されますか？

ゼロオームSMD抵抗器は、抵抗器フットプリント内のジャンパであり、実質的に約0Ωのリンクです（値ではなく、最大ミリオームと電流で規定されます）。設計者はこれらを設定可能なジャンパ、トレースを交差させるためのレイアウトリンク、基板を銅箔を変更せずに再構成するための実装/未実装オプションとして使用します。