SMD-Widerstände: Bauformen und Codes

Auf einer modernen Platine sitzen Dutzende, oft Hunderte kleiner Quader mit zwei silbernen Enden: Chipwiderstände. Ein Bestückungsautomat setzt sie zu Zehntausenden pro Stunde, und in einem Smartphone sind sie kaum größer als ein Sandkorn. Für dich als Entwickler stellt sich bei jedem dieser Bauteile dieselbe Frage: Welche Baugröße nehme ich? Die Antwort hängt weniger vom Ohmwert ab als von Leistung, Spannung, Lötbarkeit und Platz. Darum geht es in diesem Artikel; wie du die Aufdrucke liest, steht ausführlich unter SMD-Codes.

Aufbau eines Chipwiderstands

Ein SMD-Widerstand ist im Kern ein Festwiderstand in flacher Form. Den Träger bildet ein Plättchen aus Aluminiumoxid-Keramik, das Wärme gut leitet und elektrisch isoliert. Darauf liegt die Widerstandsschicht, darüber eine Schutzschicht aus Glas und Lack. An den Enden sitzen die Anschlusskappen, die um die Kanten herumgreifen und aus mehreren Lagen bestehen:

• eine Innenelektrode aus Silber oder Silber-Palladium, die die Widerstandsschicht kontaktiert,
• eine Nickelsperrschicht, die verhindert, dass beim Löten das Silber ins Lot abwandert,
• eine Zinnschicht außen, die sich gut benetzen lässt.

Den genauen Wert stellt ein Laser ein. Er schneidet eine Kerbe in die Schicht, während eine Messung läuft, und stoppt, sobald der Sollwert erreicht ist. Je nach Herstellung der Schicht unterscheidet man zwei Familien:

• Dickschicht: Eine Paste aus Metalloxiden und Glas wird aufgedruckt und eingebrannt. Billig, robust, Standard für fast alle Signalwiderstände; Toleranz 1 % oder 5 %, Temperaturkoeffizient (TK) meist ±100 bis ±200 ppm/K.
• Dünnschicht: Eine Metalllegierung wird im Vakuum aufgedampft oder gesputtert und fein strukturiert. Toleranz bis 0,1 % und besser, TK ±5 bis ±25 ppm/K, rauschärmer – aber teurer und weniger tolerant gegenüber Impulsen.

Elektrisch gilt auch hier das Ohmsche Gesetz. Das Schaltzeichen unterscheidet nicht zwischen bedrahtet und SMD: Es bleibt das Rechteck nach IEC, die Bauform steht erst im Footprint.

Baugrößen und ihre Grenzen

Chipwiderstände heißen nach Länge und Breite, meist im Zoll-Code (Hundertstel Zoll). „0805“ bedeutet 0,08 × 0,05 Zoll, also etwa 2,0 × 1,25 mm. Die folgende Tabelle zeigt Richtwerte für Standard-Dickschichtreihen; Hochlast-Varianten derselben Größe vertragen etwa doppelt so viel Leistung.

Zwei Grenzen gelten gleichzeitig. Die Leistung bestimmt, wie warm der Chip wird. Die Grenzspannung bestimmt, ob es zwischen den Kappen zu Überschlägen oder Schäden in der Schicht kommt – unabhängig davon, wie wenig Strom fließt. Bei einem 0603-Chip ist schon bei 75 V Schluss.

Belastbarkeit richtig rechnen

Die Leistung rechnest du wie bei jedem Widerstand mit P = U² / R oder P = I² · R (siehe elektrische Leistung). Danach prüfst du zwei Dinge: Reicht die Leistung auch bei der höchsten Umgebungstemperatur, und bleibt genug Abstand zur Grenze? Wie das Derating funktioniert, erklärt Wärme und Kühlung: Bis 70 °C gilt die volle Nennleistung, darüber fällt sie linear bis auf null bei der Höchsttemperatur, bei Dickschichtchips meist 155 °C.

Rechne Leistungen mit dem LED-Vorwiderstand-Rechner oder direkt mit dem Ohmschen Gesetz:

Aufdrucke

Ab 0603 tragen die meisten Chips einen Code: drei Ziffern bei 5 % („472“ = 4,7 kΩ), vier Ziffern bei 1 % („4701“) oder bei 0603 oft den EIA-96-Code aus zwei Ziffern und einem Buchstaben („68B“ = 4,99 kΩ). Ein „R“ markiert das Komma, „4R7“ steht für 4,7 Ω. Ab 0402 abwärts sind Chips fast immer unbedruckt. Wie die Systeme genau funktionieren, findest du unter SMD-Codes und in den E-Reihen.

Ein Sonderfall ist der 0-Ω-Widerstand mit dem Aufdruck „0“ oder „000“: eine Drahtbrücke im Widerstandsgehäuse. Mit ihm überbrückst du eine Leiterbahn, stellst Lötoptionen bereit oder trennst Masse-Bereiche an einer definierten Stelle. Sein Restwiderstand liegt bei bis zu 50 mΩ, belastbar ist er je nach Größe mit etwa 1 bis 2 A.

Footprint und Löten

Der Footprint ist das Pad-Muster auf der Platine. Für Chipwiderstände gibt es genormte Vorschläge (IPC-7351) in drei Dichtestufen: größere Pads für Handlöten und Prototypen, kompakte für dicht bepackte Serienplatinen. Wichtig sind drei Punkte:

• Pads passend zur Baugröße: Ein 0603-Chip auf 0805-Pads hält schlecht, ein 0805 auf 0603-Pads ergibt magere Lötstellen.
• Symmetrie: Beide Pads gleich groß und gleich angebunden. Hängt ein Pad an einer großen Kupferfläche und das andere an einer dünnen Leiterbahn, schmilzt das Lot ungleich, und der Chip stellt sich beim Reflow-Löten auf – der „Grabstein-Effekt“.
• Wärmeabfuhr: Bei Leistungswiderständen dürfen die Pads ruhig an breite Kupferflächen gehen, dann aber auf beiden Seiten gleich.

Von Hand lötest du 0805 und 1206 bequem, 0603 mit etwas Übung; 0402 und kleiner gehören auf Platinen, die mit Schablone und Reflow-Ofen bestückt werden. Tipps dazu stehen unter Löten.

Sondertypen

• Breitseitkontakt (z. B. 0612): Die Kappen sitzen an den langen Seiten. Der Wärmeweg wird kürzer und breiter, ein 0612 verträgt bei gleicher Fläche wie ein 1206 etwa 0,75 bis 1 W statt 0,25 W.
• MELF: Zylindrische Chipwiderstände mit Metallkappen. Sie vertragen Impulse und Temperaturwechsel besser und sind in Industrie- und Automobilelektronik verbreitet.
• Schwefelfest (anti-sulfur): In schwefelhaltiger Luft – etwa in der Nähe von Gummi, Diesel oder in Industriehallen – bildet das Silber der Innenelektrode Silbersulfid, und der Widerstand wird hochohmig. Schwefelfeste Typen haben eine geschützte Elektrode.
• Hochspannungs- und Impulstypen: längere Strompfade und angepasste Schichten, etwa für Messteiler an Netzspannung oder Entladewiderstände.
• Strommesswiderstände: Werte im Milliohmbereich, oft mit vier Anschlüssen; siehe Shunt-Widerstand.
• Arrays: zwei, vier oder acht Widerstände in einem Gehäuse, siehe Widerstandsnetzwerk.

Auswahl und Praxistipps

Als Faustregel für ein neues Projekt: 0603 oder 0402 für Signalwiderstände, 0805 für Prototypen, die du selbst löten willst, 1206 und größer, sobald Leistung oder Spannung es verlangen. Bleib innerhalb einer Platine bei möglichst wenigen Baugrößen – das spart Rüstplätze am Bestückungsautomaten und Verwechslungen.

Häufige Fehler:

• Grenzspannung vergessen: Ein 0603-Chip in einem Spannungsteiler an 230 V Netzspannung reicht nie, auch wenn die Leistung winzig ist. Nimm mehrere Widerstände in Reihe oder einen Hochspannungstyp und beachte die Abstände (siehe Leiterabstand-Rechner).
• Dickschicht im Präzisionsteiler: Für einen genauen Spannungsteiler am ADC sind Dünnschicht-Chips mit kleinem TK die bessere Wahl.
• Zoll und metrisch verwechselt: „0603“ metrisch ist das winzige 0201 in Zoll. Prüfe die Maße in Millimetern.
• Biegung der Platine: Keramik ist spröde. Große Chips (2512) nahe an Sollbruchstellen oder Schraublöchern bekommen Haarrisse.
• Ungleiche Pads: führt zum Grabstein-Effekt oder zu kalten Lötstellen.

Selbsttest