Ceramiczne rezystory grubowarstwowe od dawna stanowią główną siłę w zastosowaniach elektronicznych, ale opierają się na kruchych podłożach, które są podatne na pękanie lub rozwarstwianie. Mając to na uwadze, Burns, Inc. oferuje alternatywę na bazie stali do zastosowań wymagających dużej mocy, sprawności cieplnej i wytrzymałości mechanicznej.
Ceramiczne rezystory grubowarstwowe są niezawodne przed pęknięciem lub rozwarstwieniem, ale ryzyko pęknięcia lub rozwarstwienia znacznie wzrasta w przypadku zmniejszonego wyposażenia i zwiększonej gęstości mocy. Ugięcie, wibracje lub cykle termiczne płytek drukowanych mogą pogorszyć ich wydajność i niezawodność, powodując potencjalne awarie pola.
Tradycyjne ceramiczne rezystory grubowarstwowe są niedrogie i powszechnie dostępne, ale ich podłoża są kruche i charakteryzują się niską niezawodnością w trudnych warunkach. Stal nierdzewna zapewnia sztywne, ale lekko podatne podłoże, które pochłania naprężenia mechaniczne spowodowane zginaniem płytki drukowanej, wibracjami i obsługą podczas montażu, zmniejszając ryzyko pękania lub rozwarstwiania.
Rezystory grubowarstwowe na bazie stali (TFOS) stanowią wytrzymałą mechanicznie i wydajną termicznie alternatywę dla wymagających konstrukcji wymagających dużych naprężeń, w których nawet niewielkie zginanie płytki drukowanej, wibracje lub cykle termiczne mogą powodować degradację rezystorów ceramicznych.
Bourns wprowadził pierwszy rezystor TFOS TFOS30-1-150T w połowie 2025 roku (rysunek 1). Elementy wykonane z TFOS charakteryzują się doskonałą przewodnością cieplną, dużą gęstością mocy i dużą wytrzymałością mechaniczną, dzięki czemu nadają się do wymagających zastosowań. Wiele obwodów mocy lub obwodów o dużej energii ma ograniczenia dotyczące zdolności elementu do pochłaniania, rozpraszania i wytrzymywania impulsów energii, aby uniknąć pęknięć, dryfu lub przedwczesnej awarii.
Rysunek 1: TFOS30-1-150T firmy Bourns wykorzystuje podłoże ze stali nierdzewnej, które jest bardziej niezawodne niż grubowarstwowe rezystory ceramiczne. Zdjęcie dzięki uprzejmości Bourns)
Podłoża stalowe zapewniają doskonałe odprowadzanie ciepła, co zapewnia lepsze rozpraszanie mocy i większą gęstość mocy w mniejszych obudowach. Nałóż warstwę dielektryka o wysokiej integralności na oczyszczone podłoże ze stali nierdzewnej, aby zapobiec przewodzeniu energii elektrycznej przez stal.
Przenosząc moc i wytrzymałość na rezystory, projektanci mogą zmniejszyć zużycie grzejników, zmniejszyć liczbę części i poprawić niezawodność pola. Krótko mówiąc, według Bournsa projektanci mogą osiągnąć wyższą wydajność w mniejszych przestrzeniach bez dodatkowego sprzętu chłodzącego.
Podczas produkcji komponentów TFOS, w procesie sitodruku na warstwie dielektrycznej rysowane są grubowarstwowe wzory przewodników i rezystorów. Za każdym razem po przejściu materiał jest spalany i utwardzany w piecu o wysokiej temperaturze, aby zapewnić przyczepność oraz solidną ścieżkę przewodzącą i rezystancyjną. Na koniec przewody i rezystory są pokryte szkliwem ochronnym, aby zapewnić ochronę mechaniczną, odporność na warunki atmosferyczne i izolację elektryczną od podłoża.
Zagadnienia projektowe wysokiego poziomu
Rezystory TFOS oferują wysoką moc i możliwości przetwarzania impulsów w kompaktowej formie, aby utrzymać przewagę wydajności w wymagających warunkach. Dzięki temu inżynierowie mogą spełnić rygorystyczne wymagania dotyczące niezawodności i zarządzania temperaturą bez uszczerbku dla gabarytów.
TFOS30-1-150T jest zgodny z normą AEC-Q200 i nadaje się do zastosowań motoryzacyjnych, takich jak systemy magazynowania akumulatorów, napędy silnikowe, falowniki, panele czujników pojazdów z ogniwami paliwowymi i innych zastosowań, w których krytyczna jest wysoka moc, zarządzanie temperaturą i wytrzymałość mechaniczna.
Bourns zauważa w notatce aplikacyjnej [1] na temat stosowania tego elementu w płytkach czujników stosu ogniw paliwowych, że TFOS dobrze nadaje się do tego zastosowania, ponieważ obsługuje duże gęstości mocy. Może dostosować się do obwodu wstępnego ładowania i rozładowania pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi i zapewniać efektywne zarządzanie energią nawet przy pracy ze zmienną częstotliwością. Jego niska indukcyjność i wąskie tolerancje zapewniają dokładny pomiar napięcia, prądu i temperatury w stosie ogniw paliwowych.
TFOS30-1-150T jest dostępny w niestandardowych opcjach zakończeń o wymiarach 4000 „dł. x 2,756” szer. (101,60 mm x 70,00 mm), w tym podkładki, złącza wciskane, przewody do zawieszenia i kable terminacyjne. Bourns zauważa, że tę płaską, solidną stalową płytę podstawy można wytwarzać w różnych kształtach i rozmiarach, aż do 406 mm x 406 mm, aby dopasować ją do różnych niestandardowych układów lub zamontować bezpośrednio na powierzchni promieniującej. Projektanci mogą również określić dodatkowe wartości omowe, tolerancje rezystancji i integrację wielu rezystorów.
Ma rezystancję 150 omów i tolerancję ± 10% i jest zoptymalizowany pod kątem dokładności. Jego moc znamionowa wynosi 260 W po zamontowaniu na grzejniku i do 900 W po chłodzeniu wentylatorem, co czyni go idealnym rozwiązaniem do zastosowań wymagających znacznego odprowadzania ciepła. TFOS30-1-150T ma rozszerzony zakres temperatur pracy od - 55°C do +125°C i według Bournsa wytrzymuje ekstremalnie wysokie temperatury elementów do 350°C.