Ceramiczne rezystory grubowarstwowe od dawna stanowią podstawę zastosowań elektronicznych, ale opierają się na kruchych podłożach, które są podatne na pękanie lub rozwarstwianie. Mając to na uwadze, Bourns, Inc. zapewnia alternatywę na bazie stali do zastosowań wymagających dużej mocy, sprawności cieplnej i wytrzymałości mechanicznej.
Ceramiczne rezystory grubowarstwowe są niezawodne przed wystąpieniem pęknięć lub rozwarstwień, ale ryzyko pęknięcia lub rozwarstwienia znacznie wzrasta w miarę kurczenia się sprzętu i wzrostu gęstości mocy. Zginanie, wibracje lub cykle termiczne płytek drukowanych mogą obniżyć ich wydajność i niezawodność, prowadząc do potencjalnych awarii na miejscu.
Tradycyjne ceramiczne rezystory grubowarstwowe są tanie i powszechnie dostępne, ale ich podłoża są kruche i charakteryzują się niską niezawodnością w trudnych warunkach. Stal nierdzewna zapewnia twarde, ale lekko podatne podłoże, które może absorbować naprężenia mechaniczne powstające w wyniku zginania, wibracji i manipulowania płytkami drukowanymi 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 zmniejszenie wydajności rezystora ceramicznego.
Firma Bourns wprowadziła na rynek swój pierwszy rezystor TFOS TFOS30-150T w połowie 2025 r. (rysunek 1). Komponenty wyprodukowane 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 wysokoenergetycznych ma ograniczenia w zakresie zdolności komponentów do pochłaniania, rozpraszania i wytrzymywania impulsów energii, aby zapobiec pękaniu, dryftowi lub przedwczesnej awarii.
Rysunek 1: TFOS30-150T firmy Bourns wykorzystuje podłoże ze stali nierdzewnej, które jest bardziej niezawodne niż grubowarstwowe rezystory ceramiczne. (Źródło obrazu: Bourns Corporation)
Podłoża stalowe charakteryzują się doskonałą wydajnością rozpraszania ciepła, co może poprawić rozpraszanie mocy i osiągnąć wyższą gęstość mocy w mniejszych obudowach. Nałóż warstwę dielektryka o wysokiej integralności na oczyszczone podłoże ze stali nierdzewnej, aby zapobiec przepływowi energii elektrycznej przez stal.
Przenosząc przetwarzanie mocy i wytrzymałość na rezystory, projektanci mogą zmniejszyć użycie radiatorów, zmniejszyć liczbę części i poprawić niezawodność na miejscu. Krótko mówiąc, według Bournsa projektanci mogą osiągnąć wyższą wydajność na mniejszej przestrzeni bez potrzeby stosowania dodatkowego sprzętu chłodzącego.
W procesie produkcyjnym komponentów TFOS grubowarstwowe przewodniki i wzory rezystancji są rysowane na warstwie dielektrycznej przy użyciu technologii sitodruku. Po każdym przejściu materiał należy wypalić i zestalić w piecu wysokotemperaturowym, aby zapewnić przyczepność oraz silną ścieżkę przewodzącą i rezystancyjną. Na koniec przykryj przewodnik i rezystor ochronną warstwą glazury, aby zapewnić ochronę mechaniczną, odporność na warunki środowiskowe i izolację elektryczną od warstwy znajdującej się pod spodem.
Zaawansowane rozważania projektowe
Rezystory TFOS charakteryzują się dużą mocą i możliwością przetwarzania impulsów, są kompaktowe i mają niewielkie rozmiary oraz mogą utrzymać wysoką wydajność w trudnych warunkach. Umożliwia to inżynierom spełnienie rygorystycznych wymagań dotyczących niezawodności i zarządzania temperaturą bez wpływu na wymiary zewnętrzne.
TFOS30-1-150T jest zgodny ze standardami AEC-Q200 i nadaje się do zastosowań motoryzacyjnych, takich jak systemy magazynowania energii akumulatorów, napędy silnikowe, falowniki, płytki czujników pojazdów z ogniwami paliwowymi i inne zastosowania wymagające dużej mocy, zarządzania temperaturą i wytrzymałości mechanicznej.
Bourns podkreślił w nocie aplikacyjnej [1] na temat zastosowania tego komponentu w płytkach czujników stosu ogniw paliwowych, że TFOS jest bardzo odpowiedni do takich zastosowań ze względu na jego zdolność do obsługi dużych gęstości mocy. Może dostosować się do obwodów wstępnego ładowania i rozładowywania pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi, zapewniając efektywne zarządzanie energią nawet przy pracy ze zmienną częstotliwością. Jego niska indukcyjność i ścisła tolerancja zapewniają dokładny pomiar napięcia, prądu i temperatury wewnątrz stosu ogniw paliwowych.
TFOS30-1-150T ma 4000 cali długości i 2,756 cala szerokości (101,60 mm x 70,00 mm) i oferuje konfigurowalne opcje zakończeń, w tym pola lutownicze, złącza wciskane, przewody zawieszenia i kable terminacyjne. Bourns twierdzi, że to płaskie i wytrzymałe podłoże stalowe można wytwarzać w różnych kształtach i rozmiarach, przy maksymalnym rozmiarze 406 mm x 406 mm, i można je dostosowywać do różnych niestandardowych układów lub instalować bezpośrednio na powierzchniach rozpraszających ciepło. Projektanci mogą również określić inne wartości omów, tolerancje rezystancji i zintegrować wiele rezystorów.
Jego rezystancja wynosi 150 omów, z tolerancją ± 10% i przeprowadzono optymalizację precyzji. Po zamontowaniu na grzejniku jego moc znamionowa wynosi 260 W, natomiast przy zastosowaniu wentylatora do chłodzenia grzejnika moc znamionowa może osiągnąć 900 W, dzięki czemu nadaje się do zastosowań wymagających dużego odprowadzania ciepła. TFOS30-1-150T posiada rozszerzony zakres temperatur pracy od -55°C do +125°C. Według Bournsa TFOS wytrzymuje ekstremalnie wysokie temperatury podzespołów do 350°C.