I resistori ceramici a film spesso sono da tempo un pilastro delle applicazioni elettroniche, ma si basano su substrati fragili e soggetti a fessurazioni o delaminazioni. In considerazione di ciò, Bourns, Inc. fornisce un'alternativa a base di acciaio per applicazioni che richiedono elevata potenza, efficienza termica e robustezza meccanica.
I resistori ceramici a film spesso sono affidabili prima che si verifichino rotture o delaminazioni, ma il rischio di rotture o delaminazioni aumenta in modo significativo man mano che l'apparecchiatura si restringe e aumenta la densità di potenza. La flessione, la vibrazione o il ciclo termico dei circuiti stampati possono danneggiarne le prestazioni e l'affidabilità, portando a potenziali guasti in loco.
I tradizionali resistori ceramici a film spesso sono economici e ampiamente disponibili, ma i loro substrati sono fragili e hanno una bassa affidabilità in ambienti difficili. L'acciaio inossidabile fornisce un substrato duro ma leggermente cedevole in grado di assorbire le sollecitazioni meccaniche generate dalla flessione, dalle vibrazioni e dalla manipolazione dei circuiti stampati durante l'assemblaggio, riducendo il rischio di rotture o delaminazione.
I resistori a film spesso a base di acciaio (TFOS) forniscono un'alternativa meccanicamente robusta e termicamente efficiente ai progetti impegnativi ad alto stress, in cui anche piccole quantità di flessione, vibrazione o cicli termici del circuito stampato possono causare una diminuzione delle prestazioni del resistore ceramico.
Bourns ha lanciato il suo primo resistore TFOS TFOS30-150T a metà del 2025 (Figura 1). I componenti prodotti con TFOS hanno un'eccellente conduttività termica, un'elevata densità di potenza e una forte durata meccanica, che li rendono adatti per applicazioni impegnative. Molti circuiti di potenza o ad alta energia presentano limitazioni sulla capacità dei componenti di assorbire, dissipare e resistere agli impulsi di energia, al fine di prevenire rotture, derive o guasti prematuri.
Figura 1: TFOS30-150T di Bourns utilizza un substrato in acciaio inossidabile, che è più affidabile dei resistori ceramici a film spesso. (Fonte immagine: Bourns Corporation)
I substrati in acciaio hanno eccellenti prestazioni di dissipazione del calore, che possono migliorare la dissipazione di potenza e raggiungere una maggiore densità di potenza in contenitori più piccoli. Applicare uno strato dielettrico ad alta integrità sul substrato di acciaio inossidabile pulito per impedire il passaggio di energia elettrica attraverso l'acciaio.
Trasferendo l'elaborazione della potenza e la robustezza ai resistori, i progettisti possono ridurre l'uso dei dissipatori di calore, diminuire il numero di parti e migliorare l'affidabilità in loco. In breve, secondo Bourns, i progettisti possono ottenere prestazioni più elevate in uno spazio più piccolo senza la necessità di hardware di raffreddamento aggiuntivo.
Nel processo di produzione dei componenti TFOS, i conduttori a film spesso e i modelli di resistenza vengono disegnati sullo strato dielettrico utilizzando la tecnologia di serigrafia. Dopo ogni passaggio, il materiale deve essere cotto e solidificato in un forno ad alta temperatura per garantire l'adesione e un forte percorso conduttivo e resistivo. Infine, ricoprire il conduttore e il resistore con uno strato di smalto protettivo per fornire protezione meccanica, resistenza ambientale e isolamento elettrico dallo strato sottostante.
Considerazioni progettuali avanzate
I resistori TFOS hanno capacità di elaborazione di impulsi e potenza elevata, sono compatti e di piccole dimensioni e possono mantenere vantaggi prestazionali in condizioni difficili. Ciò consente agli ingegneri di soddisfare severi requisiti di affidabilità e gestione termica senza influire sulle dimensioni esterne.
TFOS30-1-150T è conforme agli standard AEC-Q200 ed è adatto per applicazioni di livello automobilistico come sistemi di accumulo dell'energia della batteria, azionamenti di motori, inverter, schede di sensori per veicoli a celle a combustibile e altre applicazioni che richiedono elevata potenza, gestione termica e robustezza meccanica.
Bourns ha sottolineato in una nota applicativa [1] sull'uso di questo componente nelle schede dei sensori dello stack di celle a combustibile che TFOS è altamente adatto per tali applicazioni grazie alla sua capacità di gestire densità di potenza elevate. Può adattarsi ai circuiti di precarica e scarica dei veicoli a celle a combustibile, garantendo una gestione efficiente dell'energia anche in caso di funzionamento a frequenza variabile. La bassa induttanza e la stretta tolleranza garantiscono una misurazione accurata di tensione, corrente e temperatura all'interno dello stack di celle a combustibile.
Il TFOS30-1-150T misura 4.000 pollici di lunghezza x 2.756 pollici di larghezza (101,60 mm x 70,00 mm) e offre opzioni di terminazione personalizzabili tra cui piazzole di saldatura, connettori a innesto, cavi di sospensione e cavi di terminazione. Bourns sostiene che questo substrato piatto e robusto in acciaio può essere prodotto in varie forme e dimensioni, con una dimensione massima di 406 mm x 406 mm, e può essere adattato a vari layout personalizzati o installato direttamente su superfici di dissipazione del calore. I progettisti possono anche specificare altri valori ohm, tolleranze di resistenza e integrare più resistori.
La sua resistenza è di 150 ohm, con una tolleranza di ± 10%, ed è stata effettuata un'ottimizzazione della precisione. Se installato sul radiatore, la sua potenza nominale è di 260 W, mentre utilizzando una ventola per raffreddare il radiatore, la potenza nominale può raggiungere i 900 W, rendendolo adatto ad applicazioni che richiedono una grande dissipazione del calore. TFOS30-1-150T ha un intervallo di temperatura operativa esteso da -55 °C a+125 °C. Secondo Bourns, TFOS può resistere a temperature dei componenti estremamente elevate fino a 350 °C.