Керамические толстопленочные резисторы уже давно используются в электронных устройствах, но в их основе лежат хрупкие подложки, склонные к растрескиванию или расслоению. В связи с этим Bourns, Inc. предлагает альтернативу на основе стали для применений, требующих высокой мощности, термического КПД и механической прочности.
Керамические толстопленочные резисторы надежны до того, как произойдет растрескивание или расслоение, но риск растрескивания или расслоения значительно возрастает по мере усадки оборудования и увеличения удельной мощности. Изгиб, вибрация или термоциклирование печатных плат могут повредить их производительность и надежность, что приведет к потенциальным сбоям на месте.
Традиционные керамические толстопленочные резисторы недороги и широко доступны, но их подложки хрупкие и имеют низкую надежность в суровых условиях. Нержавеющая сталь представляет собой твердую, но слегка податливую подложку, которая может поглощать механические напряжения, возникающие при изгибе, вибрации и обращении с печатными платами во время сборки, снижая риск растрескивания или расслоения.
Толстопленочные резисторы на основе стали (TFOS) представляют собой механически надежную и термически эффективную альтернативу требовательным конструкциям с высокими нагрузками, где даже небольшие изгибы печатной платы, вибрация или термоциклирование могут привести к снижению характеристик керамического резистора.
Bourns выпустила свой первый резистор TFOS TFOS30-150T в середине 2025 года (рис. 1). Компоненты, изготовленные с использованием TFOS, обладают превосходной теплопроводностью, высокой удельной мощностью и высокой механической прочностью, что делает их пригодными для применения в сложных условиях. Многие силовые или высокоэнергетические цепи имеют ограничения на способность компонентов поглощать, рассеивать и выдерживать импульсы энергии, чтобы предотвратить растрескивание, дрейф или преждевременный выход из строя.
Рис. 1. В TFOS30-150T компании Bourns используется подложка из нержавеющей стали, которая более надежна, чем толстопленочные керамические резисторы. (Источник изображения: Bourns Corporation)
Стальные подложки обладают превосходными характеристиками рассеивания тепла, что позволяет улучшить рассеивание мощности и достичь более высокой плотности мощности в корпусах меньшего размера. Нанесите высокопрочный диэлектрический слой на очищенную подложку из нержавеющей стали, чтобы предотвратить прохождение электрической энергии через сталь.
Передавая мощность и надежность резисторам, разработчики могут сократить использование радиаторов, уменьшить количество деталей и повысить надежность на месте. Короче говоря, по словам Борнса, дизайнеры могут добиться более высокой производительности в меньшем пространстве без необходимости использования дополнительного оборудования для охлаждения.
В процессе производства компонентов TFOS толстопленочные проводники и рисунки сопротивления наносятся на диэлектрический слой с использованием технологии трафаретной печати. После каждого прохода материал необходимо обжечь и затвердеть в высокотемпературной печи, чтобы обеспечить адгезию и прочную проводящую и резистивную дорожку. Наконец, покройте проводник и резистор защитным слоем глазури, чтобы обеспечить механическую защиту, устойчивость к воздействию окружающей среды и электрическую изоляцию от нижележащего слоя.
Расширенные соображения по дизайну
Резисторы TFOS обладают высокой мощностью и возможностями обработки импульсов, компактны и малы по размеру и могут сохранять преимущества в производительности в суровых условиях. Это позволяет инженерам соблюдать строгие требования к надежности и терморегулированию, не влияя на внешние размеры.
TFOS30-1-150T соответствует стандартам AEC-Q200 и подходит для автомобильных приложений, таких как аккумуляторные системы хранения энергии, приводы двигателей, инверторы, сенсорные платы транспортных средств на топливных элементах и другие приложения, требующие высокой мощности, управления температурным режимом и механической прочности.
В примечаниях по применению [1] Борнс подчеркнул, что использование этого компонента в сенсорных платах топливных элементов делает TFOS очень подходящим для таких приложений благодаря его способности справляться с высокой плотностью мощности. Он может адаптироваться к схемам предварительной зарядки и разрядки автомобилей на топливных элементах, обеспечивая эффективное управление энергией даже при работе с переменной частотой. Его низкая индуктивность и строгие допуски обеспечивают точное измерение напряжения, тока и температуры внутри батареи топливных элементов.
TFOS30-1-150T имеет размеры 4000 дюймов в длину и 2,756 дюйма в ширину (101,60 x 70,00 мм) и предлагает настраиваемые варианты подключения, включая площадки для пайки, вставные разъемы, подвесные выводы и терминальные кабели. Bourns утверждает, что эта плоская и прочная стальная подложка может быть изготовлена в различных формах и размерах, с максимальным размером 406 x 406 мм, и может быть адаптирована к различным индивидуальным компоновкам или установлена непосредственно на поверхностях рассеивания тепла. Проектировщики также могут указать другие значения сопротивления, допуски сопротивления и интегрировать несколько резисторов.
Его сопротивление составляет 150 Ом, с допуском ± 10%, проведена оптимизация точности. При установке на радиатор его номинальная мощность составляет 260 Вт, а при использовании вентилятора для охлаждения радиатора номинальная мощность может достигать 900 Вт, что делает его пригодным для применений, требующих большого отвода тепла. TFOS30-1-150T имеет расширенный диапазон рабочих температур от -55°C до +125°C. По словам Борнса, TFOS может выдерживать чрезвычайно высокие температуры компонентов до 350°C.