Les résistances à couche épaisse en céramique constituent depuis longtemps la principale force dans les applications électroniques, mais elles reposent sur des substrats fragiles susceptibles de se fissurer ou de se délaminer. Dans cette optique, Burns, Inc. propose une alternative à base d'acier pour les applications nécessitant une puissance élevée, une efficacité thermique et une robustesse mécanique.
Les résistances à couche épaisse en céramique sont fiables avant la fissuration ou le délaminage, mais le risque de fissuration ou de délaminage augmente considérablement avec un équipement réduit et une densité de puissance accrue. La déviation, les vibrations ou les cycles thermiques des cartes de circuits imprimés peuvent altérer leurs performances et leur fiabilité, entraînant des pannes potentielles sur le terrain.
Les résistances céramiques traditionnelles à couche épaisse sont peu coûteuses et largement disponibles, mais leurs substrats sont fragiles et ont une faible fiabilité dans les environnements difficiles. L'acier inoxydable fournit un substrat rigide mais légèrement souple qui absorbe les contraintes mécaniques causées par la flexion, les vibrations et la manipulation des circuits imprimés lors de l'assemblage, réduisant ainsi le risque de fissuration ou de délaminage.
Les résistances à couche épaisse à base d'acier (TFOS) offrent une alternative mécaniquement robuste et thermiquement efficace aux conceptions exigeantes à haute contrainte dans lesquelles même une petite quantité de flexion, de vibration ou de cyclage thermique du circuit imprimé peut provoquer une dégradation des résistances en céramique.
Bourns a présenté la première résistance TFOS TFOS30-1-150T à la mi-2025 (Figure 1). Les éléments fabriqués avec TFOS ont une excellente conductivité thermique, une densité de puissance élevée et une forte durabilité mécanique, ce qui les rend adaptés aux applications exigeantes. De nombreux circuits de puissance ou de haute énergie ont des limites quant à la capacité de l'élément à absorber, dissiper et résister aux impulsions d'énergie pour éviter les fissures, la dérive ou une défaillance prématurée.
Figure 1 : Le TFOS30-1-150T de Bourns utilise un substrat en acier inoxydable qui est plus fiable que les résistances céramiques à couche épaisse. Photo gracieuseté de Bourns)
Les substrats en acier offrent une excellente dissipation thermique pour une meilleure dissipation de la puissance et une densité de puissance plus élevée dans des boîtiers plus petits. Appliquez une couche diélectrique à haute intégrité sur le substrat en acier inoxydable nettoyé pour empêcher la conduction de l'énergie électrique à travers l'acier.
En transférant la tenue en puissance et la robustesse dans les résistances, les concepteurs peuvent réduire l'utilisation des radiateurs, réduire le nombre de pièces et améliorer la fiabilité sur le terrain. En bref, selon Bourns, les concepteurs peuvent obtenir des performances plus élevées dans des espaces plus petits sans matériel de refroidissement supplémentaire.
Lors de la fabrication des composants TFOS, des motifs de conducteurs et de résistances à couche épaisse sont dessinés sur la couche diélectrique à l'aide d'un processus de sérigraphie. À chaque passage, le matériau est brûlé et solidifié dans un four à haute température pour garantir une adhérence et un chemin conducteur et résistif robuste. Enfin, les conducteurs et résistances sont recouverts d'un vernis protecteur pour assurer une protection mécanique, une résistance environnementale et une isolation électrique du substrat.
Considérations de conception de haut niveau
Les résistances TFOS offrent des capacités de puissance et de traitement d'impulsion élevées sous une forme compacte pour conserver les avantages en termes de performances dans des conditions exigeantes. Cela permet aux ingénieurs de répondre à des exigences strictes en matière de fiabilité et de gestion thermique sans compromettre les dimensions globales.
TFOS30-1-150T est conforme à la norme AEC-Q200 et convient aux applications automobiles telles que les systèmes de stockage de batteries, les entraînements de moteur, les onduleurs, les panneaux de capteurs de véhicules à pile à combustible et d'autres applications où une puissance élevée, une gestion thermique et une robustesse mécanique sont essentielles.
Bourns note dans une note d'application [1] sur l'utilisation de cet élément dans les cartes de capteurs de pile à combustible que TFOS est bien adapté à cette application car il gère des densités de puissance élevées. Il peut s'adapter au circuit de précharge et de décharge des véhicules à pile à combustible et assurer une gestion efficace de l'énergie même en fonctionnement à fréquence variable. Sa faible inductance et ses tolérances serrées garantissent une mesure précise de la tension, du courant et de la température dans la pile à combustible.
TFOS30-1-150T est disponible en options de terminaison personnalisées de 4 000 "L x 2,756" W (101,60 mm x 70,00 mm), y compris des plots, des connecteurs enfichables, des fils de suspension et des câbles de terminaison. Bourns note que cette plaque de base plate et solide en acier peut être fabriquée dans une variété de formes et de tailles, jusqu'à 406 mm x 406 mm, pour s'adapter à une variété de configurations personnalisées ou être montée directement sur une surface rayonnante. Les concepteurs peuvent également spécifier des valeurs ohmiques supplémentaires, des tolérances de résistance et l'intégration de plusieurs résistances.
Il a une résistance de 150 Ohms et une tolérance de ± 10 % et est optimisé pour la précision. Il est évalué à 260 W lorsqu'il est monté sur un radiateur et jusqu'à 900 W lorsqu'il est refroidi par un ventilateur, ce qui le rend idéal pour les applications nécessitant une dissipation thermique importante. Le TFOS30-1-150T a une plage de températures de fonctionnement étendue de - 55 °C à +125 °C et, selon Bourns, peut résister à des températures d'éléments extrêmement élevées jusqu'à 350 °C.