Les résistances à couche épaisse en céramique constituent depuis longtemps un pilier des applications électroniques, mais elles reposent sur des substrats fragiles, sujets aux fissures ou au délaminage. Dans cette optique, Bourns, 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 qu'une fissuration ou un délaminage ne se produise, mais le risque de fissuration ou de délaminage augmente considérablement à mesure que l'équipement rétrécit et que la densité de puissance augmente. La flexion, les vibrations ou les cycles thermiques des circuits imprimés peuvent nuire à leurs performances et à leur fiabilité, entraînant des pannes potentielles sur site.
Les résistances à couche épaisse en céramique traditionnelles 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 dur mais légèrement souple, capable d'absorber les contraintes mécaniques générées 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 contraintes élevées, dans lesquelles même de petites quantités de flexion, de vibration ou de cyclage thermique du circuit imprimé peuvent entraîner une diminution des performances de la résistance céramique.
Bourns a lancé sa première résistance TFOS TFOS30-150T mi-2025 (Figure 1). Les composants produits 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 à haute énergie ont des limites quant à la capacité des composants à absorber, dissiper et résister aux impulsions d'énergie, afin d'éviter les fissures, les dérives ou les défaillances prématurées.
Figure 1 : Le TFOS30-150T de Bourns utilise un substrat en acier inoxydable, qui est plus fiable que les résistances céramiques à couche épaisse. (Source de l'image : Bourns Corporation)
Les substrats en acier ont d'excellentes performances de dissipation thermique, ce qui peut améliorer la dissipation de puissance et atteindre 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 l'énergie électrique de traverser l'acier.
En transférant le traitement de puissance et la robustesse aux résistances, les concepteurs peuvent réduire l'utilisation de dissipateurs thermiques, diminuer le nombre de pièces et améliorer la fiabilité sur site. En bref, selon Bourns, les concepteurs peuvent obtenir des performances plus élevées dans un espace plus petit sans avoir besoin de matériel de refroidissement supplémentaire.
Dans le processus de fabrication des composants TFOS, des conducteurs à couche épaisse et des motifs de résistance sont dessinés sur la couche diélectrique à l'aide de la technologie de sérigraphie. Après chaque passage, le matériau doit être cuit et solidifié dans un four à haute température pour garantir l'adhérence et un fort chemin conducteur et résistif. Enfin, recouvrez le conducteur et la résistance d'une couche de vernis protecteur pour assurer une protection mécanique, une résistance environnementale et une isolation électrique par rapport à la couche sous-jacente.
Considérations de conception avancées
Les résistances TFOS ont des capacités de puissance et de traitement d'impulsion élevées, compactes et de petite taille, et peuvent conserver des avantages en termes de performances dans des conditions difficiles. Cela permet aux ingénieurs de répondre à des exigences strictes en matière de fiabilité et de gestion thermique sans affecter les dimensions extérieures.
TFOS30-1-150T est conforme aux normes AEC-Q200 et convient aux applications de qualité automobile telles que les systèmes de stockage d'énergie par batterie, les entraînements de moteur, les onduleurs, les cartes de capteurs de véhicules à pile à combustible et d'autres applications nécessitant une puissance élevée, une gestion thermique et une robustesse mécanique.
Bourns a souligné dans une note d'application [1] sur l'utilisation de ce composant dans les cartes de capteurs de piles à combustible que TFOS est parfaitement adapté à de telles applications en raison de sa capacité à gérer des densités de puissance élevées. Il peut s'adapter aux circuits de précharge et de décharge des véhicules à pile à combustible, garantissant une gestion efficace de l'énergie même en fonctionnement à fréquence variable. Sa faible inductance et sa tolérance stricte garantissent une mesure précise de la tension, du courant et de la température à l'intérieur de la pile à combustible.
Le TFOS30-1-150T mesure 4 000 pouces de long x 2,756 pouces de large (101,60 mm x 70,00 mm) et offre des options de terminaison personnalisables, notamment des plots de soudure, des connecteurs enfichables, des fils de suspension et des câbles de terminaison. Bourns affirme que ce substrat en acier plat et robuste peut être fabriqué sous différentes formes et tailles, avec une taille maximale de 406 mm x 406 mm, et peut être adapté à diverses configurations personnalisées ou directement installé sur des surfaces de dissipation thermique. Les concepteurs peuvent également spécifier d'autres valeurs ohmiques, des tolérances de résistance et intégrer plusieurs résistances.
Sa résistance est de 150 ohms, avec une tolérance de ± 10 %, et une optimisation de précision a été réalisée. Lorsqu'il est installé sur le radiateur, sa puissance nominale est de 260 W, tandis qu'en utilisant un ventilateur pour refroidir le radiateur, la puissance nominale peut atteindre 900 W, ce qui le rend adapté aux applications nécessitant une grande dissipation thermique. Le TFOS30-1-150T a une plage de températures de fonctionnement étendue de -55 °C à +125 °C. Selon Bourns, TFOS peut résister à des températures de composants extrêmement élevées jusqu'à 350 °C.