مقاومتهای فیلم ضخیم سرامیکی از دیرباز در کاربردهای الکترونیکی مورد استفاده قرار میگرفتند، اما آنها بر بسترهای شکننده متکی هستند که مستعد ترک خوردگی یا لایهبرداری هستند. با توجه به این موضوع، Bourns، Inc. یک جایگزین مبتنی بر فولاد برای کاربردهایی که نیاز به توان بالا، راندمان حرارتی و استحکام مکانیکی دارند، ارائه میکند.
مقاومت های فیلم ضخیم سرامیکی قبل از وقوع ترک خوردگی یا لایه لایه شدن قابل اعتماد هستند، اما با کوچک شدن تجهیزات و افزایش چگالی توان، خطر ترک خوردن یا لایه لایه شدن به طور قابل توجهی افزایش می یابد. خم شدن، لرزش یا چرخه حرارتی بردهای مدار می تواند به عملکرد و قابلیت اطمینان آنها آسیب برساند و منجر به خرابی های احتمالی در محل شود.
مقاومتهای فیلم ضخیم سرامیکی سنتی کمهزینه و در دسترس هستند، اما بسترهای آنها شکننده هستند و در محیطهای سخت از قابلیت اطمینان پایینی برخوردارند. فولاد ضد زنگ یک بستر سخت اما کمی سازگار را فراهم می کند که می تواند تنش های مکانیکی ناشی از خمش، ارتعاش و جابجایی تخته های مدار را در حین مونتاژ جذب کند و خطر ترک خوردگی یا لایه لایه شدن را کاهش دهد.
مقاومتهای فیلم ضخیم مبتنی بر فولاد (TFOS) یک جایگزین مکانیکی قوی و کارآمد برای طراحیهای با استرس بالا هستند، جایی که حتی مقدار کمی خمش تخته مدار، لرزش یا چرخه حرارتی میتواند باعث کاهش عملکرد مقاومت سرامیکی شود.
Bourns اولین مقاومت TFOS TFOS30-150T خود را در اواسط سال 2025 راه اندازی کرد (شکل 1). قطعات تولید شده با TFOS دارای رسانایی حرارتی عالی، چگالی توان بالا و دوام مکانیکی قوی هستند که آنها را برای کاربردهای سخت مناسب می کند. بسیاری از مدارهای برق یا پرانرژی دارای محدودیت هایی در توانایی قطعات برای جذب، اتلاف و مقاومت در برابر پالس های انرژی هستند تا از ترک خوردن، رانش یا خرابی زودرس جلوگیری کنند.
شکل 1: TFOS30-150T Bourns از یک بستر فولادی ضد زنگ استفاده می کند که از مقاومت های سرامیکی فیلم ضخیم قابل اعتمادتر است. (منبع تصویر: Bourns Corporation)
زیرلایه های فولادی عملکرد اتلاف حرارت بسیار خوبی دارند که می تواند اتلاف توان را بهبود بخشد و چگالی توان بالاتری را در بسته های کوچکتر به دست آورد. برای جلوگیری از عبور انرژی الکتریکی از فولاد، یک لایه دی الکتریک با یکپارچگی بالا روی بستر فولاد ضد زنگ تمیز شده بمالید.
با انتقال قدرت پردازش و استحکام به مقاومت ها، طراحان می توانند استفاده از هیت سینک ها را کاهش دهند، تعداد قطعات را کاهش دهند و قابلیت اطمینان در محل را بهبود بخشند. به طور خلاصه، طبق گفته Bourns، طراحان می توانند در فضای کوچکتر بدون نیاز به سخت افزار خنک کننده اضافی، به عملکرد بالاتری دست یابند.
در فرآیند ساخت اجزای TFOS، هادی های فیلم ضخیم و الگوهای مقاومتی با استفاده از فناوری چاپ صفحه روی لایه دی الکتریک کشیده می شوند. پس از هر بار عبور، مواد باید در یک کوره با دمای بالا پخته و جامد شوند تا از چسبندگی و یک مسیر رسانا و مقاومت قوی اطمینان حاصل شود. در نهایت هادی و مقاومت را با یک لایه لعاب محافظ بپوشانید تا محافظت مکانیکی، مقاومت محیطی و عایق الکتریکی از لایه زیرین ایجاد شود.
ملاحظات طراحی پیشرفته
مقاومتهای TFOS دارای قدرت و قابلیت پردازش پالس بالا، فشرده و کوچک هستند و میتوانند مزایای عملکرد را در شرایط سخت حفظ کنند. این امر مهندسان را قادر می سازد تا الزامات قابل اطمینان و مدیریت حرارتی دقیق را بدون تأثیر بر ابعاد خارجی برآورده کنند.
TFOS30-1-150T با استانداردهای AEC-Q200 مطابقت دارد و برای کاربردهای درجه یک خودرو مانند سیستم های ذخیره انرژی باتری، درایوهای موتور، اینورترها، بردهای حسگر خودروهای سلول سوختی و سایر کاربردهایی که به قدرت بالا، مدیریت حرارتی و استحکام مکانیکی نیاز دارند، مناسب است.
بورنز در یک یادداشت کاربردی [1] در مورد استفاده از این جزء در بردهای حسگر پشته پیل سوختی تاکید کرد که TFOS به دلیل توانایی آن در مدیریت چگالی توان بالا برای چنین کاربردهایی بسیار مناسب است. این می تواند با مدارهای پیش شارژ و دشارژ وسایل نقلیه پیل سوختی سازگار شود و از مدیریت کارآمد انرژی حتی تحت عملکرد فرکانس متغیر اطمینان حاصل کند. اندوکتانس کم و تحمل دقیق آن اندازه گیری دقیق ولتاژ، جریان و دما را در پشته پیل سوختی تضمین می کند.
TFOS30-1-150T دارای ابعاد 4000 اینچ طول x 2.756 اینچ عرض (101.60 میلی متر در 70.00 میلی متر) است و گزینه های پایانی قابل تنظیم از جمله لحیم کاری، کانکتورهای فشاری، سرنخ های تعلیق و کابل های پایانی را ارائه می دهد. بورنز ادعا می کند که این زیرلایه فولادی مسطح و محکم را می توان در اشکال و اندازه های مختلف، با حداکثر اندازه 406 میلی متر در 406 میلی متر تولید کرد و می توان آن را با چیدمان های مختلف سفارشی تطبیق داد یا مستقیماً روی سطوح اتلاف حرارت نصب کرد. طراحان همچنین می توانند مقادیر دیگر اهم، تحمل های مقاومت و ادغام چندین مقاومت را مشخص کنند.
مقاومت آن 150 اهم با تلورانس 10% است و بهینه سازی دقیق انجام شده است. هنگامی که روی رادیاتور نصب می شود، توان نامی آن 260 وات است، در حالی که هنگام استفاده از فن برای خنک کردن رادیاتور، توان نامی می تواند به 900 وات برسد، که آن را برای کاربردهایی که نیاز به اتلاف حرارت زیادی دارند، مناسب می کند. TFOS30-1-150T دارای محدوده دمای عملیاتی گسترده ای از -55 درجه سانتیگراد تا +125 درجه سانتیگراد است. طبق گفته Bourns، TFOS می تواند دمای بسیار بالای قطعات تا 350 درجه سانتیگراد را تحمل کند.