I resistori in acciaio surclassano quelli in ceramica

I resistori ceramici a film spesso, da tempo un punto fermo nelle applicazioni elettroniche, si basano su un substrato fragile, soggetto a cricche o delaminazione. Bourns, Inc. offre un'alternativa in acciaio per applicazioni che richiedono elevata potenza, efficienza termica e robustezza meccanica.

I resistori ceramici a film spesso sono affidabili finché non si incrinano o si delaminano, soprattutto quando i dispositivi si comprimono e le densità di potenza aumentano. La flessione, le vibrazioni o il ciclaggio termico della scheda possono comprometterne le prestazioni e l'affidabilità, con conseguenti possibili guasti latenti sul campo.

I tradizionali resistori ceramici a film spesso sono economici e ampiamente disponibili, ma i loro substrati fragili li rendono meno affidabili in ambienti difficili. L'acciaio inossidabile è un substrato rigido ma leggermente flessibile, in grado di assorbire le sollecitazioni meccaniche derivanti dalla flessione della scheda, dalle vibrazioni e dalla manipolazione durante l'assemblaggio, riducendo il rischio di cricche o delaminazione.

I resistori a film spesso su acciaio (TFOS) sono un'alternativa robusta dal punto di vista meccanico ed efficiente a livello termico per progetti esigenti soggetti ad alte sollecitazioni, in cui anche piccole flessioni della scheda, vibrazioni o cicli termici possono deteriorare i resistori ceramici.

Bourns ha introdotto il primo resistore TFOS, TFOS30-1-150T (Figure 1), a metà del 2025. Il TFOS porta a componenti con eccezionale trasferimento termico, elevate densità di potenza e lunga durata meccanica, rendendoli adatti per applicazioni impegnative. Molti circuiti di potenza o ad alta energia sono limitati dalla capacità di un componente di assorbire, dissipare e resistere agli impulsi di energia senza incrinarsi, deviare o guastarsi prematuramente.

Figura 1: Grazie al substrato in acciaio inossidabile, TFOS30-1-150T di Bourns offre maggiore affidabilità rispetto ai resistori ceramici a film spesso. (Immagine per gentile concessione di Bourns, Inc.)

I substrati in acciaio garantiscono una migliore diffusione del calore, migliorando la dissipazione di potenza e portando a una maggiore densità di potenza in ingombri ridotti. Uno strato dielettrico ad alta integrità viene applicato al substrato di acciaio inossidabile pulito per impedire la conduzione elettrica attraverso l'acciaio.

Trasferendo la gestione della potenza e la robustezza al resistore, i progettisti possono ridurre la dissipazione del calore, diminuire il numero di componenti e aumentare l'affidabilità sul campo. In breve, secondo Bourns, i progettisti possono concentrare prestazioni maggiori in uno spazio minore senza ricorrere a componenti termici aggiuntivi.

Durante la produzione dei componenti TFOS, i percorsi di conduttori e resistori a film spesso vengono applicati allo strato dielettrico per serigrafia. Dopo ogni passaggio, i materiali vengono solidificati mediante cottura in un forno ad alta temperatura per garantire l'adesione e percorsi conduttivi e resistivi robusti. Infine, viene applicato uno strato protettivo di smalto sul conduttore e sul resistore per garantire la protezione meccanica, la resistenza ambientale e l'isolamento elettrico agli strati sottostanti.

Considerazioni di qualità sulla progettazione

I resistori TFOS offrono elevata potenza e capacità di gestione degli impulsi in un fattore di forma compatto e a profilo ribassato per mantenere margini di prestazione in condizioni difficili. Ciò consente agli ingegneri di soddisfare rigorosi requisiti di affidabilità e gestione termica senza compromettere il fattore di forma.

TFOS30-1-150T è conforme AEC-Q200 per applicazioni di grado automotive, quali sistemi di immagazzinaggio dell'energia a batteria, azionamenti motore, inverter, schede di sensori per veicoli a celle a combustibile e altre applicazioni in cui sono essenziali elevata potenza, gestione termica e robustezza meccanica.

In una nota applicativa sull'utilizzo del componente in una scheda di sensori di una pila di celle a combustibile^[1] Bourns sottolinea l'idoneità del TFOS per tali applicazioni grazie alla sua capacità di gestire elevate densità di potenza. Può ospitare circuiti di precarica e scarica nei veicoli a celle a combustibile e garantire una gestione efficiente dell'energia anche in caso di funzionamento a frequenza variabile. La sua bassa induttanza e la rigida tolleranza garantiscono misurazioni accurate di tensione, corrente e temperatura nella pila di celle a combustibile.

Disponibile in un fattore di forma di 101,60 mm di lunghezza x 70,0 mm di larghezza, TFOS30-1-150T offre opzioni di terminazione personalizzabili, tra cui piazzole di saldatura, connettori a pressione, conduttori volanti e cavi di terminazione. Bourns afferma che il substrato in acciaio, piatto e robusto, può essere prodotto in varie forme e dimensioni, fino a 406 x 406 mm, per adattarsi a layout personalizzati o può essere montato direttamente su superfici di diffusione del calore.I progettisti possono anche specificare valori ohmici, tolleranze di resistenza alternativi e integrazione di più resistori.

Con un valore di resistenza di 150 ohm e una tolleranza di ±10%, è ottimizzato per la precisione. Vanta una potenza nominale di 260 W se montato su un dissipatore di calore e fino a 900 W con un dissipatore di calore raffreddato a ventola, il che lo rende adatto per applicazioni che richiedono una notevole dissipazione di energia. TFOS30-1-150T funziona in un intervallo di temperatura esteso da -55 °C a +125 °C e, secondo Bourns, può resistere a temperature di elementi estremamente elevate, fino a 350 °C.

Conclusione

Il TFOS non è un sostituto universale dei resistori ceramici, ma si prospetta come un percorso di aggiornamento strategico quando i margini termici sono rigidi, l'affidabilità è fondamentale o la fragilità del substrato rappresenta un rischio. Riprogettando il substrato, Bourns ha trasformato un componente passivo fondamentale in un elemento costitutivo più durevole, efficiente dal punto di vista termico e adattabile per l'elettronica moderna.

Risorse

1. Nota applicativa: Soluzione efficace per il monitoraggio, la protezione e il trasferimento di energia in veicoli a celle a combustibile