セラミック厚膜抵抗器は長い間、電子応用分野で主力となってきましたが、亀裂や層間剥離が発生しやすい脆い基板に依存しています。これを念頭に置いて、Burns, Inc. は、高出力、熱効率、機械的堅牢性を必要とする用途向けにスチールベースの代替品を提供しています。
セラミック厚膜抵抗器は、亀裂や層間剥離が発生する前は信頼性がありますが、設備の削減と電力密度の増加により、亀裂や層間剥離のリスクが大幅に増加します。回路基板のたわみ、振動、または熱サイクルは、その性能と信頼性を損ない、現場での潜在的な故障につながる可能性があります。
従来のセラミック厚膜抵抗器は安価で広く入手可能ですが、その基板は脆く、過酷な環境では信頼性が低くなります。ステンレス鋼は、剛性がありながらわずかに順応性のある基板を提供し、回路基板の曲げ、振動、組み立て中の取り扱いによって生じる機械的ストレスを吸収し、亀裂や層間剥離のリスクを軽減します。
鋼ベースの厚膜 (TFOS) 抵抗器は、回路基板のわずかな曲がり、振動、または熱サイクルでもセラミック抵抗器の劣化を引き起こす可能性がある、要求の高い高応力設計に代わる、機械的に堅牢で熱効率の高い代替手段を提供します。
Bourns は、2025 年半ばに最初の TFOS 抵抗器 TFOS30-1-150T を発表しました (図 1)。 TFOS で製造された素子は、優れた熱伝導率、高出力密度、強力な機械的耐久性を備えており、要求の厳しい用途に適しています。多くの電力回路や高エネルギー回路では、クラック、ドリフト、または早期故障を回避するために、エネルギー インパルスを吸収、消散、および耐える素子の能力に制限があります。
図 1: Bourns の TFOS30-1-150T は、厚膜セラミック抵抗器よりも信頼性の高いステンレス鋼基板を使用しています。写真提供: Bourns)
スチール基板は優れた熱放散を実現し、より小型のパッケージで消費電力を向上させ、電力密度を高めます。洗浄したステンレス鋼基板上に高完全性誘電体層を塗布し、鋼板を通る電気エネルギーの伝導を防ぎます。
電力処理と堅牢性を抵抗器に移すことで、設計者はラジエーターの使用量を減らし、部品点数を減らし、現場での信頼性を向上させることができます。つまり、Bourns 氏によれば、設計者は追加の冷却ハードウェアを使用せずに、より小さなスペースでより高いパフォーマンスを達成できるということです。
TFOS コンポーネントの製造中に、スクリーン印刷プロセスを使用して、厚膜導体と抵抗器のパターンが誘電体層上に描画されます。通過するたびに、材料は高温炉で燃焼して固化され、密着性と堅牢な導電性および抵抗性の経路が確保されます。最後に、導体と抵抗器は保護釉薬で覆われ、機械的保護、耐環境性、および基板からの電気絶縁が提供されます。
高レベルの設計上の考慮事項
TFOS 抵抗器は、コンパクトな形状で高電力およびパルス処理機能を提供し、厳しい条件下でも性能上の利点を維持します。これにより、エンジニアは全体の寸法を犠牲にすることなく、厳しい信頼性と熱管理の要件を満たすことができます。
TFOS30-1-150T は AEC-Q200 規格に準拠しており、蓄電池システム、モータードライブ、インバーター、燃料電池車センサーパネルなどの車載アプリケーションや、高出力、熱管理、機械的堅牢性が重要となるその他のアプリケーションに適しています。
Bourns 氏は、アプリケーション ノート [1] の中で、燃料電池スタック センサー ボードでのこの要素の使用について、TFOS は高い出力密度を処理できるため、このアプリケーションに最適であると述べています。燃料電池自動車の予充電および放電回路に適応でき、可変周波数運転下でも効率的なエネルギー管理を保証します。低いインダクタンスと厳しい許容誤差により、燃料電池スタック内の電圧、電流、温度を正確に測定できます。
TFOS30-1-150T は、パッド、プッシュオン コネクタ、サスペンション リード、終端ケーブルなど、4.000 "L x 2.756" W (101.60 mm x 70.00 mm) のカスタム終端オプションで利用できます。 Bourns 氏は、この平らで頑丈なスチール製ベース プレートは、さまざまなカスタム レイアウトに適合するように、または放射面に直接取り付けるために、最大 406 mm x 406 mm までのさまざまな形状やサイズで製造できると述べています。設計者は、追加の抵抗値、抵抗許容差、および複数の抵抗器の統合を指定することもできます。
抵抗は 150 オーム、許容誤差は ± 10% で、精度が最適化されています。定格はラジエーターに取り付けた場合は 260 W、ファンで冷却した場合は最大 900 W なので、大幅な放熱が必要なアプリケーションに最適です。 TFOS30-1-150T は、-55 °C ～ +125 °C の拡張動作温度範囲を備えており、Bourns 氏によると、最大 350 °C の非常に高い素子温度に耐えることができます。