セラミック厚膜抵抗器は長年にわたり電子用途の主流となってきましたが、亀裂や層間剥離が起こりやすい脆い基板に依存しています。これを考慮して、Bourns, 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、機器が小型化して電力密度が増加するにつれて、亀裂や層間剥離のリスクが大幅に増加します。回路基板の曲げ、振動、または熱サイクルは、回路基板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低コスト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、硬いがわずかに柔軟性のある基板を提供し、曲げ、振動、組み立て中の回路基板の取り扱いによって生じる機械的応力を吸収し、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、または熱サイクルによってもセラミック抵抗器の性能が低下する可能性がある、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 TFOS30-150T を発売しました (図 1)。 TFOS で製造されたコンポーネントは、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、または早期故障を防ぐために、エネルギー パルスを吸収、消散、および耐えるコンポーネントの能力に制限があります。
図 1: Bourns の TFOS30-150T 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。 （画像出典：Bourns Corporation）
スチール基板は優れた放熱性能を備えているため、消費電力が向上し、より小型のパッケージでより高い電力密度を実現できます。電気エネルギーが鋼板を通過するのを防ぐために、洗浄したステンレス鋼基板上に高完全性誘電体層を適用します。
電力処理と堅牢性を抵抗器に移すことで、設計者はヒートシンクの使用を減らし、部品数を減らし、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必要とせずに、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プロセスでは、スクリーン印刷技術を使用して、厚膜導体と抵抗パターンが誘電体層上に描画されます。各パスの後、材料は高温炉で焼成され、固化して接着力と強力な導電性および抵抗性のパスを確保する必要があります。最後に、導体と抵抗器を保護釉薬層で覆い、機械的保護、耐環境性、および下層からの電気絶縁を提供します。
高度な設計上の考慮事項
TFOS 抵抗器は、高電力およびパルス処理能力を備え、コンパクトでサイズが小さく、過酷な条件下でも性能上の利点を維持できます。これにより、エンジニアは外形寸法に影響を与えることなく、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、バッテリー エネルギー貯蔵システム、モーター ドライブ、インバーター、燃料電池車センサー ボードなどの車載グレードのアプリケーションや、高電力、熱管理、機械的堅牢性を必要とするその他のアプリケーションに適しています。
Bourns 氏は、燃料電池スタック センサー ボードでのこのコンポーネントの使用に関するアプリケーション ノート [1] の中で、TFOS は高い電力密度を処理できるため、そのようなアプリケーションに非常に適していると強調しました。燃料電池自動車の事前充電および放電回路に適応し、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 の寸法は長さ 4.000 インチ x 幅 2.756 インチ (101.60 mm x 70.00 mm) で、はんだパッド、プッシュイン コネクタ、サスペンション リード、終端ケーブルなどのカスタマイズ可能な終端オプションを提供します。 Bourns によれば、この平らで頑丈なスチール基板は、最大サイズ 406 mm x 406 mm まで、さまざまな形状とサイズで製造でき、さまざまなカスタマイズされたレイアウトに適応したり、放熱面に直接設置したりできると主張しています。設計者は、他の抵抗値や抵抗許容差を指定したり、複数の抵抗を統合したりすることもできます。
抵抗値は 150 オーム、許容誤差は ± 10% で、精度の最適化が行われています。ラジエーターに設置した場合の定格電力は260W、ファンを使用してラジエーターを冷却する場合は定格電力が900Wに達するため、大量の放熱が必要な用途に適しています。 TFOS30-1-150T は、-55 °C ～ +125 °C の拡張動作温度範囲を備えています。Bourns 氏によると、TFOS は最大 350 °C の非常に高いコンポーネント温度に耐えることができます。