Điện trở màng dày bằng gốm từ lâu đã trở thành sản phẩm chủ đạo trong các ứng dụng điện tử, nhưng chúng dựa vào chất nền giòn, dễ bị nứt hoặc tách lớp. Theo quan điểm này, Bourns, Inc. cung cấp giải pháp thay thế dựa trên thép cho các ứng dụng đòi hỏi công suất cao, hiệu suất nhiệt và độ bền cơ học.
Điện trở màng gốm dày đáng tin cậy trước khi xảy ra nứt hoặc tách lớp, nhưng nguy cơ nứt hoặc tách lớp tăng đáng kể khi thiết bị co lại và mật độ năng lượng tăng lên. Việc uốn cong, rung hoặc luân chuyển nhiệt của bảng mạch có thể làm hỏng hiệu suất và độ tin cậy của chúng, dẫn đến những hỏng hóc tiềm ẩn tại chỗ.
Điện trở màng dày gốm truyền thống có giá thành thấp và được bán rộng rãi, nhưng chất nền của chúng dễ gãy và có độ tin cậy thấp trong môi trường khắc nghiệt. Thép không gỉ cung cấp một chất nền cứng nhưng hơi tuân thủ, có thể hấp thụ các ứng suất cơ học tạo ra do uốn cong, rung và xử lý các bảng mạch trong quá trình lắp ráp, giảm nguy cơ nứt hoặc tách lớp.
Điện trở màng dày (TFOS) làm từ thép cung cấp giải pháp thay thế mạnh mẽ về mặt cơ học và hiệu quả về nhiệt cho các thiết kế có yêu cầu ứng suất cao, trong đó ngay cả một lượng nhỏ bảng mạch bị uốn cong, rung hoặc luân chuyển nhiệt cũng có thể làm giảm hiệu suất của điện trở gốm.
Bourns ra mắt điện trở TFOS đầu tiên TFOS30-150T vào giữa năm 2025 (Hình 1). Các linh kiện được sản xuất bằng TFOS có độ dẫn nhiệt tuyệt vời, mật độ năng lượng cao và độ bền cơ học cao, khiến chúng phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Nhiều mạch công suất hoặc năng lượng cao có những hạn chế về khả năng hấp thụ, tiêu tán và chịu đựng các xung năng lượng của các bộ phận nhằm ngăn ngừa nứt, trôi hoặc hỏng sớm.
Hình 1: TFOS30-150T của Bourns sử dụng đế thép không gỉ, đáng tin cậy hơn điện trở gốm màng dày. (Nguồn ảnh: Tập đoàn Bourns)
Chất nền thép có hiệu suất tản nhiệt tuyệt vời, có thể cải thiện khả năng tiêu tán năng lượng và đạt được mật độ năng lượng cao hơn trong các gói nhỏ hơn. Áp dụng một lớp điện môi có tính toàn vẹn cao trên nền thép không gỉ đã được làm sạch để ngăn năng lượng điện đi qua thép.
Bằng cách chuyển khả năng xử lý điện năng và độ bền sang điện trở, các nhà thiết kế có thể giảm việc sử dụng bộ tản nhiệt, giảm số lượng bộ phận và cải thiện độ tin cậy tại chỗ. Tóm lại, theo Bourns, các nhà thiết kế có thể đạt được hiệu suất cao hơn trong không gian nhỏ hơn mà không cần thêm phần cứng làm mát.
Trong quá trình sản xuất các thành phần TFOS, các dây dẫn màng dày và các mẫu điện trở được vẽ trên lớp điện môi bằng công nghệ in lụa. Sau mỗi lần vượt qua, vật liệu cần được nung và hóa rắn trong lò nhiệt độ cao để đảm bảo độ bám dính và đường dẫn điện và điện trở mạnh. Cuối cùng, phủ dây dẫn và điện trở bằng một lớp men bảo vệ để bảo vệ cơ học, chống chịu môi trường và cách điện cho lớp bên dưới.
Cân nhắc thiết kế nâng cao
Điện trở TFOS có công suất cao và khả năng xử lý xung, kích thước nhỏ gọn và có thể duy trì lợi thế về hiệu suất trong điều kiện khắc nghiệt. Điều này cho phép các kỹ sư đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ tin cậy và quản lý nhiệt mà không ảnh hưởng đến kích thước bên ngoài.
TFOS30-1-150T tuân thủ các tiêu chuẩn AEC-Q200 và phù hợp cho các ứng dụng cấp ô tô như hệ thống lưu trữ năng lượng pin, bộ truyền động động cơ, bộ biến tần, bảng cảm biến xe pin nhiên liệu và các ứng dụng khác yêu cầu công suất cao, quản lý nhiệt và độ bền cơ học.
Bourns nhấn mạnh trong ghi chú ứng dụng [1] về việc sử dụng thành phần này trong bảng cảm biến ngăn xếp pin nhiên liệu rằng TFOS rất phù hợp cho các ứng dụng như vậy do khả năng xử lý mật độ năng lượng cao. Nó có thể thích ứng với các mạch sạc và xả trước của xe dùng pin nhiên liệu, đảm bảo quản lý năng lượng hiệu quả ngay cả khi vận hành ở tần số thay đổi. Độ tự cảm thấp và dung sai nghiêm ngặt của nó đảm bảo đo chính xác điện áp, dòng điện và nhiệt độ bên trong ngăn xếp pin nhiên liệu.
TFOS30-1-150T có kích thước dài 4.000 inch x rộng 2.756 inch (101,60 mm x 70,00 mm) và cung cấp các tùy chọn đầu cuối có thể tùy chỉnh bao gồm miếng hàn, đầu nối đẩy, dây dẫn treo và cáp đầu cuối. Bourns tuyên bố rằng lớp nền thép phẳng và chắc chắn này có thể được sản xuất với nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau, với kích thước tối đa là 406 mm x 406 mm và có thể thích ứng với nhiều bố cục tùy chỉnh khác nhau hoặc được lắp đặt trực tiếp trên các bề mặt tản nhiệt. Các nhà thiết kế cũng có thể chỉ định các giá trị ohm khác, dung sai điện trở và tích hợp nhiều điện trở.
Điện trở của nó là 150 ohm, với dung sai ± 10% và đã thực hiện tối ưu hóa độ chính xác. Khi lắp trên bộ tản nhiệt, công suất định mức của nó là 260 W, trong khi khi sử dụng quạt để làm mát bộ tản nhiệt, công suất định mức có thể đạt tới 900 W, phù hợp cho các ứng dụng cần lượng tản nhiệt lớn. TFOS30-1-150T có dải nhiệt độ hoạt động mở rộng từ -55°C đến +125°C. Theo Bourns, TFOS có thể chịu được nhiệt độ linh kiện cực cao lên tới 350°C.