Dunnefilmweerstanden kiezen voor auto- en industriële toepassingen

Elektronische toepassingen zoals auto's, industrie en telecommunicatie vereisen precisiecomponenten die bestand zijn tegen zware omstandigheden, zoals een hoge luchtvochtigheid en eroderende atmosferen. Passieve componenten zijn fundamenteel voor het succes van deze geavanceerde ontwerpen en vereisen constante innovatie om betrouwbare prestaties te garanderen.

Bijvoorbeeld, metaalfilm chipweerstanden moeten ontworpen en getest worden om nauwkeurigheid, stabiliteit en betrouwbaarheid in veeleisende omgevingen te garanderen. Een belangrijk probleem bij het ontwerp van chipweerstanden voor de automobiel- en industriële markten is hun betrouwbaarheid op lange termijn in aanwezigheid van zwavelverbindingen. Deze omgevingen, waar oliën, smeermiddelen, brandstof en andere zwavelrijke verbindingen voorkomen, kunnen de contacten aantasten en de betrouwbaarheid van chipweerstanden verminderen.

Dit artikel bespreekt de uitdagingen waarmee ontwerpers worden geconfronteerd bij het kiezen van weerstanden voor ruwe auto- en industriële omgevingen. Vervolgens worden twee families zwavel- en vochtbestendige opbouwweerstanden van YAGEO gepresenteerd en wordt getoond hoe deze kunnen worden gebruikt om aan de uitdagingen van deze toepassingen te voldoen.

Kenmerken chipweerstand

Chipweerstanden zijn een belangrijk onderdeel van moderne elektronica, waaronder apparaten voor de auto-industrie, de industrie en telecommunicatie. Hun kleine formaat, nauwkeurigheid, stabiliteit en betrouwbaarheid passen perfect in circuits met hoge dichtheid. Ze zijn verkrijgbaar in een groot aantal weerstanden, toleranties, temperatuursweerstandscoëfficiënten (TCR's) en vermogens. Twee YAGEO-chipweerstandsfamilies zijn de AT- en RP-serie. Beide series zijn geschikt voor toepassingen in de auto-industrie met AEC-Q200 kwalificatie; deze specificatie test passieve elektronische componenten op temperatuur, vochtigheid, weerstand tegen soldeerhitte, thermische schokken en tolerantie voor printplaatflex. Het test ook op lage vochtgevoeligheid en zwavelbestendigheid.

Belangrijke elektrische specificaties

De AT- en RP-serie SMD-weerstanden zijn verkrijgbaar in vier standaardbehuizingen voor opbouwmontage: 0402, 0603, 0805 en 1206. De numerieke code voor elke verpakking bevat de nominale lengte en breedte van het apparaat in inch (Tabel 1).

Tabel 1: Weergegeven zijn de afmetingen en vermogens voor de vier verpakkingsgrootten van de RP- en AT-chipweerstandsseriecomponenten. (Bron tabel: Art Pini)

De vermogens variëren direct met het volume van de verpakking, van 1/16 W tot 1/4 W.

Deze behuizingen bieden verschillende waarden voor weerstand, weerstandstolerantie, TCR en spanningswaarden. De specificaties van de weerstanden uit de AT-serie zijn samengevat in Tabel 2.

Tabel 2: Weergegeven zijn de elektrische eigenschappen van de weerstanden uit de AT-serie. (Bron tabel: YAGEO)

De tabel toont het beschikbare bereik van weerstandswaarden voor elke pakketgrootte, TCR en tolerantie.

Op dezelfde manier zijn de specificaties voor de RP-serie samengevat in Tabel 3.

Tabel 3: Weergegeven zijn de elektrische eigenschappen van de weerstanden uit de RP-serie. (Bron tabel: YAGEO)

Componenten van beide productseries worden geselecteerd op basis van behuizingsgrootte, TCR, weerstandstolerantie en weerstand. Het bereik van de beschikbare weerstandswaarden varieert met elk van de andere specificaties.

De TCR-waarden voor de RP-serie zijn verkrijgbaar in stappen van ±50, ±25, ±15 en ±10 deeltjes per miljoen per graad Celsius (ppm/°C). De AT-serie voegt een extra lagere TCR van ±5 ppm/°C toe.

Merk op dat het bereik van beschikbare weerstandswaarden voor de apparaten uit de RP-serie groter of gelijk is aan die van de AT-weerstanden voor elke TCR-stap.

Beide series bieden tolerantiewaarden van 0,1%, 0,25%, 0,5% en 1%, de meest gebruikte toleranties voor weerstanden. De AT-serie biedt echter drie extra tolerantiebereiken: 0,05%, 0,02% en 0,01%. Deze nauwkeurige toleranties worden minder vaak gevraagd en de aangeboden weerstandswaarden hebben een beperkter bereik.

De AT- en RP-serie weerstanden vergelijken

De YAGEO AT0402FRE0710KL is een 10 kiloohm (kΩ), 1/16 W AT-serie weerstand met een TCR van ±50 ppm/°C in een 0402-behuizing. Het equivalent uit de RP-serie is de RP0402FRE0710KL, die dezelfde specificaties heeft. Het verschil in producten is dat de RP-serie weerstandswaarden biedt van 10 Ω tot 240 kΩ in dit TCR bereik vergeleken met het AT-serie bereik van 10 Ω tot 100 kΩ. De RP-serie biedt dit weerstandsbereik over alle TCR-waarden, terwijl de AT-serie het bereik verkleint voor TCR-waarden van ±10 ppm/°C en ±5 ppm/°C.

De AT0603DRE0710KL is een 10 kΩ, 1/10 W AT-serie weerstand in een 0603-behuizing. De TCR is ±50 ppm/°C. De RP0603DRD0710KL is een weerstand uit de RP 0603-serie met dezelfde nominale specificaties behalve de TCR, die ±25 ppm/°C is. Het bereik van beschikbare weerstanden in de RP-serie loopt van 10 Ω tot 910 kΩ. De AT-weerstanden hebben waarden die variëren van 10 Ω tot 330 kΩ voor de twee hoogste TCR-specificaties en een veel beperkter bereik voor de lagere TCR-selecties.

In een 0805 behuizing is de AT-serie AT0805BRD0710KL een weerstand van 10 kΩ, 1/8 W met een TCR van ±25 ppm/°C. De equivalente RP-ingang, de RP0805BRD0710KL, heeft dezelfde weerstand, tolerantie en TCR. Nogmaals, de RP-serie heeft een breder weerstandsbereik over het volledige bereik van TCR selecties, terwijl AT weerstanden een beperkter bereik hebben voor de onderste drie TCR-selecties.

De AT1206BRD0710KL is een weerstand van 10 kΩ, 1/4 W in een 1206-behuizing. Het RP-equivalent is de RP1206BRD0710KL, met identieke specificaties.

Op basis van de elektrische specificaties zijn deze weerstandsfamilies vergelijkbaar en passen ze in veel toepassingen. De RP-serie biedt een breder scala aan weerstandswaarden, waardoor deze beter toepasbaar is. De AT-serie biedt nauwere toleranties voor sommige weerstandswaarden en een lager TCR bereik, en beide eigenschappen zouden toegepast worden in toepassingen die een grotere precisie en nauwkeurigheid vereisen. Beide series werken in een temperatuurbereik van -55 °C tot +155 °C voor hun nominale vermogensniveaus. Merk op dat het nominale vermogen moet worden gereduceerd als de omgevingstemperatuur boven +70 °C stijgt (Afbeelding 1).

Afbeelding 1: De vermogensderatingcurve voor beide series vereist een lager vermogen bij temperaturen boven 70 °C. (Bron afbeelding: YAGEO)

Veiligheid en bescherming van het milieu

Zowel de AT- als RP-productfamilies zijn gekwalificeerd voor gebruik in de automobielindustrie en industriële omgevingen. De epoxyverbindingen die worden gebruikt bij de productie zijn halogeenvrij. Bovendien zijn ze loodvrij en voldoen ze aan de RoHS-specificaties. Deze weerstanden verminderen ook de productie van milieugevaarlijk afval door het gebruik van niet-verboden materialen.

Beide productlijnen hebben een lage gevoeligheid voor vocht en corrosieve gassen die vaak voorkomen in voertuigen en industriële omstandigheden. Eén aspect van vochtbestendigheid is het vochtgevoeligheidsniveau (MSL). Dit classificatiesysteem dat door de elektronica-industrie wordt gebruikt, geeft aan hoe lang een onderdeel kan worden blootgesteld aan een vochtigheidsgraad van 60% tot 85% relatieve vochtigheid en bij een temperatuur van minder dan +85°F voordat het te veel vocht absorbeert om met de golf te worden gesoldeerd. Tijdens golfsolderen zet ingesloten vocht snel uit, waardoor de component en mogelijk de printplaat beschadigd raken. De weerstanden uit de AT- en RP-serie hebben een classificatie MLS 1, wat een onbeperkte opslagduur in de vloer betekent. Ze zijn ook getest op vochtbestendigheid onder AEC-Q200, en beide series hebben variaties in weerstand van minder dan ±(0,1% + 0,05 Ω) door blootstelling aan vochtigheid.

Verontreiniging door blootstelling aan zwavelverbindingen wordt steeds gevoeliger voor passieve componenten zoals chipweerstanden. Olie, smeermiddelen, brandstoffen op oliebasis en rubbercomponenten of coatings stoten zwaveldampen uit. Deze zwavelverbindingen reageren met metalen, vooral zilver, en kunnen chipweerstanden beschadigen.

De test (ASTM-B-809-95, gewijzigd) voor zwavelbestendigheid houdt in dat testonderdelen worden blootgesteld aan een zwavelrijke atmosfeer die in een gesloten vat wordt gecreëerd door een afgemeten hoeveelheid zwavelpoeder toe te voegen. Het vat wordt verwarmd tot 105 °C en de onderdelen worden gedurende 750 uur blootgesteld aan deze atmosfeer. De te testen weerstanden worden gemeten om er zeker van te zijn dat hun weerstand minder verandert dan een voorgeschreven limiet. Beide series weerstanden vertonen een superieure weerstand tegen zwavel.

Verschillen tussen de AT- en RP-serie weerstanden

De weerstanden uit de AT- en RP-serie hebben verschillende ontwerpen. De AT-serie is een eerder ontwerp dat een meer traditionele benadering gebruikt voor vocht- en zwavelbestendigheid. De RP-serie is een recenter ontwerp met nieuwere constructietechnieken en materialen (Afbeelding 2).

Afbeelding 2: Een vergelijking van de constructie van de AT- en RP-serie chipweerstanden toont de verschillen in hoe de apparaten beschermd zijn tegen vocht en zwavel. (Bron afbeelding: YAGEO)

Beide series maken gebruik van een resistieve metaalfilm afgezet op een keramisch substraat zoals alle chipweerstanden. De AT-weerstanden gebruiken koper als elektrode aan de bovenkant (C1) om de corrosieve effecten van zwaveldampen te verminderen, omdat de reactie van koper met zwavel niet zo sterk is als die van zilver. De weerstandslaag en de elektrode worden afgedicht met een epoxy deklaag. De eindkappen zijn gemaakt van vertind nikkel om soldeerbaarheid te garanderen. Ze sluiten af en bieden aansluitpunten voor de zilveren elektrode aan de onderkant van de weerstand.

Gebaseerd op jarenlange ervaring met gerelateerde chipcomponenten, voegen de RP-apparaten een polymere zilverlaag (C3) toe bovenop de C1 binnenelektrode om zwavelverontreiniging te voorkomen. Hierdoor kunnen de binnenste elektroden van zilver worden gemaakt. Een dunne passiveerlaag vormt een barrière tussen de metaallaag en corrosieve elementen. Passiveren is een chemisch proces dat de weerstandslaag bedekt zodat deze minder snel corrodeert of wordt aangetast door de omgeving. Een epoxy-overlaag rondt het afdichtingsproces af.

De RP-serie is beter bestand tegen zwavel dan de AT-serie dankzij het verbeterde afdichtingsproces. De zwaveltestspecificatie voor de RP-apparaten heeft een striktere limiet van ±(2,0% + 0,05 Ω) vergeleken met de AT-limieten van ±(4,0% + 0.05 Ω). Dit betekent een kleinere verandering in weerstand door blootstelling aan zwavel.

De nieuwere weerstandsstructuur heeft ook de productie-efficiëntie verbeterd, met lagere kosten en kortere doorlooptijden.

Conclusie

Automobiel-, industriële en telecommunicatiesystemen hebben precisiecomponenten nodig die betrouwbaar presteren onder zware omstandigheden, zoals hoge vochtigheid en eroderende atmosferen. De weerstanden uit de AT- en RP-serie zijn AEC-Q200 gekwalificeerd en zeer geschikt voor deze toepassingen. De RP-serie is beter bestand tegen vocht en zwavel, heeft een lagere prijs en kortere levertijden. De AT-serie biedt selectieve weerstandswaarden met lagere toleranties van ±0,01%, ±0,02% en ±0,05%.