لقد كانت المقاومات الخزفية ذات الأغشية السميكة منذ فترة طويلة الدعامة الأساسية في التطبيقات الإلكترونية، ولكنها تعتمد على ركائز هشة عرضة للتشقق أو التصفيح. وفي ضوء ذلك، توفر شركة Bourns, Inc. بديلاً قائمًا على الفولاذ للتطبيقات التي تتطلب طاقة عالية وكفاءة حرارية ومتانة ميكانيكية.
يمكن الاعتماد على المقاومات الخزفية ذات الأغشية السميكة قبل حدوث التشقق أو التصفيح، لكن خطر التشقق أو التصفيح يزداد بشكل كبير مع تقلص المعدات وزيادة كثافة الطاقة. يمكن أن يؤدي انحناء لوحات الدوائر أو اهتزازها أو تدويرها الحراري إلى الإضرار بأدائها وموثوقيتها، مما يؤدي إلى حدوث أعطال محتملة في الموقع.
تعتبر المقاومات الخزفية التقليدية ذات الأغشية السميكة منخفضة التكلفة ومتاحة على نطاق واسع، ولكن ركائزها هشة وذات موثوقية منخفضة في البيئات القاسية. يوفر الفولاذ المقاوم للصدأ ركيزة صلبة ولكن متوافقة قليلاً يمكنها امتصاص الضغوط الميكانيكية الناتجة عن الانحناء والاهتزاز والتعامل مع لوحات الدوائر أثناء التجميع، مما يقلل من خطر التشقق أو التصفيح.
توفر المقاومات ذات الأغشية السميكة (TFOS) المصنوعة من الفولاذ بديلاً قويًا ميكانيكيًا وفعالًا حراريًا للتصميمات عالية الضغط، حيث يمكن أن تتسبب الكميات الصغيرة من ثني لوحة الدائرة أو الاهتزاز أو التدوير الحراري في انخفاض أداء المقاوم الخزفي.
أطلقت بورنز أول مقاوم TFOS TFOS30-150T في منتصف عام 2025 (الشكل 1). تتميز المكونات المنتجة باستخدام TFOS بموصلية حرارية ممتازة، وكثافة طاقة عالية، ومتانة ميكانيكية قوية، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الصعبة. العديد من دوائر الطاقة أو دوائر الطاقة العالية لديها قيود على قدرة المكونات على امتصاص، وتبديد، وتحمل نبضات الطاقة، من أجل منع التشقق، أو الانجراف، أو الفشل المبكر.
الشكل 1: يستخدم TFOS30-150T من شركة Bourns ركيزة من الفولاذ المقاوم للصدأ، وهي أكثر موثوقية من المقاومات الخزفية السميكة. (مصدر الصورة: شركة بورنز)
تتميز الركائز الفولاذية بأداء ممتاز في تبديد الحرارة، مما يمكنه تحسين تبديد الطاقة وتحقيق كثافة طاقة أعلى في العبوات الأصغر. قم بتطبيق طبقة عازلة عالية السلامة على الركيزة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ المنظف لمنع مرور الطاقة الكهربائية عبر الفولاذ.
ومن خلال نقل معالجة الطاقة والمتانة إلى المقاومات، يمكن للمصممين تقليل استخدام المشتتات الحرارية، وتقليل عدد الأجزاء، وتحسين الموثوقية في الموقع. باختصار، وفقًا لبورنس، يمكن للمصممين تحقيق أداء أعلى في مساحة أصغر دون الحاجة إلى أجهزة تبريد إضافية.
في عملية تصنيع مكونات TFOS، يتم رسم موصلات الغشاء السميك وأنماط المقاومة على الطبقة العازلة باستخدام تقنية طباعة الشاشة. بعد كل تمريرة، يجب أن يتم حرق المادة وتصلبها في فرن عالي الحرارة لضمان الالتصاق ومسار موصل ومقاوم قوي. أخيرًا، قم بتغطية الموصل والمقاوم بطبقة زجاجية واقية لتوفير الحماية الميكانيكية والمقاومة البيئية والعزل الكهربائي عن الطبقة الأساسية.
اعتبارات التصميم المتقدمة
تتمتع مقاومات TFOS بقدرات عالية على معالجة الطاقة والنبض، كما أنها مدمجة وصغيرة الحجم، ويمكنها الحفاظ على مزايا الأداء في ظل الظروف القاسية. يتيح ذلك للمهندسين تلبية متطلبات الموثوقية الصارمة والإدارة الحرارية دون التأثير على الأبعاد الخارجية.
يتوافق TFOS30-1-150T مع معايير AEC-Q200 وهو مناسب لتطبيقات فئة السيارات مثل أنظمة تخزين طاقة البطارية، ومحركات المحركات، والعاكسات، ولوحات استشعار مركبات خلايا الوقود، وغيرها من التطبيقات التي تتطلب طاقة عالية، وإدارة حرارية، ومتانة ميكانيكية.
أكد بورنز في مذكرة تطبيقية [1] حول استخدام هذا المكون في لوحات مستشعرات مكدس خلايا الوقود أن TFOS مناسب للغاية لمثل هذه التطبيقات نظرًا لقدرته على التعامل مع كثافات الطاقة العالية. يمكن أن يتكيف مع دوائر الشحن والتفريغ المسبقة لمركبات خلايا الوقود، مما يضمن إدارة الطاقة بكفاءة حتى في ظل التشغيل المتغير التردد. يضمن الحث المنخفض والتسامح الصارم قياسًا دقيقًا للجهد والتيار ودرجة الحرارة داخل مجموعة خلايا الوقود.
يبلغ طول TFOS30-1-150T 4.000 بوصة × 2.756 بوصة عرضًا (101.60 مم × 70.00 مم) ويوفر خيارات إنهاء قابلة للتخصيص بما في ذلك وسادات اللحام، وموصلات الدفع، وسلاسل التعليق، وكابلات الإنهاء. يدعي بورنز أن هذه الركيزة الفولاذية المسطحة والمتينة يمكن تصنيعها بأشكال وأحجام مختلفة، بحجم أقصى يبلغ 406 مم × 406 مم، ويمكن تكييفها مع تصميمات مخصصة مختلفة أو تثبيتها مباشرة على أسطح تبديد الحرارة. يمكن للمصممين أيضًا تحديد قيم أوم أخرى، وتفاوتات المقاومة، ودمج مقاومات متعددة.
تبلغ مقاومتها 150 أوم، مع تفاوت قدره ± 10%، وقد تم تحسين الدقة. عند تركيبه على الرادياتير، تبلغ قوته المقدرة 260 وات، بينما عند استخدام مروحة لتبريد الرادياتير، يمكن أن تصل الطاقة المقدرة إلى 900 وات، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قدرًا كبيرًا من تبديد الحرارة. يتمتع TFOS30-1-150T بنطاق درجة حرارة تشغيل ممتد يتراوح من -55 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية. ووفقًا لبورنز، يمكن لـ TFOS تحمل درجات حرارة عالية للغاية للمكونات تصل إلى 350 درجة مئوية.