Scegliere i resistori a film sottile per le applicazioni automotive e industriali

Le applicazioni elettroniche, come quelle automotive, industriali e di telecomunicazione, richiedono componenti di precisione in grado di tollerare ambienti difficili, tra cui l'elevata umidità e le atmosfere erosive. I componenti passivi sono fondamentali per il successo di questi progetti avanzati e richiedono un'innovazione costante per garantire prestazioni affidabili.

Ad esempio, i resistori in chip a film metallico devono essere progettati e testati per garantire precisione, stabilità e affidabilità in ambienti difficili. Un problema importante nella progettazione di resistori in chip per il mercato automotive e industriale è la loro affidabilità a lungo termine in presenza dei composti di zolfo. Questi ambienti, in cui sono presenti oli, lubrificanti, carburanti e altri composti ricchi di zolfo, possono deteriorare i contatti e ridurre l'affidabilità dei resistori in chip.

Questo articolo illustra le sfide che i progettisti devono affrontare nella scelta dei resistori per gli ambienti industriali e automotive più difficili. Presenta quindi due famiglie di resistori a montaggio superficiale resistenti allo zolfo e all'umidità di YAGEO e mostra come utilizzarle per affrontare le sfide di queste applicazioni.

Caratteristiche dei resistori in chip

I resistori in chip sono un componente chiave dell'elettronica moderna, compresi i dispositivi automotive, industriali e di telecomunicazione. Le loro piccole dimensioni, la precisione, la stabilità e l'affidabilità si adattano perfettamente ai circuiti ad alta densità. Sono disponibili in un ampio intervallo di resistenze, tolleranze, coefficienti termici della resistenza (TCR) e potenze nominali. Due famiglie di resistore in chip di YAGEO sono le serie AT e RP. Entrambe sono classificate per applicazioni automotive con qualifica AEC-Q200; questa specifica testa i componenti elettronici passivi per temperatura, umidità, resistenza al calore di saldatura, shock termico e tolleranza alla flessione della scheda. Inoltre, verifica la bassa sensibilità all'umidità e la resistenza allo zolfo.

Specifiche elettriche importanti

Le serie AT e RP di resistori per dispositivi a montaggio superficiale (SMD) sono disponibili in quattro contenitori standard a montaggio superficiale: 0402, 0603, 0805 e 1206. Il codice numerico di ciascun contenitore indica la lunghezza e la larghezza nominale del dispositivo in pollici (Tabella 1).

Tabella 1: Le dimensioni e le potenze nominali dei quattro formati di contenitore dei resistori in chip serie RP e AT. (Tabella per gentile concessione di Art Pini)

I valori di potenza variano direttamente con il volume del contenitore, da 1/16 W a 1/4 W.

Queste dimensioni offrono diversi valori di resistenza, tolleranza resistiva, TCR e valori nominali di tensione. Le specifiche dei resistori serie AT sono riassunte nella Tabella 2.

Tabella 2: Caratteristiche elettriche dei resistori serie AT. (Tabella per gentile concessione di YAGEO)

La tabella elenca l'intervallo di valori dei resistori disponibili per ogni dimensione del contenitore, TCR e tolleranza.

Analogamente, le specifiche per la serie RP sono riassunte nella Tabella 3.

Tabella 3: Caratteristiche elettriche dei resistori serie RP. (Tabella per gentile concessione di YAGEO)

I componenti di entrambe le serie di prodotti sono selezionati in base alle dimensioni del contenitore, al TCR, alla tolleranza di resistenza e alla resistenza. L'intervallo di valori di resistenza disponibili varia in base alle altre specifiche.

I valori TCR per la serie RP sono disponibili in passi di ±50, ±25, ±15 e ±10 ppm/°C. La serie AT aggiunge un ulteriore TCR inferiore di ±5 ppm/°C.

Si noti che l'intervallo di valori di resistenza disponibili per i dispositivi della serie RP è maggiore o uguale a quella dei resistori AT per ogni passo TCR.

Entrambe le serie offrono valori di tolleranza dello 0,1%, 0,25%, 0,5% e 1%, ossia le tolleranze dei resistori più utilizzate. Tuttavia, la serie AT offre tre intervalli di tolleranza aggiuntivi: 0,05%, 0,02% e 0,01%. Queste tolleranze precise sono richieste meno frequentemente e i valori dei resistori offerti hanno un intervallo più ristretto.

Confronto tra i resistori delle serie AT e RP

AT0402FRE0710KL di YAGEO è un resistore serie AT da 10 kΩ, 1/16 W con un TCR di ±50 ppm/°C in un contenitore 0402. L'equivalente della serie RP è il modello RP0402FRE0710KL, con le stesse specifiche. La differenza tra i prodotti è che la serie RP offre valori di resistenza da 10 Ω a 240 kΩ in questo intervallo di TCR, rispetto all'intervallo della serie AT da 10 Ω a 100 kΩ. La serie RP offre questo intervallo di resistenza per tutti i valori di TCR, mentre la serie AT riduce l'intervallo per valori di TCR di ±10 ppm/°C e ±5 ppm/°C.

AT0603DRE0710KL è un resistore della serie AT da 10 kΩ, 1/10 W, in un contenitore 0603. Ha un TCR di ±50 ppm/°C RP0603DRD0710KL è un resistore della serie RP 0603 con le stesse specifiche nominali, eccetto il TCR, di ±25 ppm/°C. L'intervallo di resistenze disponibili nella serie RP va da 10 Ω a 910 kΩ. I resistori AT hanno valori che vanno da 10 Ω a 330 kΩ per le due specifiche TCR più elevate e un intervallo molto più restrittivo per le selezioni TCR inferiori.

In un contenitore 0805, la serie AT AT0805BRD0710KL è un resistore da 10 kΩ, 1/8 W, con un TCR di ±25 ppm/°C. Il modello RP equivalente, RP0805BRD0710KL, ha gli stessi valori di resistenza, tolleranza e TCR. Anche in questo caso, la serie RP presenta un intervallo di resistenza più ampio per l'intero intervallo di selezioni TCR, mentre i resistori AT hanno un intervallo più limitata per le tre selezioni TCR inferiori.

AT1206BRD0710KL è un resistore da 10 kΩ, 1/4 W in un contenitore 1206. L'equivalente RP è il modello RP1206BRD0710KL, con specifiche identiche.

In base alle specifiche elettriche, queste famiglie di resistori sono simili e si adattano a molte applicazioni. La serie RP offre un intervallo più ampio di valori di resistenza, rendendola più applicabile. La serie AT offre tolleranze più strette per alcuni valori di resistenza e un intervallo TCR più basso; entrambe queste caratteristiche si applicano alle applicazioni che richiedono maggiore precisione e accuratezza. Entrambe le serie funzionano in un intervallo di temperatura compreso tra -55 °C e +155 °C per i rispettivi livelli di potenza nominale. Si noti che la potenza nominale deve essere ridotta se la temperatura ambiente supera i +70 °C (Figura 1).

Figura 1: La curva di declassamento della potenza per entrambe le serie richiede una riduzione della potenza a temperature superiori a 70 °C. (Immagine per gentile concessione di YAGEO)

Sicurezza e protezione ambientale

Entrambe le famiglie di prodotti AT e RP sono qualificate per l'uso in ambienti automotive e industriali. I composti epossidici utilizzati per la loro produzione non contengono alogeni. Inoltre, sono senza piombo e soddisfano le specifiche RoHS. Questi resistori riducono inoltre la produzione di rifiuti pericolosi per l'ambiente grazie all'utilizzo di materiali non proibiti.

Entrambe le linee di resistori hanno una bassa sensibilità all'umidità e ai gas corrosivi, comuni nelle condizioni d'uso dei veicoli e industriali. Un aspetto della resistenza all'umidità è il livello di sensibilità all'umidità (MSL). Questo sistema di classificazione utilizzato dal settore dell'elettronica identifica per quanto tempo un componente può essere esposto a un livello di umidità compreso tra il 60% e l'85% di umidità relativa e a una temperatura inferiore a +85 °F prima che assorba troppa umidità per essere saldato a onda. Durante la saldatura a onda, l'umidità intrappolata si espande rapidamente, danneggiando il componente ed eventualmente il circuito stampato. I resistori serie AT e RP sono classificati MLS 1, il che indica una durata di conservazione illimitata. Sono anche testati per la resistenza all'umidità ai sensi della norma AEC-Q200 ed entrambe le serie presentano variazioni di resistenza inferiori a ±(0,1% + 0,05 Ω) dovute all'esposizione all'umidità.

La contaminazione dovuta all'esposizione ai composti di zolfo è un'area sempre più sensibile per i componenti passivi come i resistori in chip. Olio, lubrificanti, carburanti a base di olio e componenti o rivestimenti in gomma emettono fumi a base di zolfo. Questi composti di zolfo reagiscono con i metalli, in particolare con l'argento, e possono danneggiare i resistori in chip.

Il test (ASTM-B-809-95, modificato) per la resistenza allo zolfo prevede l'esposizione dei componenti di prova a un'atmosfera ricca di zolfo creata in un recipiente chiuso cui viene aggiunta una quantità misurata di zolfo in polvere. Il recipiente viene riscaldato a +105 °C e i componenti vengono esposti a questa atmosfera per 750 ore. I resistori in prova vengono misurati per verificare che la loro resistenza cambi meno di un limite prescritto. Entrambe le serie di resistori presentano una resistenza superiore allo zolfo.

Differenze tra i resistori serie AT e RP

I resistori serie AT e RP hanno un design diverso. La serie AT è un progetto precedente che utilizza un approccio più tradizionale alla resistenza all'umidità e allo zolfo. La serie RP è un progetto più recente che incorpora nuove tecniche di costruzione e nuovi materiali (Figura 2).

Figura 2: Il confronto tra la costruzione dei resistori in chip serie AT e RP mostra le differenze nel modo in cui i dispositivi sono protetti dall'umidità e dallo zolfo. (Immagine per gentile concessione di YAGEO)

Entrambe le serie utilizzano un film metallico resistivo depositato su un substrato ceramico, come tutti i resistori in chip. I resistori AT utilizzano il rame come elettrodo superiore (C1) per ridurre gli effetti corrosivi dei vapori di zolfo, poiché la reazione del rame con lo zolfo non è così forte come quella dell'argento. Lo strato resistivo e l'elettrodo sono sigillati con un rivestimento epossidico. I cappucci terminali sono realizzati in nichel rivestito di stagno per garantire la saldabilità. Sigillano e forniscono punti di connessione all'elettrodo d'argento sul fondo del resistore.

Sulla base di anni di esperienza con i componenti dei chip, i dispositivi RP aggiungono uno strato di argento polimerico (C3) sopra l'elettrodo interno C1 per prevenire la contaminazione da zolfo. In questo modo gli elettrodi interni possono essere realizzati in argento. Un sottile strato di passivazione costituisce una barriera tra il film metallico e gli elementi corrosivi. La passivazione è un processo chimico che ricopre lo strato resistivo per diminuire la probabilità che si corroda o sia influenzato dall'ambiente circostante. Un rivestimento epossidico completa il processo di sigillatura.

La serie RP presenta una migliore resistenza allo zolfo rispetto alla serie AT, grazie al miglioramento del processo di sigillatura. La specifica del test dello zolfo per i dispositivi RP ha un limite più severo di ±(2,0%) + 0,05 Ω) rispetto ai limiti della serie AT di ±(4,0% + 0,05 Ω). Ciò significa una minore variazione della resistenza dovuta all'esposizione allo zolfo.

La nuova struttura del resistore ha anche migliorato l'efficienza produttiva, con costi inferiori e tempi di consegna più brevi.

Conclusione

I sistemi automotive, industriali e di telecomunicazione richiedono componenti di precisione in grado di funzionare in modo affidabile in ambienti difficili, in presenza di umidità elevata e atmosfere erosive. I resistori serie AT e RP sono qualificati AEC-Q200 e sono adatti a queste applicazioni. La serie RP offre una migliore tolleranza all'umidità e allo zolfo, prezzi più bassi e tempi di consegna più brevi. La serie AT offre valori di resistenza selettivi con tolleranze inferiori di ±0,01%, ±0,02% e ±0,05%.