Choisir des résistances à couche mince pour les applications automobiles et industrielles

Les applications électroniques, telles que l'automobile, l'industrie et les télécommunications, requièrent des composants de précision capables de tolérer des environnements difficiles, notamment une humidité élevée et des atmosphères érosives. Les composants passifs sont essentiels au succès de ces conceptions avancées et nécessitent une innovation constante pour garantir des performances fiables.

Par exemple, les résistances pavés à couche métallique doivent être conçues et testées pour garantir la précision, la stabilité et la fiabilité en environnements difficiles. L'un des problèmes majeurs affectant la conception des résistances pavés pour les marchés automobile et industriel est leur fiabilité à long terme en présence de composés sulfurés. Ces environnements, dans lesquels sont présents des huiles, des lubrifiants, des carburants et d'autres composés riches en soufre, peuvent détériorer les contacts et réduire la fiabilité des résistances pavés.

Cet article décrit les défis auxquels sont confrontés les concepteurs lorsqu'ils sélectionnent des résistances pour les environnements automobiles et industriels difficiles. Il présente ensuite deux gammes de résistances à montage en surface anti-soufre et anti-humidité de YAGEO et montre comment les utiliser pour relever les défis de ces applications.

Caractéristiques des résistances pavés

Les résistances pavés sont des composants clés dans l'électronique moderne, notamment pour les dispositifs automobiles, industriels et de télécommunications. Leur petit format, leur précision, leur stabilité et leur fiabilité conviennent parfaitement aux circuits à haute densité. Elles sont disponibles dans un large éventail de résistances, de tolérances, de coefficients de température de résistance (TCR) et de puissances nominales. Les deux gammes de résistances pavés de YAGEO sont les séries AT et RP. Les deux séries sont répertoriées pour les applications automobiles avec la qualification AEC-Q200 ; cette spécification teste les composants électroniques passifs en termes de température, d'humidité, de résistance à la chaleur de soudure, de choc thermique et de tolérance à la flexion de carte. Elle teste également la faible sensibilité à l'humidité et la résistance au soufre.

Comparaison des spécifications électriques

Les résistances à montage en surface (CMS) séries AT et RP sont disponibles dans quatre boîtiers à montage en surface standard : 0402, 0603, 0805 et 1206. Le code numérique pour chaque boîtier contient la longueur et la largeur nominales du dispositif en pouces (Tableau 1).

Tableau 1 : Dimensions et puissances nominales pour les quatre formats de boîtier des composants des séries de résistances pavés RP et AT. (Source du tableau : Art Pini)

Les puissances nominales varient directement en fonction du volume du boîtier, de 1/16 W à 1/4 W.

Ces formats de boîtier offrent différentes valeurs de résistance, de tolérance de résistance, de TCR et de tensions nominales. Les spécifications des résistances série AT sont résumées dans le Tableau 2.

Tableau 2 : Caractéristiques électriques des résistances série AT. (Source du tableau : YAGEO)

Le tableau répertorie la plage disponible de valeurs de résistance pour chaque format de boîtier, TCR et tolérance.

Les spécifications pour la série RP sont résumées dans le Tableau 3.

Tableau 3 : Caractéristiques électriques des résistances série RP. (Source du tableau : YAGEO)

Les composants des deux séries de produits sont sélectionnés en fonction du format de boîtier, du TCR, de la tolérance de résistance et de la résistance. La plage de valeurs de résistance disponibles varie en fonction de chacune des autres spécifications.

Les valeurs TCR pour la série RP sont disponibles en incréments de ±50, ±25, ±15 et ±10 ppm/°C. La série AT ajoute un TCR inférieur supplémentaire de ±5 ppm/°C.

Notez que la plage de valeurs de résistance disponibles pour les dispositifs de la série RP est supérieure ou égale à celle des résistances AT pour chaque incrément TCR.

Les deux séries offrent des valeurs de tolérance de 0,1 %, 0,25 %, 0,5 % et 1 %, qui sont les tolérances de résistance les plus utilisées. Cependant, la série AT offre trois plages de tolérance supplémentaires : 0,05 %, 0,02 % et 0,01 %. Ces tolérances précises sont moins fréquemment demandées et les valeurs de résistance proposées ont une plage plus restreinte.

Comparaison des résistances des séries AT et RP

L'AT0402FRE0710KL de YAGEO est une résistance série AT de 10 kΩ, 1/16 W avec un TCR de ±50 ppm/°C dans un boîtier 0402. L'équivalent de la série RP est le RP0402FRE0710KL, qui a les mêmes spécifications. La différence entre les produits est que la série RP offre des valeurs de résistance de 10 Ω à 240 kΩ dans cette plage TCR, contre une plage de 10 Ω à 100 kΩ pour la série AT. La série RP offre cette plage de résistance sur toutes les valeurs TCR, tandis que la série AT réduit la plage pour les valeurs TCR de ±10 ppm/°C et ±5 ppm/°C.

L'AT0603DRE0710KL est une résistance série AT de 10 kΩ, 1/10 W dans un boîtier 0603. Son TCR est de ±50 ppm/°C. Le RP0603DRD0710KL est une résistance série RP 0603 avec les mêmes spécifications nominales à l'exception du TCR, qui est de ±25 ppm/°C. La plage de résistances disponibles dans la série RP s'étend de 10 Ω à 910 kΩ. Les résistances série AT ont des valeurs de 10 Ω à 330 kΩ pour les deux spécifications TCR les plus élevées et une plage beaucoup plus restrictive pour les sélections TCR inférieures.

Dans un boîtier 0805, l'AT0805BRD0710KL série AT est une résistance de 10 kΩ, 1/8 W avec un TCR de ±25 ppm/°C. Le modèle RP équivalent, RP0805BRD0710KL, présente les mêmes valeurs de résistance, de tolérance et de TCR. Là encore, la série RP a une plage de résistance plus large sur toute la plage de sélections TCR, tandis que les résistances série AT ont une plage plus restreinte pour les trois sélections TCR inférieures.

L'AT1206BRD0710KL est une résistance de 10 kΩ, 1/4 W en boîtier 1206. Son équivalent RP est le RP1206BRD0710KL, avec des spécifications identiques.

Sur la base des spécifications électriques, ces gammes de résistances sont similaires et peuvent convenir à de nombreuses applications. La série RP offre une plage plus large de valeurs de résistance, la rendant plus applicable. La série AT offre des tolérances plus étroites pour certaines valeurs de résistance et une plage TCR inférieure, et ces deux caractéristiques peuvent être appliquées dans les applications exigeant plus de précision et d'exactitude. Les deux séries fonctionnent sur une plage de températures de -55°C à +155°C pour leurs niveaux de puissance nominale respectifs. Notez que la puissance nominale doit être réduite si la température ambiante dépasse +70°C (Figure 1).

Figure 1 : La courbe de détarage de puissance pour les deux séries requiert une réduction de la puissance à des températures au-dessus de 70°C. (Source de l'image : YAGEO)

Sécurité et protection environnementales

Les gammes de produits AT et RP sont toutes les deux qualifiées pour une utilisation dans les environnements automobiles et industriels. Les composés époxy utilisés dans leur fabrication sont sans halogène. De plus, ils sont sans plomb et répondent aux spécifications RoHS. Ces résistances réduisent également la production de déchets dangereux pour l'environnement grâce à l'utilisation de matériaux non interdits.

Les deux gammes de produits de résistances présentent une faible sensibilité à l'humidité et aux gaz corrosifs fréquents dans les conditions automobiles et industrielles. L'un des aspects de la résistance à l'humidité est le niveau de sensibilité à l'humidité (MSL). Ce système de classification utilisé par l'industrie électronique identifie la durée pendant laquelle un composant peut être exposé à un taux d'humidité compris entre 60 % et 85 % d'humidité relative et à une température inférieure à +29,5°C (+85°F) avant d'absorber trop d'humidité pour pouvoir être soudé à la vague. Lors du soudage à la vague, l'humidité emprisonnée se répand rapidement, endommageant le composant et éventuellement le circuit imprimé. Les résistances séries AT et RP sont répertoriées MSL 1, ce qui indique une durée de stockage illimitée. Elles sont également testées pour la résistance à l'humidité selon AEC-Q200, et les deux séries présentent des variations de résistance inférieures à ±(0,1 % + 0,05 Ω) en raison de l'exposition à l'humidité.

La contamination due à l'exposition aux composés sulfurés est un domaine de plus en plus sensible pour les composants passifs tels que les résistances pavés. Les huiles, les lubrifiants, les carburants à base d'huile et les composants ou revêtements en caoutchouc émettent des fumées à base de soufre. Ces composés sulfurés réagissent avec les métaux, en particulier l'argent, et peuvent endommager les résistances pavés.

Le test (ASTM-B-809-95, modifié) de résistance au soufre consiste à exposer les composants testés à une atmosphère riche en soufre créée dans un récipient fermé auquel on ajoute une quantité mesurée de soufre en poudre. Le récipient est chauffé à +105°C et les composants sont exposés à cette atmosphère pendant 750 heures. Les résistances testées sont mesurées pour garantir que la variation de leur valeur de résistance est inférieure à une limite prescrite. Les deux séries de résistances présentent une résistance supérieure au soufre.

Différences entre les résistances des séries AT et RP

Les résistances des séries AT et RP présentent des conceptions différentes. La série AT est une conception plus ancienne qui utilise une approche plus traditionnelle de la résistance à l'humidité et au soufre. La série RP est une conception plus récente qui intègre de nouveaux matériaux et techniques de construction (Figure 2).

Figure 2 : Comparaison de la construction des résistances pavés séries AT et RP montrant les différences dans la manière dont les dispositifs sont protégés contre l'humidité et le soufre. (Source de l'image : YAGEO)

Les deux séries utilisent une couche métallique résistive déposée sur un substrat en céramique comme toutes les résistances pavés. Les résistances AT utilisent du cuivre comme électrode supérieure (C1) pour réduire les effets corrosifs des vapeurs de soufre, car la réaction du cuivre avec le soufre n'est pas aussi forte que celle de l'argent. La couche résistive et l'électrode sont scellées à l'aide d'un revêtement époxy. Les embouts sont en nickel étamé pour garantir la soudabilité. Ils scellent et fournissent des points de connexion à l'électrode en argent au bas de la résistance.

Sur la base d'années d'expérience avec les composants de puces, les dispositifs RP ajoutent une couche polymère argent (C3) sur l'électrode interne C1 pour éviter la contamination par le soufre. Cela permet aux électrodes internes d'être en argent. Une fine couche de passivation constitue une barrière entre la couche métallique et les éléments corrosifs. La passivation est un procédé chimique qui recouvre la couche résistive afin de réduire le risque de corrosion ou d'impact de l'environnement. Un revêtement époxy complète le processus d'étanchéité.

La série RP présente une meilleure résistance au soufre que la série AT grâce à son processus d'étanchéité amélioré. La spécification du test de soufre pour les dispositifs RP a une limite plus stricte de ±(2,0 % + 0,05 Ω) par rapport aux limites AT de ±(4,0 % + 0,05 Ω). Cela signifie une variation plus faible de la résistance due à l'exposition au soufre.

La nouvelle structure de résistance a également amélioré le rendement de production, avec des coûts inférieurs et des délais d'approvisionnement plus courts.

Conclusion

Les systèmes automobiles, industriels et de télécommunications requièrent des composants de précision capables de fonctionner de manière fiable dans les environnements difficiles, y compris les atmosphères à humidité élevée et érosives. Les résistances séries AT et RP sont qualifiées AEC-Q200 et conviennent bien à ces applications. La série RP présente une meilleure tolérance à l'humidité et au soufre, ainsi que des prix plus bas et des délais d'approvisionnement plus courts. La série AT offre des valeurs de résistance sélectives avec des tolérances inférieures de ±0,01 %, ±0,02 % et ±0,05 %.