Elección de resistencias de capa fina para aplicaciones industriales y de automoción

Las aplicaciones electrónicas como la automoción, la industria y las telecomunicaciones requieren componentes de precisión que toleren entornos adversos, como alta humedad y atmósferas erosivas. Los componentes pasivos son fundamentales para el éxito de estos diseños avanzados y requieren una innovación constante para garantizar un rendimiento fiable.

Por ejemplo, las resistencias de chip de película metálica deben diseñarse y probarse para garantizar su precisión, estabilidad y fiabilidad en entornos difíciles. Un problema importante que afecta al diseño de resistencias de chip para los mercados de automoción e industrial es su fiabilidad a largo plazo en presencia de compuestos de azufre. Estos entornos, en los que existen aceites, lubricantes, combustibles y otros compuestos ricos en azufre, pueden degradar los contactos y reducir la fiabilidad de las resistencias de chip.

Este artículo analiza los desafíos a los que se enfrentan los diseñadores a la hora de elegir resistencias para entornos industriales y de automoción difíciles. A continuación, presenta dos familias de resistencias de montaje superficial resistentes al azufre y a la humedad de YAGEO y muestra cómo pueden utilizarse para afrontar los retos de estas aplicaciones.

Características de la resistencia de chip

Las resistencias de chip son un componente clave de la electrónica moderna, incluidos los dispositivos de automoción, industriales y de telecomunicaciones. Su pequeño tamaño, precisión, estabilidad y fiabilidad encajan perfectamente en los circuitos de alta densidad. Existen en una amplia gama de resistencias, tolerancias, coeficientes de temperatura de resistencia (TCR) y potencias nominales. Dos familias de resistencias de chip YAGEO son las series AT y RP. Ambas series están clasificadas para aplicaciones de automoción con la calificación AEC-Q200; esta especificación prueba los componentes electrónicos pasivos en cuanto a temperatura, humedad, resistencia al calor de soldadura, choque térmico y tolerancia a la flexión de la placa. También, comprueba la baja sensibilidad a la humedad y la resistencia al azufre.

Comparación de especificaciones eléctricas

Las series AT y RP de resistencias para dispositivos de montaje superficial (SMD) están disponibles en cuatro paquetes de montaje superficial estándar: 0402, 0603, 0805 y 1206. El código numérico de cada paquete contiene la longitud y el ancho nominal del dispositivo en pulgadas (Tabla 1).

Tabla 1: Se muestran las dimensiones y potencias nominales de los cuatro tamaños de paquete de los componentes de las series de resistencias de chip RP y AT. (Fuente de la tabla: Art Pini)

Las potencias varían directamente con el volumen del paquete, oscilando entre 1/16 W y 1/4 W.

Estos tamaños de paquete ofrecen distintos valores de resistencia, tolerancia resistiva, TCR y tensión nominal. Las especificaciones de las resistencias de la serie AT se resumen en la Tabla 2.

Tabla 2: Características eléctricas de las resistencias de la serie AT. (Fuente de la tabla: YAGEO)

La tabla muestra el rango disponible de valores de resistencia para cada tamaño de paquete, TCR y tolerancia.

Del mismo modo, las especificaciones de la serie RP se resumen en el cuadro 3.

Tabla 3: Características eléctricas de las resistencias de la serie RP. (Fuente de la tabla: YAGEO)

Los componentes de cualquiera de las dos series de productos se seleccionan en función del tamaño del envase, el TCR, la tolerancia de resistencia y la resistencia. La gama de valores de resistencia disponibles varía con cada una de las demás especificaciones.

Los valores TCR de la serie RP están disponibles en pasos de ±50, ±25, ±15 y ±10 partes por millón por grado centígrado (ppm/°C). La serie AT añade un TCR inferior adicional de ±5 ppm/°C.

Tenga en cuenta que la gama de valores de resistencia disponibles para los dispositivos de la serie RP es mayor o igual que la de las resistencias AT para cada paso de TCR.

Ambas series ofrecen valores de tolerancia del 0.1%, 0.25%, 0.5% y 1%, que son las tolerancias de resistencia más utilizadas. Sin embargo, la serie AT ofrece tres rangos de tolerancia adicionales: 0.05%, 0.02% y 0.01%. Estas tolerancias precisas son menos frecuentes y los valores de resistencia ofrecidos tienen un rango más restringido.

Comparación de las resistencias en serie AT y RP

La AT0402FRE0710KL de YAGEO es una resistencia en serie AT de 10 kiloohmios (kΩ) y 1/16 W con un TCR de ±50 ppm/°C en un paquete 0402. El equivalente de la serie RP es el RP0402FRE0710KL, que tiene las mismas especificaciones. La diferencia en los productos es que la serie RP ofrece valores de resistencia de 10 Ω a 240 kΩ en este rango TCR en comparación con el rango de la serie AT de 10 Ω a 100 kΩ. La serie RP proporciona este rango de resistencia en todos los valores de TCR, mientras que la serie AT reduce el rango para valores de TCR de ±10 ppm/°C y ±5 ppm/°C.

La AT0603DRE0710KL es una resistencia serie AT de 10 kΩ y 1/10 W en un paquete 0603. Su TCR es de ±50 ppm/°C. La RP0603DRD0710KL es una resistencia de la serie RP 0603 con las mismas especificaciones nominales excepto el TCR, que es de ±25 ppm/°C. El rango de resistencias disponibles en la serie RP es de 10 Ω a 910 kΩ. Las resistencias AT tienen valores que van de 10 Ω a 330 kΩ para las dos especificaciones de TCR más altas y un rango mucho más restrictivo para las selecciones de TCR más bajas.

En un paquete 0805, la serie AT0805BRD0710KL es una resistencia de 10 kΩ, 1/8 W con un TCR de ±25 ppm/°C. La entrada RP equivalente, la RP0805BRD0710KL, tiene la misma resistencia, tolerancia y TCR. De nuevo, la serie RP tiene un rango de resistencia más amplio en toda la gama de selecciones TCR, mientras que las resistencias AT tienen un rango más restringido para las tres selecciones TCR inferiores.

La AT1206BRD0710KL es una resistencia de 10 kΩ, 1/4 W en un paquete 1206. Su equivalente en RP es el RP1206BRD0710KL, con idénticas especificaciones.

Según las especificaciones eléctricas, estas familias de resistencias son similares y encajarían en muchas aplicaciones. La serie RP ofrece una gama más amplia de valores de resistencia, lo que la hace más aplicable. La serie AT ofrece tolerancias más estrechas para algunos valores de resistencia y un rango TCR más bajo, y ambas características se aplicarían en aplicaciones que requieren mayor precisión y exactitud. Ambas series funcionan en un rango de temperaturas de -55 °C a +155 °C para sus niveles de potencia nominal. Tenga en cuenta que la potencia nominal debe reducirse si la temperatura ambiente supera los +70 °C (figura 1).

Figura 1: La curva de reducción de potencia de ambas series requiere una potencia reducida a temperaturas superiores a 70 °C. (Fuente de la imagen: YAGEO)

Seguridad y protección del medio ambiente

Tanto la familia de productos AT como la RP están cualificadas para su uso en entornos industriales y de automoción. Los compuestos epoxídicos utilizados en su fabricación no contienen halógenos. Además, no contienen plomo y cumplen las especificaciones RoHS. Estas resistencias también reducen la producción de residuos peligrosos para el medio ambiente al utilizar materiales no prohibidos.

Ambas líneas de resistencias son poco sensibles a la humedad y a los gases corrosivos habituales en vehículos y en la industria. Un aspecto de la resistencia a la humedad es el nivel de sensibilidad a la humedad (MSL). Este sistema de clasificación utilizado por la industria electrónica identifica cuánto tiempo puede estar expuesto un componente a un nivel de humedad del 60% al 85% de humedad relativa, y a una temperatura inferior a +85 °F antes de que absorba demasiada humedad para ser soldado por ola. Durante la soldadura por ola, la humedad atrapada se expande rápidamente, dañando el componente y posiblemente la placa de circuito. Las resistencias de las series AT y RP están clasificadas como MLS 1, lo que indica una vida útil ilimitada en el suelo. También se someten a pruebas de resistencia a la humedad según la norma AEC-Q200, y ambas series presentan variaciones en la resistencia inferiores a ±(0.1% + 0.05 Ω) debido a la exposición a la humedad.

La contaminación debida a la exposición a compuestos de azufre es un área cada vez más sensible para los componentes pasivos como las resistencias de chip. El aceite, los lubricantes, los combustibles derivados del petróleo y los componentes o revestimientos de caucho emiten humos a base de azufre. Estos compuestos de azufre reaccionan con los metales, especialmente la plata, y pueden dañar las resistencias de los chips.

La prueba (ASTM-B-809-95, modificada) de resistencia al azufre consiste en exponer los componentes de la prueba a una atmósfera rica en azufre creada en un recipiente cerrado mediante la adición de una cantidad medida de azufre en polvo. El recipiente se calienta a +105 °C y los componentes se exponen a esta atmósfera durante 750 horas. Las resistencias sometidas a prueba se miden para garantizar que su resistencia cambia menos de un límite prescrito. Ambas series de resistencias presentan una resistencia superior al azufre.

Diferencias entre las resistencias de las series AT y RP

Las resistencias de las series AT y RP tienen diseños diferentes. La serie AT es un diseño anterior que utiliza un enfoque más tradicional para la resistencia a la humedad y al azufre. La serie RP es un diseño más reciente que incorpora técnicas de construcción y materiales más novedosos (figura 2).

Figura 2: Una comparación de la construcción de las resistencias de chip de las series AT y RP muestra las diferencias en la protección de los dispositivos frente a la humedad y el azufre. (Fuente de la imagen: YAGEO)

Ambas series utilizan una película metálica resistiva depositada sobre un sustrato cerámico, como todas las resistencias de chip. Las resistencias AT utilizan cobre como electrodo de la cara superior (C1) para reducir los efectos corrosivos de los vapores de azufre, ya que la reacción del cobre con el azufre no es tan fuerte como la de la plata. La capa resistiva y el electrodo se sellan con una capa de epoxi. Las tapas de los extremos son de níquel recubierto de estaño para garantizar la soldabilidad. Sellan y proporcionan puntos de conexión al electrodo de plata de la parte inferior de la resistencia.

Basándose en años de experiencia con componentes de chip relacionados, los dispositivos RP agregan una capa de polímero de plata (C3) sobre el electrodo interior C1 para evitar la contaminación por azufre. Esto permite que los electrodos interiores sean de plata. Una fina capa de pasivación constituye una barrera entre la película metálica y los elementos corrosivos. La pasivación es un proceso químico que recubre la capa resistiva para que sea menos probable que se corroa o se vea afectada por su entorno. Una capa de epoxi completa el proceso de sellado.

La serie RP tiene mejor resistencia al azufre que la serie AT debido a su proceso de sellado mejorado. La especificación de la prueba de azufre para los dispositivos RP tiene un límite más estricto de ±(2.0%). + 0.05 Ω) en comparación con los límites AT de ±(4.0%. + 0.05 Ω). Esto significa un menor cambio en la resistencia debido a la exposición al azufre.

La nueva estructura de las resistencias también ha mejorado la eficiencia de la producción, con menores costes y plazos de entrega más cortos.

Conclusión

Los sistemas de automoción, industriales y de telecomunicaciones requieren componentes de precisión que puedan funcionar con fiabilidad en entornos adversos, incluidas atmósferas de alta humedad y erosivas. Las resistencias de las series AT y RP cuentan con la certificación AEC-Q200 y son idóneas para estas aplicaciones. La serie RP ha mejorado la tolerancia a la humedad y al azufre, tiene precios más bajos y plazos de entrega más cortos. La serie AT ofrece valores de resistencia selectivos con tolerancias inferiores de ±0.01%, ±0.02% y ±0.05%.