세라믹을 능가하는 강철 소재 저항기

오랜 동안 전자 응용 제품에서 필수 요소가 되어 온 세라믹 후막 저항기의 경우, 기판이 균열이나 박리에 취약하다는 문제가 있습니다. 이에 Bourns, Inc.에서 높은 전력, 열 효율 및 기계적 견고성이 요구되는 응용 제품을 위한 강철 소재 저항기를 선보였습니다.

세라믹 후막 저항기는 안정적인 편이나, 특히 기기가 수축되고 출력 밀도가 높아질 때 균열이나 박리 문제가 발생하게 됩니다. 기판의 휨, 진동 또는 열 순환이 발생하는 경우, 성능이 저하되고 신뢰성이 약화되어 현장에서 잠재적인 고장으로 이어질 수 있습니다.

기존의 세라믹 후막 저항기는 비용 효율적이고 널리 사용 가능하지만 기판이 깨지기 쉬워 까다로운 환경에서는 신뢰성이 떨어집니다. 스테인리스강은 기판의 휨, 진동, 조립 중 취급으로 인한 기계적 응력을 흡수하여 균열이나 박리의 위험을 줄일 수 있는 견고하면서도 약간의 유연성까지 갖춘 기판을 만들어낼 수 있습니다.

후막형 강철(TFOS) 저항기는 약간의 기판 휨, 진동 또는 열 순환으로도 세라믹 소재 저항기의 성능이 저하될 수 있는 까다로운 고응력 설계에 기계적으로 견고하고 열적으로 효율적인 대안이 될 수 있습니다.

Bourns는 2025년 중반에 최초의 TFOS 저항기인 TFOS30-1-150T(그림 1)를 출시했습니다. TFOS를 사용하면 뛰어난 열 전달, 높은 출력 밀도, 강력한 기계적 내구성을 갖춘 부품을 만들 수 있어 까다로운 응용 분야에 적합합니다. 많은 전력 또는 고에너지 회로의 경우, 부품이 균열, 표류 또는 조기 고장 없이 에너지 펄스를 얼마나 잘 흡수하고, 방출하며 견딜 수 있는지에 따라 제약을 받습니다.

그림 1: 스테인리스강 기판이 사용된 Bourns의 TFOS30-1-150T는 후막 세라믹 저항기보다 더 높은 신뢰성을 제공합니다(이미지 출처: Bourns, Inc.).

강철 기판을 사용하면 열 확산이 우수하여 소비 전력을 개선하고 더 작은 설치 공간에서 더 높은 출력 밀도를 실현할 수 있습니다. 세척된 스테인리스강 기판에 고순도 유전체 층을 적용하여 강철을 통한 전기 전도를 방지합니다.

설계자는 전력 처리와 견고성을 저항기로 전환함으로써 방열판을 줄이고 부품 수를 줄이며 현장 신뢰성을 높일 수 있습니다. 간단히 말하면, 설계자가 별도의 열 하드웨어 없이도 더 작은 공간에 더 많은 성능을 담아낼 수 있다는 것이 Bourns의 설명입니다.

TFOS 부품 제조 과정에서 스크린 인쇄 공정을 사용하여 유전체 층에 후막 도체와 저항 패턴을 적용합니다. 각 패스 후에는 고온 용광로에서 소성하여 재료를 고형화하여 접착력과 견고한 전도성 및 저항성 경로를 보장합니다. 마지막으로 도체와 저항기 위에 보호용 오버글레이즈 층을 적용하여 기계적 보호, 환경 저항 및 기본 층에 대한 전기 절연 처리를 수행합니다.

프리미엄 설계 고려 사항

TFOS 저항기는 콤팩트하며 높이가 낮은 폼 팩터에서 고전력 및 펄스 처리 기능을 제공하여 까다로운 조건에서도 성능 마진을 유지합니다. 이를 통해 엔지니어는 폼 팩터를 손상시키지 않고도 엄격한 신뢰성 및 열 관리 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

TFOS30-1-150T는 배터리 에너지 저장 시스템, 모터 구동, 인버터, 연료 전지 차량 센서 기판 및 고전력, 열 관리 및 기계적 견고성이 필수적인 기타 응용 분야와 같은 자동차 등급 응용 분야에 적합한 AEC-Q200을 준수합니다.

연료 전지 스택 센서 기판의 부품 활용에 대한 응용 참고 사항에서^[1] Bourns는 높은 출력 밀도를 처리할 수 있는 장점으로 인해 TFOS가 그러한 응용 분야에 적합함을 설명합니다. 연료 전지 차량의 사전 충전 및 방전 회로를 수용하고 가변 주파수 작동 시에도 효율적인 에너지 관리를 보장할 수 있습니다. 낮은 유도 용량과 엄격한 허용 오차로 연료 전지 스택 내에서 정확한 전압, 전류 및 온도 측정을 보장합니다.

4.000in L x 2.756in W(101.60mm x 70.00mm)의 폼 팩터인 TFOS30-1-150T는 납땜 패드, 푸시온 커넥터, 플라잉 리드 및 종단 케이블을 포함한 맞춤형 종단 옵션을 제공합니다. Bourns는 평평하고 견고한 강철 기판을 최대 406mm x 406mm의 다양한 모양과 크기로 제작하여 원하는 레이아웃으로 만들거나 열이 확산되는 표면에 직접 장착할 수 있다고 말합니다. 설계자가 다른 저항 값, 저항 오차, 여러 저항의 통합을 지정할 수도 있습니다.

저항 값은 150옴이고 허용 오차는 ±10%라서 정밀도를 제공하기에 최적화되어 있습니다. 방열판에 장착할 경우 260W, 팬 냉각 방열판을 사용할 경우 최대 900W의 전력 등급을 자랑하므로 상당한 에너지 방출이 필요한 응용 제품에 적합합니다. TFOS30-1-150T는 -55°C ~ +125°C의 넓은 온도 범위에서 작동하며, Bourns에 따르면 최대 350°C의 매우 높은 소자 온도에서도 견딜 수 있다고 합니다.

결론

TFOS는 세라믹 저항기를 대체할 수 있는 보편적인 방법은 아니지만, 열 마진이 부족하거나 신뢰성이 가장 중요하거나 기판의 취약성이 위험을 초래하는 경우 전략적으로 업그레이드할 수 있는 경로를 제공합니다. Bourns는 기판에 대한 발상의 전환을 통해 기본적인 수동 부품을 내구성과 열 성능이 뛰어나고 적응력이 뛰어난 최신 전자 제품의 빌딩 블록으로 탈바꿈시켰습니다.

관련 자료

1. 응용 참고 사항: 연료 전지 차량을 위한 효율적인 모니터링, 보호 및 에너지 전달 솔루션