בחירת נגדי פילם-דק עבור יישומי רכב ותעשייה

יישומי אלקטרוניקה כגון רכב, תעשייה וטלקומוניקציה דורשים רכיבים מדויקים עם עמידות בסביבות קשות, כולל לחות גבוהה וסביבות אירוסיביות. רכיבים פסיביים הם הבסיס להצלחת התכנים המתקדמים הללו ודורשים חדשנות מתמדת כדי להבטיח ביצועים אמינים.

לדוגמה, נגדי שבב פילם מתכת חייבים להיות מתוכננים ובדוקים כדי להבטיח דיוק, יציבות ואמינות בסביבות מאתגרות. נושא משמעותי אחד המשפיע על התכן של נגדי שבב עבור שוקי הרכב והתעשייה הוא מהימנותם בטווח-הארוך בנוכחות תרכובות גופרית. סביבות אלה, שבהן קיימים שמנים, חומרי סיכה, דלק ותרכובות עשירות בגופרית אחרות, עלולות לפגוע במגעים ולפגוע באמינות של נגדי שבב.

מאמר זה דן באתגרים העומדים בפני המתכננים בעת בחירת נגדים עבור סביבות רכב ותעשייה קשות. לאחר מכן הוא מציג שתי משפחות של נגדי הרכבה-משטחית חסיני גופרית ורטיבות של YAGEO‏ ומראה כיצד ניתן להשתמש בהם כדי לעמוד באתגרים של יישומים אלה.

מאפייני נגדי שבב

נגדי שבב הם מרכיב מרכזי באלקטרוניקה מודרנית, לרבות התקני רכב, תעשייה וטלקומוניקציה. הגודל הקטן, הדיוק, היציבות והאמינות שלהם מתאימים בצורה מושלמת עבור מעגלים בצפיפות גבוהה. הם מגיעים במגוון רחב של התנגדויות, טולרנסים, מקדמי טמפרטורה של ההתנגדות (TCR) ודירוגי הספק. שתי משפחות נגדי שבב של YAGEO הן סדרות AT‏ ו-RP‏. שתי הסדרות מדורגות עבור יישומי רכב עם הרשאת AEC-Q200; מפרט זה בודק רכיבים אלקטרוניים פסיביים עבור טמפרטורה, לחות, עמידות בפני חום הלחמה, הלם תרמי וטולרנס גמישות הלוח. הוא גם בודק רגישות נמוכה לרטיבות ועמידות לגופרית.

השוואת המפרטים החשמליים

סדרת AT ו-RP של נגדי התקני הרכבה-משטחית (SMD) זמינים בארבעה מארזי הרכבה-משטחית סטנדרטיים: 0402, 0603, 0805 ו-1206. הקוד המספרי עבור כל מארז מכיל את האורך והרוחב הנומינליים של ההתקן באינצ'ים (טבלה 1).

טבלה 1: מוצגים הממדים ודירוגי ההספק עבור ארבעת גודלי מארז של רכיבי נגדים של סדרות השבבים RP ו-AT. (מקור הטבלה: ארט פיני)

דירוגי ההספק משתנים ישירות עם נפח המארז, ונעים בין W‏ 1/16‏ עד W‏ 1/4‏.

גודלי מארז אלה מציעים ערכים מגוונים של התנגדות, טולרנס התנגדות, TCR ודירוגי מתח. המפרטים של נגדי סדרת AT מוצגים בטבלה 2.

טבלה 2: מוצגים המאפיינים החשמליים של נגדי סדרת AT. (מקור הטבלה: YAGEO)

הטבלה מפרטת את תחום ערכי הנגדים עבור כל גודל מארז, TCR וטולרנס.

בדומה, המפרטים של סדרת RP מוצגים בטבלה 3.

טבלה 3: מוצגים המאפיינים החשמליים של נגדי סדרת RP. (מקור הטבלה: YAGEO)

הרכיבים של כל אחת מסדרות המוצרים נבחרים על סמך גודל המארז, TCR, טולרנס ההתנגדות וההתנגדות. תחום ערכי ההתנגדות הזמינים משתנה עם כל אחד מהמפרטים האחרים.

ערכי ה-TCR עבור סדרת RP זמינים בצעדים של ±50, ±25, ±15 ו-±10 חלקים למיליון לכל מעלה צלזיוס (ppm/°C). סדרת AT מוסיפה TCR נמוך יותר של C‏°‏/ppm‏ 5‏±.

שימו לב שתחום ערכי ההתנגדות הזמינים עבור התקני סדרת RP גדול או שווה לאלו של נגדי AT עבור כל צעד TCR.

שתי הסדרות מציעות ערכי טולרנס של 0.1%, 0.25%, 0.5% ו-1%, שהם טולרנסי הנגדים הנפוצים ביותר. עם זאת, סדרת AT מציעה שלושה תחומי טולרנס נוספים: 0.05%, 0.02% ו-0.01%. טולרנסים מדויקים אלה נדרשים לעתים רחוקות יותר, ולערכי הנגדים המוצעים יש תחום מוגבל יותר.

השוואה בין נגדי סדרות AT ו-RP

ה-AT0402FRE0710KL‏ של YAGEO‏ הוא נגד מסדרת AT‏ W‏ 1/16‏ 10 קילו-אוהם (kΩ‏) עם TCR‏ של C‏°ppm‏ 50‏± במארז 0402‏. המקביל בסדרת RP הוא ה-RP0402FRE0710KL‏, והוא בעל אותו מפרט. ההבדל במוצרים הוא שסדרת RP מציעה ערכי התנגדות של Ω‏ 10‏ עד kΩ‏ 240‏ בתחום ערכי TCR זה בהשוואה לתחום סדרת AT של Ω‏ 10‏ עד kΩ‏ 100‏. סדרת RP מספקת תחום זה של התנגדות על פני כל ערכי ה-TCR, בעוד שסדרת AT מקטינה את התחום עבור ערכי TCR של C‏°‏/ppm‏ 5‏± ו-C‏°‏/ppm‏ 10‏±.

ה-AT0603DRE0710KL‏ הוא נגד מסדרת AT‏ W‏ 1/10‏, kΩ‏ 10‏ במארז 0603‏. ה-TCR‏ שלו הוא C‏°‏/ppm‏ 50‏±. ה-RP0603DRD0710KL‏ הוא נגד מסדרת RP 0603 עם אותו מפרט נומינלי להוציא ה-TCR, שהוא C‏°‏/ppm‏ 25‏±. תחום ההתנגדויות הזמינות בסדרת RP הוא מ-Ω‏ 10‏ עד kΩ‏ 910‏. לנגדי ה-AT יש ערכים הנעים בין Ω‏ 10‏ עד kΩ‏ 330‏ עבור שני מפרטי ה-TCR הגבוהים ביותר ותחום מגביל הרבה יותר עבור ערכי TCR הנמוכים יותר.

במארז 0805, נגד AT0805BRD0710KL‏ של סדרת AT‏ הוא kΩ‏ 10‏, W‏ 1/8‏ עם TCR‏ של C‏°‏/ppm‏ 25‏±. הנגד האקוויוולנטי בסדרת RP‏, ה-RP0805BRD0710KL‏, הוא בעל אותם ערכי התנגדות, טולרנס ו-TCR‏. שוב, לסדרת RP יש תחום התנגדויות רחב יותר על פני כל תחום ערכי ה-TCR, בעוד שלנגדי AT יש תחום מוגבל יותר עבור שלוש ערכי ה-TCR הנמוכים יותר.

ה-AT1206BRD0710KL‏ הוא נגד W‏ 1/4‏, kΩ‏ 10‏ במארז 1206‏. המקביל שלו בסדרת RP הוא ה-RP1206BRD0710KL‏, עם מפרטים זהים.

על בסיס המפרטים החשמליים, משפחות נגדים אלו הן דומות ויתאימו עבור יישומים רבים. סדרת RP מציעה מגוון רחב יותר של ערכי התנגדות ההופך אותה ליישימה יותר. סדרת AT מציעה טולרנס קרוב יותר לערכי התנגדות מסוימים ותחום TCR נמוך יותר, ושני המאפיינים הללו מיושמים ביישומים הדורשים דיוקים גבוהים יותר. שתי הסדרות פועלות בתחום הטמפרטורות של C‏°‏55‏- עד C‏°‏155‏+ עבור רמות ההספק הנומינליות שלהן. שימו לב שאת ההספק הנומינלי יש להוריד (Derate‏) אם טמפרטורת הסביבה עולה מעל C‏°‏70‏+ (איור 1‏).

איור 1: עקומת הורדת ההספק הנומינלי עבור שתי הסדרות דורשת הספק מופחת בטמפרטורות מעל 70°C. (מקור התמונה: YAGEO)

בטיחות והגנת הסביבה

שתי משפחות המוצרים AT ו-RP הן מורשות לשימוש בסביבות רכב ותעשייה. תרכובות האפוקסי המשמשות בייצורן הן נטולות הלוגן. בנוסף, הם נטולי עופרת ועומדים במפרטי RoHS. נגדים אלו גם מפחיתים את ייצור הפסולת המסוכנת לסביבה על ידי שימוש בחומרים לא-אסורים.

לשני קווי מוצרי הנגדים יש רגישות נמוכה לרטיבות וגזים קורוזיביים הנפוצים בתנאי רכב ותעשייה. היבט אחד של החסינות לרטיבות הוא רמת הרגישות לרטיבות (MSL). מערכת דירוג זו המשמשת את תעשיית האלקטרוניקה מזהה כמה זמן רכיב יכול להיחשף לרמת לחות של 60% עד 85% לחות יחסית, ובטמפרטורה מתחת ל-F‏°‏85‏+ לפני שהוא סופג יותר מדי רטיבות עבור הלחמת גל. במהלך הלחמת גל, הרטיבות הכלואה מתרחבת במהירות, ומזיקה לרכיב ואפילו ללוח המעגלים. נגדי סדרות AT ו-RP הם בעלי דירוג MLS 1‏, המציין אורך חיי אחסון רצפה בלתי-מוגבל. הם נבדקים גם עבור חסינות לרטיבות תחת AEC-Q200, ולשתי הסדרות יש הבדלים בהתנגדות של פחות מ-(Ω‏ 0.05‏ + %‏0.1‏)± עקב חשיפה ללחות.

זיהום עקב חשיפה לתרכובות גופרית הוא תחום רגישות הולך וגדל עבור רכיבים פסיביים כמו נגדי שבב. שמנים, חומרי סיכה, דלקים על בסיס שמן ורכיבי גומי או ציפויים פולטים אדים המכילים גופרית. תרכובות גופרית אלו מגיבות עם מתכות, במיוחד כסף, ועלולות לפגוע בנגדי שבב.

הבדיקה (ASTM-B-809-95‏, מותאם) לחסינות גופרית כוללת חשיפת רכיבי בדיקה לאטמוספרה עשירה בגופרית שנוצרת בכלי סגור על ידי הוספת כמות מדודה של אבקת גופרית. הכלי מחומם ל-C‏°‏105‏+, והרכיבים נחשפים לאטמוספירה זו למשך 750 שעות. הנגדים הנבדקים נמדדים כדי להבטיח שההתנגדות שלהם משתנה פחות מהגבול שנקבע. שתי סדרות הנגדים מציגות חסינות מעולה מפני גופרית.

ההבדלים בין נגדי סדרות AT‏ ו-RP‏

לנגדי סדרות AT ו-RP יש תכנים שונים. סדרת AT היא תכן מוקדם יותר המשתמש בגישה מסורתית יותר לחסינות לרטיבות וגופרית. סדרת RP היא תכן עדכני יותר המשלב טכניקות וחומרי בנייה חדשים יותר (איור 2).

איור 2: השוואה מבני נגדי השבב סדרות AT ו-RP מראה את ההבדלים באופן הגנת ההתקנים מפני רטיבות וגופרית. (מקור התמונה: YAGEO)

שתי הסדרות משתמשות בפילם מתכת התנגדותי המשוקע על מצע קרמי כמו זה של כל נגדי השבב. נגדי AT משתמשים בנחושת כאלקטרודת הצד העליון (C1) כדי להפחית את ההשפעות הקורוזביות של אדי גופרית, שכן התגובה של נחושת עם גופרית אינה חזקה כמו של כסף. השכבה ההתנגדותית והאלקטרודה אטומים באמצעות ציפוי-על אפוקסי. כיפות הקצה עשויות ניקל מצופה בדיל כדי להבטיח יכולת הלחמה. הן אוטמות ומספקות נקודות חיבור לאלקטרודת הכסף שבתחתית הנגד.

בהסתמך על שנים של ניסיון עם רכיבי שבב קשורים, התקני RP מוסיפים שכבת כסף פולימר (C3) על גבי האלקטרודה הפנימית C1 למניעת זיהום גופרית. זה מאפשר לאלקטרודות הפנימיות להיות עשויות מכסף. שכבת פסיבציה דקה מהווה מחסום בין פילם המתכת לאלמנטים קורוזיביים. פסיבציה היא תהליך כימי המצפה את השכבה ההתנגדותית כדי להפחית את הסיכוי להינזק מקורוזיה או להיות מושפע מסביבתה. ציפוי-על אפוקסי משלים את תהליך האיטום.

לסדרת RP יש חסינות לגופרית טובה יותר מסדרת AT הודות לתהליך האיטום המשופר שלה. למפרט בדיקת הגופרית עבור התקני RP יש גבול צר יותר של (Ω‏ 0.05‏ + %‏2.0‏)± בהשוואה לגבול התקני AT‏ של (Ω‏ 0.05‏ + %‏4.0‏)± המשמעות היא שינוי קטן יותר בחסינות עקב חשיפה לגופרית.

מבנה הנגד החדש יותר גם שיפר את יעילות הייצור, עם עלויות נמוכות יותר וזמני אספקה קצרים יותר.

סיכום

מערכות רכב, תעשייה וטלקומוניקציה דורשות רכיבים מדויקים היכולים לפעול בצורה מהימנה בסביבות קשות, כולל לחות גבוהה וסביבות אירוסיביות. נגדי סדרות AT ו-RP הם מורשי AEC-Q200 ומתאימים היטב עבור יישומים אלה. לסדרת ה-RP יש טולרנס לחות וגופרית משופר, תמחור נמוך יותר וזמני אספקה קצרים יותר. סדרת AT מציעה ערכי נגד סלקטיביים עם ערכי טולרנס נמוכים יותר של ±0.01%, ±0.02% ו-±0.05%.