Choisir des résistances SMD à couche mince : avantages pour votre conception

Les résistances à monter en surface sont des composants essentiels dans la conception des cartes de circuits imprimés (PCB). Cela s'explique en partie par la facilité d'installation de ces petits dispositifs sans plomb lors de la production en grande série. Pour choisir la résistance à montage en surface (également appelée résistance CMS, SMD en anglais) adaptée à votre produit, vous devez d'abord comprendre les différences entre les technologies à couche mince (conçues pour la précision) et à couche épaisse (conçues pour la puissance).

Lors de la classification des résistances CMS, la résistance en ohms ne donne qu'une partie de l'information. La première chose à comprendre est la différence entre les processus de fabrication et les règles simples de la thermodynamique : les objets plus massifs peuvent supporter plus d'énergie que les objets plus petits.

Dans une résistance à couche mince, la couche conductrice est déposée dans un processus sous vide, appelé pulvérisation cathodique. Cela crée une couche mince mais uniforme, d'une épaisseur de quelques fractions de micron, sur un substrat céramique. Une fois en place, cette couche est ensuite soumise à un processus de gravure photo ou laser. Cela permet de déterminer la précision de la valeur de résistance avec une tolérance très précise, qui peut être aussi faible que 0,01 %. C'est cette précision qui rend la résistance à couche mince si utile.

En revanche, la résistance à couche épaisse est fabriquée avec la couche conductrice imprimée sur le substrat céramique, sous forme de pâte. Cette couche peut être jusqu'à mille fois plus épaisse que celle d'une résistance à couche mince. Cette épaisseur offre des avantages en termes de performances dans les applications à forte puissance, et elle est également beaucoup moins coûteuse à fabriquer que les résistances à couche mince. Cependant, les avantages qu'elle offre en termes de puissance la rendent également moins prévisible et moins précise, avec des tolérances pouvant atteindre 5 %.

Des matériaux innovants et des processus de production plus faciles à contrôler permettent de développer des résistances à couche mince à la fois précises et puissantes, avec une précision jusqu'alors inégalée. Par exemple, une résistance E12 classées dans la série E correspond à une division en 12 étapes de chaque « décade » de valeurs (par exemple, entre 1 et 10 ohms). Pour obtenir la valeur de résistance souhaitée, les concepteurs doivent combiner une résistance fixe avec une petite résistance variable appelée potentiomètre d'ajustement.

Les résistances à couche mince actuelles offrent davantage de variations et des tolérances plus précises (la norme actuelle étant la série E96). Les concepteurs peuvent ainsi obtenir une valeur de résistance beaucoup plus précise, ce qui signifie qu'ils n'ont plus besoin de trimmer. De plus, comme elles nécessitent moins de composants, elles permettent de gagner un espace précieux sur les circuits imprimés, ce qui contribue également à réduire le poids des appareils.

Lors du choix d'une résistance, il est également essentiel de comprendre sa stabilité dans des conditions de température variables. Comme pour tout circuit électrique, les caractéristiques d'une résistance varient en fonction de la température, et tout changement de température affecte ses performances. Toutes les résistances sont conçues pour convertir l'énergie électrique indésirable en chaleur ; elles ont également toutes un coefficient de température de résistance (TCR) qui décrit la variation de la résistance en fonction de la température. Le procédé de fabrication en couche mince permet d'obtenir un composant offrant une résistance très stable qui varie peu avec les changements de température.

Comme les résistances à couche épaisse supportent plus d'énergie que les résistances à couche mince, elles offrent de meilleures performances dans les applications à forte puissance, mais au détriment de la précision. C'est là que réside le compromis dans les technologies actuelles. Mais cela est en train de changer. De nouveaux matériaux et des processus de fabrication améliorés permettent aux fabricants d'augmenter les capacités des résistances à couche mince sans sacrifier la précision. Un exemple en est la résistance au format standard 0805 de la famille RN73, qui a une puissance nominale de 0,1 W ; une résistance de taille similaire de la nouvelle famille RP73P a une puissance nominale de 0,25 W. Cette augmentation des performances se retrouve sur toutes les tailles de résistances.

Il est important de comprendre la valeur que cette augmentation de la puissance peut apporter à une conception, qui peut être décrite comme le rapport puissance/taille. L'amélioration du rapport puissance/taille peut apporter différents avantages au concepteur. Par exemple, cela peut permettre d'utiliser des composants plus petits pour l'ensemble de la conception, ce qui rend l'équipement plus compact et plus léger. Cependant, un rapport puissance/taille plus élevé peut également permettre au concepteur d'améliorer les performances des appareils existants en utilisant une puissance plus élevée. Dans les deux cas, les capacités accrues offertes par les dernières résistances à couche mince ouvrent de nouvelles perspectives aux concepteurs.

L'industrie pharmaceutique offre une application intéressante des résistances à couche mince dans un environnement difficile. La fabrication de médicaments nécessite des mesures exactes afin de garantir l'utilisation des proportions correctes d'ingrédients. La vitesse de production dans cet environnement pouvant être impitoyable pour les équipements de précision, les entreprises pharmaceutiques doivent éviter les imprécisions qui peuvent survenir si les résistances des balances ne présentent pas la stabilité nécessaire à des températures variables. Dans ces conditions, la nouvelle génération de résistances à couche mince offre à la fois stabilité et précision.

Si les résistances à couche épaisse auront toujours leur place dans les applications de production de masse et dans les applications où la puissance est primordiale, ce sont les progrès de la technologie à couche mince qui permettent aux concepteurs d'obtenir plus de précision et de fiabilité dans une plus grande variété d'applications.

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