Ses composants électroniques, dont les résistances, doivent souvent fonctionner dans des environnements difficiles et complexes. Étant donné les changements de climat dans le monde entier, il n'est pas étonnant qu'il faille faire en sorte que les composants fonctionnent dans des conditions d'humidité et de sécheresse extrêmes et dans des environnements incroyablement humides. Bien entendu, l'humidité représente un danger pour n'importe quel type de résistance en carbone. En effet, l'eau et le carbone se combinent facilement pour former du dioxyde de carbone et érodent les composants, engendrant alors un circuit ouvert. D'un autre côté, la chaleur tend à réduire la résistance. Le fait que les composants montés en surface (CMS) en film épais (le type de résistance le plus souvent utilisé dans les conceptions actuelles) soient assez résistants à ces menaces communes peut surprendre. C'est leur sensibilité au soufre qui prend les concepteurs par surprise.
Le soufre est un danger
Le soufre est présent dans de nombreux lubrifiants d'usage courant ainsi que dans des composants à base de caoutchouc dont les joints d'étanchéité et les œillets. Les résistances à puce en couches épaisses, en particulier, utilisent un mélange d'argent et de palladium dans leurs terminaisons internes. Ce mélange est de plus en plus composé d'argent en raison de son faible coût. Le soufre et l'argent réagissent ensemble et forment du sulfure d'argent. L'ingérence de soufre dans la résistance a généralement lieu dans le petit trou qui se trouve sur le bord entre l'électrode externe (le conduit électrique entre l'appareil et le bloc de contrôle de processus [PCB]) et la couche protectrice qui protège le reste du composant. Une fois à l'intérieur, le soufre peut facilement réagir avec l'argent de l'électrode interne, le transformant en sulfure d'argent.
Au cours de la durée de vie d'un produit électronique, ce processus de sulfuration entraîne des dégâts considérables. C'est la source d'une résistance ajoutée, qui dépasse de loin la tolérance exprimée en termes de résistance. Il faut également tenir compte du fait que le sulfure d'argent formé durant ce processus prend plus de place que l'argent qu'il remplace. Cela entraîne l'apparition de fissures, laissant un vide dans lequel encore plus de soufre peut s'infiltrer. Il se peut donc que tout l'argent dans le contact soit submergé, ôtant toute la résistance du circuit et laissant alors un circuit ouvert.
Les solutions à ce problème ne sont pas économiques. Elles demandent de revenir à une utilisation de plus de palladium et de moins d'argent voire même d'ajouter un fin revêtement en or puisque l'or ne réagit pas avec le soufre. C'est la solution adoptée par les CMS ERJ-U030R00V en film épais de Panasonic.
Figure 1 : ERJ-U030R00V de Panasonic.
L'électrode interne du ERJ-U030R00V de Panasonic est en or, offrant une protection dans un environnement sulfureux. La fiche technique révèle que ce composant est disponible dans diverses tolérances de valeur de résistance et puissances nominales.
Ces dernières années, une plus grande proportion de la production globale d'appareils électroniques en tous genres a été vendue à des entreprises et des consommateurs en Asie. Dans cette partie du monde, la pollution au dioxyde de soufre est un problème majeur dans les villes ainsi que dans les environnements industriels qui ne risque pas de s'améliorer rapidement. Pour cette raison, en plus des équipements spécialisés, les appareils des consommateurs doivent aussi être protégés du soufre.
Heureusement, les résistances à couche fine, qui sont largement insensibles aux problèmes liés au soufre, deviennent progressivement moins chères à produire. Les deux types principaux utilisent des éléments résistants composés de nitrure de tantale et de nichrome, le premier résistant également aux problèmes d'humidité. Leur résistance aux problèmes de soufre repose sur leur électrode interne qui est largement composé de nichrome plutôt que d'argent. Les résistances à couche fine bénéficient d'autres avantages par rapport à leurs homologues à couche épaisse. Ils comprennent une inductance et une capacitance parasites plus faibles, de meilleurs coefficients de température de résistance (TCR) et ils peuvent être miniaturisés plus efficacement.
Humidité
Il s'avère que le nichrome peut résister au soufre, mais pas à l'humidité, en particulier lorsqu'il est combiné avec des impuretés courantes telles que la fluorine, la chlorine, le sodium et le calcium. Par conséquent, l'élément résistif se combine avec l'oxygène présent dans l'humidité d'un environnement humide, créant des oxydes de métaux qui ne conduisent pas l'électricité, modifiant radicalement la valeur de la résistance.
En ce qui concerne les résistances radiales, une couche supplémentaire d'isolation au monde extérieur s'est avérée efficace pour résister à l'humidité. Cette couche, associée à une manipulation prudente au cours du processus de fabrication pour éviter que les impuretés ne rentrent, a fait ses preuves et s'avère être économique. L'option de couche de revêtement supplémentaire a également très bien fonctionné avec les CMS, mais le processus de fabrication est plus complexe. Souvent, la couche supplémentaire apparaît sous la forme d'un revêtement pour tout le PC. Cela coûte davantage et peut créer des problèmes en cas de réparation de la carte ou de mises à jour.
L'élément résistif des résistances à couche fine peut être le nichrome ou le nitrure de tantale. Ce dernier, souvent décrit comme étant les résistances TaNFilm®, a la particularité de créer une couche d'oxyde en réponse à un champ électrique et par conséquent, de créer une couche protectrice qui peut s'avérer assez efficace contre l'humidité.
TT Electronics fabrique une résistance TaNFilm® sous forme d'un diviseur de tension. Qualifiée de PFC-D1206-03-1503-3091-BB, elle peut être spécifiée sous différentes configurations. Comme en témoigne la fiche technique, cet appareil a été testé par rapport à des éléments de MIL-STD 202, un standard militaire pour les composants électroniques et répond aux exigences en termes de résistance à l'humidité.
Température élevée, pression et choc mécanique
L'industrie pétrolière est le plus grand consommateur d'équipements électroniques conçus pour résister à des températures élevées. Le plus profond les explorateurs de pétrole vont, plus il fait chaud. Des températures de 150 °C peuvent être dévastatrices pour tous les types de résistances à couche. Les résistances bobinées, quant à elles, sont stables même à des températures de 300 °C et plus. Conformément aux attentes, les résistances pouvant supporter des températures élevées ont des coefficients de température de résistance (TCR) excellents. Les résistances bobinées sont conformes à cette généralité, avec des TCR qui se montent à 3 ppm/°C.
Les résistances à film métallique sont extrêmement résistantes aux chocs mécaniques ; caractéristique indispensable pour les applications avioniques. Ce type de résistance est souvent confondu avec les résistances à film métallique, mais, étant donné que l'élément résistif des résistances à film métallique est très épais, il est par conséquent plus robuste.
Cette caractéristique est renforcée par une technique de construction spéciale dans laquelle un fil souple, dont le but est d'absorber les chocs, est interposé entre l'élément résistif et le plomb qui établit la connexion électrique externe. La NASA rend obligatoire cette méthode pour les résistances à film métallique dans sa spécification S-311-P-813. La NASA exige que les résistances à film métallique puisse absorber un choc de 100 G et résister à des amplitudes vibratoires de 20 G. Leur excellent TCR fait également des résistances à film métallique un choix judicieux pour les environnements à températures élevées.
Les résistances, souvent considérées comme étant les composants passifs les plus simples, ont des faiblesses et forces différentes selon les environnements. Les concepteurs qui ignorent ces importants facteurs le font à leurs propres risques.