Componenti elettroniche, tra cui resistenze, spesso sono costrette a operare in ambienti difficili. Data la tendenza fluttuante dei climi del mondo, il compito che vuole che le componenti elettroniche operino in presenza di alti tassi di umidità, estrema secchezza e ambienti incredibilmente piovosi non sorprende. Ovviamente, l'umidità costituisce un pericolo per qualsiasi tipo di resistenza a base di carbonio, dato che l'acqua e il carbone si combinano facilmente per formare il diossido di carbonio ed erodere la componente, dando come risultato un circuito aperto. Il calore, d'altra parte, tende ad abbassare la resistenza. Ciò che può risultare inaspettato è che le SMD a pellicola spessa, il tipo di resistenza più spesso utilizzata nei progetti odierni, sono in realtà piuttosto resistenti a questo tipo di frequente minaccia. È la loro sensibilità allo zolfo che prende molti progettisti di sorpresa.
Lo zolfo costituisce un pericolo
Lo zolfo è presente in molti lubrificanti di uso comune, nonché in componenti fatte di gomma, come ad esempio le guarnizioni di tenuta e oggetti simili. Resistenze chip a pellicola spessa, in particolare, usano una combinazione di argento e palladio nelle loro terminazioni più interne, con l'argento in una percentuale maggiore per via del suo basso costo. Lo zolfo e l'argento sono reattivi l'un con l'altro, dando vita al solfuro d'argento. L'intrusione dello zolfo all'interno della resistenze di solito avviene in quel piccolo gap presente sul bordo tra l'elettrodo esterno, che rappresenta il condotto elettrico tra il dispositivo e il PCB, e il rivestimento protettivo che protegge il resto del componente. Una volta dentro, lo zolfo può facilmente reagire con l'argento dell'elettrodo interno, trasformandolo in solfuro d'argento.
Nel corso della vita di un prodotto elettronico, il processo di sulfurazione provoca notevole degrado. Si tratta della fonte di resistenza aggiuntiva, ben oltre la tolleranza espressa dalla resistenza. Un ulteriore fattore da tenere in considerazione è che il solfuro d'argento che si crea in questa fase può occupare più spazio dell'argento che rimpiazza. Il risultato è la presenza di crepe, le quali lasciano un vuoto attraverso il quale può penetrare ulteriore zolfo. Il risultato può essere un'inghiottimento dell'argento nel punto di contatto, portando la resistenza completamente fuori dal circuito, e lasciando un circuito aperto.
Le soluzioni a un problema di questo tipo non sono economiche. Esse comprendono il riutilizzo di maggior palladio e meno argento, e perfino l'aggiunta di un piccolo rivestimento di oro, dato che l'oro non reagisce con lo zolfo. Questa è la soluzione proposta dalle SMD a pellicola spessa della Panasonic ERJ-U030R00V.
Figura 1: ERJ-U030R00V della Panasonic
L'elettrodo interno del modello ERJ-U0300RV della Panasonic è dotato di una protezione in oro per l'ambiente sulfureo. La scheda tecnica rivela che questa componente è disponibile in una varietà di tolleranze di valore di resistenza e di potenza.
Negli ultimi anni una percentuale maggiore della produzione globale di dispositivi elettronici di ogni tipo è stata venduta a imprese e consumatori asiatici. In questa parte del mondo, l'inquinamento di zolfo rappresenta un grave problema nelle strade della città nonché negli ambienti di lavoro-si tratta questo di un aspetto di non facile miglioramento nel breve periodo. Per questa ragione, non solo le attrezzature specializzate andrebbero protette dallo zolfo, ma anche i dispositivi di consumo.
Fortunatamente, le resistenze a pellicola sottile, ampiamente immuni ai problemi legati allo zolfo, possono adesso essere prodotte a prezzi più convenienti. Le due principali tipologie fanno uso di elementi resistivi composti da nitruro di tantalio e cromo di nichelio. Il primo è anche in grado di resistere a problemi causati dall'umidità. La loro resistenza ai problemi causati dallo zolfo si basa sul loro elettrodo interno, composto in larga parte da nichelcromo, invece che dall'argento. Resistenze a pellicola sottile godono anche di altri vantaggi sulla loro controparte a pellicola spessa. Ad esempio, presentano un'induzione minore alle interferenze e una migliore capacità, migliori TCR e possono essere miniaturizzati in maniera efficace.
Umidità
Pare che il nicromo sia in grado di resistere allo zolfo, ma non all'umidità, soprattutto se combinato con frequenti impurità, tra cui il fluoro, il cloro, il sodio e il calcio. Ciò che ne risulta è che l'elemento resistivo si combina con l'ossigeno contenuto all'interno dell'ambiente umido, creando ossidi metallici che non conducono elettricità, cambiando quindi radicalmente il valore della resistenza.
Per le resistenze radiali, uno strato aggiuntivo di isolamento dal mondo esterno si è dimostrato efficace per tenere a freno l'umidità. Questo, se accompagnato da un'attenzione specifica durante il processo di produzione per tenere lontane le impurità, si è dimostrato efficace e conveniente. La scelta che porta a uno strato aggiuntivo di rivestimento ha funzionato anche per le SMD, ma il processo di produzione è molto più coinvolto. Spesso, lo strato aggiuntivo è disponibile in una sorta di rivestimento per l'intero PC. Questo ha un suo costo, e può creare problemi se sono necessarie riparazioni o aggiornamenti alla scheda.
La componente resistiva delle resistenze a pellicola sottile può essere in nicromo o in nitruro di tantalio. Quest'ultimo, spesso descritto come resistenze TaNFilm®, presenta una particolare proprietà, ossia quella di formare uno strato di ossido in risposta al campo elettrico, e per questo forma uno strato protettivo che può rivelarsi alquanto efficace contro l'umidità.
TT Electronics produce una resistenza TaNFilm® sotto forma di un partitore di tensione. "Soprannominato" PFC-D1206-03-1503-3091-BB, può essere impostato in varie configurazioni diverse. Come si può osservare dalla scheda tecnica, questo dispositivo è stato testato di fronte a componenti MIL-STD 202, uno standard militare per le componenti elettriche, il quale soddisfa i requisiti per la resistenza all'umidità.
Temperature elevate, pressione e urti meccanici
L'industria petrolifera rappresenta il settore con il più alto consumo di componenti elettroniche progettate per elevate temperature. Più a fondo trapano gli esploratori di petrolio, più calda diventa l'atmosfera, con temperature che possono raggiungere anche i 150°C, potenzialmente devastanti per tutti i tipi di resistenze a pellicola. Resistenze a filo, d'altro canto, rimangono stabili anche a temperature superiori ai 300°C. Come era prevedibile, la resistenze che riescono sopportare temperature elevate sono dotati di ottimi TCR. Le resistenze a filo si adeguano a questo principio, con i TCR nel range di 3 ppm/°C.
Le resistenze in fogli di metallo inossidabile sono altamente resistenti agli urti meccanici, una caratteristica di vitale importanza nelle applicazioni avioniche. Questo tipo di resistenze viene spesso scambiato con la resistenze in fogli di metallo inossidabile, ma, poiché la componente resistiva della resistenze a foglio di metallo inossidabile è molto più spessa, è innata la sua maggiore robustezza.
Questa caratteristica è arricchita da una particolare tecnica costruttiva, nella quale del filo elastico, il cui unico scopo è quello di assorbire gli urti, è interposto tra la componente resistiva e il piombo che realizza il collegamento elettrico esterno. La NASA affida questa tecnica per la resistenze a fogli di metallo inossidabile alla sua direttiva S-311-P-813. La NASA esige che la resistenze a fogli di metallo inossidabile siano in grado di assorbire un urto di 100G e sopportare una vibrazione di picco di 20G. Il loro ottimo TCR fa inoltre di questo tipo di resistenze un'ottima scelta per ambienti con temperature elevate.
La resistenze, spesso considerate come le più semplici delle componenti passive, hanno diversi punti di forza e di debolezza in diversi ambienti di minaccia. I progettisti che ignorano questi importanti fattori lo fanno a proprio rischio.