Elegir resistencias SMD de película delgada: ventajas para su diseño

La resistencia del chip de montaje en superficie es un componente crucial en el diseño de la placa de circuito impreso (PCB). Esto se debe en parte a la facilidad con que se instalan estos pequeños dispositivos sin plomo durante la producción de alto volumen. Para seleccionar la resistencia de montaje en superficie adecuada, conocida también como resistencia SMD, para un producto, primero se debe comprender las diferencias entre las tecnologías de película delgada (diseñada para dar precisión) y película gruesa (diseñada para dar potencia).

Al clasificar las resistencias SMD, la resistencia en ohmios representa solo una parte del panorama. La primera consideración es comprender las diferencias en los procesos de fabricación y las reglas simples de la termodinámica, que indican que los objetos más grandes pueden manejar más energía que los más pequeños.

En una resistencia de película delgada, la capa conductora se deposita en un proceso de vacío, conocido como pulverización. Esto crea una capa delgada pero uniforme, de solo fracciones de una micra de espesor, sobre un sustrato cerámico. Una vez en su lugar, esta capa se somete a un proceso de grabado fotográfico o láser. Esto determina la precisión del valor de la resistencia con una tolerancia mínima, que puede ser tan baja como 0,01 %. Esta precisión es la razón por la que la resistencia de película delgada es tan útil.
 

Por el contrario, la resistencia de película gruesa se fabrica con la capa conductora impresa sobre el sustrato cerámico, en forma de pasta. Esta capa puede ser hasta mil veces más gruesa que la de una resistencia de película delgada. Este espesor ofrece ventajas de rendimiento en el manejo de aplicaciones de alta potencia y también tiene un costo significativamente menor para el fabricante en comparación con las resistencias de película delgada. Sin embargo, las ventajas que da en términos de capacidad de potencia también la hacen menos predecible y precisa, pues presenta tolerancias que llegan al 5 %.

Gracias a la innovación en materiales y a los procesos de producción más controlables, los fabricantes ahora pueden desarrollar resistencias de película delgada que ofrecen una combinación de precisión y rendimiento de potencia, junto con una precisión sin precedentes. Por ejemplo, debido a que las resistencias se clasifican utilizando la serie E, en una E12 se vería cada "década" de valores (por ejemplo, entre 1 y 10 ohm) dividida en 12 pasos. Para lograr el valor de la resistencia correcto, los diseñadores tuvieron que combinar una resistencia fija con una pequeña resistencia variable llamada potenciómetro de ajuste.

Las resistencias de película delgada de hoy en día ofrecen más variaciones y tolerancias mejoradas, y la norma actual es la serie E96. Como resultado, los diseñadores pueden lograr una mayor precisión en el valor de la resistencia, lo que significa que ya no necesitan un recortador, y como requieren menos componentes, pueden ahorrar espacio crucial en las PCB, lo que también ayuda a alivianar el dispositivo.

Al elegir una resistencia, también es crucial comprender la estabilidad en condiciones de temperatura cambiantes. Como ocurre con cualquier circuito eléctrico, las características de una resistencia variarán en función de la temperatura y cualquier cambio en la temperatura afectará el rendimiento. Todas las resistencias están diseñadas para convertir la energía eléctrica no deseada en calor; todas las resistencias también tienen un coeficiente de resistencia a la temperatura (TCR) que describe cómo variará la resistencia ante un cambio de temperatura. El proceso de película delgada crea un componente que ofrece una resistencia muy estable que varía poco ante los cambios de temperatura.

Debido a que las resistencias de película gruesa soportan más energía que las resistencias de película delgada, estas ofrecen un rendimiento mejorado en aplicaciones de alta potencia, pero, en cambio, tienen menos precisión. Aquí radica el toma y daca, en las tecnologías actuales. Pero esto está cambiando. Los nuevos materiales y los procesos de fabricación mejorados ahora permiten a los fabricantes aumentar las capacidades de las resistencias de película delgada sin comprometer la precisión. Un ejemplo es la resistencia de formato 0805 estándar de la familia RN73, que tiene una potencia nominal de 0,1 W; una resistencia de tamaño similar de la nueva familia RP73P tiene una potencia nominal de 0,25 W. Este aumento en el rendimiento se refleja en todos los tamaños de resistencias.

Es importante comprender el valor que se puede aportar a un diseño gracias a este aumento en la capacidad de potencia, el cual se puede explicar con la relación potencia-tamaño.  Mejorar la relación potencia-tamaño puede aportar al diseñador beneficios en diferentes maneras. Por ejemplo, podría permitir que se utilicen componentes más pequeños en todo el diseño, lo que volvería al equipo más pequeño y liviano. Sin embargo, como alternativa, con una mayor relación potencia-tamaño, el diseñador podría mejorar el rendimiento de los dispositivos existentes utilizando una mayor potencia. En cualquier ejemplo, gracias a la mayor capacidad que ofrecen las últimas resistencias de película delgada, los diseñadores cuentan con nuevas oportunidades.

Un ejemplo interesante de uso de resistencias de película delgada, en un entorno hostil, se puede encontrar en la industria farmacéutica. La fabricación de medicamentos requiere mediciones exactas para garantizar que se utilicen las proporciones correctas de ingredientes. Debido a que la velocidad de producción en este entorno puede ser implacable para los equipos de precisión, las compañías farmacéuticas deben evitar las imprecisiones que pueden surgir si las resistencias dentro de las máquinas de pesaje no exhiben la estabilidad necesaria ante temperaturas variables. En estas condiciones, con la nueva generación de resistencias de película delgada, se ha ofrecido estabilidad y precisión.

Si bien las resistencias de película gruesa siempre se utilizarán en aplicaciones de producción en masa y en aplicaciones donde la capacidad de potencia es primordial, es gracias a los avances en la tecnología de película delgada que los diseñadores pueden lograr más precisión y confiabilidad en una variedad más amplia de aplicaciones.

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