薄膜電阻器提供不滲透硫的解決方案

當(dāng)前的小型化趨勢將電阻器技術(shù)推到了極限。例如，0201尺寸的片狀電阻器僅封裝就大約占到了元件總成本的60%。對某些在電路板上同一相鄰位置使用相同電阻值的設(shè)計(jì)來說，片狀元件陣列可以幫助緩解布局和封裝問題。不過，這并不適用于所有廠商。

厚膜和薄膜技術(shù)的最近發(fā)展可以在給定的芯片尺寸上實(shí)現(xiàn)更高的額定功率。眾所周知，與厚膜電阻元件相比，薄膜電阻元件具有眾多性能優(yōu)勢，而厚膜電阻器唯一的明顯優(yōu)勢就是成本。

借助最新的材料和工藝進(jìn)步，這種明顯的成本差別可被顯著降低，這很可能會對片狀電阻器市場產(chǎn)生重大影響。目前，一種合理的預(yù)期是，容差1%、電阻溫度系數(shù)（TCR）為±100×10-6/℃的商品薄膜片狀電阻器的價位將與同等精度的厚膜電阻器的價位大致相同。

在硫含量較高的環(huán)境，例如汽車裝備、工業(yè)設(shè)備和重型農(nóng)用和建筑設(shè)備中，由于硫化銀的形成，常見的厚膜片狀電阻器會出現(xiàn)阻值偏移問題。硫滲過電鍍層和屏蔽層，與銀接觸形成硫化銀（如圖1所示）。

圖1 硫滲過電鍍層屏蔽層與銀接觸形成硫化銀
硫化銀是不導(dǎo)電的，而持續(xù)暴露在硫環(huán)境中將意味著更多硫化銀的形成，直到所有的銀都完全轉(zhuǎn)化成硫化銀。導(dǎo)電層將因此被中斷，而該元件將變成開路。對任何汽車或工業(yè)設(shè)備制造商而言，這是一種特別令人沮喪的現(xiàn)象，因?yàn)樗且环N在制造時完全無法檢測的潛在故障。有些汽車和工業(yè)設(shè)備制造商已經(jīng)通過密封電子設(shè)備，成功地阻止了硫化銀的形成，但要將該方法應(yīng)用于所有情況并不可行，而且這并不是一種能確保防止硫污染的可靠方法。

厚膜和薄膜

厚膜電阻器的內(nèi)部端接通常都不同程度地采用了鍍銀/鈀工藝。這些相對廉價的端接材料具有更高的銀含量，但通常正是內(nèi)部端接中的銀容易受到硫的污染。

盡管有可能找到銀含量更低的厚膜材料，但至今為止，這些備選材料都需要更高的成本，因此批量生產(chǎn)似乎不太可能。另一方面，薄膜片狀電阻器使用濺射的、以鎳鉻鐵合金為主要材質(zhì)的內(nèi)部端接，不含銀且通常也不包含任何其他貴金屬。這意味著鎳鉻鐵合金薄膜材料的價位比那些金、鈀或鉑含量更高的厚膜材料更為穩(wěn)定。

只有內(nèi)部端接不包含銀或銅質(zhì)材料的片狀電阻器，或者那些內(nèi)部端接由硫無法滲透的中間層加以保護(hù)的片狀電阻器，才能夠完全不受硫污染的影響。市場上存在具有競爭力的基于厚膜的解決方案，它們有一定防硫效果，但仍不能完全避免硫污染——時間一長，它們最終也會失效，變成開路。

同樣，我們知道，浸鍍的保護(hù)性鈍化層的不重合也可能會使得硫污染的影響更為嚴(yán)重。在這種情況下，降低浸渡工藝的速度可以將這種效應(yīng)降至最低，但這樣做也會增加制造成本并降低制造產(chǎn)能。因?yàn)楸∧?nèi)部端接不受硫污染的影響，所以這一工藝的精度并不重要。

很明顯，就其內(nèi)部端接而言，薄膜電阻器技術(shù)可以更好地抵抗硫污染。除此之外，采用薄膜技術(shù)的電阻器也具有整體穩(wěn)定性、更低的噪聲以及更低的寄生電容和電感（取決于電阻值）。圖2展示了常見的薄膜電阻器，它比厚膜片狀電阻器有顯著的改善，特別是它的電阻值較大。

圖2 額定電阻值而變化的典型電流噪聲等級
在過去，這種電噪聲更低的改進(jìn)措施只有在高端音頻應(yīng)用中才能體現(xiàn)其重要性。但是，厚膜電阻器難以滿足目前最新的高速通信設(shè)備，例如路由器、網(wǎng)橋和DSL調(diào)制解調(diào)器等對噪聲的要求。許多因素導(dǎo)致厚膜電阻器的噪聲更大，薄膜和厚膜技術(shù)最顯著的一個差異體現(xiàn)在激光修整特性上。一旦燒制成功，厚膜材料的性狀實(shí)際上與玻璃類似。因此，隨著材料的冷卻，激光修整會在修整區(qū)域周圍形成許多細(xì)小的微裂痕。這些微裂痕是寄生電容和錯誤電流路徑的一種來源，所有這些都會固有地導(dǎo)致對高速通信信號的處理性能的下降。

為了降低激光修整對厚膜元件的影響，制造商通常會增加一層絕緣玻璃來穩(wěn)定激光修整。這一層包含微量的鉛，而且人們深知它對于保持厚膜電阻器長期可靠性的重要性；鑒于其重要性，這種絕緣玻璃層目前屬于RoHS標(biāo)準(zhǔn)的豁免項(xiàng)目。

但是，這種豁免今后是會繼續(xù)存在，抑或業(yè)界會要求使用一種不含鉛的激光修整穩(wěn)定的備選方法，前景尚不明朗。薄膜技術(shù)可以提供一種“更為綠色”或更為環(huán)保的電阻器，因?yàn)樗恍枰褂脦缀跛泻衲ば酒紩玫降暮U玻璃。

發(fā)展

薄膜技術(shù)以及厚膜技術(shù)的一項(xiàng)最新發(fā)展是在給定的EIA標(biāo)準(zhǔn)片狀電阻器尺寸上獲得了更高的額定功率（如表1所示）。這一重要進(jìn)步使得工程師能夠使設(shè)計(jì)小型化，而無須犧牲功率處理能力。對于增強(qiáng)電流設(shè)計(jì)、減小未來設(shè)計(jì)的尺寸、產(chǎn)出更小的最終產(chǎn)品或在同尺寸產(chǎn)品中提供更多功能而言，這項(xiàng)突破都是至關(guān)重要的。


影響薄膜技術(shù)批量應(yīng)用于片狀電阻器制造的最重要因素是它的成本。具有最差容差和TCR的薄膜片狀電阻器的常見價位要比最接近它的厚膜同類產(chǎn)品高10?100倍。為了減少這種差異，供應(yīng)商需要對薄膜材料進(jìn)行完全重新設(shè)計(jì)，以滿足高速低成本生產(chǎn)的需要。它還需要開發(fā)一種高速的內(nèi)聯(lián)式薄膜制造工藝。降低成本的最后一步是將對薄膜材料的要求從高精度級別（0.1%的容差和25×10-6/℃的TCR）放寬到商用、通用和商品級別（1%容差和100×10-6/℃的TCR）。這3項(xiàng)進(jìn)步可以同時應(yīng)用于價格僅為常見商品厚膜片狀電阻器的10%?20%的片狀電阻器。那可能是所有發(fā)展中最引人注目的一項(xiàng)。