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當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計來(lái)說(shuō)，片狀元件陣列可以幫助緩解布局和封裝問(wèn)題。不過(guò)，這并不適用于所有廠(chǎng)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(zhù)降低，這很可能會(huì )對片狀電阻器市場(chǎng)產(chǎn)生重大影響。目前，一種合理的預期是，容差1%、電阻溫度系數（TCR）為±100×10-6/℃的商品薄膜片狀電阻器的價(jià)位將與同等精度的厚膜電阻器的價(jià)位大致相同。 在硫含量較高的環(huán)境，例如汽車(chē)裝備、工業(yè)設備和重型農用和建筑設備中，由于硫化銀的形成，常見(jiàn)的厚膜片狀電阻器會(huì )出現阻值偏移問(wèn)題。硫滲過(guò)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(guò)電鍍層和屏蔽層，與銀接觸形成硫化銀 硫化銀是不導電的，而持續暴露在硫環(huán)境中將意味著(zhù)更多硫化銀的形成，直到所有的銀都完全轉化成硫化銀。導電層將因此被中斷，而該元件將變成開(kāi)路。對任何汽車(chē)或工業(yè)設備制造商而言，這是一種特別令人沮喪的現象，因為它是一種在制造時(shí)完全無(wú)法檢測的潛在故障。有些汽車(chē)和工業(yè)設備制造商已經(jīng)通過(guò)密封電子設備，成功地阻止了硫化銀的形成，但要將該方法應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。 1 厚膜和薄膜 厚膜電阻器的內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(jià)的端接材料具有更高的銀含量，但通常正是內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)的內部端接，不含銀且通常也不包含任何其他貴金屬。這意味著(zhù)鎳鉻鐵合金薄膜材料的價(jià)位比那些金、鈀或鉑含量更高的厚膜材料更為穩定。 只有內部端接不包含銀或銅質(zhì)材料的片狀電阻器，或者那些內部端接由硫無(wú)法滲透的中間層加以保護的片狀電阻器，才能夠完全不受硫污染的影響。市場(chǎng)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(shí)間一長(cháng)，它們最終也會(huì )失效，變成開(kāi)路。 同樣，我們知道，浸鍍的保護性鈍化層的不重合也可能會(huì )使得硫污染的影響更為嚴重。在這種情況下，降低浸渡工藝的速度可以將這種效應降至最低，但這樣做也會(huì )增加制造成本并降低制造產(chǎn)能。因為薄膜內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(jiàn)的薄膜電阻器，它比厚膜片狀電阻器有顯著(zhù)的改善，特別是它的電阻值較大。 圖2 根據額定電阻值而變化的典型電流噪聲等級 在過(guò)去，這種電噪聲更低的改進(jìn)措施只有在高端音頻應用中才能體現其重要性。但是，厚膜電阻器難以滿(mǎn)足目前最新的高速通信設備，例如路由器、網(wǎng)橋和DSL調制解調器等對噪聲的要求。許多因素導致厚膜電阻器的噪聲更大，薄膜和厚膜技術(shù)最顯著(zhù)的一個(gè)差異體現在激光修整特性上。一旦燒制成功，厚膜材料的性狀實(shí)際上與玻璃類(lèi)似。因此，隨著(zhù)材料的冷卻，激光修整會(huì )在修整區域周?chē)纬稍S多細小的微裂痕。這些微裂痕是寄生電容和錯誤電流路徑的一種來(lái)源，所有這些都會(huì )固有地導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(huì )增加一層絕緣玻璃來(lái)穩定激光修整。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(cháng)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標準的豁免項目。 但是，這種豁免今后是會(huì )繼續存在，抑或業(yè)界會(huì )要求使用一種不含鉛的激光修整穩定的備選方法，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，因為它不需要使用幾乎所有厚膜芯片都會(huì )用到的含鉛玻璃。 2 發(fā)展 薄膜技術(shù)以及厚膜技術(shù)的一項最新發(fā)展是在給定的EIA標準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計小型化，而無(wú)須犧牲功率處理能力。對于增強電流設計、減小未來(lái)設計的尺寸、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，這項突破都是至關(guān)重要的。 影響薄膜技術(shù)批量應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(jiàn)價(jià)位要比最接近它的厚膜同類(lèi)產(chǎn)品高10?100倍。為了減少這種差異，供應商需要對薄膜材料進(jìn)行完全重新設計，以滿(mǎn)足高速低成本生產(chǎn)的需要。它還需要開(kāi)發(fā)一種高速的內聯(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項進(jìn)步可以同時(shí)應用于價(jià)格僅為常見(jiàn)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。 |
