薄膜電阻器提供不滲透硫的解決方案

當前的小型化趨勢將電阻器技術推到了極限。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。

厚膜和薄膜技術的最近發展可以在給定的芯片尺寸上實現更高的額定功率。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勢，而厚膜電阻器唯一的明顯優勢就是成本。

借助最新的材料和工藝進步，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。

在硫含量較高的環境，例如汽車裝備、工業設備和重型農用和建筑設備中，由于硫化銀的形成，常見的厚膜片狀電阻器會出現阻值偏移問題。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，而持續暴露在硫環境中將意味著更多硫化銀的形成，直到所有的銀都完全轉化成硫化銀。導電層將因此被中斷，而該元件將變成開路。對任何汽車或工業設備制造商而言，這是一種特別令人沮喪的現象，因為它是一種在制造時完全無法檢測的潛在故障。有些汽車和工業設備制造商已經通過密封電子設備，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。

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定。

只有內部端接不包含銀或銅質材料的片狀電阻器，或者那些內部端接由硫無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，浸鍍的保護性鈍化層的不重合也可能會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，但這樣做也會增加制造成本并降低制造產能。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，薄膜電阻器技術可以更好地抵抗硫污染。除此之外，采用薄膜技術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 根據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，厚膜電阻器難以滿足目前最新的高速通信設備，例如路由器、網橋和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，薄膜和厚膜技術最顯著的一個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域周圍形成許多細小的微裂痕。這些微裂痕是寄生電容和錯誤電流路徑的一種來源，所有這些都會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，制造商通常會增加一層絕緣玻璃來穩定激光修整。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，這種豁免今后是會繼續存在，抑或業界會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。薄膜技術可以提供一種“更為綠色”或更為環保的電阻器，因為它不需要使用幾乎所有厚膜芯片都會用到的含鉛玻璃。

發展
薄膜技術以及厚膜技術的一項最新發展是在給定的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）。這一重要進步使得工程師能夠使設計小型化，而無須犧牲功率處理能力。對于增強電流設計、減小未來設計的尺寸、產出更小的最終產品或在同尺寸產品中提供更多功能而言，這項突破都是至關重要的。

影響薄膜技術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價位要比最接近它的厚膜同類產品高10?100倍。為了減少這種差異，供應商需要對薄膜材料進行完全重新設計，以滿足高速低成本生產的需要。它還需要開發一種高速的內聯式薄膜制造工藝。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項進步可以同時應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。那可能是所有發展中最引人注目的一項。