薄膜 厚膜 金属膜电阻都有什么区别?

佚名 时间:2021-09-15

电阻有三种基本类型


金属膜电阻、薄膜贴片电阻及厚膜贴片电阻,这三种电阻表面上看起来很相似,并且可能具有类似的采购规格。但实际上,这三种电阻的制造方式均不同。本身固有的设计与处理将极大影响电 气性能,因此在安装后,这三种电阻的行为均不相同。当外部及内部温度改变时,这些差异会变得非常明显且至关重要。此外,长期稳定性、湿度及其它环境条件的 影响会随时间推移而产生额外影响。这一点应加以考虑,当电路要求对信噪比 (SNR) 及脉冲响应来说更加苛刻时更应如此。因此,一些所谓的高精度电阻在用于电路后结果却达不到人们可能期望的精度。要生产具有高精度及高稳定性的电阻,重要的 是能够控制温度及环境条件对电阻器件的影响。

薄膜电阻

薄膜电阻由陶瓷基板上厚度为50~250 的金属沉积层(真空或溅射工艺)组成。薄膜电阻的单位面积电阻比绕线电阻或Bulk Metal的电阻高。®金属箔电阻更便宜。当需要高电阻值且精度要求适中时,薄膜电阻器更便宜并节省空间。

它们具有 * 良好的温度敏感沉积厚度,但 * 良好的薄膜厚度会产生严重限制可能电阻值范围的电阻值。因此,可以实现不同沉积厚度范围的电阻值。稳定性受温升影响。由于实现不同电阻值所需的薄膜厚度,薄膜电阻稳定性的老化过程在整个电阻范围内变化。这种化学/机械老化还包括电阻合金的高温氧化。此外,改变*好的薄膜厚度会对TCR产生严重影响。因为薄的沉积物更容易氧化,所以高阻膜的电阻退化率非常高。

由于金属量少,薄膜电阻在潮湿条件下容易自蚀。在浸渍封装过程中,水蒸气会引入杂质,导致化学蚀刻,在低压直流应用数小时内会打开薄膜电阻电路。改变*最佳薄膜厚度会严重影响TCR。因为薄的沉积物更容易被氧化,所以高阻膜的电阻退化率非常高。


厚膜电阻

如前所述,由于尺寸、体积和重量的原因,不可能使用晶片类型来进行绕组电阻。虽然不如绕线电阻精确,但它具有更高的电阻密度(高阻值/小尺寸)。厚膜电阻因其成本较低而被广泛使用。与薄膜和金属箔电阻器一样,厚膜电阻器在电流电阻技术中具有更快的频率响应但更高的噪声。虽然精度不如其他技术,但它们之所以在这里讨论厚膜电阻技术,是因为它被广泛应用于几乎每一种电路,包括高精度电路中对精度要求不高的那些。

厚膜电阻依赖于玻璃基体中颗粒之间的接触以形成电阻。这些触点形成一个完整的电阻,但操作中的热应变会中断触点。因为在大多数情况下它们是并联的,厚膜电阻不会开路,但电阻值会随着时间和温度而不断增加。因此,厚膜电阻的稳定性(时间、温度和功率)不如其他电阻技术。

由于结构中的一系列电荷运动,粒状结构也使厚膜电阻产生高噪声。给定尺寸,电阻值越高,金属成分越少,噪音越大,稳定性越差。厚膜电阻结构中的玻璃成分在电阻加工过程中形成玻璃相保护层,因此厚膜电阻的耐湿性高于薄膜电阻。


金属膜电阻

金属膜电阻是一种镍铬或类似合金的真空电镀技术,镀在白色陶瓷棒的表面并切割以调试电阻值,以达到最终所需的精确电阻值。金属膜电阻器提供广泛的电阻值,具有精确的电阻值和较小的公差范围。它们也可应用于金属膜熔断电阻器。目前,碳膜电阻是使用最广泛的电子、电气和信息产品,其价格最便宜,质量稳定性的可靠性高。它是在高温真空中与有机物分离,紧密附着在陶瓷棒表面的碳膜上,经适当接合后切割调整,并涂以环氧树脂以保护其表面的一种碳。从外观上看,碳膜的电阻是金属膜的五环(1%)和碳膜的四环(5%)。金属膜为蓝色,碳膜为绿松石色或其他颜色。 (过去微电阻的国家标准是用颜色来区分,金属膜的电阻是红色的,碳膜的电阻是绿色的。)但由于工艺的改进和外观假金膜,这两种方法都不是很好,很多时候是分辨不出来的。


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三种电阻的该怎么选择?

在具有低 TCR 值的高精度电阻中,自加热(焦耳效应)会使电阻无法严格符合它们的 TCR 规范。这种不准确性会使电阻值在施加的功率下产生错误。选择相应的高精度电阻前,应仔细了解这三种不同的高精度电阻是如何制造的,并对它们进行测试,以了 解它们在使用中的运行方式。

电阻功率系数 测试示例:

在该测试中,我们使用了大小相同 (1206)

且电阻值相同 (1 K) 的三种表面贴装片式电阻。我们对下列每个电阻的 TCR 值进行了测试(MIL 范围:-55℃ ~ +125℃,+25℃参考):箔片式电阻、薄膜片式电阻及厚膜片式电阻。 我们有意选择薄膜及厚膜电阻来获得超低 TCR 值。

在 PCR 测试过程中,我们对这些电阻施加了 100 mW~500 mW 的功率,并测试了电阻值在整个测试过程中的变化。

我们使用了基本的惠斯登电桥电路。选择该电桥臂的电阻值对测试电阻 (Rx) 施加高功率,同时确保其余三个支脚保持超低功率。当功率增加时,Rx 中的任何变化均是由 Rx 的自加热导致的。

公式:
Rb×Rx = Rstd×Ra? ( 1 K×1 K = 10Ω×100 K )

Ra:100 K, 额定功率:+125℃时为 0.3W,Rb = 1K,额定功率:+125℃时为 0.3W,Rstd:10Ω,额定功率:+125℃时为 0.3W? Rx = 1 K, 额定功率:+70℃时为 0.3W

结论:

在因以下两种因素(环境温度变化-TCR和负载变化焦耳效应引起的内部升温 PCR)导致的电阻温度变化过程中,高精度金属膜电阻实现了可用的稳定性。