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贴片电阻:厚膜电阻/精密线绕电阻/薄膜电阻特性优缺点比较


贴片电阻:厚膜电阻/精密线绕电阻/薄膜电阻特性优缺点比较

  电流通过电阻元件时产生热量,热反应会使器件的每种材料发生膨胀或收缩机械变化。环境温度条件也会产生同样的结果。因此,理想的电阻元件应能够根据这些自然现象进行自我平衡,在电阻加工过程中保持物理致性,使用过程中不必进行热效应或应力效应补偿,从而提高系统稳定性。

厚膜电阻

  如前所述,受尺寸、体积和重量的影响,线绕电阻不可能采用晶片型。尽管精度低于线绕电阻,但由于具有高的电阻密度 (高阻值/小尺寸) 且成本低,厚膜电阻得到广泛使用。与薄膜电阻和金属箔电阻一样,厚膜电阻频响速度快,但在目前使用的电阻技术中,其噪声高。虽然精度低于其他技术,但我们之所以在此讨论厚膜电阻技术,是由于其应用于电路,包括精密电路中精度要求不高的部分。

  厚膜电阻依靠玻璃基体中粒子间的接触形成电阻。这些触点构成完整电阻,但工作中的热应变会中断接触。由于大部分情况下并联,厚膜电阻不会开路,但阻值会随着时间和温度持续增加。因此,与其他电阻技术相比,厚膜电阻稳定性差 (时间、温度和功率)。

  由于结构中成串的电荷运动,粒状结构还会使厚膜电阻产生很高的噪声。给定尺寸下,电阻值越高,金属成份越少,噪声越高,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,因此厚膜电阻的抗湿性高于薄膜电阻。

 薄膜贴片电阻

  薄膜电阻由陶瓷基片上厚度为 50 Å 至 250 Å 的金属沉积层组成 (采用真空或溅射工艺)。薄膜电阻单位面积阻值高于线绕电阻或 Bulk Metal® 金属箔电阻,而且为便宜。在需要高阻值而精度要求为中等水平时,薄膜电阻为经济并节省空间。

  它们具有佳温度沉积层厚度,但佳薄膜厚度产生的电阻值严重限制了可能的电阻值范围。因此,采用各种沉积层厚度可以实现不同的电阻值范围。薄膜电阻的稳定性受温度上升的影响。薄膜电阻稳定性的老化过程因实现不同电阻值所需的薄膜厚度而不同,因此在整个电阻范围内是可变的。这种化学/机械老化还包括电阻合金的高温氧化。此外,改变薄膜厚度还会严重影响 TCR。由于较薄的沉积层容易氧化,因此高阻值薄膜电阻退化率高。

  由于金属量少,薄膜电阻在潮湿的条件下易自蚀。浸入封装过程中,水蒸汽会带入杂质,产生的化学腐蚀会在低压直流应用几小时内造成薄膜电阻开路。改变薄膜厚度会严重影响 TCR。由于较薄的沉积层更容易氧化,因此高阻值薄膜电阻退化率高。

精密线绕贴片电阻

  线绕贴片电阻一般分为“功率线绕电阻贴片电阻”和“精密线绕电阻贴片电阻”。功率线绕贴片电阻电阻使用过程中会发生很大变化,不适于精密度要求很高的情况下使用。因此,本讨论不考虑这种电阻。

  线绕电阻的制作方法一般是将绝缘电阻丝缠绕在特定直径的线轴上。不同线径、长度和合金材料可以达到所需电阻和初始特性。精密线绕电阻 ESD 稳定性高,噪声低于薄膜或厚膜电阻。线绕电阻还具有 TCR 低、稳定性高的特点。

  线绕电阻初始误差可以低至 ± 0.005 %。TCR (温度每变化一摄氏度,电阻的变化量) 可以达到 3 ppm/°C典型值。不过,降低电阻值,线绕电阻一般在15 ppm/°C 到 25 ppm/°C。热噪声降低,TCR 在限定温度范围内可以达到 ± 2 ppm/°C 。

  线绕电阻加工过程中,电阻丝内表面 (靠近线轴一侧) 收缩,而外表面拉伸。这道工艺产生变形 — 相对于弹性变形或可逆变形,须对电阻丝进行退火。永久性机械变化 (不可预测) 会造成电阻丝和电阻电气参数任意变化。因此,电阻元件电性能参数存在很大的不确定性。

  由于线圈结构,线绕贴片电阻成为电感器,圈数附近会产生线圈间电容。为提高使用中的响应速度。不过,这会增加成本,而且降低电感的效果有限。由于设计中存在的电感和电容,线绕电阻高频特性差, 50 kHz 以上频率。

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