當代高精密電阻技術簡述

   日期:2018-12-08     瀏覽:289    

  系統整體性能的改進,是通過每一個電子元件或者子系統來實現的,整體性能是由電路系統中最薄弱的環節決定的。每一個元件都給整體電路系統帶來一些性能上的限制。特別是短時過載,長期穩定性,頻率響應,噪聲。在分立電阻工業中,現有四種流行的電阻技術,線繞電阻,厚膜電阻,薄膜電阻,和箔電阻,為客戶提供不同性能需求不同預算的方案。


       當電流通過電阻元素時,產生自熱,溫度的改變會引起材料產生機械擴張或收縮。 理想的電阻元素具有自動平衡這些現象的能力,穩定性增強系統可以通過制造工藝保持電阻元素完整的物理特性,并且可以消除電阻使用過程中自熱和應力所需的補償。
       線繞電阻一般分為功率線繞電阻和精密線繞電阻。功率線繞電阻在使用期間會有很大改變,不能用于對電阻要求精密性能的應用。因此,我們不討論功率線繞電阻。

       相對于彈性形變或者可逆形變,這種工序引起的形變并且在后續的電阻絲退火工序中產生的形變是人為的。不可預測的永久性機械形變,引起電阻絲電氣特性和阻值的隨機改變。結果是電阻絲有各種各樣的性能參數。

       線繞電阻的初始精度最低可以做到± 0.005 %。 溫飄最小可以做到 3 ppm/°C 典型值; 但是對于低阻值線繞電阻一般在15 ppm/°C 到 25 ppm/°C。熱噪音低, 跟蹤溫飄超出工作溫度范圍也可能達到 ± 2 ppm/°C。  不過因為線繞電阻的繞線結構,線繞電阻是有感的,并且相近的繞線產生電容。特殊的繞線科技可能被用于降低電感,以提高電阻使用期間的響應時間。由于固有的有感有容設計,線繞電阻沒有很好的高頻特性。特別是在50KHz以上的應用中。由于電感和價格因素,目前精密線繞電阻趨于被淘汰的邊緣。

薄膜電阻

       薄膜電阻對溫度敏感,可以選擇恰當厚度的膜以做出各種阻值,但是特定的膜只能做出一定阻值范圍的電阻。因此各種厚度的膜被用于制作各種阻值范圍的電阻。

       合適厚度的膜的溫飄也會對阻值產生不利影響。高阻值薄膜電阻有更大的惡化率。因為膜越薄,越容易受到氧化。由于薄膜電阻很薄,很容易受靜電的影響。

       通過長時間多層的膜層沉積,高精密的調阻和后期的篩選,最優的精密薄膜電阻也可以達到±2ppm/°C的溫飄和±0.01%的精度,以及很好的長期穩定性。但功率做不大,低阻值部分指標不好,不抗靜電,功率系數差,很難滿足小批量的供貨,且不同批次的一致性不好等問題目前仍無法解決。

厚膜電阻

       厚膜電阻有更快的頻率響應,類似于薄膜電阻和箔電阻,但是在各種電阻科技中,厚膜電阻是噪音最大的。當被用于不那么精密的場合,厚膜電阻會被討論并被廣泛使用于各種類型的電路,包括高精密電路中要求不那么精密的部分。

       顆粒構造也說明厚膜電阻的噪音系數高,由于電阻電子的聚合和釋放運動通過這種結構產生比較大的噪音. 給定尺寸的電阻,阻值越高,金屬成分越低,噪音越大并且越不穩定。厚膜電阻的玻璃結構形成一個玻璃狀的保護外套以在加工電阻過程中保護電阻,這也使得厚膜電阻比薄膜電阻具有更好的抗潮濕性能。

       可控制的特殊的箔電阻合金(鎳/鉻和附加劑) 被粘合在特殊的陶瓷基質上, 可以平衡由于熱和機械產生的應力。 電阻路徑圖案通過激光蝕刻在箔電阻合金上. 這個工藝獨特地整合了低溫飄,長期穩定性,無感,對靜電不敏感,低電容,快速熱穩定性,和低噪音等重要特性在一個單一的電阻科技中。

       標準溫度系數± 1 ppm/°C 0 °C to + 60 °C (0.05 ppm/°C Z-Foil), 采集自箔電阻合金和與其結合的熱應力和機械應力平衡的基質 (表1)。

       1-kΩ Bulk metal Foil金屬箔直流電阻 與它 100 MHz時的交流電阻比較可以用以下的公式表達:

       箔電阻科技生產以前的技術做不到的和人們期待的特殊規格的電阻。這些包括溫飄 0.2 ppm/°C , 精度低至 ±  0.001 % , 1000小時負載壽命穩定性 ± 0.005 % (50 ppm),抗靜電至少25 kV。

好的產品到底需要多好的性能?

       當然,不是每一個工程師設計的電路都需要整體的高性能。在很多應用中,低性能的電阻已經可以滿足要求,所以答案分為四類。

       1. 金屬箔電阻可以提升設備的整體性能。

       2. 一個或者幾個金屬箔電阻可以使得設備的某一項性能達到最好。

       3. 金屬箔電阻可以提高電路技術的發展水平,改進了精密電阻的很多有利性能。

       4. 明確計劃使用精密電阻的長遠考慮(例如:金屬箔電阻比額外增加昂貴的裝置去少量提升電路性能以保持電路精度更加節省成本)。
       在第二類中,例如, 單一參數必須權衡整體設計是否經濟。使用比較高性能的電阻可以節省成本,因為可以減少補償電路(并且節省了相關元件及其安裝成本)。通過提高電阻精密度比改進裝置更節省成本,因為改進裝置提高部分性能比起精密電阻花費更多。

       此外,采用高性能的電阻提升設備的整體性能可以提高設備的市場認可度,相信這也是毋庸置疑的。無論在任何時候產品的品質,客戶的認可都是最好宣傳。



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