提高用于高溫環(huán)境和電負(fù)載的薄膜電阻的性能

　　摘要：可提高焊點(diǎn)在高工作溫度下可靠性的無鉛合金非常適用于汽車電子或特殊應(yīng)用。薄膜電阻的端接和結(jié)構(gòu)采用了一些最新的增強(qiáng)技術(shù)，使設(shè)計(jì)者能夠使用這些大批量市場的器件，加上最新的焊錫配方，用更低的成本組裝出在惡劣環(huán)境下工作的設(shè)備。

　　關(guān)鍵詞：高溫環(huán)境;電負(fù)載;薄膜電阻;Vishay

　　隨著無鉛技術(shù)的成熟，目前已經(jīng)出現(xiàn)了可以用在高達(dá)140～150℃焊點(diǎn)溫度下的高溫焊錫合金，而且不會(huì)損失可靠性。一個(gè)例子是囊括了材料供應(yīng)商、器件供應(yīng)商和汽車系統(tǒng)開發(fā)商的Innolot項(xiàng)目，該項(xiàng)目成功開發(fā)出了包含SAC合金和用于重載電子設(shè)備組裝的無鹵素焊劑的焊錫膏。

　　隨著為高工作溫度優(yōu)化的焊接材料在市場上出現(xiàn)，工程師能夠更自由地在更高環(huán)境條件中使用無鉛電子產(chǎn)品。這些條件包括汽車內(nèi)的引擎?zhèn)}(UTH)、傳動(dòng)或剎車系統(tǒng)，以及鉆井、采礦設(shè)備或工業(yè)驅(qū)動(dòng)裝置等其他應(yīng)用。

　　然而，還有一些因素會(huì)在熱循環(huán)過程中影響焊點(diǎn)的可靠性。這些因素不僅包括焊錫合金的特性，也包括器件端接的設(shè)計(jì)和電鍍質(zhì)量。事實(shí)上，在無鉛焊接中，這些與器件有關(guān)的因素比在SnPb組裝中更加重要。

　　錫須生長和焊點(diǎn)的破裂是無鉛組裝中引發(fā)故障的主要原因。業(yè)界開發(fā)出了一種被稱為“安全端接”的工藝，這種工藝能夠嚴(yán)格控制鍍的厚度和涂層，還使用了鎳襯層來減輕這些效應(yīng)。例如，鎳襯層能夠阻斷金屬從焊點(diǎn)中浸出，從而保持最佳的金屬化合結(jié)構(gòu)。在安全端接中使用低擴(kuò)散的鎳合金提高了這種阻斷層的整體性。此外，密切控制鍍錫工藝，包括電流密度以及電解液的成分和純度，就能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)的鍍錫厚度，從而減少錫須的生長。

　　在接觸面設(shè)計(jì)上進(jìn)行更多的改進(jìn)能夠進(jìn)一步提高焊點(diǎn)的可靠性。端蓋附屬裝置的優(yōu)化方法，使用了規(guī)定的空氣緩沖器對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力釋放。這種方法能夠有效地解決由于CTE失配產(chǎn)生的應(yīng)力，而CTE失配會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)的破裂。在端蓋設(shè)計(jì)上作進(jìn)一步的改進(jìn)能夠?qū)⒑更c(diǎn)上的應(yīng)力減至最小，端蓋與PCB焊盤間的界面在設(shè)計(jì)時(shí)留出了一定空隙，可以讓焊錫在熱循環(huán)時(shí)發(fā)生蠕變。

　　用這種方法對(duì)端接進(jìn)行優(yōu)化能夠有效地改進(jìn)無鉛焊點(diǎn)的可靠性，前提條件是能夠?qū)﹄婂兲匦赃M(jìn)行足夠的控制。這只是能讓設(shè)計(jì)者采用最新的高溫焊接合金制造出用于更苛刻環(huán)境的系統(tǒng)的因素之一。但是也必須考慮器件本身的熱性能，尤其是涉及到薄膜電阻等大批量市場的器件時(shí)。與繞線電阻或功率密度更低的大尺寸厚膜電阻等相對(duì)較貴的專用器件相比，使用這類器件能夠節(jié)省空間和成本。

　　必須克服的一個(gè)關(guān)鍵難題與此類器件必須承受的最高中心溫度有關(guān)。對(duì)于最通用的電阻，制造商一般把125℃作為最高溫度，或者最多是155℃。假設(shè)采用0102或 0805這樣常用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸的小尺寸，在有負(fù)載的情況下，電阻內(nèi)散發(fā)的功率足以使已經(jīng)工作在接近150 ℃的最高焊點(diǎn)溫度下的器件變得過熱。

　　因此需要對(duì)薄膜電阻進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，才能使其能夠承受更高的膜溫。研究的核心問題是提高薄膜材料的特性，以及制造薄膜貼片電阻時(shí)所采用的電絕緣系統(tǒng)。