提高用于高溫環(huán)境和電負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(wú)鉛合金非常適用于汽車(chē)電子或特殊應用。薄膜電阻的端接和結構采用了一些最新的增強技術(shù)，使設計者能夠使用這些大批量市場(chǎng)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)境下工作的設備。

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

　　隨著(zhù)無(wú)鉛技術(shù)的成熟，目前已經(jīng)出現了可以用在高達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商、器件供應商和汽車(chē)系統開(kāi)發(fā)商的Innolot項目，該項目成功開(kāi)發(fā)出了包含SAC合金和用于重載電子設備組裝的無(wú)鹵素焊劑的焊錫膏。

　　隨著(zhù)為高工作溫度優(yōu)化的焊接材料在市場(chǎng)上出現，工程師能夠更自由地在更高環(huán)境條件中使用無(wú)鉛電子產(chǎn)品。這些條件包括汽車(chē)內的引擎倉(UTH)、傳動(dòng)或剎車(chē)系統，以及鉆井、采礦設備或工業(yè)驅動(dòng)裝置等其他應用。

　　然而，還有一些因素會(huì )在熱循環(huán)過(guò)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計和電鍍質(zhì)量。事實(shí)上，在無(wú)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(cháng)和焊點(diǎn)的破裂是無(wú)鉛組裝中引發(fā)故障的主要原因。業(yè)界開(kāi)發(fā)出了一種被稱(chēng)為“安全端接”的工藝，這種工藝能夠嚴格控制鍍的厚度和涂層，還使用了鎳襯層來(lái)減輕這些效應。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構。在安全端接中使用低擴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，就能夠實(shí)現最優(yōu)的鍍錫厚度，從而減少錫須的生長(cháng)。

　　在接觸面設計上進(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，使用了規定的空氣緩沖器對焊點(diǎn)進(jìn)行應力釋放。這種方法能夠有效地解決由于CTE失配產(chǎn)生的應力，而CTE失配會(huì )導致焊點(diǎn)的破裂。在端蓋設計上作進(jìn)一步的改進(jìn)能夠將焊點(diǎn)上的應力減至最小，端蓋與PCB焊盤(pán)間的界面在設計時(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。

　　用這種方法對端接進(jìn)行優(yōu)化能夠有效地改進(jìn)無(wú)鉛焊點(diǎn)的可靠性，前提條件是能夠對電鍍特性進(jìn)行足夠的控制。這只是能讓設計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(chǎng)的器件時(shí)。與繞線(xiàn)電阻或功率密度更低的大尺寸厚膜電阻等相對較貴的專(zhuān)用器件相比，使用這類(lèi)器件能夠節省空間和成本。

　　必須克服的一個(gè)關(guān)鍵難題與此類(lèi)器件必須承受的最高中心溫度有關(guān)。對于最通用的電阻，制造商一般把125℃作為最高溫度，或者最多是155℃。假設采用0102或 0805這樣常用的工業(yè)標準外形尺寸的小尺寸，在有負載的情況下，電阻內散發(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(guò)熱。

　　因此需要對薄膜電阻進(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(wèn)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。