鎳鉻和氮化鉭膜電阻在通信應用中的比較

　　通信行業(yè)的持續成功依賴(lài)于通信服務(wù)的可靠性。無(wú)論是數據、語(yǔ)音還是視頻，信息必須及時(shí)傳輸。服務(wù)的中斷或不可靠經(jīng)常會(huì )促使客戶(hù)轉換到其它服務(wù)供應商。然而，通信設備制造商仍然在忽視無(wú)源器件的可靠性風(fēng)險，特別是電阻器。

　　為什么會(huì )這樣呢？難道電阻不是僅僅完成簡(jiǎn)單功能的簡(jiǎn)單器件嗎？會(huì )出現什么問(wèn)題？設計工程師或可靠性工程師將時(shí)間集中于電路板中心的硅集成電路而較少關(guān)注周?chē)臒o(wú)源器件，這有什么不對的地方？在通信應用中，正如任何其它電子系統中一樣，電路的可靠性取決于最弱的地方。事實(shí)上，電阻器確實(shí)會(huì )影響電路的可靠性。

　　用來(lái)制造精確片狀電阻的材料有兩種：鎳鉻和氮化鉭（TaNFilM)。采用這兩種材料的電阻具有類(lèi)似的性能特征，只有一點(diǎn)不同--那就是防潮性能。鎳鉻材料在水分存在時(shí)會(huì )溶解，通常會(huì )導致電阻器和電路出現災害性故障，而氮化鉭電阻則可抵抗水汽的侵蝕。

　　在二十世紀80和90年代，表面安裝片狀電阻被廣泛接受前，精確應用中通常采用金屬化孔安裝的模壓成型電阻。通孔安裝的分立電阻一直都是在圓柱形陶瓷上沉積薄膜電阻材料制造的。引線(xiàn)連接到陶瓷的兩端，柱狀電阻器件經(jīng)過(guò)模壓或涂敷，從而制作出如圖1所示的被全面密封的產(chǎn)品。而圖2所示的片狀電阻僅在器件的一側是密封的。與全面密封不同，片狀電阻僅在包含薄膜材料的一側進(jìn)行了涂層密封。盡管在制造時(shí)對電阻單元進(jìn)行了保護性密封，但在許多電信應用所處的嚴酷室外環(huán)境來(lái)說(shuō)，這種密封并不完全牢靠。

　　例如，室外機柜內線(xiàn)路卡上的一個(gè)片狀電阻會(huì )受到室外環(huán)境中溫度循環(huán)和濕度的影響。如果線(xiàn)路卡所處的位置是美國中西部，年溫度極限值可從-20oF直到超過(guò)+100oF。當冷空氣來(lái)臨或暴風(fēng)雨時(shí)，短時(shí)間的溫度波動(dòng)就會(huì )達到50o。

　　當線(xiàn)路卡暴露在這種溫度環(huán)境中時(shí)，在電阻焊接到印刷電路板的地方會(huì )出現機械應力。有機的PC板材料與陶瓷片狀電阻的膨脹和收縮系數不同。FR-4 PC板材料的溫度膨脹系數(Tce)約為16 ppm/℃，而陶瓷材料的Tce僅約7 ppm/℃。不同的膨脹和收縮速度會(huì )導致在電阻焊接點(diǎn)的應力，從而使電阻片在熱循環(huán)過(guò)程中出現撓曲。

　　陶瓷材料的表面粗糙度使得保護涂層可牢牢地附著(zhù)在片狀電阻的表面。然而，在電阻的兩端，密封材料附著(zhù)的材料卻不是陶瓷，而是更為光滑的金屬材料。由于密封材料從金屬引線(xiàn)上脫離會(huì )導致金屬薄膜密封的缺口。如果繼續剝離，那么電阻薄膜就會(huì )暴露到潮濕的空氣中，這時(shí)鎳鉻電阻薄膜就可能出現溶解，從而使電阻值變大，并最終導致斷路。

　　鎳鉻電阻薄膜在水中的溶解情況示于圖3。圖3a顯示的是一個(gè)沒(méi)有密封的鎳鉻電阻。圖3b顯示的是該鎳鉻電阻表面浸在一滴去離子水中并且連接到9V電池（模擬實(shí)際電路)的情況。圖3c則顯示出同一鎳鉻薄膜電阻在施加電壓的情況下暴露于水中60秒后的情況。圖3c中相對較大的灰色區域顯示出鎳鉻薄膜實(shí)際上已經(jīng)溶于水滴中！只需要大約30秒的時(shí)間器件就開(kāi)路了。

　　在現場(chǎng)工作中，片狀電阻的保護層剝離并暴露出下面的電阻薄膜時(shí)，同樣的情況也會(huì )發(fā)生，只不過(guò)此時(shí)的過(guò)程比較緩慢罷了。實(shí)際應用中，電阻不會(huì )象照片中所示的那樣在30秒鐘后就發(fā)生開(kāi)路，但隨著(zhù)時(shí)間流逝，電阻值會(huì )越來(lái)越大，并導致最終故障。

　　與鎳鉻電阻薄膜不同，氮化鉭片狀電阻不會(huì )由于封裝或保護涂層的完整性不佳而導致器件災難性故障。當暴露在空氣中時(shí)，氮化鉭薄膜表面會(huì )自然形成一層氧化層，從而在有水汽和電壓存在的情況下保護薄膜不受到侵蝕。正是這層自鈍化的氧化層為氮化鉭片狀電阻提供了優(yōu)異的防潮性能。而鎳鉻片狀電阻必須依靠封裝的完整性和堅固性來(lái)防止濕氣侵蝕鎳鉻薄膜。

　　利用氮化鉭薄膜制造的片狀電阻是自鈍化的，電阻單元表面的保護性氧化層保護其不會(huì )出現故障，即使在濕氣存在的時(shí)候也是如此。TaNFilm（氮化鉭薄膜)電阻不依賴(lài)密封的完整性就可保護通信電路不會(huì )因濕氣的影響而發(fā)生災難性故障。

　　當在通信電路設計中使用鎳鉻電阻時(shí)，線(xiàn)路饋送卡、遠端DSLAM和有線(xiàn)電視電纜放大器等室外應用都會(huì )受到潮濕故障的威脅。此外，如果突然被置于通常的23℃/50%相對濕度的辦公室環(huán)境之外，或者被暴露于夏季的悶熱天氣中，那么辦公室交換設備也會(huì )非常危險。

　　在辦公室空調環(huán)境中，濕度受到控制，熱循環(huán)也很小，此時(shí)鎳鉻電阻通常沒(méi)有什么問(wèn)題。但當為非空調或室外環(huán)境選擇電阻器件時(shí)，TaNFilm片狀電阻能夠為通信系統提供強健的連接?！?BR>