薄膜電阻和厚膜電阻

厚膜電阻主要是指采用印刷而成的電阻。薄膜電阻器是用蒸發(fā)的方法將一定電阻率材料蒸鍍于絕緣材料表面制成。

厚膜電阻的電阻體制造工藝：印刷

電阻體印刷→電阻體燒結(jié)

電阻體：RuO2、Ag、Pd/RuO2/Pb2Ru2O6印刷→140℃干燥。

燒結(jié)：850℃燒結(jié)。

單個(gè)電阻來看，就是兩個(gè)電極之間形成了一個(gè)電阻初值，如圖所示。

電阻體燒結(jié)整個(gè)基板的變化效果:

厚膜電阻采用的絲網(wǎng)印刷法，就是在陶瓷基底上貼一層鈀化銀電極，然后在電極之間印刷一層二氧化釕作為電阻體。厚膜電阻的電阻膜通常比較厚，大約100μm。厚膜電阻是目前應(yīng)用最多的電阻，價(jià)格便宜，容差有5%和1%，絕大多數(shù)產(chǎn)品中使用的都是5%和1%的片狀厚膜電阻。厚膜電阻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。

制造工藝差異：厚膜電阻一般采用絲網(wǎng)印刷工藝，薄膜電阻采用真空蒸鍍、磁控濺射、負(fù)蝕刻法等工藝方法。厚膜電阻和薄膜電阻在材料和工藝上的差異直接導(dǎo)致了兩種電阻在性能上的差異。一般厚膜電阻精度較差，常見精度為10%、5%、1%，而薄膜電阻精度可以為0.01% 1 / 10000、0.1% 1 / 1000等。同時(shí)，厚膜電阻的溫度系數(shù)難以控制，一般較大。同樣，薄膜電阻可以實(shí)現(xiàn)極低的溫度系數(shù)，使電阻值隨溫度變化很小，電阻值穩(wěn)定可靠。因此，薄膜電阻常用于各種儀器、醫(yī)療器械、電源、電力設(shè)備、電子和數(shù)碼產(chǎn)品等。

通常，薄膜電阻的制造方法通常包括絕緣基板，在絕緣基板上通過非光刻法形成導(dǎo)體圖案層，在導(dǎo)體圖案層和絕緣基板上形成薄膜電阻層；通過光刻對薄膜電阻層進(jìn)行圖案化。這種薄膜電阻制造方法可以降低薄膜電阻的制造成本，但目前很多薄膜電阻選擇負(fù)蝕刻法，越來越流行。

“負(fù)極板蝕刻法”常用于薄膜電阻的制造。在制作過程中，首先進(jìn)行光刻和腐蝕，得到電極和電阻的整體圖形，然后用嵌套電阻掩膜作為光刻和腐蝕的選擇性掩膜，得到電阻圖形。這種方法最大的問題是注冊窗口窄。由于“對準(zhǔn)標(biāo)記”僅限于特定結(jié)構(gòu)，通常是陶瓷片的邊緣部分，因此不能保證在任何地方注冊。配準(zhǔn)會(huì)受到鏡片異常、陶瓷片夾持異常、掩膜圖案錯(cuò)位、陶瓷片本身變形等影響。

因此，對于采用負(fù)蝕刻法制造薄膜電阻器，一般將嵌套掩模上的“對準(zhǔn)標(biāo)記”與上層微結(jié)構(gòu)圖形對齊，然后觀察兩者上的圖形是否對齊。如有錯(cuò)位，進(jìn)行微調(diào)，待圖形完全套準(zhǔn)后進(jìn)行曝光等后續(xù)工作。這種方法使用的掩膜為負(fù)片，即掩膜大部分是遮光區(qū)，只有一小部分是透明的。掩膜上的大面積陰影區(qū)域使得微觀結(jié)構(gòu)圖形的邊界不夠清晰，圖形配準(zhǔn)操作相對困難，容易發(fā)生圖形配準(zhǔn)錯(cuò)位，配準(zhǔn)時(shí)間相應(yīng)較長。

使用普通的接觸式或接近式光刻機(jī)來套接電阻時(shí)，一旦圖案未對齊，就會(huì)引起連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致電阻圖案腐蝕錯(cuò)位。輕的話會(huì)使阻值偏差很大，重的話會(huì)導(dǎo)致微波電路圖形的破壞，直接影響產(chǎn)品的良率。因此，一般在鏡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)套刻錯(cuò)位時(shí)采用及時(shí)返工，但既費(fèi)力又浪費(fèi)，生產(chǎn)效率不高。

薄膜電阻就是氧化鋁陶瓷基底上通過真空沉積形成鎳化鉻薄膜，通常只有0.1μm厚，只有厚膜電阻的千分之一，然后通過光刻工藝將薄膜蝕刻成一定的形狀。光刻工藝十分精確，可以形成復(fù)雜的形狀，因此薄膜電容的性能可以控制的很好。薄膜電阻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。

薄膜電阻電阻具有最佳溫度敏感沉積層厚度，但最佳薄膜厚度產(chǎn)生的電阻值嚴(yán)重限制了可能的電阻值范圍。因此，采用各種沉積層厚度可以實(shí)現(xiàn)不同的電阻值范圍。薄膜電阻的穩(wěn)定性受溫度上升的影響。薄膜電阻穩(wěn)定性的老化過程因?qū)崿F(xiàn)不同電阻值所需的薄膜厚度而不同，因此在整個(gè)電阻范圍內(nèi)是可變的。這種化學(xué)/機(jī)械老化還包括電阻合金的高溫氧化。此外，改變最佳薄膜厚度還會(huì)嚴(yán)重影響 TCR。由于較薄的沉積層更容易氧化，因此高阻值薄膜電阻退化率非常高。

TCR是一個(gè)不容忽視的微小參數(shù)，如圖展示了薄膜電阻的TCR特性優(yōu)于厚膜電阻。

厚膜電阻依靠玻璃基體中粒子間的接觸形成電阻。這些觸點(diǎn)構(gòu)成完整電阻，但工作中的熱應(yīng)變會(huì)中斷接觸。由于大部分情況下并聯(lián)，厚膜電阻不會(huì)開路，但阻值會(huì)隨著時(shí)間和溫度持續(xù)增加。因此，與其他電阻技術(shù)相比，厚膜電阻穩(wěn)定性差（時(shí)間、溫度和功率）。薄膜電阻的物理結(jié)構(gòu)決定了他的電流特性。

由于結(jié)構(gòu)中成串的電荷運(yùn)動(dòng)，粒狀結(jié)構(gòu)還會(huì)使厚膜電阻產(chǎn)生很高的噪聲。給定尺寸下，電阻值越高，金屬成分越少，噪聲越高，穩(wěn)定性越差。厚膜電阻結(jié)構(gòu)中的玻璃成分在電阻加工過程中形成玻璃相保護(hù)層，因此厚膜電阻的抗?jié)裥愿哂诒∧る娮琛?/p>

我們已經(jīng)知道薄膜電阻和厚膜電阻的根本區(qū)別是厚度。導(dǎo)致厚度不同的原因是生產(chǎn)工藝，所以我們可以簡單地認(rèn)為印刷工藝的就是厚膜電阻，鍍膜工藝的就是薄膜電阻。

那么金屬膜電阻和碳膜電阻與“薄膜電阻”“厚膜電阻”之間又是什么關(guān)系呢？下面我們先看一下金屬膜電阻和碳膜電阻的定義。

金屬膜電阻是迄今為止應(yīng)用較為廣泛的電阻，其精度高，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單輕巧。金屬膜電阻器是膜式電阻器(Film Resistors)中的一種。它是采用高溫真空鍍膜技術(shù)將鎳鉻或類似的合金緊密附在瓷棒表面形成皮膜，經(jīng)過切割調(diào)試阻值，以達(dá)到最終要求的精密阻值，然后加適當(dāng)接頭切割，并在其表面涂上環(huán)氧樹脂密封保護(hù)而成。金屬膜電阻通過刻槽和改變金屬膜厚度可以控制阻值。金屬膜電阻器的制造工藝比較靈活，不僅可以調(diào)整它的材料成分和膜層厚度，也可通過刻槽調(diào)整阻值，因而可以制成性能良好，阻值范圍較寬的電阻器。正是由于金屬膜電阻器的定義是采用真空蒸發(fā)工藝制得，即在真空中加熱合金，合金蒸發(fā)，使瓷棒表面形成一層導(dǎo)電金屬膜。所以，金屬膜電阻器是屬于“薄膜電阻”的分類。

碳膜電阻器也是膜式電阻器中的一種。它是采用高溫真空鍍膜技術(shù)將碳緊密附在瓷棒表面形成碳膜，然后加適當(dāng)接頭切割，并在其表面涂上環(huán)氧樹脂密封保護(hù)而成的。其表面常涂以綠色保護(hù)漆。碳膜的厚度決定阻值的大小，通常用控制膜的厚度和刻槽來控制電阻器。碳膜電阻亦稱“熱分解碳膜電阻”。碳?xì)浠衔镌谡婵罩懈邷責(zé)岱纸獾奶汲练e在基體上的一種薄膜電阻。價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定，阻值與功率范圍寬。

金屬膜電阻是一種薄膜電阻，碳膜電阻也是薄膜電阻的一種。另外一種薄膜電阻就是金屬氧化膜電阻。

金屬氧化膜電阻器就是以特種金屬或合金作電阻材料，用真空蒸發(fā)或?yàn)R射的方法，在陶瓷或玻璃基本上形成氧化的電阻膜層的電阻器。英文名為 Metal Oxide Film Resistor。金屬膜電阻器一般采用真空蒸發(fā)工藝制得，即在真空中加熱合金，合金蒸發(fā)，使瓷棒表面形成一層導(dǎo)電金屬膜?？滩酆透淖兘饘倌ず穸瓤梢钥刂谱柚怠Ｋ哪蜔嵝浴⒃肼曤妱?、溫度系數(shù)、電壓系數(shù)等電性能比碳膜電阻器優(yōu)良。金屬膜電阻器的制造工藝比較靈活，不僅可以調(diào)整它的材料成分和膜層厚度，也可通過刻槽調(diào)整阻值，因而可以制成性能良好，阻值范圍較寬的電阻器。

厚膜電阻指的是電路的制造工藝，是指在陶瓷基片上采用部分半導(dǎo)體工藝集成分立元件、裸芯片、金屬連線等，一般其電阻是印刷在基片上，通過激光調(diào)節(jié)其阻值的一種電路封裝形式，阻值精度可達(dá)0.5%，一般用于微波和航天領(lǐng)域。厚膜電阻被廣泛應(yīng)用，有如下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）基板材料：96%氧化鋁或氧化鈹陶瓷。

（2）導(dǎo)體材料：銀、鈀、鉑等合金。

（3）電阻漿料：一般為釕酸鹽系列。

（4）名字來由：電阻和導(dǎo)體膜厚一般超過10μm，相對濺射等工藝所成電路的膜厚了一些，故稱為厚膜。當(dāng)然，現(xiàn)在的工藝印刷電阻的膜厚也有小于10μm的了。

這幾種薄膜電阻和厚膜電阻之間關(guān)系如圖所示。

審核編輯：湯梓紅