薄膜电阻器结构、工艺、种类和应用特性

电阻器是最基本的电气和电子元器件，广泛用于所有电路中。通常情况下，电阻器限制电路内的电流流动以实现电阻，基于薄膜技术的产品已经充分发展以改变旧的碳成分电阻器。

目前市场上有不同类型的电阻器，可以用不同的材料制成，如绕线电阻器、厚膜电阻器、薄膜电阻器、碳膜、金属膜、表面贴装、热敏电阻等，而且都有各自优势和缺点。在本文当中，小编将简单介绍薄膜电阻器的工艺、原理、类型及其应用等相关内容。

薄膜电阻器的定义

使用薄膜电阻层的电阻器称为薄膜电阻器，该层布置在陶瓷基底的顶部。与厚膜电阻器相比，薄膜电阻器的厚度非常薄，约为0.1微米。通常，这些电阻器更稳定、更准确，并且具有更好的温度系数，因此用于更高精度的技术。厚膜电阻和薄膜电阻看起来一样，但制造工艺是不同的。

薄膜电阻的构造和制作工艺

薄膜电阻器的构造可以通过电阻材料在陶瓷上的溅射工艺来完成。之后，可以通过紫外线曝光和所需的蚀刻技术对表面进行蚀刻。薄膜电阻器使用不同的材料制作，例如如铋钌、氮化钽、氧化铅、镍铬和氧化钌，之后，蚀刻后的薄膜可以用激光进行修整。

薄膜的宽度决定了电阻特性，当然，如果有必要的话，可以通过激光修整进行调整。另外，薄膜可以通过轴向引线溅射在圆柱面上；因此，由此产生的组件通常称为金属膜电阻器而不是薄膜电阻器，但概念相似，以寄生电感为代价。

薄膜电阻器的类型

薄膜电阻器有不同的类型，常见的如金属膜、碳膜、金属氧化膜、合成膜电阻器，下面分别介绍下。

1、碳膜电阻器

使用碳膜将电流限制在固定水平的固定类型的电阻器称为碳膜电阻器，这些电阻器广泛用于不同的电子电路。该电阻器的构造可以通过将碳膜布置在陶瓷基板上来完成。因此，碳膜材料作为电流流动的电阻材料，这种材料会阻挡一定量的电流。

碳膜电阻器的陶瓷基板用作电或热的绝缘材料，因此陶瓷基板限制了它们的热量。这些类型的电阻器可以抵抗温度而不会造成任何伤害。与碳成分电阻器相比，这些电阻器经常使用，因为碳膜电阻器产生低噪声。

2、金属膜电阻器

在非导电体上使用薄金属层作为电阻元件的电阻器称为金属膜电阻器，这些电阻器由带有镍合金等金属的小陶瓷涂层道路制成。与碳膜型电阻器相比，这些电阻器非常昂贵。

金属膜电阻器的构造可以通过在陶瓷、玻璃或其他绝缘芯材料上放置均匀的纯碳膜来完成，这个电阻的阻值可以简单地通过涂层的宽度来控制。这些电阻器用于需要更准确或更高容差值的地方。

3、金属氧化膜电阻器

使用金属氧化膜材料作为电阻元件将电路中的电流限制在固定水平的固定电阻器称为金属氧化膜电阻器。除了使用的材料外，该电阻器的结构与金属膜型电阻器几乎相同。在这种类型的电阻器中，可以通过氧化锡等金属氧化物材料设计薄膜。

因此，这种电阻器可以由陶瓷芯涂层通过金属氧化物（如氧化锡）构成，可以通过将氧化锑添加到氧化锡材料中来增加电阻率。

在金属氧化膜电阻器中，可以通过以螺旋形式切割金属氧化物膜来获得所需的电阻。一旦获得所需的电阻值，就可以停止金属氧化膜的划线。这里，激光用于以螺旋方式切割金属氧化物膜。

4、合成膜电阻器

合成膜电阻器是将导电合成物悬浮液涂敷在基体上而得，因此也叫漆膜电阻。由于其导电层呈现颗粒状结构，所以其噪声大，精度低，主要用他制造高压，高阻，小型电阻器。

薄膜电阻器特性

薄膜电阻器的特性主要包括以下几个方面的内容：

• 电阻值范围为0.2 – 20 MΩ。
• 公差范围为±0.1至±2 %。
• 温度系数为±5至±50 ppm/°C。
• 最高工作温度为155°C。
• 最大工作电压为50至500V。
• 非线性>110dB。
• 电流噪声小于 0.1 µV/V。
• 额定功率为1/16至1 W。
• 稳定性为±0.15至±0.5 ΔR/R %。
• 高频行为。

薄膜电阻器特征参数

薄膜电阻器的主要特征参数是额定电压、额定功率、最大元件电压、工作温度范围和功率降额曲线。

1、额定电压

在环境温度内连续使用的最大AC/DC电压可以表示为：

E = √R*P

其中，“E”是以伏特为单位测量的额定电压，“R”是以欧姆为单位测量的电阻，“P”是以瓦特为单位测量的额定功率，如果“E”大于最大元件电压，那么这就是额定电压。

2、额定功率

额定功率可以定义为在环境温度下可以连续使用的最大功率。它根据大小而变化。具有长边和加宽端子的产品在散热方面做得非常好，并且可以在相同的尺寸下处理最大的功率，从而实现组件的减少和小型化。

3、最大元件电压

可连续施加到薄膜电阻器的最大交流或直流电压。

4、工作温度范围

温度范围是电阻器可以持续使用的范围，可以由最低和最高工作温度定义。

5、功率降额曲线

降额曲线将显示每个温度点的工作温度范围和最高功率，这条曲线主要取决于不同的产品系列。功率降额曲线也称为载流能力曲线或额定功率曲线。

薄膜电阻与厚膜电阻的区别

薄膜和厚膜电阻器的特点是基于基底或陶瓷基板上使用的电阻层。虽然这两个电阻看起来一样，但它们的制造工艺和性能会发生变化。这些电阻器的名称可能源于电阻器中使用的层的厚度。薄膜电阻器和厚膜电阻器之间的区别包括以下几点。

薄膜电阻器的优点和缺点

薄膜电阻器的优点主要包括以下几点内容：

• 实现的电阻器温度系数和容差要小得多。
• 具有更少的噪声、更低的电容和更低的寄生电感。
• 电气性能很高。
• 高频响应。
• 提供了高额定功率。
• 噪音更小。
• 可以对这些电阻器进行微调以提高精度。

薄膜电阻器的缺点主要包括以下几点内容：

• 比较脆弱。
• 采购高成本。
• 需要非常小心地操作处理。

薄膜电阻器的应用

薄膜电阻器的应用包括以下几个方面的内容：

• 薄膜电阻器的主要是用于需要高精度、低噪声和高稳定性的应用。这些应用可能包括不同的设备，如测量、测试、医疗、监控、仪器仪表、精密和音频应用。
• 用于精密应用。
• 用于控制运算放大器的增益，其他一些应用是稳定的分压、稳定的基准、ADC或DAC以及稳定的反馈环路。
• 用于需要更高精度的地方，例如航空航天和医疗领域的设备监控和测量、音频计算机芯片、RF应用、电信、电源转换器、HVAC系统等。

小常识：基于使用钛/锡作为薄膜电阻器材料的研究

Ti（钛）/TiN（锡）薄膜电阻器的热稳定性和可靠性结果表明，Ti/TiN薄膜电阻器具有出色的350°C热稳定性。与基于电学测量的TiN层相比，“Ti”层包括较小的电阻。此外，电阻器的主要击穿机制可以通过焦耳加热进行热激活。

热能的激活可以确定为Ti层失效为1.3 eV，TiN层失效为1.8 eV。根据这些结果，如果这些电阻器的温度保持在311°C 以下，则估计Ti/TiN薄膜电阻器的电气稳定性至少为 10 年。

钛和氮化钛等薄膜都广泛用作硅微电子技术中的胶层、抗反射层和扩散屏障。这两种薄膜也有助于RFIC（射频集成电路）和MMIC（单片微波集成电路）的薄膜电阻器制造。

最重要的薄膜电阻器参数是：TCR或电阻温度系数、热稳定性、可靠性性能和比电阻率。

一些工程师已经研究氮化钽和氮化钛作为潜在的薄膜电阻器，但很少有人对半导体电路中使用的这些电阻器的可靠性进行调查。

此外，由于“Ti”层用作润湿层，所以在电阻器制造过程中，在TiN层沉积之前沉积第一层“Ti”。对于负载Ti/TiN的薄膜电阻器，稳定性和可靠性研究特性是有限的。