Riedon Inc.工程副總裁Phil Ebbert解釋了為什么了解應用的系統要求以及能夠理解當今高性能電阻器的關鍵特性非常重要。

電阻器是電子元件世界的灰姑娘，從未像微處理器或其他數字或模擬集成電路那樣富有魅力，甚至像電容器或電感器這樣的無源器件也不像神秘或有趣。因此，電阻器的性能要求經常被忽略，直到設計周期的后期才能讓工程師意識到他或她需要一些特別的東西。可以理解的是，這是因為十分之九，要求非常適中，通常，基本碳組成（或等效）電阻器以標準值提供，具有10％容差和1/4 W額定功率，滿足所需目的。然而，事情已經發生了變化，因為碳成分電阻是常態，而碳膜，金屬膜和厚膜等新技術現在無處不在，特別是后者類型，目前大多數電路板需要表面 - 安裝組件。

這很好，但如果你的應用程序要求更高怎么辦？您可能需要一個在更高極端溫度（高或低），高電壓下工作的電阻器，或者提供更接近，更精確的公差值，并且隨時間，溫度和其他應力條件穩定的電阻器。其他考慮因素可能是高功耗，低電感和其他環境性能問題，如防潮或避免在真空中除氣。

通過考慮專業供應商Riedon提供的先進電阻技術，本文將確定滿足這些要求的解決方案。

了解電阻器參數和特性

為任何給定應用選擇電阻器通常從一些非常基本的標準開始，當然由電路要求定義，但也受機械和物理限制。最初了解設計是否需要通孔或表面貼裝元件可能優先于其他任何因素，甚至是電阻值。幸運的是，由于兩種安裝類型的電阻都可以達到幾百歐姆到幾TeraOhms的值，因此這不太可能成為一個顯而易見的問題。

選擇過程的下一步通常涉及電阻容差或額定功率考慮因素。首先采用電源，目前大多數電子電路設計用于低電壓和低功率系統，因此，它們的大多數電阻器要求都是類似的低功率。采用流行的0402（1.0 mm x 0.5 mm）和0603（1.6 mm x 0.8 mm）尺寸的商品厚膜表面貼裝電阻可提供1Ω至10MΩ范圍內的電阻，在70°C時通常可處理高達0.1 W的電阻。較高的溫度操作需要降低電阻器的額定負載或選擇具有適當較高額定功率的設備，這通常意味著物理上更大的設備。

電阻容差的重要性顯然取決于應用，但在許多情況下，通孔碳膜電阻器或厚膜表面貼裝類型的相對便宜的技術，公差為±5％將是足夠的;例如，用于邏輯電平設置或網絡終端的上拉或下拉電阻。但是，對于測量系統等應用，或者需要精確的電阻比或精確匹配的應用，則需要更嚴格的公差。此外，對于公差需要遠低于±1％的設計，需要考慮線繞，金屬膜，薄膜或金屬箔等替代技術。

更重要的是，耐受性不是可以孤立地確定的。相反，它需要考慮導致電阻變化的其他因素，包括在高溫或濕度下操作，負載下以及受到沖擊，振動或其他極端環境時引起的應力。隨著時間的推移，電阻漂移是另一個因素，并且這些應力條件會累積，從而加劇。因此，在設計壽命期間實現±1％的容差實際上可能需要一個初始容差為±0.1％的電阻，低一個數量級。

圖1：有這么多不同類型的電阻器，了解每種電阻的優勢非常重要，以便為您的應用找到合適的產品。

這讓我們了解了一些可能不是每個設計師都熟悉的電阻器規格。電阻溫度系數（TCR）是電阻如何隨溫度變化的量度。對于諸如金屬的導電材料，電阻率隨溫度增加，被稱為具有正溫度系數（PTC）。某些其他導體如碳和硅表現出負溫度系數（NTC）。熱敏電阻是利用這種TCR特性進行溫度測量或熱保護的特殊器件;然而，對于大多數應用，希望具有低TCR的電阻器。

大多數導體的TCR特性是相當線性的，計算為在規定溫度范圍內的平均斜率，并以ppm/°C（百萬分之一攝氏度）表示。像電阻器這種流行的合金Nichrome這樣的材料具有非線性特性，這可能意味著所引用的TCR圖形在指定溫度范圍內是更差的情況值。精密電阻器制造商將使用適當的技術為目標應用提供所需的TCR性能，例如：薄膜電阻器可達到±5 ppm/°C，金屬膜±3 ppm/°C，線繞和金屬箔電阻器可降至±1 ppm/°C及以下。

除了上面討論的參數之外，我們還進入了一個更加稀薄的專業電阻領域，這些領域需要滿足要求苛刻的應用的特定標準。這包括高壓類型，除了它們在高電壓下工作的能力之外，通過仔細的電阻器設計可以減小電阻與電壓的不希望的變化（指定為電阻或VCR的電壓系數）。對更極端環境的進一步考慮可能需要非磁性的電阻器或不含有機材料的電阻器，如果在真空中使用則會釋放氣體。其他可能對高性能電阻器與其同類產品區分開來的重要因素包括防腐蝕，防潮，低噪音，汽車鑒定，電流檢測，阻燃，無感，脈沖耐受，和RF或高頻類型。為了更好地理解這一切，下一節概述了特定電阻器技術的關鍵屬性，Riedon公司的產品說明了這一點，該公司50多年來一直處于電阻解決方案的最前沿。

高性能電阻解決方案

與大多數電阻制造商一樣，Riedon提供了多種方式，客戶可以根據具體任務確定最合適的電阻。 Riedon的網站允許已經知道他們感興趣的部件號的用戶（Riedon部分或競爭者的部分）獲取該產品系列的信息。也可以從安裝類型，電阻值，容差，功率和TCR的基本元件參數中進行選擇，以幫助縮小電阻器對特定技術或類型的選擇范圍。在這里，我們將研究這些技術，以了解它們如何最好地滿足這些和其他性能要求。

線繞電阻器

盡管許多新型電阻器技術得到了發展，但傳統的線繞電阻器仍然可以在許多具有卓越性能的領域發揮作用。它們耗散大量功率，處理高電平脈沖和瞬變的能力是其設計的一個關鍵方面，因為它們能夠以極高的精度制造，隨著時間的推移可以保持這種能力，因為它們是由穩定的材料。高功率型，如Riedon的UAL系列，采用鋁制設計，可處理高達300 W的功率，具有出色的脈沖處理能力，可在寬溫度范圍（-55°C至+ 275°C）內工作。該系列還提供低至±0.01％的容差和±20 ppm/°C的低TCR，并提供用于電流檢測應用的四種端子版本。

圖2：在傳統的軸向引線繞線電阻器中，電阻絲纏繞在陶瓷芯上并焊接到金屬端蓋上。然后將其封裝，通常用硅樹脂包裹，以防止受潮和物理損壞。

Riedon的其他線繞系列包括表面貼裝選項和精度類型，其公差為±0.005％，TCR為±1 ppm/°C。此外，對于重要的應用，還可以使用特殊的繞組技術來確保線繞電阻器是無感的。與使用粒狀導電粒子結構的技術相比，線繞電阻器還具有低噪聲性能的固有優勢，其中電流可受到熱應力的影響，尤其是在高價值器件中。

厚膜貼片電阻

如前所述，厚膜電阻技術廣泛用于生產價格低廉，小型化的表面貼裝元件。然而，厚膜芯片設計也可以進行優化，以提供高性能，精確的電阻值高達10TΩ（TeraOhms）。通過適當選擇其結構中使用的其他材料可以實現進一步的改進。例如，避免端子中的鎳或錫具有許多益處。首先，鎳將工作溫度限制在160°C，錫的峰值溫度為230°C。因此，通過使用由銀/鈀制成的內部端子和鉑/銀的外部端子，Riedon能夠提供工作溫度高達300°C的器件。鎳也是磁性的，因此具有鎳/錫端子的電阻器不能用于具有強磁場的磁共振成像（MRI）等應用中。鎳/錫端子也不適用于使用銀環氧樹脂的電路板組裝，這阻止了它們在使用銀環氧樹脂而非焊料附著的高可靠性，高溫應用中的使用。此外，對于許多航空航天應用，由于可能產生“錫須”，因此禁止含錫的終端表面。

圖3：厚膜芯片技術提供精確的高值電阻，也可以在高溫和高電壓的惡劣環境中工作。

厚膜電阻能夠在高達6000 V的電壓下工作。但是，VCR性能可能成為問題。影響VCR的因素很多，包括芯片尺寸，布局，端接材料和修整幾何。通過特別注意這些，Riedon的高壓芯片電阻可以最大限度地降低VCR的影響。最后，許多標準芯片電阻器涂覆有可在真空中脫氣的聚合物材料。 Riedon避免使用其電阻器中的任何有機材料，因此在沒有排氣的同時仍能提供良好的防潮性能。

薄膜貼片電阻器

薄膜電阻器為小尺寸表面貼裝器件提供了經濟的解決方案，其中需要具有合理精度的高值電阻（高達幾MΩ）（公差為±0.01％，TCR為±5 ppm/°C，具體取決于電阻值）。另外，用于制造薄膜電阻器的濺射工藝產生均勻的金屬膜，其在高頻下比厚膜類型穩定得多。薄膜電阻也是低電感。此外，通過在導熱氧化鋁基板上形成薄膜，該導熱氧化鋁基板被金屬化并焊接到散熱銅板接頭上，可以在較小的TO型封裝中制造低成本，高功率的薄膜電阻器。

圖4：Riedon的低成本TO型薄膜功率電阻器提供通孔和表面安裝選項，可處理高達140 W.

金屬箔電阻器

金屬箔電阻器可以為小尺寸也很重要的表面貼裝應用提供極致的精度。該技術使用特殊的鎳鉻合金（Ni/Cr），將其作為箔施加到陶瓷基板上，然后光刻成圖案以產生所需的電阻。通過從蝕刻圖案中去除短路棒可以使初始電阻值非常精確，同時圖案本身被設計為確保低電容和低電感。 Riedon的UHPC系列精密箔片電阻器提供高達125kΩ的電阻值，額定功率為0.75 W，容差為±0.01％，TCR為±0.05 ppm/°C，尺寸為0805至2512.該系列提供了操作-55°C至150°C，電感《0.08μH，典型電容為0.5 pF，VCR 《0.1 ppm/V.

結論

并非所有電阻都相同，選擇電阻比定義電阻要多得多，并決定是否需要表面貼裝或板載封裝類型。本文討論了電阻器特性和參數以及這些特性如何受特定制造技術的影響。這包括更基本的標準，如功率或容差，以及更具異國情調的高性能要求，這些要求通常只能由專業制造商的設備來滿足。 Riedon就是這樣一家公司，提供全面的零件，滿足苛刻的應用需求。 Riedon還可以在選擇合適的組件時提供幫助和建議，如有必要，還可以利用其設計能力和對現有技術的深入了解，提供定制解決方案。結果