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

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

燒結：850℃燒結。

單個電阻來看，就是兩個電極之間形成了一個電阻初值，如圖所示。

電阻體燒結整個基板的變化效果:

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。厚膜電阻是目前應用最多的電阻，價格便宜，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)部結構如圖所示。

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，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體圖案層，在導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蝕刻法，越來越流行。

“負極板蝕刻法”常用于薄膜電阻的制造。在制作過程中，首先進行光刻和腐蝕，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“對準標記”僅限于特定結構，通常是陶瓷片的邊緣部分，因此不能保證在任何地方注冊。配準會受到鏡片異常、陶瓷片夾持異常、掩膜圖案錯位、陶瓷片本身變形等影響。

因此，對于采用負蝕刻法制造薄膜電阻器，一般將嵌套掩模上的“對準標記”與上層微結構圖形對齊，然后觀察兩者上的圖形是否對齊。如有錯位，進行微調(diào)，待圖形完全套準后進行曝光等后續(xù)工作。這種方法使用的掩膜為負片，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)域使得微觀結構圖形的邊界不夠清晰，圖形配準操作相對困難，容易發(fā)生圖形配準錯位，配準時間相應較長。

使用普通的接觸式或接近式光刻機來套接電阻時，一旦圖案未對齊，就會引起連鎖反應，導致電阻圖案腐蝕錯位。輕的話會使阻值偏差很大，重的話會導致微波電路圖形的破壞，直接影響產(chǎn)品的良率。因此，一般在鏡檢時發(fā)現(xiàn)套刻錯位時采用及時返工，但既費力又浪費，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)部結構如圖所示。

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，因此在整個電阻范圍內(nèi)是可變的。這種化學/機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嚴重影響 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。這些觸點構成完整電阻，但工作中的熱應變會中斷接觸。由于大部分情況下并聯(lián)，厚膜電阻不會開路，但阻值會隨著時間和溫度持續(xù)增加。因此，與其他電阻技術相比，厚膜電阻穩(wěn)定性差（時間、溫度和功率）。薄膜電阻的物理結構決定了他的電流特性。

由于結構中成串的電荷運動，粒狀結構還會使厚膜電阻產(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。厚膜電阻結構中的玻璃成分在電阻加工過程中形成玻璃相保護層，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。導致厚度不同的原因是生產(chǎn)工藝，所以我們可以簡單地認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用較為廣泛的電阻，其精度高，性能穩(wěn)定，結構簡單輕巧。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，以達到最終要求的精密阻值，然后加適當接頭切割，并在其表面涂上環(huán)氧樹脂密封保護而成。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將碳緊密附在瓷棒表面形成碳膜，然后加適當接頭切割，并在其表面涂上環(huán)氧樹脂密封保護而成的。其表面常涂以綠色保護漆。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”。碳氫化合物在真空中高溫熱分解的碳沉積在基體上的一種薄膜電阻。價格低廉，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)或濺射的方法，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電金屬膜?？滩酆透淖兘饘倌ず穸瓤梢钥刂谱柚?。它的耐熱性、噪聲電勢、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0.5%，一般用于微波和航天領域。厚膜電阻被廣泛應用，有如下幾個特點。

（1）基板材料：96%氧化鋁或氧化鈹陶瓷。

（2）導體材料：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系如圖所示。

審核編輯：湯梓紅