提高用于高温环境和电负载的薄膜电阻的性能

　　摘要：可提高焊点在高工作温度下可靠性的无铅合金非常适用于汽车电子或特殊应用。薄膜电阻的端接和结构采用了一些最新的增强技术，使设计者能够使用这些大批量市场的器件，加上最新的焊锡配方，用更低的成本组装出在恶劣环境下工作的设备。

　　关键词：高温环境;电负载;薄膜电阻;Vishay

　　随着无铅技术的成熟，目前已经出现了可以用在高达140～150℃焊点温度下的高温焊锡合金，而且不会损失可靠性。一个例子是囊括了材料供应商、器件供应商和汽车系统开发商的Innolot项目，该项目成功开发出了包含SAC合金和用于重载电子设备组装的无卤素焊剂的焊锡膏。

　　随着为高工作温度优化的焊接材料在市场上出现，工程师能够更自由地在更高环境条件中使用无铅电子产品。这些条件包括汽车内的引擎仓(UTH)、传动或刹车系统，以及钻井、采矿设备或工业驱动装置等其他应用。

　　然而，还有一些因素会在热循环过程中影响焊点的可靠性。这些因素不仅包括焊锡合金的特性，也包括器件端接的设计和电镀质量。事实上，在无铅焊接中，这些与器件有关的因素比在SnPb组装中更加重要。

　　锡须生长和焊点的破裂是无铅组装中引发故障的主要原因。业界开发出了一种被称为“安全端接”的工艺，这种工艺能够严格控制镀的厚度和涂层，还使用了镍衬层来减轻这些效应。例如，镍衬层能够阻断金属从焊点中浸出，从而保持最佳的金属化合结构。在安全端接中使用低扩散的镍合金提高了这种阻断层的整体性。此外，密切控制镀锡工艺，包括电流密度以及电解液的成分和纯度，就能够实现最优的镀锡厚度，从而减少锡须的生长。

　　在接触面设计上进行更多的改进能够进一步提高焊点的可靠性。端盖附属装置的优化方法，使用了规定的空气缓冲器对焊点进行应力释放。这种方法能够有效地解决由于CTE失配产生的应力，而CTE失配会导致焊点的破裂。在端盖设计上作进一步的改进能够将焊点上的应力减至最小，端盖与PCB焊盘间的界面在设计时留出了一定空隙，可以让焊锡在热循环时发生蠕变。

　　用这种方法对端接进行优化能够有效地改进无铅焊点的可靠性，前提条件是能够对电镀特性进行足够的控制。这只是能让设计者采用最新的高温焊接合金制造出用于更苛刻环境的系统的因素之一。但是也必须考虑器件本身的热性能，尤其是涉及到薄膜电阻等大批量市场的器件时。与绕线电阻或功率密度更低的大尺寸厚膜电阻等相对较贵的专用器件相比，使用这类器件能够节省空间和成本。

　　必须克服的一个关键难题与此类器件必须承受的最高中心温度有关。对于最通用的电阻，制造商一般把125℃作为最高温度，或者最多是155℃。假设采用0102或 0805这样常用的工业标准外形尺寸的小尺寸，在有负载的情况下，电阻内散发的功率足以使已经工作在接近150 ℃的最高焊点温度下的器件变得过热。

　　因此需要对薄膜电阻进行进一步的改进，才能使其能够承受更高的膜温。研究的核心问题是提高薄膜材料的特性，以及制造薄膜贴片电阻时所采用的电绝缘系统。