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第一章 概 述一 晶片电阻的发展史 晶片电阻又称厚膜电阻或金属膜电阻,在大陆又将它称之为片式电阻,各种称呼都是根据它的膜层厚度,形状及膜层材料而来的.按电阻器分类来说,有薄膜电阻器厚膜电阻器.厚膜一词,虽来自膜的厚度,但厚膜,薄膜的概念并非单指膜的厚度,而主要还是指它们所代表的不同工艺特征,晶片电阻是用丝网印刷将导体桨料和电阻桨料,通过掩模在绝缘板上,制成所需要的图形,再经过加热( 烧结或固化)而制出的厚膜电阻器,它区别于薄膜的蒸发和溅射等制造技术.如果要谈晶片电阻的发展史,就必需先了解厚膜技术的发展过程,这是因为晶片电阻实际上也就是一种厚膜技术的应用,离开厚膜技术说晶片电阻那等于纸上谈兵,缘木求鱼.厚膜技术最早应用在电路上是在20世纪40年代,当时采用的是陶瓷基板上涂上银导体和碳电阻桨料,在军事上获得应用.在50年代后期,随着晶体管的大量使用和钯银桨料的研制成功,这时的厚膜技术开始在工业和消费的生产中付诸实用,厚膜技术得到较快的发展.第 2 页 1965年,美国IBM公司,首先在于360系列计算机系统中使用了厚膜电路, 并取得成功,厚膜技术得到更迅速的发展,并进入了大量应用的成熟阶段,与此同时,厚膜技术在材料,工艺,高稳定性的电阻桨料的生产上有了很大的发展,同时厚膜电阻器也就是晶片电阻也大量出现在这一时期.从以上厚膜技术的发展过程可以看出,晶片电阻是随着厚膜技术的发展而逐渐成熟起来.二 晶片电阻的种类 晶片电阻目前大致有二种分类方法,一种是按英制分类,另外一种是按公制分类.1. 按公制分类 按公制分类主要是按照晶片电阻的长宽尺寸来分,主要有3216, 20125, 1608.这种分类方法在日本,美国应用的比较广泛.2. 按英制分类 按英制分类主要有:1206,0805,0603,目前开发成熟的产品还有0402,按英制分类目前比较流行3. 英制分类与公制分类的对应关系3.1 英制是1206的晶片电阻,其外形尺寸是: 长*宽*高=3.2*1.6*0.6 单位:mm 用公制命名为:3216这种称法我们目前不采用,而英制1206常采.此晶片电阻的功率是1/8W,1/4W. 3.2 英制是0805的晶片电阻,其外形尺寸是: 长*宽*高=2.0*1.25*0.5 单位:mm第 3 页 用公制命名为:20125. 此晶片电阻的功率是1/8W,1/10W3.3 英制是0603的晶片电阻,其外形尺寸是: 长*宽*高=1.6*0.8*0.4 单位:mm 用公制命名为:1608 此晶片电阻的功率是1/16W4. 按精度分类 1% 2% 5% 5%的阻值规格在E-24系列,共有170个阻值,范围在0E 10M. 1%,2%阻值在E-196系列,共有400多个阻值,范围在10E 1M三 晶片电阻的特性及用途1. 0特性1.1方电阻方电阻简称方阻,它是指长,宽相等的一块厚度均匀的正方形的膜,电流从一边流向对边所具有的阻值.用Rs表示.单位是/方.如图( 一 )所示 图 (1)第 4页 R=*L/W*T ( ) ( 1 )为电阻材料的体积电阻率/CM. L是膜的长度CM.W是膜的宽度CM. T 是膜的厚度CM.当 L=W时 R=/T=Rs ( 2 )因此( 1 )式可写成R= Rs*L/W= Rs*N ( 3 )式中的N为电阻膜的长宽之比,称为方数.我们由( 3 )式也可以看出,膜电阻的大小只与电阻材料的性质和膜厚有关,而与正方形的尺寸无关,因此,膜电阻Rs表征了厚膜材料的电阻特性,对于一种厚膜电阻材料,在保证电性能的优良的条件下,方阻范围应尽量宽,以满足各种阻值的需要.1.2电阻温度系数电阻温度系数是表征了厚膜电阻的器稳定性的一个重要参数,它反映了阻值与温度变化的特性,通常用TCR表示.它表示温度变化1度时,电阻值的相对变化.TCR的大小与厚膜电阻材料的种类,性质,制造工艺,及基板的热胀系数有关,一般来说,方阻较低的材料,TCR有较大的正值,高方阻的材料TCR有较大的负值,而方阻居中的材料TCR有较小的正值或负值,通常希望厚膜电阻器的TCR要小.第 5页 1.3稳定性电阻器的稳定性是指电阻器的阻值等性能参数,在工作或贮存过程中随环境条件(如温度.湿度等)的变化或由于本身的老化而发生的变化.显然,电阻器的稳定性应满足电子设备的技术条件所规定的要求,以保正设备的正常工作.厚膜电阻器的稳定性与电阻的材料,工艺条件(特别是烧成条件)基板性能和阻值微调等多种因素有关.通常用150或40和90%相对湿度的加速条件下,长期(1000H)贮存后阻值的变化作为厚膜电阻器的稳定性指标.目前,晶片电阻根据其尺寸的大小,雷射切割图形的不同,阻值变化一般都小于0.2%-0.75%或者更小.1.4 可靠性电阻器的可靠性是指电阻器规定的条件下和预定的时间内,完成规定功能的概率.所谓功能这里是指产品的技术指标.2现代的厚膜电阻器具有高度的常期的可靠性,在320mw/mm的强负荷下,大约十年后.其阻值变化仅0.5%.(本数据摘自厚膜混合集成电路一书)2.0 用途第 6页 目前,厚膜电阻的应用十分广泛,从普通的家用电子产品,通信设备.测量和自动化控制系统,到最尖端的电子计算机,航空和航宇等各领域都有,而且其应用范围还在不断地扩大.所以我们说晶片电阻器的市场将是十分广阔的. 晶片电阻的制造工艺一 晶片电阻的材料1.0基板厚膜电阻器的基板种类很多,如.陶瓷.金属.树脂等.目前,我们主要使用的是陶瓷基板,它的特点是耐高温,(大约是1000左右)热膨胀系数小,热导电率高,化学稳定性好,绝缘强度高.但较脆,陶瓷基板的表面要求平整,无弯曲,无起伏厚度应均匀.基板的表面粗糙和反翘会在很大程度上影响膜的电性能,但过于光滑则膜的附着力下降目前,陶瓷基板主要有:1.氧化铝基板 2.氧化铍基板2. 特种陶瓷基板 4.氮化铝基板 5 碳化硅基板由于各种基板都有其特点,在此我们就不过多地介绍.主要讲一下氧化铝基板,因为它应用最广泛,而我们目前主要使用的也是这种基板.23223氧化铝基板的主要成份是AL O .一般来说基板中的AL O . 的含量越高,性能(电性能,机械强度,表面光洁度等)越好,但成本较高.2.0桨料电阻桨料又是一门比较复杂的学科,我们在这里对它仅做一第 7 页 般性的了解电阻桨料按其所含金属的不同,主要分为贵金属厚膜电阻桨料和贱金属厚膜电阻桨料.贵金属厚膜电阻桨料有:1 Pb-Ag电阻桨料 2.pt族电阻桨料 3.RU系电阻桨料.22贱金属厚膜电阻桨料有:1 贱金属氧化物(如 M00 SnO ) 23. 贱金属氮化物 3.贱金属硅化物(如 M0S1 ) 电阻桨料的不同比例的混合,会形成晶片电阻不同的阻值,所以说配制电阻膏的技术要求较高.目前,各桨料生产厂商也都相互保密,这方面公开的参考文献也基本没有.而各电阻器制造商所使用的都是配制好的电阻桨料且价格也比较昂贵.公司(泰厂)目前使用的电阻桨料是美国杜邦公司生产的R-U系列电阻膏.一 晶片电阻的制造工艺制程编号制程名称说明图 示1进料点收入库存放基板一般说来都是购进,我们自己不做基板. 基板第 8 页网板制做及膏品配制制造出印刷所需的网版及配制出印刷所需求的膏品Ag制程编号制程名称说明图 示3C2背面端电极印刷在白基板背面印刷背面电极4干燥送入干燥炉中干燥.温度在160Ag5C1正面端电极印刷在白基板正面印刷正面电极6干燥 送入干燥炉中干燥印刷C1完成品7C1,C2端电极烧结送入烧结炉中烧结C1,C2,正背面导体.8检查将烧结后的C1C2电极做全检9电阻膏膜的印刷在C1上印刷电阻膏膜层 R第 9 页 10干燥送入干燥炉中干燥 印刷电阻膜完成制程编号制程名称说明图 示11电阻膜层烧结送入烧结炉中烧结成中具有初值要求范围的电阻层.温度85012 检查将烧结后的电阻膜层做全检,1.沾污2.末印3.位置偏移4.初值测量13G1保护层印刷在烧结后的电阻膜层上印第一层保护层 G114干燥 送入干燥炉中干燥G1印刷完成品.15G1保护层的烧结送入烧结炉中烧结成具有保护电阻层作用的第一层玻璃膜16检查将烧结后的G1保护层检查第 10页17镭射修整将C1.C2.R.G1印刷及烧结完成品送雷射切割修整为最后所需的阻值及%数. AgG2制程编号制程名称说明图 示18G2保护层的印刷在镭射切割后的电阻层上印第二层保护层 19干燥 送入干燥炉干燥印刷G2保护膜完成品20M/K字码印层在G2保护层上印刷字码标记21干燥干燥印刷M/K完成品22烧结将G2 M/K印刷完成品烧结.1%印刷完M/K后,不此烧结作业,直接去检查作业.23检查将M/K烧结后或1%印刷完M/K的基片进行全检.24自动端面涂银将基片折条后滚沾银膏烘干并去烧结第 11 页 25折粒将条状晶片折成粒状晶片制程编号制程名称说明图 示Ag26电镀,筛选及着磁选别折粒好的晶片半成品用化学药水,经电解的方式将镍与锡铅先后镀在晶片电阻的两端电极,分离导电球与晶片电阻用着磁机选别出镀镍不良和外形不良之晶片电阻. Ni Sn/pb 27检测包装自动孔机将纸 带打孔至自动检测并将良品晶片电阻插入纸带中并卷入装成成品28入库及出货将检测包装好的晶片电阻放入会仓库或装入,内箱及外箱第 12 页 前 言 晶片电阻是我们公司生产的众多电阻器中的一种产品,大家可能对传统电阻比较熟悉,谈到晶片电阻也许有人还不很清楚 .在此,我们就和大家共同探讨晶片电阻的有关知识. 本讲义共分二大部分,第一部分主要阐述了晶片电阻的发展历史,种类,以及它的特性和用途. 第二部分介绍了晶片电阻使用的主要材料,以及它的制造工艺. 通过以上内容之介绍,我们希望大家对晶片电阻能有一个初步的了解,我们在