高精度厚膜電阻的設(shè)計和制作研究

李林軍

【摘 ?要】本文講述了高精度厚膜電阻圖形設(shè)計的方法：材料選取、設(shè)計圖形、使用環(huán)境的考慮;制作上：印刷注意事項和激光調(diào)阻方法。

【關(guān)鍵詞】厚膜電路;制作研究

隨著厚膜電路常規(guī)產(chǎn)品逐漸被制作成本更低的PCB電路板和貼片電阻的組合替代，厚膜電路產(chǎn)品更多的向一些專用領(lǐng)域發(fā)展，例如：液位傳感器厚膜片、專用加熱電路、傳感器電路、高精度電阻網(wǎng)絡(luò)電路等。其中高精度電阻網(wǎng)絡(luò)電路，主要應(yīng)用與儀器儀表的標(biāo)準(zhǔn)電阻，例如萬用表內(nèi)各量程的標(biāo)準(zhǔn)電阻和一些比例運算器電路中比例電阻;另外就是一些充電器、充電樁類的檢測電路和分析儀器中需要用到高精度電阻網(wǎng)絡(luò)電路。這些電路要求電阻絕對精度高;同時要求幾個電阻間的相對精度也高（匹配精度）;如下圖1，是一種充電器檢查電路的電流示意圖：要求R27/R5/R7間電阻比例值要好，相對匹配誤差小于0.1%。并且還要求各電阻間的隨溫度變化一致性好或溫漂小，長期可靠性好。為了達(dá)到以上要求，本文從設(shè)計、印刷燒結(jié)制作和激光調(diào)阻三方面談?wù)勅绾螌崿F(xiàn)。

一、在高精度厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)電路設(shè)計上，首先要考慮到材料特性的影響;其次要考慮到激光調(diào)阻后應(yīng)力釋放、焊接高溫沖擊等對電阻穩(wěn)定性的影響;再次要考慮到電路本身功率發(fā)熱和使用環(huán)境溫度對電阻穩(wěn)定性的影響。

常規(guī)厚膜混合集成電路的制程：在陶瓷基片上先印刷導(dǎo)體漿料、后烘干、燒結(jié)成導(dǎo)體;然后印刷電阻漿料、后烘干、燒結(jié)成厚膜電阻;再印刷保護(hù)玻璃漿料、烘干、燒結(jié)。后續(xù)通過激光調(diào)阻，將電阻修調(diào)到要求精度;最后安裝有源器件和引腳，形成有一定功能的厚膜混合集成電路。

（一）材料特性的影響，厚膜電阻是根據(jù)阻值選定對應(yīng)方阻的電阻漿料印刷、烘干、燒結(jié)而成，所以在設(shè)計時，既要考慮選取電阻漿料的方阻和對應(yīng)的TCR值，考慮TCR要查閱各公司漿料方阻對應(yīng)TCR，盡量選取TCR小的漿料，如果發(fā)現(xiàn)某一方阻電阻漿料各公司TCR都比較大時，可以考慮改變設(shè)計圖形方式更換TCR小的方阻的電阻漿料。好漿料TCR標(biāo)注+/-100PPM，實際在+/-50PPM左右。

（二）厚膜電阻印刷、烘干、燒結(jié)制成后，電阻精度值在設(shè)計值的60%—100%之間，這是受材料和工藝特性決定。后續(xù)通過激光調(diào)阻可以到達(dá)0.1%精度的電阻。激光調(diào)阻是通過激光束切割電阻，讓電阻寬度減小來值增加電阻值方式實現(xiàn)，高能量激光切割電阻，對電阻會有一定損傷，由此在后續(xù)電阻應(yīng)力釋放后會影響阻值穩(wěn)定性，所以在設(shè)計上方案上有兩種解決方案，法一，高精度厚膜電阻設(shè)計圖形不宜過小，電阻面積要大于0.4mm*0.4mm。法二、一個電阻由兩個方阻的電阻串聯(lián)形成一個電阻，在激光調(diào)阻，主電阻用”L”或“U”粗調(diào)，微調(diào)在小方阻電阻上調(diào)阻，這樣可以減少激光調(diào)阻后應(yīng)力釋放和焊接高溫沖擊帶來的影響。后續(xù)厚膜電路還要安裝引腳，在此過程中需要在230°C浸焊爐中浸焊，由此會對厚膜電路有一高溫沖擊（室溫到230°C），這也會造成電阻值的變化。為了減小該沖擊帶來的影響，設(shè)計時，高精度電阻位置不靠近引腳安裝位置;設(shè)計電阻圖形時，有高精度的電阻盡量設(shè)計成長條形電阻，否則激光切割后，電阻寬度進(jìn)步變窄，電阻在浸焊時受高低溫沖擊后電阻變化大。

（三）在設(shè)計時要考慮厚膜電路本身功率情況。如果功率較大，設(shè)計時要考慮電路發(fā)熱達(dá)到熱平衡時，電路本身溫度情況;同時也要考慮電路使用環(huán)境溫度情況，兩項綜合考慮，在設(shè)計計算標(biāo)準(zhǔn)值時根據(jù)電阻漿料的TCR和使用時達(dá)到的環(huán)境溫度，計算設(shè)計根據(jù)此進(jìn)行修正。對于不同方阻間電阻相對匹配精度高的設(shè)計，還要考慮兩種材料不同TCR引起的不同變化值。由此可以避免因使用環(huán)境造成電路的電阻精度偏差，或體現(xiàn)出穩(wěn)定性不好的問題。

二、印刷燒結(jié)制作注意事項。

（一），為了保證厚膜電阻的阻值不突變或后續(xù)穩(wěn)定性，電阻印刷，首先要保證厚度高于規(guī)定下限，例如規(guī)定電阻印刷烘干厚度是14um，控制時要做到大于等于15um;

（二），在外觀管控上，要求厚度均勻性好，印刷的電阻盡量少的空洞、凹坑、缺口，避免激光調(diào)阻時，切口切到該類缺陷上出現(xiàn)阻值突變，調(diào)阻阻值精度控制不準(zhǔn)的問題。

（三），印刷電阻燒結(jié)預(yù)值方面，燒結(jié)阻值要在60-100%，避免電阻小于60%的。如果電阻印燒預(yù)值小，激光調(diào)阻切口深度就深，電阻在激光切割后剩余寬度就窄，電阻穩(wěn)定性自然就變差了。

三、激光調(diào)阻注意事項。

（一），調(diào)阻接收判定值，將燒結(jié)預(yù)值小于60%篩選出來不調(diào)阻，避免調(diào)阻切口深，后續(xù)阻值不穩(wěn)定情況。在調(diào)阻程序預(yù)測部分可以實現(xiàn)。

（二），高精度電阻調(diào)阻時，功率一般設(shè)定在工藝規(guī)定中心值或中心值偏下。如果出現(xiàn)切口不干凈時，不要用提高功率辦法來解決，要通過減慢調(diào)阻速度方式來解決（減少激光QR和BS值）。

（三）高精度電阻調(diào)阻程序部分，采用主刀+微調(diào)方式;具體切割方式要根據(jù)電阻面積和電阻圖形來確定。電阻長度L小于等于寬度W，且面積較小的，一般采用“雙直線切割方式”，如下圖2;電阻長度L大于寬度W，且面積較小的，一般采用“L+直線切割方式”，如下圖3。面積較大有功率要求的電阻一般采用“U+直線切割方式”、如下圖4。

在調(diào)阻方式上，先對高精度電阻進(jìn)行主刀切割，待所有電阻主刀（第一刀）切割完后，再返回微調(diào)高精度電阻;利用調(diào)其它電阻的時間，讓電阻主刀切割后有一應(yīng)力釋放時間，然后再微調(diào)，可以提高電阻的精度和阻值一致性。同時在調(diào)阻程序設(shè)計上要注意確保微調(diào)切口深度小于主刀切口深度，這樣才能包保證調(diào)阻精度。

按照以上方法設(shè)計和制作，可以制作出100Ω-500KΩ絕對精度和相對精度都在0.1%的電阻和電阻網(wǎng)絡(luò)電路，并且可以長期可靠使用。如果還要考慮比較惡劣的使用環(huán)境（例如：比較潮濕地方），在調(diào)阻后產(chǎn)品上再印刷一層保護(hù)漆，效果會更好。

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