薄膜精密电阻的核心性能很大程度上取决于其电阻体材料的选择｡其主要电阻材料包括以下几种,每种都有其独特的优势和适用场景:
- 镍铬合金:
最常见的选择｡ 通常指镍铬二元合金(NiCr,如Ni80Cr20)或在此基础上添加其他元素(如铝､硅､铜)的改良合金(如镍铬铝硅合金 NiCrAlSi)｡
优点: 电阻率高､电阻温度系数(TCR)可做得非常低(低至±5 ppm/°C甚至更低)､长期稳定性好､噪声低｡
应用: 是绝大多数通用和高精度薄膜电阻的首选材料,覆盖了广泛的阻值范围｡
- 钽氮化物:
重要的替代材料｡ 通常指氮化钽(TaN)或钽铝氮(TaAlN)等｡
优点: 具有极佳的长期稳定性和可靠性,抗氧化和耐环境性能优于镍铬,电阻率较高,适合制作中高阻值电阻｡某些配方的TCR也能做到很低｡
应用: 常用于对长期稳定性和可靠性要求极高的场合,如航空航天､医疗设备､高可靠性仪器仪表｡也是精密薄膜电阻网络和芯片电阻的常用材料｡
- 硅铬:
用于高阻值需求｡ 主要是非晶态铬硅化合物(CrSi)｡
优点: 电阻率非常高,适合制作兆欧级(MΩ)的高阻值精密薄膜电阻｡
缺点: 相较于镍铬和钽氮化物,其TCR通常稍高,噪声也可能略大｡
应用: 主要用于需要高阻值的精密电阻场合｡
除了核心电阻材料,薄膜精密电阻的结构还包括:
基板: 通常采用高纯度､高绝缘性､高热导率的氧化铝陶瓷(Al₂O₃)｡它为电阻薄膜提供支撑和散热路径｡少数特殊应用可能使用硅基板或玻璃基板｡
薄膜厚度: 这是“薄膜”的关键特征,通常在几十纳米到几百纳米之间(远低于厚膜电阻的几微米到几十微米)｡极薄的厚度是实现高精度､低TCR和良好稳定性的工艺基础｡
保护层: 电阻薄膜上需要覆盖保护层(如玻璃釉/玻璃釉料或特殊环氧树脂),以防止氧化､吸潮和机械损伤,这对保证长期稳定性至关重要｡
端电极: 通常由多层金属构成(如内层镍铬､中间镍层､外层锡或锡铅/无铅焊料),确保与电阻薄膜的良好欧姆接触和可焊性｡
薄膜精密电阻的核心电阻材料主要是镍铬合金及其改良型(应用最广泛､综合性能好)和钽氮化物(高可靠性首选)｡硅铬则主要用于需要高阻值的场合｡这些薄膜被精密沉积在氧化铝陶瓷基板上,其极薄的厚度(纳米级)和覆盖的保护层共同构成了实现高精度､低温度系数和优异稳定性的关键｡材料的选择最终取决于对电阻值范围､温度系数､长期稳定性､噪声､功率密度以及成本等因素的具体要求｡
