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半导体

升级换代加速 薄膜片式电阻前景看好

  北京七一八友晟电子有限公司RMK生产线产品负责人 曾炀

电子信息技术的高速发展,推动着片式电阻器进入到一个迅速升级换代的时期。就片式电阻器的发展方向来讲,主要有以下几个:超小型化、绿色环保化、高精度化、低温度系数化以及贱金属化。
表面安装技术(SMT)是上世纪70年代末,在国际上发展起来的一种新型电子产品安装技术。目前已在多类电子产品中获得广泛应用,并使电子产品安装技术发生了革命性的变化。配合表面安装技术,片式元件的发展也是日新月异,而片式元件也是电子元件发展的主流和方向,目前各类电子元件的片式化率已达70%%以上。在各类整机电路中,片式元件和半导体有源器件的数量比例通常在20∶1至50∶1,其中一些高端电子产品,如手机、笔记本电脑、PDA(掌上电脑)等当中,片式元件的比例更高,有时可达到100∶1。
用于表面安装技术的电子元器件包括片式电阻器、片式电容器、片式电感器、片式半导体器件,以及其他片式产品。其中片式电阻器的需求量最大,占整个片式元器件的45%%以上。而全球片式电阻器的年需求量则超过了1万亿只。
进入21世纪以来,电子信息技术的高速发展对元件技术不断提出新的要求,尤其是片式电阻器的技术也得到了全新的发展,推动着片式电阻器进入到一个迅速升级换代的时期。就片式电阻器的发展方向来讲,主要有以下几个方向,超小型化、绿色环保化、高精度化、低温度系数化以及贱金属化,为了帮助大家对片式电阻器的技术发展有所了解,现对厚膜片式电阻器和薄膜片式电阻器两大类片式电阻器作如下浅谈,仅供相关人士参考。

厚膜片式电阻器向3方面发展

厚膜片式电阻器是相对金属膜电阻器而言,电阻膜层比较厚,厚度一般为4μm~8μm,制造工艺与传统的柱状带引线电阻器相比,采用了全新的制造工艺。片式电阻器通常是采用以96%%Al2O3的陶瓷基板作为散热基材、Ag-Pd作为导体材料、钌及钌的氧化物作为电阻体材料、玻璃釉作为包封材料、端头电镀镍锡等。通过丝网印刷技术、烧结技术、激光调阻技术、裂片技术、端头涂银技术、折粒技术、电镀技术等30多道生产和检验工序精心制造而成。
厚膜片式电阻器的主要发展方向有:
超小型化。目前,0402和0603尺寸的片式电阻器已成为市场的主流,但随着电子产品尤其是数码产品的小型化、轻型化,0201、01005产品的需求日益增加,尤其是01005,该产品的体积只有0.4毫米(长)×0.2毫米(宽)×0.125毫米(高),重量只有0.04克,目前只有少数日企和我国台湾企业能够生产,为了解决如01005这种小尺寸产品的生产,就必须在传统的制造工艺上进行升级换代,如丝网印刷技术必须采用先进的CCD(电耦合器件)自动对位印刷技术,端涂必须采用近几年发展起来的溅射技术解决端面问题,激光调阻、电镀也都必须采用最新的专用设备才能保证0201、01005产品的批量生产供货。
绿色环保化。欧盟“电子电气设备废弃物法令”(WEEE)和“关于在电子电气设备中禁止某些有害物质”的规定(RoHS)已经在2005年8月和2006年7月1日生效,其影响在全球性范围内显现。虽然片式元件的玻璃釉膜属于豁免范围,但是尽量减少玻璃釉浆料的使用对企业来讲是既能减少非环保材料的使用,也是节省开支降低能耗的一个好办法,端面溅射贱金属、包封料采用聚合物树脂等方法目前也已经开始逐步推广使用。据统计,端面溅射贱金属能够使产品端涂的原材料成本降低90%%以上。而聚合物树脂的使用不仅使原材料成本降低,同时还能大幅提高产品的阻值合格率。
超高阻化。超高阻值片式电阻器,主要应用产品在高性能电子通信模块,高精度精密电子仪器及特殊军工产品上。阻值最高要求达1TΩ,工作电压最高要求达10kV,这类产品的主要技术指标有阻值精度、工作电压、温度系数、电压系数、稳定性等,要保证这些指标达到用户要求,就必须在技术上有所突破,包括浆料的选用,调阻方式,包封料的印刷等等,只有这些技术形成突破后,才能保证超高阻值片式电阻器的批量生产、供货。

薄膜片式电阻器前景最被看好

薄膜片式电阻器是近几年来发展最迅速、应用范围最广、前景最被看好的新一代片式电阻器,外资企业几年前就已经开始批产,我国台湾企业也是从前两年开始批产,但大陆目前只有极个别的厂家能够生产此类产品。相比厚膜片式电阻器而言,薄膜片式电阻器的电阻膜层主要成分为镍铬合金,经过精密加工和后期处理,阻值精度可达±0.05%%,温度系数可达到±5ppm/℃,稳定度可达到0.02%%,是替代低精度的厚膜片式电阻器以及传统高精度、高稳定柱状带引线电阻器的理想产品。薄膜片式电阻器的生产主要有以下几方面的技术。
基片。薄膜电阻器的膜层要保持稳定状态一般需要工作在125℃以下,在此基础上温度每升高10℃,膜层的稳定度会降低2个百分点(空气中)。一般情况下,当温度在125℃时,阻值的漂移是0.5%%,而当温度升到135℃时,这个漂移值将达到1%%,这是因为空气中的氧气将电阻膜层不断氧化。当然影响这个温升的因素包括:电阻器外形尺寸、功率、周边元件、陶瓷基板类型以及散热片的使用等等。同时,由于薄膜电阻器的电阻膜层太薄,瓷片表面的光洁度和粗糙度也是影响电阻器性能的一个决定性因素。
因此必须选择一种既能保证热量迅速被耗散,又能保证表面光洁度高、粗糙度好的材料,经过比较,只有Al2O3含量为99.6%%的陶瓷基片能够同时满足以上要求。目前该类型的陶瓷基片已经量产,主要是在一些日本和我国台湾的基片供应厂家。
成膜。在电阻器生产中,镍铬(NiCr)和氮化钽(TaN)是常用的电阻膜层材料,镍铬材料温度系数比较小,相对方阻较大;氮化钽材料方阻低,且温度系数为负。因此在实际生产中,通常选择的是镍铬为主要成分的合金复合膜。
激光调阻。片式电阻器用激光调阻机近年来的发展速度非常快,第四代片式电阻器用激光调阻机已有生产,而专用于薄膜片式电阻器的、激光波长为532nm的绿激光调阻机已有多家公司量产,阻值控制精度能达到±0.02%%,调阻速度可达300mm/s,完全适合薄膜片式电阻器的大规模批量生产。
端面处理。端面处理技术也在近几年进行了升级换代,排条机和溅射机的使用,使得以前的端面涂银技术升级为在端面溅射镍铬金属,不仅降低了成本,提高了效率,也大大提高了产品的稳定性和可靠性。
总之,从总体产业水平上看,我国大陆片式元件产业与美、日两个元件生产强国甚至与我国台湾相比还存在一定的差距。电子元件生产企业所面临的普遍问题是核心竞争力较差、产品档次较低,且产品的技术含量较低,附加值低,拥有自主知识产权的产品较少,在某些核心技术上还受制于人。但是片式元件升级换代速度加快、无源集成产业的兴起以及世界范围产业结构的调整又为我国片式元件产业的发展提供了较好的机遇。抓住这些机遇,投入力量,研究开发具有自主知识产权的新一代片式元件,是我国从电子元件大国走向电子元件强国的必由之路。


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