挑選汽車和工業應用的薄膜電阻

汽車、工業和電信等電子應用需要可承受惡劣環境 (包括高濕度和腐蝕性環境) 的精密元件。被動元件是這些先進設計成功的基礎，必須不斷創新以確保可靠的效能。

舉例而言，金屬薄膜晶片電阻就必須透過設計和測試，以確保在嚴峻環境中具有準確性、穩定性和可靠性。有個重大問題會影響汽車和工業市場的晶片電阻設計，那就是在有硫化合物情況下的長期可靠性。這些環境具有油、潤滑劑、燃料和其他富含硫的化合物，會讓觸點衰退，並降低晶片電阻的可靠性。

本文將探討，設計人員在針對嚴峻的汽車和工業環境挑選電阻時會面臨的挑戰。接著會介紹 YAGEO 的兩個抗硫和防潮表面黏著電阻系列，並說明其如何用來應對這些應用的挑戰。

晶片電阻的特色

晶片電阻對現代電子產品，包括汽車、工業和電信裝置來說，屬於關鍵元件。其體型小巧、精準、穩定又可靠，非常適合用於高密度電路。更具有寬廣的電阻值、容差、電阻溫度係數 (TCR) 和額定功率範圍。YAGEO 有兩個晶片電阻系列，分別為 AT 和 RP 系列。這兩個系列均符合 AEC-Q200 要求，適合汽車應用；此規範會針對被動電子元件進行下列項目的測試：溫度、濕度、耐焊接高溫、熱衝擊和板彎曲容差。也會測試低濕度敏感性和耐硫度。

電氣規格的比較

AT 和 RP 系列表面黏著裝置 (SMD) 電阻提供四種標準表面黏著封裝：0402、0603、0805 和 1206。每個封裝的數字代號皆含有該裝置的標稱長度和寬度 (以英寸為單位) (表 1)。

表 1：RP 和 AT 晶片電阻系列元件的四種封裝大小之尺寸和額定功率。(表格來源：Art Pini)

額定功率隨封裝體積直接變化，介於 1/16 W 至 1/4 W。

這些封裝大小提供不同的電阻值、電阻容差、TCR 和額定電壓值。表 2 概述 AT 系列電阻的規格。

表 2：AT 系列電阻的電氣特性。(表格來源：YAGEO)

此表格列出每種封裝尺寸、TCR 和容差的可用電阻值範圍。

同樣地，RP 系列的規格也列於表 3。

表 3：RP 系列電阻的電氣特性。(表格來源：YAGEO)

各產品系列的元件，會依據封裝尺寸、TCR、電阻值容差和電阻值進行挑選。可用電阻值的範圍會隨著其他任一規格而改變。

RP 系列的 TCR 值以步進式 ±50、±25、±15 和 ±10 ppm/°C 的方式提供。AT 系列額外提供 ±5 ppm/°C 的較低 TCR。

請注意，RP 系列裝置的可用電阻值範圍，大於或等於各個 TCR 步進的 AT 電阻範圍。

這兩個系列都提供 0.1%、0.25%、0.5% 和 1% 的容差值，這些是最常用的電阻容差。但只是，AT 系列提供三個額外的容差範圍：0.05%、0.02% 和 0.01%。這些精確的容差不太常見，並且提供的電阻值範圍更受限。

AT 和 RP 系列電阻的比較

YAGEO 的 AT0402FRE0710KL 是一款 10 kΩ、1/16 W AT 串聯電阻，TCR 為 ±50 ppm/°C，採用 0402 封裝。RP 系列的等效產品為 RP0402FRE0710KL，其具有相同的規格。產品的不同之處在於，RP 系列在此 TCR 範圍內提供 10 Ω 至 240 kΩ 的電阻值，而 AT 系列的電阻值為 10 Ω 至 100 kΩ。RP 系列在所有 TCR 值上提供此電阻範圍，而 AT 系列則針對 ±10 ppm/°C 和 ±5 ppm/°C 的 TCR 值，降低電阻範圍。

AT0603DRE0710KL 是一款採用 0603 封裝的 10 kΩ、1/10 W AT 串聯電阻。其 TCR 為 ±50 ppm/°C。RP0603DRD0710KL 是 RP 0603 系列電阻，具有相同的標稱規格，但 TCR 為 ±25 ppm/°C。RP 系列的可用電阻值範圍為 10 Ω 至 910 kΩ。AT 電阻針對兩個最高的 TCR 規格提供的電阻值範圍為 10 Ω 至 330 kΩ，但針對較低的 TCR 規格，電阻值範圍則較為受限。

AT 系列 AT0805BRD0710KL 採用 0805 封裝，是一款 10 kΩ、1/8 W 電阻，TCR 為 ±25 ppm/°C。RP 系列的等效產品為 RP0805BRD0710KL，具有相同的電阻值、容差和 TCR。同樣，RP 系列在整個 TCR 選擇範圍內具有更寬的電阻值範圍，而 AT 電阻針對較低的三個 TCR 選擇則提供較受限的範圍。

AT1206BRD0710KL 是一款 10 kΩ、1/4 W 電阻，採用 1206 封裝。其 RP 系列的等效產品是 RP1206BRD0710KL，具有相同的規格。

根據電氣規格，這些電阻系列其實相似，皆適合眾多應用。RP 系列提供更寬廣的電阻值範圍，因此適用性更大。AT 系列針對一些電阻值提供更窄的容差且具有較低的 TCR 範圍，這兩種特性都可套用到需要更高精度和準確度的應用。兩個系列在其額定功率下，皆可在 -55°C 至 +155°C 的溫度範圍內運作。請注意，如果環境溫度上升到 +70°C 以上，就必須降低額定功率 (圖 1)。

圖 1：基於兩個系列的功率降額曲線，在 70°C 以上的溫度下必須降低功率。(圖片來源：YAGEO)

環境安全與保護

AT 和 RP 產品系列均合格，可用於汽車和工業環境。其製程中使用的環氧樹脂化合物不含鹵素。此外，也不含鉛，符合 RoHS 規範。這些電阻亦使用非禁用材料以減少產生對環境有害的廢棄物。

這兩個電阻產品線在車輛和工業條件下，對濕氣和腐蝕性氣體的敏感性都很低。防潮能力的一項考量是濕度敏感等級 (MSL)。電子產業使用的這套評等制度可判定元件在 60% 至 85% 相對濕度的濕度水準下，可以暴露多長時間，並且在低於 +85°F 的溫度下，要吸收多少濕氣才無法進行波焊。在波焊過程中，滯留的濕氣會迅速膨脹，進而破壞元件，更有可能影響電路板。AT 和 RP 系列電阻的等級為 MLS 1，表示車間存放壽命無限制。更依據 AEC-Q200 進行防潮性測試。因暴露在濕氣中，兩個系列的電阻值變化都小於 ±(0.1% + 0.05 Ω)。

對晶片電阻等被動元件來說，因暴露在硫化合物中，因此污染是敏感性逐漸升高的因素之一。油、潤滑劑、油基燃料和橡膠元件或塗層都會排放硫基煙霧。這些硫化合物會與金屬 (尤其是銀) 發生反應，進而破壞晶片電阻。

耐硫性測試 (ASTM-B-809-95，修訂版) 中，包括在密閉式容器中添加一定量的硫磺粉，以打造富含硫的環境，然後讓測試元件暴露其中。容器會加熱到 +105°C，元件會暴露在此環境中 750 小時。受測的電阻接受測量，以確保其電阻值變化小於規定的限值。這兩個電阻系列皆展現出優異的耐硫性。

AT 和 RP 系列電阻之間的差異

AT 和 RP 系列電阻採用不同的設計。AT 系列是較早期的設計，其防潮和耐硫作法更為傳統。RP 系列採用較新的設計，結合了更新的建構技術和材料 (圖 2)。

圖 2：AT 和 RP 系列晶片電阻的結構比較，顯示出裝置防潮和抗硫方式的差異。(圖片來源：YAGEO)

這兩個系列都使用沉積在陶瓷基板上的電阻式金屬膜，如所有晶片電阻一樣。AT 電阻使用銅當作頂端電極 (C1)，以減少硫蒸氣的腐蝕作用，因為銅與硫的反應不如銀強烈。電阻層和電極則使用環氧樹脂塗層密封。端蓋由鍍錫鎳製成，以確保焊接性。可針對電阻底部的銀電極達到密封並提供連接點。

憑藉對相關晶片元件的多年經驗，RP 裝置在 C1 內部電極頂端添加了聚合物銀層 (C3)，以避免硫污染。如此就可採用銀材質製成的內部電極。金屬膜和腐蝕性元素之間會有一個鈍化薄層當作阻障層。鈍化是一種化學過程，會在電阻層上塗層，降低其腐蝕或受環境影響的機率。可使用環氧樹脂塗層達成密封。

RP 系列在密封製程上有所改進，因此耐硫性比 AT 系列更好。RP 裝置的硫測試規範採用較嚴格的限值，為 ±(2.0%+ 0.05 Ω)，AT 限值則為 ±(4.0%+ 0.05 Ω)。這表示硫暴露造成較小的電阻值變化。

較新的電阻結構更提高了生產效率，還可降低成本並縮短前置時間。

結論

汽車、工業和電信系統需要能在惡劣環境 (包括高濕度和腐蝕性環境) 中可靠運作的精密元件。AT 和 RP 系列電阻符合 AEC-Q200 標準，非常適合這些應用。RP 系列在濕氣與硫的耐受度上有所提升，更降低價格和縮短前置時間。AT 系列可挑選電阻值，且提供更低的容差，包括 ±0.01%、±0.02% 和 ±0.05%。