高精度厚膜電阻的設計和制作研究

李林軍

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

【關鍵詞】厚膜電路;制作研究

隨著厚膜電路常規產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，厚膜電路產品更多的向一些專用領域發展，例如：液位傳感器厚膜片、專用加熱電路、傳感器電路、高精度電阻網絡電路等。其中高精度電阻網絡電路，主要應用與儀器儀表的標準電阻，例如萬用表內各量程的標準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絡電路。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。為了達到以上要求，本文從設計、印刷燒結制作和激光調阻三方面談談如何實現。

一、在高精度厚膜電阻網絡電路設計上，首先要考慮到材料特性的影響;其次要考慮到激光調阻后應力釋放、焊接高溫沖擊等對電阻穩定性的影響;再次要考慮到電路本身功率發熱和使用環境溫度對電阻穩定性的影響。

常規厚膜混合集成電路的制程：在陶瓷基片上先印刷導體漿料、后烘干、燒結成導體;然后印刷電阻漿料、后烘干、燒結成厚膜電阻;再印刷保護玻璃漿料、烘干、燒結。后續通過激光調阻，將電阻修調到要求精度;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，厚膜電阻是根據阻值選定對應方阻的電阻漿料印刷、烘干、燒結而成，所以在設計時，既要考慮選取電阻漿料的方阻和對應的TCR值，考慮TCR要查閱各公司漿料方阻對應TCR，盡量選取TCR小的漿料，如果發現某一方阻電阻漿料各公司TCR都比較大時，可以考慮改變設計圖形方式更換TCR小的方阻的電阻漿料。好漿料TCR標注+/-100PPM，實際在+/-50PPM左右。

（二）厚膜電阻印刷、烘干、燒結制成后，電阻精度值在設計值的60%—100%之間，這是受材料和工藝特性決定。后續通過激光調阻可以到達0.1%精度的電阻。激光調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，高能量激光切割電阻，對電阻會有一定損傷，由此在后續電阻應力釋放后會影響阻值穩定性，所以在設計上方案上有兩種解決方案，法一，高精度厚膜電阻設計圖形不宜過小，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形成一個電阻，在激光調阻，主電阻用”L”或“U”粗調，微調在小方阻電阻上調阻，這樣可以減少激光調阻后應力釋放和焊接高溫沖擊帶來的影響。后續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，設計時，高精度電阻位置不靠近引腳安裝位置;設計電阻圖形時，有高精度的電阻盡量設計成長條形電阻，否則激光切割后，電阻寬度進步變窄，電阻在浸焊時受高低溫沖擊后電阻變化大。

（三）在設計時要考慮厚膜電路本身功率情況。如果功率較大，設計時要考慮電路發熱達到熱平衡時，電路本身溫度情況;同時也要考慮電路使用環境溫度情況，兩項綜合考慮，在設計計算標準值時根據電阻漿料的TCR和使用時達到的環境溫度，計算設計根據此進行修正。對于不同方阻間電阻相對匹配精度高的設計，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境造成電路的電阻精度偏差，或體現出穩定性不好的問題。

二、印刷燒結制作注意事項。

（一），為了保證厚膜電阻的阻值不突變或后續穩定性，電阻印刷，首先要保證厚度高于規定下限，例如規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，避免激光調阻時，切口切到該類缺陷上出現阻值突變，調阻阻值精度控制不準的問題。

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

三、激光調阻注意事項。

（一），調阻接收判定值，將燒結預值小于60%篩選出來不調阻，避免調阻切口深，后續阻值不穩定情況。在調阻程序預測部分可以實現。

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

（三）高精度電阻調阻程序部分，采用主刀+微調方式;具體切割方式要根據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。

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

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

參考文獻：

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