电阻材料

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a.采用合金,多元合金,温度系数补偿杂质的合金 b.线材、薄膜、厚膜或箔状 C.加入绝缘填充料 d.有机无机粘结剂 e.采用金属氧化物等非金属材料组成
3.1
电阻材料概述
3.金属合金薄膜电阻材料 金属膜
(1)制备:真空蒸发、溅射、化学沉积 (2)结构:①无定形 ②无择优取向多晶膜 ③择优取 向多晶膜。 (3)厚度:>100nm 连续结构,与块状材料类似 电阻率 >块状材料 10nm~100nm 网状结构 厚度减少,电阻率 增大 1nm~几十nm 岛状结构 厚度减少,电阻率 急剧增大。
3.4
3)钌系
厚膜电阻材料
主要为钌及钌系化合物:二氧化钌、钌酸盐及钌酸盐衍生物等。 钌系浆料制备的电阻膜层稳定性、工艺性好,阻值范围宽、电 阻温度系数小阻值稳定性高,烧成时不与玻璃等发生不良化学反应, 抗还原气氛性强,与银系导电体相容性好。同时其烧成膜表面光滑, 接触噪声小,耐磨性强。
3.3
薄膜电阻材料
(一)碳基薄膜(RT) 碳膜电阻器是用含碳有机物(或含硅有机物), 在高温真空条件热解,在绝缘基体上沉积而成。 碳膜电阻器阻值范围宽,较好的稳定性,温度系 数不大且是负值,是目前应用最广泛的电阻器。
由于它容易制成高阻值的膜,所以主要用作高阻 高压电阻器。
3.3
薄膜电阻材料
1.碳膜 类石墨结构
Rn 金属、合金电阻,电阻与温度有关 Rk接触电阻,0、P与温度有关
Rk 0.3
0 E
( )1/ 3 D P
Ra 间隙电阻 间隙厚度 导电颗粒功函数 温度有关 阻温系数为负 (4)主要应用:厚膜、合成碳膜、实芯电阻器
3.1 电阻材料概述
5.半导体电阻材料
(1)组成结构:金属氧化物、盐、其他化合物 缺陷化合物:杂质缺陷、化学计量缺陷、空位 (2)电阻行为:半导体特性 ,负的阻温系数
1.热噪声 2.电流噪声
3.2
线绕电阻材料
(一)特点和要求
1.结构: 用金属电阻丝绕制在陶瓷或其它绝缘材料的骨 架上,表面涂以保护漆或玻璃釉。 铜 银金铬 锰
2.特点 电阻率高,阻值精确 (5 56 k)、
阻温系数小,使用温度宽 耐热性高, 功率范围大、 稳定性好 噪声小 耐磨
主要用于精密和大功率场合
第三章 电阻材料
3.1 电阻材料概述
(一) 电阻、电阻器
1.电阻 R=V/I 2.电阻器:电阻元件 ,调节分配电能
形状: 线绕、合金箔、薄膜、厚膜、实芯、片式 阻值变化:固定、可变、电位器
(二)电阻率和膜电阻
电阻率:R=L/S 材料种类、结构、环境有关 膜电阻:Rs= /d 长宽相同的薄膜的电阻 方数:R= Rs N
0e
u T
u ; 2 T
3.1
电阻材料概述
(四)电阻材料的电压特性
1.线性电阻 欧姆定律 2.电阻非线性:材料内部结构不均匀 间隙 或 接触 存在 3.电阻电压系数VCR 负值 k=(R2-R1)/(R1(V2-V1)) 4.电阻三次谐波 电阻材料非线性 电流三次谐波
(五)电阻材料噪声 不规则电压起伏
含硅量在一定值以上的Cr-Si系溅射薄膜经退火处理后,膜层构成主
要为非晶态基体及氧化物SiOx包围纳米级硅化物相, 制造工艺的 可控性和膜层结构的致密稳定性好。
3.3
薄膜电阻材料
3.3 薄膜电阻材料
(七)钽基电阻薄膜
1. 2Leabharlann Baidu 钽的化合物和合金膜 钽膜特点:钽与O、N形成化合物、与Si、AL形成 合金。性能稳定,用作电阻、电极和介质,广泛应 用于薄膜集成电路。 不同结构钽膜性能:
2.特点:由于其本身即是氧化物,所以高 温下稳定,耐热冲击,负载能力强。但 其在直流下容易发生电解使氧化物还原, 性能不太稳定。
3.3 薄膜电阻材料
3.导电机理
水解反应形成缺氧SnO2-x,N型半导体 Sb 取代 Sn 增加导电电子数,>1.5%降低迁移率
Sb不仅影响电导率,也影响阻温系数。 小于1.5%,正阻温系数 大于1.5% 出现负的阻温系数
各种膜式电阻实物照片
3.3 薄膜电阻材料
从外观上,金属膜的为五个环(1%),碳膜的为四 环(5%)。金属膜的为蓝色,碳膜的为土黄色或是其他 的颜色。(微型电阻过去的国标是按颜色区别,金属膜 电阻用红色,碳膜电阻用绿色。)但由于工艺的提高和 假金膜的出现,这两种方法并不是很好,很多时候区分 不开这两种电阻。 比较好的方法是下面两种: 1.用刀片刮开保护漆,露出的膜的颜色为黑色为碳膜 电阻;膜的颜色为亮白的则为金属膜电阻。 2.由于金属膜电阻的温度系数比碳膜电阻小得多,所 以可以用万用表测电阻的阻值,然后用烧热的电铬铁靠 近电阻,如果阻值变化很大,则为碳膜电阻,反之则为 金属膜电阻
3.1 电阻材料概述
(4)杂质
连续金属膜情况: =声 + 杂 + 缺 + 界 + 表 第一项与温度有关,最后一项与厚度有关。
3.1
电阻材料概述
4.合成型电阻材料
(1)颗粒性导电材料+绝缘填充料+粘结剂 导电颗粒种类、数量、粒度、分散性 (2)导电机理
3.1 电阻材料概述
R n ( Rn Rk rRa )
• 结构:无定形或微晶 热处理改善结构
3.3
薄膜电阻材料
2.化学沉积金属膜
• 材料:由镀液中的金属离子获得电子,还原成 金属沉积在陶瓷表面形成金属薄膜,利用化学 反应进行镀膜。目前一般沉积的是镍膜。 • 特点:由于化学沉积膜的电阻可以很低,可弥 补精密金属膜电阻的低阻部分,由于化学膜反 应时产生大量氢气使镀膜多孔,使其防潮性较 差。
3.4
厚膜电阻材料
3.优点 • 通过丝网印刷等工艺可直接形成电路图形,适于大量 生产片式电阻器; • 膜层较厚,经烧结收缩表面变得光滑、致密、耐磨, 具有很高的稳定性,电阻体 • 与基体的附着力强,可靠性高; • 电阻率范围较宽,容易实现很低的电路电阻和很高的 电路电阻,高频性能好,耐脉冲负荷,寿命长; • 导体层、电阻层、绝缘层、介电层及其他功能层都可 以印刷成膜,容易实现多层化,与陶瓷生片共烧可以 制取多层共烧基片; • 设备简单,投资少。
3.3
薄膜电阻材料
(四)镍铬薄膜电阻
• 材料:是用镍铬或类似的合金真空电镀技术,着膜于基 体表面,经过切割调试阻值,以达到最终要求的精密阻 值。多种方法制备
• 特点:阻温系数小,稳定性高,噪声电平小,可制作的 阻值范围宽,使用温度宽,应用于片式精密电阻器和混 合集成电路薄膜电阻器。
3.3 薄膜电阻材料
3.4
厚膜电阻材料
厚膜电阻材料中的功能相多为具有良好导电性和热 稳定性的金属或无机非金属材料。 粘结相主要是各种绝缘性和工艺性优良的玻璃或树 脂,它将导电颗粒粘结在基片上,使厚膜电阻具有所需 的机械性能和电性能。 复合度对复合材料的性能有很大影响,通过改变复 合度来调整复合材料性能是最为有效的手段之一。因此 各相成分的选择以及相界面的匹配状况对电阻的性能影 响很大,可以使膜层的电阻值范围宽并且电阻温度系数 等参数的可调性好。
3.1 电阻材料概述
(三)电阻和温度关系
阻温系数描述
平均阻温系数
αR= dR/RdT
R2 R1 R R1 (T2 T1 )
3.1 电阻材料概述
1.纯金属 M=AT R=1/T 2.合金材料 =0+i =A(B+T) R=1/(B+T)
3.1 电阻材料概述
提高金属电阻材料电阻率和降低阻温系数措施
3.3
薄膜电阻材料
(五)金属陶瓷电阻薄膜
材料:金属和硅等氧化物绝缘体组成的薄膜。 特点:电阻率高,耐高温。 类型:Cr-SiO2;Ti-SiO2
3.3
薄膜电阻材料
(六) Cr-Si电阻薄膜
Cr-Si系薄膜是一类常用的电阻薄膜,根据其含硅量的不同可满足很
宽的阻值范围需要。它具有较小的电阻温度系数、较低的应用失效 率以及高的化学稳定性和热稳定性,在微电子领域应用也越来越广。
缺点:体积较大、自身电感大,使高频性能差、时间常数大。 只适用于频率在50 kHz以下的电路。
3.2
线绕电阻材料
3.2
线绕电阻材料
(二)贱金属电阻合金线
1.锰铜 电阻稳定性好,阻温系数小。室温下的中低阻值 精密电阻器 2.康铜 耐热性好,使用温度宽,阻温系数大,大功率电 阻 3.镍铬 较高电阻率,宽使用温度,阻温系数大,中高阻 值普通电阻(位)器 4.镍铬多元合金 电阻率高,阻温系数小,耐磨性好,适 合高阻值的精密线绕电阻器或电位器。
1.纯镍铬薄膜 • 原料:高纯镍粉、铬粉 或镍铬丝 • 方法:蒸镀、溅射 • 蒸发速率影响:
3.3
薄膜电阻材料
• 不同方法: 溅射基本保持原有成分。
3.3
薄膜电阻材料
• Cr的影响:Cr以氧化物形式 存在,随含量增大,薄膜方 阻增大。 • 热处理: 真空,晶粒界面减少 大气,Cr2O3生成
3.3 薄膜电阻材料
3.3 薄膜电阻材料
4.其他元素
Sn-Sb 低中电阻 B2O3 提高电阻值,降低阻温系数 Al2O3 同上,性能稳定 TiO2 电阻增大20~200倍,阻温系数变化不大 Bi 性能稳定,老化系数减少 Sn-In 阻值提高15~30倍 Sn-Fe 阻值提高10倍
3.3
薄膜电阻材料
(三)金属膜电阻(RJ) 1.蒸发金属膜 • 材料:通过真空蒸发或阴极溅射,沉积在陶瓷 肌体表面上一层很薄的金属或合金膜。 • 特点:金属膜电阻比碳膜电阻的精度高,稳定 性好,噪声, 温度系数小,金属膜电阻由于 结构不均匀,因此使他的脉冲负载能力差。
3.2 线绕电阻材料
(三)贵金属电阻合金线
接触电阻小,低噪,耐磨性好 1.铂基 2.钯基 易生成“褐粉”,有机聚合物膜 3.金基 抗腐蚀性强 4.银基 易受腐蚀,耐磨性差。
银锰锡电阻合金线 ,阻温系数小,对铜热电势 小,具有抗腐蚀性,标准电阻。
3.3
薄膜电阻材料
电子技术中广泛应用 薄膜电阻材料来制造分立电阻 元件及集成电路中的电 阻元件。 在绝缘基体上(或基片)用真空蒸发、溅射、化学 沉积、热分解等方法制得的膜状电阻材料。膜厚1m以 下。 主要分为碳膜和金属膜两大类。具体分类见表。 要求:电阻率范围宽,阻温、阻压系数小、噪声电 平低、使用温度范围宽,高频性能好,稳定性可靠性高, 工艺性能好。
2.镍铬铝薄膜 精密电阻材料
• Al作用:降低阻温系数,提高稳定性 Al氧化物嵌在NiCr合金氧化膜内,形成致密结构
3.3 薄膜电阻材料
3.其他改性类型
NICr-O 提高电阻值,降低阻温系数,提高稳定性。 多层膜法,反复蒸镀+多次表面氧化 NiCrAlFe NiCrAlCu 低电阻系数 NiCrBe 提高稳定性
3.3
2.硅碳膜
薄膜电阻材料
原料:正硅酸乙酯、庚烷(或苯)、六甲基二硅醚 条件:850~1100C 结构:底层 硅碳层 玻璃相SiO2+C 增加对玻璃基体的 附着 中间层 导电层 接近纯碳膜,渗入少量SIO2 外层 保护层 SIO2及少量B-SiC
3.3
薄膜电阻材料
(二)金属氧化膜 1.材料:利用金属氯化物(氯化锑,氯化 锌,氯化锡)高温下在绝缘体水解形成 金属氧化物电阻膜。
3.4
厚膜电阻材料
(二)常用导电相 1.要求: 1)电导率高,且与温度的相关性小; 2)不与无机粘结相发生不良反应; 3)与电阻体的相容性好; 4)不发生迁移现象; 5)可以焊接及与引线键合; 6)不发生焊接侵蚀; 7)耐热循环; 8)随温度变化不产生局部电池,不发生电蚀现象; 9)资源丰富,价格便宜
3.4
厚膜电阻材料
2.常用功能相
1)碳粉 在酚醛树脂中固化制备。由于碳粉导电性不高, 且耐热性不好,所以该种电阻浆料应用范围窄,未能得 到充分的发展。 2)银/钯电阻 它的导电相主要是钯、银及氧化钯三种, 其中银和钯形成合金,使导电颗粒“链合”或“搭桥”, 促进导电网络的形成,氧化钯为p型半导体,其导电性是 银/钯系厚膜电阻电阻率的主要决定因素。 方阻覆盖范围小,工艺再现性差,高阻时噪声大, 抗银离子迁移性和耐焊料的侵蚀性差;还原气氛中,氧 化钯的还原会导致电阻器性能的不稳定,阻值大幅度降 低。
3.3
薄膜电阻材料
3.3
薄膜电阻材料
(八)复合电阻薄膜
由不同薄膜叠合而成 优点:通过组合克服单层膜阻温系数大、稳定性 差缺点。
NiCr-Ta2N 阻温系数低,高温稳定性好,中低阻 CrSi-NiCr 低阻温系数, 耐潮性好,高稳定,高阻
3.4
(一)组成
厚膜电阻材料
1.概念:厚膜电阻材料是由厚膜电阻浆料通过丝网印刷、 烧结在基片上形成具有电阻特性的膜。 2.组成:导电相 金属粉或其氧化物非金属及其化合物和 有机高分子 粘结相 无机粘结剂(玻璃类)有机(树脂) 有机载体 及 改性剂
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