10个技术理由 金属箔电阻内在特殊设计.docx

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1、10个技术理由金属箔电阻内在特殊设计从1962年物理学家FelixZandman博士发明第一颗箔电阻起，时间已经过去快六十年，BUIkMeta1FOil箔电阻科技在要求高精度，高稳定性，和高可靠性的应用方面仍然远远超越其他电阻科技，威士精密测量集团提供多种规格和包装的精密箔电阻产品，以满足各种应用需求。美国专利4176794是美国Angstrohm公司申请的金属箔电阻的专利。2000年，威士精密测量集团实现了一项突破性的技术被称为BulkMetalZ-Foil箔电阻科技。基于这种革命性技术做出的箔电阻，在-55+125C温度范围内、+25参考温度下，Z箔电阻具有0.2ppmoC典型TCR,并且

2、在060温度范围内、+25参考温度下,Z箔电阻具有0.05ppmoC典型TCR,Z-Foil箔电阻科技比以前的箔电阻科技提供更高数量级的性能。温度系数越低，电阻越好。温度系数低的电阻，即使在环境温度的波动和它通电时候产生的自热影响下，仍能保持它原来的阻值。凭借威士箔电阻全面的稳定性和可靠性优势，设计人员可以明显地减少电路的出错情况并且可以极大地提高电路的整体性能。金属箔电阻科技允许威士箔电阻工厂生产以客户为导向而设计的产品，以满足设计人员具有挑战性的设计要求。何为精密电阻，一般指精度高（万分之一以上）、温漂低（IOPPm以下）及长期稳定性（年变化率小于50PPm）O从品种上讲可以有金属膜电阻、

3、线绕电阻、金属箔电阻。但从整体指标上看，金属箔电阻明显要比其它几类电阻精密得多。精密箔电阻技术由FelixZandman博士于1962年发明，将大约3m的银铭合金箔片通过粘结剂贴在陶瓷基板上，得到一个接近零温飘的电阻，在随后发展的五十多年间，金属箔电阻在要求高精度、高稳定性、高可靠性的应用方面远远超越其他电阻技术，满足了各种行业的高端应用需求，如航空航天、军用装备、精密测量、医疗设备等领域。无封装外壳的金属箔电阻的阻值是由覆着在基板上的金属箔经过激光刻蚀形成的。因利用了基板与金属箔不同的温度系数，以及与粘合剂的相互作用，使得此种电阻的温度系数可以做到非常低。个别因为其的平板结构，使得其高频特性

4、也非常好。除此之外，还具有高精度、低功率系数、低电压系数、低EMF、极好的长期稳定性、低噪声等优点。wS40.001%0.2ppmoC50ppm最毫喝度AfOM负就稳定性（7（rOTaMrftOOOOhw）图：Vishay公司金属箔电阻的结构及性能以色列的ViShay（威世精密测量集团，包括被Vishay收购的AE）在精密金属箔电阻技术上具有极大的优势，其研发的Z-Foil金属箔电阻技术在各项技术指标上大幅提高，如在-55C+125C温度范围内、+25参考温度下，Z箔电阻具有0.2ppmoC典型TCR。离膜碱定金期电RJ712-1型硼RJ7122型功率W712作为精密电阻，金属箔电阻具有高精度

5、、高稳定性、高可靠性，以下是其相比其他电阻的十大优势特性。1 .极低的温度系数（TCR）-极低温漂是箔电阻天生的有点。2 .功率系数（PCR）-对电阻施加额定功率，阻值变化百万分之一3 .快速热稳定性-箔电阻可在Is内达到热稳定状态4 .高阻值精度-箔电阻调阻分辨率可达0.0005%5 .负载寿命稳定性-负载寿命稳定性是电阻长期可靠性的关键指标6 .快速响应时间.在高频电路中，电阻呈现出串联电感并联电容7 .低噪声-箔电阻电流噪声小于-40dB8 .热电势效应箔电阻热电势一般典型值为0.05VC9 .更好的抗静电能力.箔电阻具有电阻膜层厚（数m）,耐热性能好的特点10 .测不到的电压系数-箔合

6、金对电压波动不敏感,在不同电压水平的电路中,箔电阻有同样的阻值，箔电阻的电压系数为0.1PPm/V主要特点温度系数(TCR)0.05ppnVoC典型(0to+60,+25ref.)0.2ppmoC典型(-55to+125,+25ref.)功率系数”AR基于自身热量”:5PPm额定功率负载寿命稳定性:to0.005%(50ppm)at+70,10,000小时，额定功率精度:to0.001%(10ppm)阻值范围：0.5mto3.3M静电放电负荷(ESD)至少25,OOOV无感无容设计上升时间：1ns无振铃热稳定时间220)电阻的阻值会受到各种“应力”影响而发生改变，离开稳定性的高精度是没有意义的

7、。举个例子，电阻出厂时的精度是0.01%,为这个精度我们支付了昂贵的费用，但在几个月的存储或者几百小时的负载后阻值可能变化超过土300ppm甚至更多。另一种最常见的情况是电阻在来料检验的时候在标称的精度范围以内，焊接到PCB后就超出了标称的精度范围。还有比如潮湿，静电等都会导致电阻的阻值产生不可逆的变化。我们要强调的是，稳定性应该放在首位来考虑，而不是片面的追求高精度。金属箔电阻是通过真空熔炼形成银铝合金，然后通过滚碾的方式制作成金属箔，再将金属箔黏合在氧化铝陶瓷基底上，再通过光刻工艺来控制金属箔的形状,从而控制电阻。金属箔电阻是目前性能可以控制到最好的电阻。金属箔电阻因其采用特殊金属箔材料，

8、在生产过程又进行严格控制把关，使它的性能方面远远高出其他电阻，可以毫不夸张的说高精密金属箔电阻是一种超精密的电阻器。那么这种电阻有什么优点和特征呢?一个好的精密电阻，必须具备老化小、温漂小、偏差小的特点，同时最好具备可靠性高、功率余量大温升小、噪音低、串联电感分布电容小、电压系数小、焊接、振动及拉伸不容易变化等。金属箔电阻几乎具备了所有这些优点。当然，与基准相关的最重要的参数，是老化，其次是温度系数。至于电阻上标的是1%、0.1%、还是0.01%,这个是偏差而已，并不直接代表“精密”程度。只有在不同的温度条件下，并在很长的使用时间之后，仍然具备高稳定性，才代表真正的“精密二“老化”是什么?老化

9、就是长期稳定性，也就是在常温常压下，放在货架子上，经过比较长的时间(比如1年)，电阻的变化。老化因此也常用每年变化多少个PPm来表示。老化因此是一个不可逆的过程，就像人衰老一样，再也回复不到原来的了。电阻温度系数(temperaturecoefficientofresistance简称TCR)表示电阻当温度改变1度时,电阻值的相对变化,单位为PPmre(即10E(-6)C)。“温漂”又是什么?温漂就是电阻的阻值随温度而变化。由于一般的电阻温漂不大，因此常用每度变化多少个PPm来表示，这就是温度系数。假如一个电阻的温度系数是+100ppmoC,就是温度每升高1度，电阻增大0.01%。同样，负温度

10、系数表示电阻的阻值随温度的升高而减少。说温度系数的时候有的时候省略后面的/,例如某电阻的温度系数是Sppm,意思就是8ppm0Co将具有已知和可控特性的特种金属箔片敷在特殊陶瓷基片上，形成热机平衡力对于电阻成型是十分重要的。然后，采用超精密工艺光刻电阻电路。这种工艺将低TCR长期稳定性、无感抗、无ESD感应、低电容、快速热稳定性和低噪声等重要特性结合在一种电阻技术中。这些功能有助于提高系统稳定性和可靠性，精度、稳定性和速度之间不必相互妥协。为获得精确电阻值，大金属箔晶片电阻可通过有选择地消除内在“短板”进行修整。当需要按已知增量加大电阻时,可以切割标记的区域，逐步少量提高电阻，如图。贴片片状金

11、属箔内部结构如图所示。保护层金属箔焊盘特性1、温度系数(TCR)“为何需要用非常低温度系数的电阻?”这是在评估电路系统性能和成本的时候可会问的一个问题。答案是由于多个电路系统组合。以下页面讨论对精密模拟电路非常重要的金属箔电阻的10个不同的独立技术性能。当每一个性能被独立清晰地讨论时，很多电路要求这些性能的特定组合，通常，所有的性能会被要求在同一个电阻装置中测试。比如说,某个性能的测试要求使用一个运算放大器。在运算放大器中，增益是由反馈电阻对输入电阻的比例确定的。不同放大器的共模抑制比是基于四个电阻的比例确定。在两种情况下，这些电阻比例的任何改变都会直接影响电路的性能。这些比例可能由于电阻不同

12、的温度系数，在经历不同的加热影响而改变(无论是内部还是外部)。不同的环境温度变化跟踪，对不同的相位输入或者高频信号的响应时间，由于不同功率水平产生的微分焦耳加热，超出设计寿命后阻值改变量的不同等等。所以我们很容易看到很多电路都依靠很多相关应用的稳定性能是很平常的情况。一所有都在同一时间，同一装置上。BulkMetalFoil金属箔电阻科技是唯种在同一电阻装置中提供所有这些严密特性的电阻科技。低噪音是箔电阻科技固有的，可以适合低噪音要求的特殊应用场合。所有这些特性都是箔电阻科技固有的。并且所有箔电阻产品都自动地具有这些特性。解决这些问题的方案就是使用低温度系数的电阻以保持使温度变化的影响降到最低

13、。初始温度系数两个可预计的和相对的物理现象，电阻内部合金的合成结构和它的基质是BulkMetalFoil金属箔电阻获得低温度系数的关键因素。金属箔电阻的温度系数通过匹配两种相反的作用效果来实现。由于温度的增加引起内部阻抗的增加vs.压缩-阻抗的减小与同一温度增加相关。两种作用同时发生引起一个通常低的，可以预计的，可重复的，可控的温度系数结果。由于威士精密集团的BulkMetalFoil金属箔电阻设计，这种温度系数TCR会自动实现，不用筛选，不用注意阻值或者制造日期一甚至是很多年以后！改进的金属箔电阻BUlkMeta1Z-FOil温度系数可以做到0.2PPrn/C箔电阻科技每过几年就会进步，温度

14、系数会有重大改进。图1显示威士箔电阻工厂用于生产金属箔电阻的各种合金的典型温度系数特性。初始的C合金展示的是在冷端部分是一条对温度负响应的的正斜率的弦，热端部分是一条对温度的正斜率的弦。图1.符合军标要求的不同合金箔材料温飘对比图CAeK令&Z令金2ppmC1ppmC0.2ppmoC接下来是K合金，在冷端部分是一条对温度的负的弦的斜率，热端部分是一条对温度的正的弦的斜率。事实上，它提供了一条温度系数曲线近似C合金的一半。最新的发展是Z合金和ZI合金箔电阻科技,突破了类似于K合金的箔技术，提供的温度系数曲线比C合金好很多倍，比K合金好五倍。利用这种技术，可以做出非常低温飘的电阻，并且这种电阻对温度的反馈接近于零。这种技术的发展的结果是，相对于以前的技术，以及其他电阻技术，这种技术极大地提高了电阻温飘性能。典型温度系数TCR箔电阻典型温飘被定义为阻值改变的相关曲线vs温度曲线（RT）curve,单位为ppmC（百万分之一每摄氏度）。斜率定义在0CtO+25C和+25oCto+60oC（仪器温度范围）；55CtO+25C和+25Cto+125oC（军标范围）。这些规定的温度和定义的典型温飘弦的斜率适用于所有阻值电阻包括低阻值电阻。注意，尽管如此，除了四脚的开尔文连接低阻值电阻，引脚阻值和关联温飘可能必须考虑。