贴片电阻、厚膜电阻以及薄膜电阻的可靠性评估
新晨阳电子
摘要

无源元件，可以节省有源元件安装面积，减小印制板尺 寸，提高设备功能、提升安全性，并降低制造成本。由 于制作完成后内埋式无源元件不可替换，元件是否拥有 长期稳定性和可靠性是制造商最关心的方面。文章给出 了内埋NiP薄膜电阻和聚合厚膜电阻持续作业的可靠性测 试结果，讨论了无铅焊接模拟和温度循环测试（40℃~+85℃）的温度对阻值的影响。 无源元件（线状和非线状电阻，电容，线圈，保险丝） 是每个电子设备的基本组成部分，并占用印制板大量表 面积。然而同时，小尺寸规格无源元件（如 0402和0201） 自动电装难度大，且焊点质量难以保证。多层板内埋无 源元件技术可以克服这些问题，在高端产品（比如手机） 制造中可有广阔应用。
热效应实验
3热效应实验 内埋式电阻作业时的热稳定性是埋电阻技术是否成功的关 键因素。电流通过电阻时产生热量，并且会迅速从印制板 扩散至周边环境。该过程热扩散采用FLIR A320热像仪测 试（两个精密镜头、HMP2020 HAMEG电源）。在温度测 量前，当设定好电阻层辐射率、环境温度和相对湿度等相 机参数后，相机会自动完成各种辐射源的补偿。 本文研究了表面薄膜电阻和内埋式薄膜电阻（条状、多 条状和弯曲状）及聚合厚膜条状电阻内部的温度分布热 成像状况，后者以压合RCC（覆树脂铜箔）作为最外层。


厚膜电阻制造技术

PTF电阻使用标准厚膜制造技术制造。所有都使用 Electra Polymers & Chemical Ltd （表2）的电阻膏，黄色 PET网版（77T）和25 μm的吸附水膜网印。

调查了几种与导线连接的电阻的结构和材料，比如铜 （Cu）（图1a），不对称设计的பைடு நூலகம்（图1b），镍金（图 1c），和银（图1d）。不对称电阻导线连接设计是为了 补偿机械应力（图1b），而化学镀镍金层或银层是用来 保护铜面的。
厚膜电阻材料和结构

厚膜（PTF）电阻通常是用聚合物电阻浆制作，适用于不同印制板基 材。一般，电阻浆组成是碳（炭黑和石墨）和/或混合聚合树脂的银 填料（含溶剂和稀释剂，有时加入绝缘粉末填料使之具有适当的流 变性能）。印制板上PTF电阻浆固化温度不应超过180 ℃，但一些制 造商可提供固化温度达到220 ℃的电阻膏。电阻浆和电阻膏的方阻 范围远大于薄膜电阻材料，但阻值公差较大，稳定性有限。聚合物 和铜层接触面间氧化层会引起阻值偏差，且更易发生CTE不匹配造成 的分层和断裂。 薄膜电阻制造技术是使用NiP作为电阻材料，压合在FR-4层压片上。 具体来说，该技术首先将镍（Ni）磷（P）合金薄层电镀于铜箔之上， 制成被称作RCM的电阻/导体复合金属箔，然后将其压合在FR-4基材 之上。最后使用减成法蚀刻出铜线路和平面电阻。 本研究使用电阻材料制作内埋电阻，方阻值分别为25 Ω/米和 100 Ω/米，压合在FR-4基材上。基本参数见表1.
厚膜和薄膜电阻的热成像

图2为非内埋薄膜和厚膜条状电阻的热成像。 观察薄膜电阻所有热成像记录，沿电阻周边温度分布并 不完全相同。条状电阻的温度最高点通常出现在电阻的 中心部位。而高热量区域和差距明显的低温区域会互相 转换。连接铜导线区域的散热状况明显更好。薄膜电阻 中的弯曲状的电阻，热量聚集在拐角内部，因此这些区 域更易受到损伤。
薄膜电阻和厚膜电阻的三种结构

薄膜电阻和聚合厚膜条形电阻设计成三种结构，1.5 mm×4 square,1.0 mm×2 squares,和0.5 mm×1square.另 外，薄膜电阻设计成三种基本形状，条状，多条状，和 弯曲状，电阻线路宽度分别为1.4 mm、1 mm和0.75 mm. 测试板T1,160 mm×160 mm,使用Ohmega-Ply材料，内含 240个成形的薄膜电阻，电阻外部压合覆树脂铜箔 （RCC）。测试板T2,177 mm×192 mm,在FR4层压板上网 印189个厚膜电阻，外部压合RCC材料。

介绍



随着元件越变越小，制造商和组装者在这类印制板的制造、组装、 检验、操作和费用控制等方面面临着许多挑战。由于减少了焊点数 量，内埋无源元件更加可靠。同时，内埋式元件增加了线路密度， 提升了电子设备的电气性能和功能。 虽然内埋无源元件有很多优势，但是依旧有一些问题，包括断裂分 层及各种埋置元件的稳定性问题。因为内埋元件通常需要多层叠构 设计，而不同材料的CTE不匹配将会产生较大的热应力。与分立式 元件不同，有缺陷的内埋式元件无法替换，这意味着即使一个小元 件出现问题也会造成整个线路板报废。所以，保持元件长期稳定和 可靠，是制造商运用这一技术的关注点。 内埋无源元件的概念在很多年前就已出现在线路板行业内。上世纪 60年代末，第一次试验制作内埋电容；