新型电阻的研究现状和发展趋势

新型电阻器的研究现状和发展趋势何振林(桂林电子科技大学机电工程学院广西桂林541004)摘要：叙述了新型电阻器的最新发展动态，讨论了现代产业的电阻器在体积微型化，集成化，多样化，智能化等多方面的新进展，预测未来电阻器的发展趋势。关键字：新型电阻器集成化微型化发展趋势TheresearchstatusanddevelopmenttrendofnewtypeofresistorHEZhenlin(AcademyofmechanicalandelectricalengineeringofGuilinUniversityofElectronicScienceandTechnology,Guilin541004,China)Abstract:Thispaperdescribesthelatestdevelopmentsinthenewresistor,discussesnewprogressinmanyaspectsofmodernindustrialresistorsinvolumeminiaturization,integration,diversification,andintelligent,andforecastthedevelopmenttrendofthefutureresistors.Keywords:Thenewresistor1.新型电阻器1.1新型电阻器的定义各种导电材料对通过的电流呈现一定的阻碍作用，并将电流的能量转换为热能，这种阻碍作用称为电阻，具有电阻性能的元件叫做电阻器。新型电阻器则是指采用新原理，新工艺，新材料，新封装形式研制而成的，在先前未曾有过或者在性能和功能方面较先前同类的产品有较大的提升或者重大的突破的电阻器。1.2新型电阻器的作用新型电阻器的作用跟普通电阻器的作用基本一致，都是一个限流元件，将电阻接到电路中以后，它可改变它所连支路的电流大小。电阻器在电路中主要用来调节和稳定电流与电压，可作为分流器和分压器，也可作电路匹配负载1.3新型电阻器的分类根据常规的划分，电阻器通常分为固定电阻器和可变电阻器两大类。但是新型电阻可以根据应用场合的不同，分为网络电阻器，贴片式电阻器，热敏电阻器，磁敏电阻器，大功率高压精密电阻器和超高电阻金属膜电阻器。2.新型电阻器的介绍2.1网络电阻器网络电阻器也可以叫做排状电阻器或者集成电阻器。它由多个分立电阻按照一定的规律组合为一体组合式电阻元件。具有集成度高，电路设计灵活，保密性好等优点，在电性能上，它能承受较高的电压，更大的功率和更大的电流，特别适合消费类和工业类电子产品的应用场合，如，衰减器，分压器，分流器和阻容滤波器等。随着近年来电子技术的发展，电阻网络的精度不但越来越高，稳定性也越来越好，而且，功率越来越低，集成度更高，体积更小，已经被广泛用于各种计算机和通信类的产品。在数字电路的AD和DA的转换电路中，也常用到电阻网络器。老式的网络电阻器大多数都是由分立的电阻器组成的，存在着较大的问题。由于制作时间上存在着差异，其温度系数总是存在较大程度的误差。而新型的网络电阻器，是集成在同一块基片上，可以用同样的材料和工艺，同时一次性地制作网络电阻器，所以其网络电阻中各个分立电阻的温度特征一致性非常好。由于集成在同一块基片上，新型的网络电阻器的密度更高，体积更小，安装更方便。网络式电阻器使用的材料有薄膜（氮化钽）、厚膜（金属玻璃釉）等。薄膜电阻器是用蒸发的方法将一定的电阻材料蒸镀于绝缘的材料的表面制成。薄膜的电阻器采用精细的掩膜技术，可以将电阻值的精度控制在±3%～±5%，这是因为薄膜的温度系数很低，阻值随温度的变化很小。厚膜电阻器则是用电阻浆料通过丝网印刷工艺烧结而成的，可以将阻值的精度控制在±10%～±20%,由于工艺的不同,厚膜电阻的温度系数很难控制,一般较大，但是，采用适当的调整系数，厚膜电阻网络电阻器的精度可高达±0.1%～±0.5%。但是为了节约成本和精度的要求，薄膜电阻网络式电阻器是最广泛。集成的网络式电阻器是现在的主流，市面上多见的电阻器的封装形式多为片状的，引线有单列和双列之分，引线的形状也有直插式的和鸥翼型的。比如说，引脚为单列的直插式排阻（SIP单列排阻）一般应用在数字电路上，作为某个并行口的上拉或者下拉电阻用。使用排阻比用若干只固定电阻更方便。单列直插式引脚一般为8个，鸥翼型双列引线的以14个和18个最常见，非常适合PCB设计，广泛用于各类的电子电路中。网络式电阻器一般有一个公共引线脚，一般用于接电源，有的则没有。电阻器的网络功耗随引线的多少而不同，14引脚的网络的额定功率约为1.7W,6引脚的额定功率约为2W。就网络的单个电阻来说，额定功率的范围一般是0.05～0.1W。2.2贴片式电阻器片式固定电阻器，从英文ChipFixedResistor翻译而来，简称贴片电阻(SMDResistor)。贴片式电阻分为矩形和圆柱形两种，只有两个引脚，引脚的形式分为有无引线的短引线。圆柱形的贴片电阻和传统的薄膜型的电阻基本是一样的，只不过是去掉了引线而已。矩形片式电阻由4部分组成，基片，电阻膜，玻璃釉保护层和端头电极。基片大多数采用高强度的氧化铝陶瓷或者玻璃，具有很高的机械强度和绝缘性。电阻膜通常用氧化钌等电阻浆料印刷在基片上。在烧结而成，保护层直接覆盖在电阻膜的上面，在用玻璃浆料印刷烧结成釉。电极采用3层结构，中间的Ni阻挡层主要用来阻止银离子向外层的Sn-Pb焊料迁移，可有效的焊料对电极的侵蚀作用。内层为Ag-Pb合金，附着在电阻膜上面，外层为焊层，一般镀锡或者Sn-Pb合金。圆柱形片式电阻与矩形片式电阻相比，圆柱形的电阻的高频特性差，但是噪声小。贴片电阻是一种体积小，重量轻，电性能稳定，可靠性高，装配成本低，机械强度高、高频特性优越诸多优点积与一身的产品。新型片式电阻“SUP美隆电子01005超微型贴片电阻”更是极致超薄。其封装／体积为：01005[0.4mm＊0.2mm]，是目前世界上体积最小的贴片元件与0402及0201尺寸的芯片电阻相比，01005芯片电阻的尺寸为0.4（长度）×0.2（宽度）mm，面积仅分别为前两者的16％、44％，体积则仅为前两者的6％、30％,但是以目前的技术量产困难。2014年3月中旬，在上海举办的慕尼黑电子展上，著名半导体厂商ROHM（罗姆）展示了已经量产的世界最小级别贴片电阻器SMR003，实现了世界上最小的贴片尺寸03015尺寸(0.3mm×0.15mm)。SMR003通过采用具有卓越耐腐蚀性的金电极实现焊锡性以及可靠性，芯片尺寸精度从±20μm大幅提高到±5μm，可使用现有的自动贴片机安装。SMR00303015尺寸比之前的0402尺寸芯片面积减少44%，目前罗姆正在进一步开发更加小型化的0201尺寸(0.2mm×0.1mm)的贴片电阻，届时，芯片面积将再将减少55%。2.3热敏电阻器热敏电阻（thermistor）是一种传感器电阻，电阻值随着温度的变化而变化，热敏电阻器的种类很多，按照温度系数的不同可以分为正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，和负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低。2.3.1新型的PTC热敏电阻器目前这类的电阻器分为普通型荧光灯灯丝预热专用PTC热敏电阻器和智能型零功率PTC热敏电阻器电子镇流器电路中的灯丝预热PTC热敏电阻器，是一种开关型热敏元器件。在室温下，这种电阻的阻值很小（80～300Ω），当PTC的温度达到拐点温度的时候，其电阻值会急剧的增加。一般情况下，Tc为60～120℃，当温度T＞Tc时，PTC电阻会在很短的时间内呈现高阻状态；如果温度降低到Tc以下呈现低阻导通状态。应用PTC热敏电阻器来做延时启动，可以改变电子镇流器、电子节能灯的硬启动为预热启动，灯丝的预热时间达0.4-2.0秒，这样的电子镇流器能使灯管寿命延长四倍以上。智能型零功率PTC热敏电阻器是由电压开关元件与PTC热敏电阻器组合而成的具有复合功能的智能型元件，在节能灯、电子镇流器上起延时启动作用。利用灯管启辉电压（启辉电压就是能够是日光灯管进入工作状态的最低电压）高、工作电压低的特点，选用工作电压高于灯管工作电压、低于灯管启辉电压的电压开关元件，在灯管启辉时电压开关元件导通，电流通过PTC元件使其阻值产生剧烈变化而使灯管点亮，灯管点亮后电压回落到正常工作电压，此时电压开关元件关断不再有电流通过，该智能型元件不再消耗电能，达到零功率的目的。智能型零功率PTC热敏电阻器的最大优点是在灯正常工作时，不消耗电能，使节能灯、电子镇流器的效率更高；由于在工作中PTC元件无电流通过因此不会产生热量，有利于节能灯、电子镇流器的稳定工作，寿命更长。2.3.2新型NTC热敏电阻器这类的电阻器主要分为普通限制浪涌电流用NTC热敏电阻器markⅡ系列抑制浪涌电流用功率NTC热敏电阻器。普通限制浪涌电流用NTC热敏电阻器主要用来抑制浪涌电流。开关电源、电机、变压器或照明电源等在接通瞬时，有很大的浪涌电流，这一冲击电流可能损坏元件(如一些MOS器件)或将保险丝烧断。利用NTC热敏电阻的电流-电压特性和电流-时间特性，将它与负荷串联，可以有效地抑制这种电流。在电源接通前，热敏电阻器有较大的冷态电阻，可以抑制电流。在足够大的电流负荷下，因自热可使电阻值下降到原来的1/(10～50),它所消耗的功率因此而下降。与普通固定电阻器相比，在电阻器功率相同的条件下，NTC热敏电阻器能更有效地抑制接通时刻的冲击电流。西门子-松下元件公司的这类产品，从小尺寸的S153(O=8.5mm,质量0.6g,最大功率1.4W)，到目前的最大尺寸S464系列(O=26mm,质量9g,最大功耗6.7W)都有，最大连续交流电流可达20A。markⅡ系列抑制浪涌电流用功率NTC热敏电阻器由日本石冢电子公司开发。当环境变化的时候，markⅡ系列电阻器允许电流和电阻值都会发生变化。当环境的温度为T℃时，最大的允许电流It=I25