高精度厚膜电阻的设计和制作研究

李林军

【摘  要】本文讲述了高精度厚膜电阻图形设计的方法：材料选取、设计图形、使用环境的考虑;制作上：印刷注意事项和激光调阻方法。

【关键词】厚膜電路;制作研究

随着厚膜电路常规产品逐渐被制作成本更低的PCB电路板和贴片电阻的组合替代，厚膜电路产品更多的向一些专用领域发展，例如：液位传感器厚膜片、专用加热电路、传感器电路、高精度电阻网络电路等。其中高精度电阻网络电路，主要应用与仪器仪表的标准电阻，例如万用表内各量程的标准电阻和一些比例运算器电路中比例电阻;另外就是一些充电器、充电桩类的检测电路和分析仪器中需要用到高精度电阻网络电路。这些电路要求电阻绝对精度高;同时要求几个电阻间的相对精度也高（匹配精度）;如下图1，是一种充电器检查电路的电流示意图：要求R27/R5/R7间电阻比例值要好，相对匹配误差小于0.1%。并且还要求各电阻间的随温度变化一致性好或温漂小，长期可靠性好。为了达到以上要求，本文从设计、印刷烧结制作和激光调阻三方面谈谈如何实现。

一、在高精度厚膜电阻网络电路设计上，首先要考虑到材料特性的影响;其次要考虑到激光调阻后应力释放、焊接高温冲击等对电阻稳定性的影响;再次要考虑到电路本身功率发热和使用环境温度对电阻稳定性的影响。

常规厚膜混合集成电路的制程：在陶瓷基片上先印刷导体浆料、后烘干、烧结成导体;然后印刷电阻浆料、后烘干、烧结成厚膜电阻;再印刷保护玻璃浆料、烘干、烧结。后续通过激光调阻，将电阻修调到要求精度;最后安装有源器件和引脚，形成有一定功能的厚膜混合集成电路。

（一）材料特性的影响，厚膜电阻是根据阻值选定对应方阻的电阻浆料印刷、烘干、烧结而成，所以在设计时，既要考虑选取电阻浆料的方阻和对应的TCR值，考虑TCR要查阅各公司浆料方阻对应TCR，尽量选取TCR小的浆料，如果发现某一方阻电阻浆料各公司TCR都比较大时，可以考虑改变设计图形方式更换TCR小的方阻的电阻浆料。好浆料TCR标注+/-100PPM，实际在+/-50PPM左右。

（二）厚膜电阻印刷、烘干、烧结制成后，电阻精度值在设计值的60%—100%之间，这是受材料和工艺特性决定。后续通过激光调阻可以到达0.1%精度的电阻。激光调阻是通过激光束切割电阻，让电阻宽度减小来值增加电阻值方式实现，高能量激光切割电阻，对电阻会有一定损伤，由此在后续电阻应力释放后会影响阻值稳定性，所以在设计上方案上有两种解决方案，法一，高精度厚膜电阻设计图形不宜过小，电阻面积要大于0.4mm*0.4mm。法二、一个电阻由两个方阻的电阻串联形成一个电阻，在激光调阻，主电阻用”L”或“U”粗调，微调在小方阻电阻上调阻，这样可以减少激光调阻后应力释放和焊接高温冲击带来的影响。后续厚膜电路还要安装引脚，在此过程中需要在230°C浸焊炉中浸焊，由此会对厚膜电路有一高温冲击（室温到230°C），这也会造成电阻值的变化。为了减小该冲击带来的影响，设计时，高精度电阻位置不靠近引脚安装位置;设计电阻图形时，有高精度的电阻尽量设计成长条形电阻，否则激光切割后，电阻宽度进步变窄，电阻在浸焊时受高低温冲击后电阻变化大。

（三）在设计时要考虑厚膜电路本身功率情况。如果功率较大，设计时要考虑电路发热达到热平衡时，电路本身温度情况;同时也要考虑电路使用环境温度情况，两项综合考虑，在设计计算标准值时根据电阻浆料的TCR和使用时达到的环境温度，计算设计根据此进行修正。对于不同方阻间电阻相对匹配精度高的设计，还要考虑两种材料不同TCR引起的不同变化值。由此可以避免因使用环境造成电路的电阻精度偏差，或体现出稳定性不好的问题。

二、印刷烧结制作注意事项。

（一），为了保证厚膜电阻的阻值不突变或后续稳定性，电阻印刷，首先要保证厚度高于规定下限，例如规定电阻印刷烘干厚度是14um，控制时要做到大于等于15um;

（二），在外观管控上，要求厚度均匀性好，印刷的电阻尽量少的空洞、凹坑、缺口，避免激光调阻时，切口切到该类缺陷上出现阻值突变，调阻阻值精度控制不准的问题。

（三），印刷电阻烧结预值方面，烧结阻值要在60-100%，避免电阻小于60%的。如果电阻印烧预值小，激光调阻切口深度就深，电阻在激光切割后剩余宽度就窄，电阻稳定性自然就变差了。

三、激光调阻注意事项。

（一），调阻接收判定值，将烧结预值小于60%筛选出来不调阻，避免调阻切口深，后续阻值不稳定情况。在调阻程序预测部分可以实现。

（二），高精度电阻调阻时，功率一般设定在工艺规定中心值或中心值偏下。如果出现切口不干净时，不要用提高功率办法来解决，要通过减慢调阻速度方式来解决（减少激光QR和BS值）。

（三）高精度电阻调阻程序部分，采用主刀+微调方式;具体切割方式要根据电阻面积和电阻图形来确定。电阻长度L小于等于宽度W，且面积较小的，一般采用“双直线切割方式”，如下图2;电阻长度L大于宽度W，且面积较小的，一般采用“L+直线切割方式”，如下图3。面积较大有功率要求的电阻一般采用“U+直线切割方式”、如下图4。

在调阻方式上，先对高精度电阻进行主刀切割，待所有电阻主刀（第一刀）切割完后，再返回微调高精度电阻;利用调其它电阻的时间，让电阻主刀切割后有一应力释放时间，然后再微调，可以提高电阻的精度和阻值一致性。同时在调阻程序设计上要注意确保微调切口深度小于主刀切口深度，这样才能包保证调阻精度。

按照以上方法设计和制作，可以制作出100Ω-500KΩ绝对精度和相对精度都在0.1%的电阻和电阻网络电路，并且可以长期可靠使用。如果还要考虑比较恶劣的使用环境（例如：比较潮湿地方），在调阻后产品上再印刷一层保护漆，效果会更好。

参考文献：

[1]基于线性激光三角法的圆柱对象定位测量研究[J]. 王正家，盛文婷，解家月，何涛.  激光技术. 2019（04）

[2]光纤位移传感器在PET瓶胚壁厚测量中的应用研究[J]. 曹育良，韩家广，熊显名.  激光技术. 2018（06）