镍铬和氮化钽膜电阻在通信应用中的比较
通信行业的持续成功依赖于通信服务的可靠性。无论是数据、语音还是视频,信息必须及时传输。服务的中断或不可靠经常会促使客户转换到其它服务供应商。然而,通信设备制造商仍然在忽视无源器件的可靠性风险,特别是电阻器。
为什么会这样呢？难道电阻不是仅仅完成简单功能的简单器件吗？会出现什么问题？设计工程师或可靠性工程师将时间集中于电路板中心的硅集成电路而较少关注周围的无源器件,这有什么不对的地方？在通信应用中,正如任何其它电子系统中一样,电路的可靠性取决于最弱的地方。事实上,电阻器确实会影响电路的可靠性。
用来制造精确片状电阻的材料有两种：镍铬和氮化钽（TaNFilM)。采用这两种材料的电阻具有类似的性能特征,只有一点不同--那就是防潮性能。镍铬材料在水分存在时会溶解,通常会导致电阻器和电路出现灾害性故障,而氮化钽电阻则可抵抗水汽的侵蚀。
在二十世纪80和90年代,表面安装片状电阻被广泛接受前,精确应用中通常采用金属化孔安装的模压成型电阻。通孔安装的分立电阻一直都是在圆柱形陶瓷上沉积薄膜电阻材料制造的。引线连接到陶瓷的两端,柱状电阻器件经过模压或涂敷,从而制作出如图1所示的被全面密封的产品。而图2所示的片状电阻仅在器件的一侧是密封的。与全面密封不同,片状电阻仅在包含薄膜材料的一侧进行了涂层密封。尽管在制造时对电阻单元进行了保护性密封,但在许多电信应用所处的严酷室外环境来说,这种密封并不完全牢靠。
例如,室外机柜内线路卡上的一个片状电阻会受到室外环境中温度循环和湿度的影响。如果线路卡所处的位置是美国中西部,年温度极限值可从-20oF直到超过+100oF。当冷空气来临或暴风雨时,短时间的温度波动就会达到50o。
当线路卡暴露在这种温度环境中时,在电阻焊接到印刷电路板的地方会出现机械应力。有机的PC板材料与陶瓷片状电阻的膨胀和收缩系数不同。FR-4 PC板材料的温度膨胀系数(Tce)约为16 ppm/℃,而陶瓷材料的Tce仅约7 ppm/℃。不同的膨胀和收缩速度会导致在电阻焊接点的应力,从而使电阻片在热循环过程中出现挠曲。
