4 焊接過(guò)程模擬實(shí)驗(yàn)

內(nèi)埋式電阻在對(duì)流傳送爐內(nèi)經(jīng)受兩次無(wú)鉛回流焊沖擊，并測(cè)定回流焊沖擊后電阻值的穩(wěn)定性。流程按照SAC305焊膏的時(shí)間-溫度曲線操作。PCB表面最高溫度達(dá)到250 ℃，液相線（217 ℃）以上時(shí)間為76 s（圖7）。實(shí)驗(yàn)測(cè)試了4塊T1薄膜電阻板（每塊板測(cè)試了18塊電阻）和6塊T2厚膜電阻板（每塊板測(cè)試了40個(gè)電阻）。

回流焊沖擊前后，使用Agilent 34401A四探針數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試電阻值。測(cè)試探針插入激光燒制的800 mm的孔中和電阻相連。內(nèi)埋薄膜電阻阻值變化可見(jiàn)圖8和圖9,聚合厚膜電阻阻值變化見(jiàn)圖10.高溫焊接會(huì)造成薄膜電阻阻值發(fā)生微小變化，但阻值上升還是下降，由電阻層參數(shù)決定。使用方阻為25 Ω/米電阻層制作的電阻，阻值變化范圍為0%~0.5%,方阻100 Ω/米的電阻層制作的電阻，變化范圍為0%~1.6%.這表明內(nèi)埋薄膜電阻，不管形狀如何，對(duì)于無(wú)鉛焊接的沖擊并不敏感。在其他無(wú)鉛回流焊試驗(yàn)中，對(duì)于內(nèi)埋薄膜電阻的重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)證實(shí)了這一結(jié)論。

聚合厚膜電阻（裸銅連接）顯示了和NiP電阻很不一樣的狀況。焊接流程過(guò)后，觀測(cè)到適中的阻值減小，取決于電阻寬度和電阻膏種類（尤其是填料類型）（圖10）。使用Ag膏填充的最小寬度的電阻（0.5 mm）阻值變化最大，下降4%,如ED7500_20 Ω、ED7500_5KΩ。由此看出，就較短的電阻而言，終端接觸電阻占總電阻值很大一部分，這也是其阻值變化的原因。而對(duì)于較長(zhǎng)的電阻，接觸部分的作用沒(méi)有這么明顯。所有使用碳膏ED7100_200 Ω的電阻，不管寬度多少，阻值都下降了約2%.

5 溫度循環(huán)測(cè)試

為了確認(rèn)內(nèi)埋電阻對(duì)于高溫和低溫的敏感度，印制板在CTS-70/200氣候試驗(yàn)箱中進(jìn)行了120個(gè)溫度循環(huán)測(cè)試（-40 ℃ ~ +85 ℃）。單個(gè)測(cè)試循環(huán)的參數(shù)見(jiàn)圖11.

120個(gè)溫度循環(huán)前后測(cè)試內(nèi)埋電阻阻值。溫度循環(huán)測(cè)試造成內(nèi)埋薄膜電阻（25 Ω/米和100 Ω/米）的阻值變化百分比見(jiàn)圖12,聚合厚膜電阻見(jiàn)圖13.表3列明了阻值變化情況的比較，影響因素包括使用的電阻材料，和厚膜電阻接觸導(dǎo)線的類型。

120個(gè)溫度循環(huán)測(cè)試之后，阻值變化范圍為0~2%,與NiP層厚度和電阻寬度無(wú)關(guān)。即使是0.1 mm厚和0.5 mm寬的電阻也能達(dá)到上述變化值。一般來(lái)說(shuō)，寬度較小的電阻較不穩(wěn)定。

直接印制在裸銅線路上的聚合厚膜電阻（ED7500_20Ω，ED7500_5kΩ），電阻寬度為1.0 mm和0.5 mm時(shí)，阻值顯著上升。比如，ED7500_20 Ω電阻漿制作的電阻，阻值分別上升24%和50%（圖13和表3）。電阻寬度為1.5 mm時(shí)，阻值變化明顯減?。ㄗ疃嘀?%）。

相比直接和裸銅接觸電阻，聚合厚膜電阻上銅導(dǎo)線有Ni/Au或Ag層保護(hù)的電阻測(cè)試結(jié)果大不相同。

這兩類電阻，不管其寬度如何，在溫度循環(huán)測(cè)試之后，阻值變化相似，并且偏向于0% ~ -6%的范圍內(nèi)。

使用不含Ag填料的ED7100_200 Ω電阻膏制作的電阻元件，其阻值變化最小。

在裸銅終端浸鍍金屬銀或網(wǎng)印銀膏，極大地提高了電阻對(duì)抗熱沖擊的穩(wěn)定性，同時(shí)表明這些金屬改變了銅和碳膏接觸面間的反應(yīng)。

6 討論和結(jié)論

無(wú)鉛焊接模擬測(cè)試和溫度循環(huán)測(cè)試的結(jié)果，清晰說(shuō)明了多層板內(nèi)埋的薄膜電阻和聚合厚膜電阻之間的不同。

無(wú)鉛焊接的高溫處理只引起薄膜電阻阻值的微小改變，且和電阻的形狀無(wú)關(guān)。使用25 Ω/米電阻材料制作的厚膜電阻，變化范圍在0~0.5%,使用100 Ω/米電阻材料制作的厚膜電阻，變化范圍在0~-1.6%.阻值的變化范圍表明無(wú)鉛焊接的熱沖擊對(duì)內(nèi)埋薄膜電阻的影響很小。

焊接模擬流程之后，銅導(dǎo)線上印制的厚膜電阻出現(xiàn)了比薄膜電阻更顯著的變化。這種變化，和電阻值大小無(wú)關(guān)，取決于電阻寬度和使用的電阻漿類型。最大的變化（大約-4%）出現(xiàn)于最短的電阻（0.5 mm）之上，使用的是包含Ag填料的電阻漿。

使用碳膏印制的所有電阻都出現(xiàn)了-2%的阻值變化，和受測(cè)電阻的寬度無(wú)關(guān)。

溫度循環(huán)測(cè)試結(jié)果表明，電阻膜裸銅界面是裸銅導(dǎo)線聚合厚膜電阻穩(wěn)定性差的原因。測(cè)試后阻值有明顯增長(zhǎng)，甚至1.0 mm和0.5 mm寬的電阻分別增長(zhǎng)了50%和70%.帶有化學(xué)鎳金涂層或網(wǎng)印聚合銀膏層保護(hù)的銅導(dǎo)線終端，使得聚合厚膜電阻在溫度循環(huán)測(cè)試熱沖擊下的穩(wěn)定性大幅提高。導(dǎo)線受到保護(hù)后，電阻阻值減小范圍在-1%~-5.5%.在Salzano的研究中，溫度循環(huán)測(cè)試失敗定義為：內(nèi)埋式電阻阻值變化超過(guò)±50%,或是某一次測(cè)試循環(huán)出現(xiàn)了開(kāi)路或短路。如果考慮裸銅接觸終端和聚合厚膜電阻的結(jié)構(gòu)變化，這一結(jié)論還有爭(zhēng)議。

阻值大幅上升對(duì)聚合厚膜電阻穩(wěn)定性的影響有幾個(gè)方面。其中一個(gè)影響穩(wěn)定性關(guān)鍵因素是電阻材料和其沉積的導(dǎo)線表面間的結(jié)合情況。第二個(gè)關(guān)鍵因素是電阻材料和銅層間的化學(xué)反應(yīng)以及電阻膜和銅層間的分層現(xiàn)象。電阻寬度小于1.5 mm時(shí)碳膏和碳銀膏與銅端面間的結(jié)合力在某些區(qū)域非常差，以至于經(jīng)受熱沖擊之后，電阻和銅導(dǎo)線間的互連出現(xiàn)斷裂。電阻的SEM測(cè)試圖片展示了導(dǎo)體層和電阻層接觸面間有一些小裂紋（圖14）。這些裂紋會(huì)造成阻值可逆或不可逆的增長(zhǎng)。

另一個(gè)影響穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素在于印制板上銅導(dǎo)體圖形的厚度。厚銅箔影響周圍電阻材料烘烤固化過(guò)程的溫度，銅導(dǎo)體加熱電阻漿，然后蒸發(fā)溶劑從而降溫。電阻膏趨向于積聚在銅導(dǎo)體圖形邊緣。

這兩個(gè)原因都會(huì)造成電阻終端附近的方阻較低。對(duì)于較長(zhǎng)的電阻，終端部分只占總電阻的一小部分，因此影響很小。而短的電阻，受影響部分占比很大，從而導(dǎo)致電阻值較低?？紤]到終端導(dǎo)線厚度的影響，最大銅箔厚度設(shè)計(jì)需限制在10 mm ~ 14 mm.

現(xiàn)有結(jié)果表明，電阻和銅間接觸面的保護(hù)涂層十分重要。在銅層和電阻膜間加入鎳金層或是網(wǎng)印聚合厚膜銀層作為保護(hù)層，可以減少銅/碳膜層間的界面氧化，甚至是腐化情況，所以大幅提高了電阻穩(wěn)定性。