摘要
在高濕度環(huán)境下，貼片薄膜電阻可能因“電化學(xué)腐蝕”導(dǎo)致電阻膜層損傷，進(jìn)而引發(fā)失效。為提升電阻器的耐濕性能，制造商通常采用兩種方法：一是在電阻膜層表面制造保護膜以隔絕濕氣；二是采用本身不易發(fā)生電化學(xué)腐蝕的材料制備電阻膜層。

常規(guī)的穩(wěn)態(tài)濕熱試驗難以準(zhǔn)確評估貼片薄膜電阻的耐濕性能，因此一般依據(jù)“雙85測試”的結(jié)果進(jìn)行判斷。在該測試中，電阻值變化較小的產(chǎn)品通常表現(xiàn)出更優(yōu)異的耐濕性能，而變化較大的產(chǎn)品則相對較差。經(jīng)過多方面對比，若需選用高耐濕性的貼片精密薄膜電阻，開步電子（睿思RESI）旗下的PTFR系列產(chǎn)品是一個具備競爭力的選擇。

01 薄膜電阻在高濕環(huán)境下的失效原理

貼片薄膜電阻在高濕環(huán)境下失效是因為水蒸氣進(jìn)入電阻內(nèi)部結(jié)構(gòu)后，水汽與電阻膜層材料之間形成了“電化學(xué)腐蝕”中的”電解池“結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致電阻膜層發(fā)生改變。在此我們簡單介紹一下”電解池“的基本概念。

當(dāng)直流電源的正極和負(fù)極均浸入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中時，與電源正極相連的導(dǎo)體（稱為陽極）會發(fā)生氧化反應(yīng)，而與電源負(fù)極相連的導(dǎo)體（稱為陰極）則發(fā)生還原反應(yīng)。其中，與正極連接的部分失電子能力越強，就越容易發(fā)生氧化反應(yīng)?；顫娊饘俚氖щ娮幽芰νǔ娪跉溲醺x子，因此會優(yōu)先被氧化，由固態(tài)金屬轉(zhuǎn)化為可溶于水的金屬離子，造成材料腐蝕。

下圖為常見的貼片薄膜電阻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)濕氣金屬電阻內(nèi)部后，其微觀結(jié)構(gòu)如下圖所示：

當(dāng)電阻體通電時，根據(jù)電流方向會形成圖示的“電解池”結(jié)構(gòu)，當(dāng)電流持續(xù)加載時，陽極部分的導(dǎo)體被持續(xù)轉(zhuǎn)化為金屬離子，導(dǎo)致導(dǎo)體材料產(chǎn)生缺損，使得流動的橫截面積減小，產(chǎn)生例如電阻器的電阻值增大、負(fù)載能力下降等影響，隨著電流的長時間加載，陽極的電阻膜層被持續(xù)腐蝕直到電阻膜層消失，電阻器斷路失效。

02提升薄膜電阻耐濕能力的方法

提升電阻器耐濕性能的方法可分為兩個方向：

1、將電阻膜層材料改換為不發(fā)生電化學(xué)腐蝕的材料

（ps：方阻指的是單位面積薄膜的電阻值）

a)當(dāng)前主流薄膜電阻膜層材料及其特性如下表所示。在眾多材料中，氮化鉭（TaN）因其電阻率適中、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并且可通過在氮氣環(huán)境中濺射鉭靶材進(jìn)行制備，而被廣泛用于制造高耐濕性能的貼片薄膜電阻。

與以鎳鉻合金為電阻膜層的傳統(tǒng)薄膜電阻相比，氮化鉭薄膜從根本上杜絕了電化學(xué)腐蝕的風(fēng)險，但也帶來了一些局限性，例如電阻值的覆蓋范圍變窄、溫度系數(shù)性能有所下降等。

值得注意的是，目前主流制造商生產(chǎn)的氮化鉭薄膜電阻，普遍采用99.6%純度的高純度氧化鋁陶瓷基板。筆者推測，其原因可能在于高純度氧化鋁基板表面平整度更佳，不易積聚水汽和污染物，從而有助于提升電阻器在潮濕環(huán)境中的穩(wěn)定性。

2.是通過添加保護層，將電阻膜層與外界濕氣有效隔離。

目前常用的保護涂層主要包括以下兩種：

a)氧化物膜：在電阻膜層沉積完成后，通常需通過熱處理來提高其穩(wěn)定性。若將電阻置于弱氧化氣氛中進(jìn)行該處理，能在電阻最外層形成一層致密且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的金屬氧化物薄膜，從而提升產(chǎn)品的耐濕性能。然而，氧化物層的厚度不同會對電阻性能產(chǎn)生不同且不可逆的影響，因此這一工藝對制造廠商的技術(shù)水平提出了較高要求。

b)無機保護膜：采用PCVD（化學(xué)氣相沉積）等方法，在電阻膜層表面覆蓋一層致密的無機薄膜（以二氧化硅和氮化硅為主）。該薄膜能有效阻隔外界水汽與電阻膜層的接觸，在保留鎳鉻膜層優(yōu)異穩(wěn)定性的同時，顯著提升電阻器的抗?jié)衲芰Α?/p>

03電阻器耐濕性能的評估標(biāo)準(zhǔn)

下表是用于測試電阻器產(chǎn)品耐濕性能的常見方式。值得注意的是，為確保準(zhǔn)確評估其耐濕性能，應(yīng)使電阻器內(nèi)部存留一定的水汽。若電阻器在滿功率負(fù)載下運行，其內(nèi)部溫度過高，表面及周圍難有水汽殘留，缺乏發(fā)生“電化學(xué)腐蝕”的必要條件，因此“穩(wěn)態(tài)濕熱”測試往往難以準(zhǔn)確反映其耐濕性能。

相比之下，“雙85測試”和“耐濕性測試”均在高溫高濕環(huán)境中進(jìn)行，且加載較低功率或不加載功率，確保了電阻周圍存在一定水汽，從而能夠更真實地評估耐濕性能。為此，對可靠性要求極高的標(biāo)準(zhǔn)——如“AEC-Q200”和“MIL-PRF-55342”——均將這兩項測試作為評估電阻器耐濕性能的重要依據(jù)。

在同一測試標(biāo)準(zhǔn)下，通常通過比較電阻器在試驗前后的阻值變化率來評判其耐濕性能的優(yōu)劣：電阻值變化率越小，表明耐濕性能越強；變化率越大，則耐濕性能越弱。

04各貼片薄膜電阻實際耐濕性能對比

這里我們對不同廠家的貼片薄膜電阻的耐濕性能進(jìn)行對比，下表中數(shù)據(jù)均摘自各產(chǎn)品的規(guī)格書：

下圖為開步電子的PTFR系列產(chǎn)品在“雙85測試”中的長時間性能表現(xiàn)情況，從圖中可以看到發(fā)現(xiàn)PTFR系列產(chǎn)品在該測試條件下測試10000h后，電阻值的變化范圍仍舊在±0.1%以內(nèi)，結(jié)合此前對比的各薄膜電阻在”雙85測試“中的測試結(jié)果，我們可以判斷開步電子旗下的PTFR系列產(chǎn)品的耐濕性能極佳，在高濕度的條件下的長期使用性能表現(xiàn)極其穩(wěn)定，因此，當(dāng)需要選擇一款高耐濕性能的貼片精密電阻或產(chǎn)品使用環(huán)境有高濕度風(fēng)險時，開步電子的PTFR系列是一個極其可靠的選擇。

審核編輯 黃宇