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Rog博客由罗杰斯公司(Rogers Corporation)的John Coonrod及其他专家提供,包括有关RF/微波材料的技术咨询和信息。
建立在可靠性上的平面电阻
录入时间:2013/12/3 10:32:05

平面电阻可以和电路图型一起在所选择的高频板上加工形成。通过和在印刷电路板上形成电路同样的工艺步骤,可以将平面电阻植入到高频PCB中。他们可以拥有精确的数值,严格的公差,以及合理的功率容量。在很多高频应用中,由于分立电阻的装配以及可靠性问题,他们可以用来替代分立电阻。平面电阻非常适合用于紧凑型的设计,包括在多层电路中它的使用可以减少,甚至不再使用分立电阻所必须的通孔。

 PCB上的平面电阻是由埋入到特殊高频层压板中的电阻膜加工形成的,比如来自罗杰斯公司的低损耗的RT/duroid® 6202PR以及RO4000®层压板(www.rogerscorp.cn)。RT/duroid 6202PR采用的是Ohmega科技公司(www.ohmega.com)的OhmegaPly®电阻膜铜箔,而RO4000层压板采用的是Ticer科技(www.ticertechnologies.com)的Ticer™ TCR®电阻膜铜箔。作为层压板的一部分,电阻膜层处于介电层以及导电铜箔层之间。电阻是通过把部分铜箔层蚀刻掉而把电阻层的那块精确区域暴露出来而形成的。

 有段时间,工程师们抵触用埋入式的平面电阻进行高频电路的设计和加工。普遍认为,形成平面电阻的工艺不能获得具有严格公差的精确电阻。但是,近些年随着电阻铜箔以及有其埋入的层压板的巨大发展,平面电阻目前的加工精度已经可以达到±5%那么小。

 使用埋铜层压板的方法是比较简单的。举个例子,当我们在选择RO4000材料的埋铜板的时候,用户可以选择RO4003™层压板,其在10GHz的条件下测得的Z-轴加工介电常数(Dk)为3.38;也可以选择RO4350B™层压板,其在10GHz条件下测得的Z-轴加工介电常数(Dk)为3.48。在上一篇博客中提到的,在设计时,,在用现代软件设计工具进行仿真,各种材料的设计Dk值可以得到更好的结果。在10GHz的条件下,RO4003RO4350B层压板Z-轴的设计Dk值分别为3.553.66。两种层压板都有埋阻铜箔,可以选择不同的厚度以及不同的电阻率。电阻铜箔是按照材料的表面电阻进行标注的(Ω/sq),比如25, 50, 100 Ω/sq,或者更高,这是取决于用户需要多大的阻值。

 为了得到一个平面电阻,电路是通过显影和蚀刻将不需要的铜箔除掉,把需要的传输线以及电路结构保留下来。那些被时刻掉铜箔区域下面的电阻层就暴露出来了。除了需要平面电阻的区域,电阻层的其他地方可以用化学方法除去。把所有需要的铜线用光刻胶保护起来,但是将需要平面电阻的地方留一个不需要光刻胶覆盖的窗口。开了窗口处的铜箔会被时刻掉,底下的电阻层暴露出来之后连同铜箔导体一起形成电阻。在用这种减成工艺时,蚀刻铜箔的精度对取得的阻值精度以及公差实际上起了决定性的作用。

 平面电阻的阻值可以由平面电阻的长度除以宽度之后再乘以该种电阻材料的表面电阻得到。电阻膜供应商会在他们的网站上提供免费的计算器以及技术支持来帮助设计者根据电阻铜箔的型号,需要的阻值和公差,以及功率容量来决定平面电阻的尺寸。一般来说,尺寸大的平面电阻相对于尺寸小的平面电阻可以获得更加严格的公差。

 在线计算机和设计指导是基于计算电阻尺寸的简单公式的。首先,选择一个电阻铜箔的阻值,比如说50 Ω/sq,然后提示用户进行其他输入,比如说需要加工得到的阻值,阻值公差,以及功耗。

由于对于小的电阻来说,它的公差更难控制,公差通常在平面电阻尺寸的计算上起主导作用。举个例子,在50 Ω/sq的电阻材料上形成功耗为100-mW 50-Ω的电阻需要1000 x 1000 mils的面积,同时公差为±5%。但是如果公差允许提高到±10%,而其他所有条件都保持不变,那么50-Ω电阻的储存就只有27 x 27 mils了(计算器提供的电阻尺寸是用mils来表示的,或者是千分之几英寸)。如果该电阻的功耗降到只有50 mW,公差为±10%,阻值为50-Ω的电阻的尺寸将会进一步缩小到20 x 20 mils。(请注意,由于这是一个在50 Ω/sq电阻铜箔上形成的一个50-Ω电阻,成正方形。对于用该种材料形成的其他阻值来说,两边的尺寸是不一样的。另外,阻值更高的电阻铜箔在同样尺寸上产生的电阻会更大。)

功耗也会影响平面电阻的尺寸。例如,要在50 Ω/sq的材料上形成一个公差为±10% 50-Ω的电阻,如果功耗从50mW增加到1000mW1W),那么尺寸将从20 x 20 mils直接增大到341 x 341 mils。保持阻值和额定功率不变,但是将公差收紧为±5%,,那么平面电阻的尺寸会增加到1000 x 1000 mils,虽然同样大小的电阻可以允许2000 mW (2 W)的功率。在50 Ω/sq的材料上形成公差为±10%50-Ω的平面电阻,当需要的功耗超过2W时其尺寸会不断变大,比如功耗为4W时尺寸为1578 x 1578 mils5W时尺寸为2019 x 2019 mils,而10W时尺寸为4345 x 4345 mils。设计者需要根据最后电路的尺寸来权衡是使用大的平面电阻还是分立电阻。

 但是对于很多小信号的电路来说,平面电阻以及有埋阻的薄膜能够提供小型化以及可靠的电路解决方案,尤其是多层板设计。由于他们可以用很大范围的阻值来形成电阻(根据电阻材料,Ticer电阻膜的最大阻值可以高达1000 Ω/sq)而且公差为±5%的平面电阻在很多不同的高频电路应用中都是非常有用的,从天线到功分器。

 你有设计或者加工方面的问题吗?John Coonrod 和 Joe Davis可以提供帮助。今天就登陆罗杰斯技术支持中心向工程师提问吧。


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