射頻電阻芯片的制作工藝探究

宋毅華，劉 宏，谷云峰

(四平市吉華高新技術有限公司，吉林四平136001)

隨著3G業(yè)務的迅猛發(fā)展，帶來了產品技術的新一輪升級換代。在現有的技術中，微波通訊高頻電阻通常是以軸向或徑向插件電阻形式存在的，此種封裝形式的電阻結構在性能、價格和裝配效率上都無法滿足現階段工業(yè)化大批量的生產之需。電子元器件的行業(yè)實踐證明，表面貼裝技術是一個技術的發(fā)展趨勢。近年來，被動元件特別是阻容基礎元件貼片化已經成為行業(yè)的主流。阻容元件的貼片化帶來了產品品質、成本和效率上的極大提升和改觀，十分有利于規(guī)?；笈抗I(yè)化生產。元器件的貼裝化設計反過來又推動表面貼裝技術的進一步發(fā)展，兩者相輔相成。被動阻容元件技術的發(fā)展趨勢表明，傳統(tǒng)的軸向或徑向插件阻容元件由于性能、成本以及效率上的劣勢，目前已經成為夕陽技術，并正在被新型表面貼裝元件逐步替代。目前已有的貼片電阻器在中低頻電磁環(huán)境中，性能相當穩(wěn)定，已在中低頻電磁環(huán)境中廣泛應用，然而在MHz、GHz乃至更高的頻率段電路中受現有貼片電阻的封裝結構限制，兩端頭焊接面積過小，在微波通信部件中作為功率負載或阻抗電阻使用時，很容易產生趨膚效應和寄生特性或出現功率不足的現象，因而無法大批量推廣使用。

我公司長期以來一直從事厚膜電阻、厚膜電路、厚膜傳感器等厚膜產品的研發(fā)和工業(yè)化生產，公司擁有完整的生產設備、先進的生產工藝、規(guī)范的企業(yè)管理體系。尤其是近幾年來，在廣東風華高新科技股份有限公司的全力支持下，積極與國內有關院校、科研院所通力合作，吸收和借鑒國外的先進技術，瞄準國內3G業(yè)務的迅猛發(fā)展的契機，全面開展高頻功率貼片電阻器的研發(fā)工作，取得了顯著的成績。我公司技術人員通過改變電阻器的結構，改變了貼片電阻器的焊接方式，從而克服了傳統(tǒng)貼片電阻器在微波通信部件里出現的缺點，研制出了一種性能穩(wěn)定、成本低廉、可廣泛適用于微波高頻通信電路組件中的高頻功率電阻器的芯片。

1 試制過程

1.1 前期分析與策劃

傳統(tǒng)的貼片電阻器在高頻電路中受設計上的限制，導致產品的微波輸出信號很容易失真，另外由于傳統(tǒng)貼片電阻器的兩個端頭面積相對較小，使得焊接面積有限，在微波通信部件中作為功率負載使用很容易導致產品功率不足或焊接失敗。要想高頻電路中使用貼片電阻就要改變貼片電阻的結構，使之可適用于微波高頻通信電路。

1.2 初步設計

為了克服傳統(tǒng)片阻在高頻電路中的缺點，此次設計準備采用增大背電極面積的辦法來提高焊接可靠性，將基片的背面用背電極進行全覆蓋，以此來提高焊接的，在基片的正表面上印刷兩端的“工”字形電極，然后在兩個表電極之間印刷電阻體，再將表電極的一端經側導電極與背電極連接。在電路中使用時，先將芯片通過背電極焊接到銅質的法蘭片上，再用螺釘固定到電路中，表電極通過磷青銅引線焊接到電路中。通過“工”字形表電極圖形設計，減少了微波高頻電磁環(huán)境所產生的趨膚效應和寄生電感效應，使得電阻的高頻特性相對穩(wěn)定。

1.3 確定主要材料和初步工藝流程

為了試制的順利首先要確定使用的材料，初步準備用以下材料進行試制，基片采用96%的三氧化二鋁陶瓷基片，電極漿料采用銀鈀電極漿料，電阻漿料采用釕系漿料，保護層采用玻璃釉漿料。確定主要材料后，根據生產常規(guī)厚膜片阻的經驗，初步確定了射頻電阻芯片的生產工藝，具體流程如圖1。

圖1 射頻電阻芯片初始工藝流程圖

1.4 試生產及樣品性能測試

按照已經確定的主要材料和生產工藝流程進行試生產，試生產時各工序工藝參數都參照常規(guī)片阻執(zhí)行，由于公司有長期制作常規(guī)片阻的生產經驗，所以試制過程比較順利，此次試生產做的樣品阻值為50 Ω，單只大小為4 mm×4 mm，制成樣品后制成射頻電阻成品，進行性能測試，具體測試數據如下:

阻值:50 Ω;

阻值精度≤±2%;

功率為 10.7 W;

TCR≤ ±240 PPM/℃;

駐波比為1.05～1.20 。

1.5 試生產出現問題的解決及最終工藝流程的確定

從以上數據可以看出，制成的成品測試的各項性能都能符合客戶的要求，但是在用芯片加工成成品的過程中出現了一點問題，主要是在芯片往法蘭片上焊接的時候出現了少量的背電極被焊錫膏侵蝕的現象，經過分析，產生這一問題的原因是背電極的耐焊性不夠好造成的，為了提高背電極的耐焊性，按照常規(guī)片阻的電鍍工藝對二次分割后電阻芯片的電極進行電鍍，先鍍上一層鎳層作為隔熱層，提高電極的耐焊性，再在鎳層上鍍上一層錫，提高電極的可焊性。

經過增加電鍍工序后，很好地解決了背電極可焊不良的問題，使射頻電阻芯片生產工藝更加完善，生產出來的射頻電阻芯片的可靠性更好。至此，射頻電阻芯片的生產工藝已經可以確定，具體流程如圖2。

圖2 射頻電阻最終生產工藝流程圖

按照以上工藝流程再進行生產，然后對生產出來的射頻電阻芯片制作成成品進行測試，并拿到相關部門去進行環(huán)保檢測，此次產品性能較試生產時有一定提高，特別是射頻電阻芯片的電極的耐焊性有了顯著的提高，在焊接法蘭盤的過程中，再也沒出現過背電極被侵蝕的現象，同時電極的可焊性也有了明顯的提高，給無鉛焊接打下了良好的基礎。至此我們完成了射頻電阻芯片的研制開發(fā)任務，我公司已經有能力生產全系列射頻電阻芯片，產品性能符合客戶要求，其生產工藝在國內處領先水平，具體產品性能和優(yōu)點如下:

阻值:1 Ω ～200 Ω;

阻值精度≤±2%

功率為1 W～50 W;

TCR≤±300 PPM/℃，最低TCR為±100 PPM/℃;

適應SMT，耦合特性好;

機械強度高、高頻特性優(yōu)越，駐波比為1.05～1.25;

在環(huán)保方面符合ROHS指令要求。

2 結論與展望

通過這次對射頻電阻芯片制造工藝試驗成功，在此工藝條件下生產出來的射頻電阻芯片性能完全可以滿足客戶的要求，其生產工藝在國內處于領先水平。由于傳統(tǒng)的軸向或徑向插腳電阻器無法實現高速表面貼裝，在實際組裝過程中存在效率低、穩(wěn)定性差、合格率低等缺點，不適應現階段通信電子大規(guī)模生產，在一定程度上制約了通信電子的發(fā)展。我公司研制生產的射頻電阻芯片實現了射頻電阻在高速表面貼裝技術上的應用和發(fā)展，有利于提高組裝密度，使產品的生產效率、合格率和穩(wěn)定性都有大幅提高，相信在不久的將來通訊領域一定會出現更多更好的產品，加快我國通信電子技術產業(yè)化過程，推動我國通信電子技術，提高我國通信電子參與國際市場的競爭力。