射频电阻芯片的制作工艺探究

宋毅华，刘 宏，谷云峰

(四平市吉华高新技术有限公司，吉林四平136001)

随着3G业务的迅猛发展，带来了产品技术的新一轮升级换代。在现有的技术中，微波通讯高频电阻通常是以轴向或径向插件电阻形式存在的，此种封装形式的电阻结构在性能、价格和装配效率上都无法满足现阶段工业化大批量的生产之需。电子元器件的行业实践证明，表面贴装技术是一个技术的发展趋势。近年来，被动元件特别是阻容基础元件贴片化已经成为行业的主流。阻容元件的贴片化带来了产品品质、成本和效率上的极大提升和改观，十分有利于规模化大批量工业化生产。元器件的贴装化设计反过来又推动表面贴装技术的进一步发展，两者相辅相成。被动阻容元件技术的发展趋势表明，传统的轴向或径向插件阻容元件由于性能、成本以及效率上的劣势，目前已经成为夕阳技术，并正在被新型表面贴装元件逐步替代。目前已有的贴片电阻器在中低频电磁环境中，性能相当稳定，已在中低频电磁环境中广泛应用，然而在MHz、GHz乃至更高的频率段电路中受现有贴片电阻的封装结构限制，两端头焊接面积过小，在微波通信部件中作为功率负载或阻抗电阻使用时，很容易产生趋肤效应和寄生特性或出现功率不足的现象，因而无法大批量推广使用。

我公司长期以来一直从事厚膜电阻、厚膜电路、厚膜传感器等厚膜产品的研发和工业化生产，公司拥有完整的生产设备、先进的生产工艺、规范的企业管理体系。尤其是近几年来，在广东风华高新科技股份有限公司的全力支持下，积极与国内有关院校、科研院所通力合作，吸收和借鉴国外的先进技术，瞄准国内3G业务的迅猛发展的契机，全面开展高频功率贴片电阻器的研发工作，取得了显著的成绩。我公司技术人员通过改变电阻器的结构，改变了贴片电阻器的焊接方式，从而克服了传统贴片电阻器在微波通信部件里出现的缺点，研制出了一种性能稳定、成本低廉、可广泛适用于微波高频通信电路组件中的高频功率电阻器的芯片。

1 试制过程

1.1 前期分析与策划

传统的贴片电阻器在高频电路中受设计上的限制，导致产品的微波输出信号很容易失真，另外由于传统贴片电阻器的两个端头面积相对较小，使得焊接面积有限，在微波通信部件中作为功率负载使用很容易导致产品功率不足或焊接失败。要想高频电路中使用贴片电阻就要改变贴片电阻的结构，使之可适用于微波高频通信电路。

1.2 初步设计

为了克服传统片阻在高频电路中的缺点，此次设计准备采用增大背电极面积的办法来提高焊接可靠性，将基片的背面用背电极进行全覆盖，以此来提高焊接的，在基片的正表面上印刷两端的“工”字形电极，然后在两个表电极之间印刷电阻体，再将表电极的一端经侧导电极与背电极连接。在电路中使用时，先将芯片通过背电极焊接到铜质的法兰片上，再用螺钉固定到电路中，表电极通过磷青铜引线焊接到电路中。通过“工”字形表电极图形设计，减少了微波高频电磁环境所产生的趋肤效应和寄生电感效应，使得电阻的高频特性相对稳定。

1.3 确定主要材料和初步工艺流程

为了试制的顺利首先要确定使用的材料，初步准备用以下材料进行试制，基片采用96%的三氧化二铝陶瓷基片，电极浆料采用银钯电极浆料，电阻浆料采用钌系浆料，保护层采用玻璃釉浆料。确定主要材料后，根据生产常规厚膜片阻的经验，初步确定了射频电阻芯片的生产工艺，具体流程如图1。

图1 射频电阻芯片初始工艺流程图

1.4 试生产及样品性能测试

按照已经确定的主要材料和生产工艺流程进行试生产，试生产时各工序工艺参数都参照常规片阻执行，由于公司有长期制作常规片阻的生产经验，所以试制过程比较顺利，此次试生产做的样品阻值为50 Ω，单只大小为4 mm×4 mm，制成样品后制成射频电阻成品，进行性能测试，具体测试数据如下:

阻值:50 Ω;

阻值精度≤±2%;

功率为 10.7 W;

TCR≤ ±240 PPM/℃;

驻波比为1.05～1.20 。

1.5 试生产出现问题的解决及最终工艺流程的确定

从以上数据可以看出，制成的成品测试的各项性能都能符合客户的要求，但是在用芯片加工成成品的过程中出现了一点问题，主要是在芯片往法兰片上焊接的时候出现了少量的背电极被焊锡膏侵蚀的现象，经过分析，产生这一问题的原因是背电极的耐焊性不够好造成的，为了提高背电极的耐焊性，按照常规片阻的电镀工艺对二次分割后电阻芯片的电极进行电镀，先镀上一层镍层作为隔热层，提高电极的耐焊性，再在镍层上镀上一层锡，提高电极的可焊性。

经过增加电镀工序后，很好地解决了背电极可焊不良的问题，使射频电阻芯片生产工艺更加完善，生产出来的射频电阻芯片的可靠性更好。至此，射频电阻芯片的生产工艺已经可以确定，具体流程如图2。

图2 射频电阻最终生产工艺流程图

按照以上工艺流程再进行生产，然后对生产出来的射频电阻芯片制作成成品进行测试，并拿到相关部门去进行环保检测，此次产品性能较试生产时有一定提高，特别是射频电阻芯片的电极的耐焊性有了显著的提高，在焊接法兰盘的过程中，再也没出现过背电极被侵蚀的现象，同时电极的可焊性也有了明显的提高，给无铅焊接打下了良好的基础。至此我们完成了射频电阻芯片的研制开发任务，我公司已经有能力生产全系列射频电阻芯片，产品性能符合客户要求，其生产工艺在国内处领先水平，具体产品性能和优点如下:

阻值:1 Ω ～200 Ω;

阻值精度≤±2%

功率为1 W～50 W;

TCR≤±300 PPM/℃，最低TCR为±100 PPM/℃;

适应SMT，耦合特性好;

机械强度高、高频特性优越，驻波比为1.05～1.25;

在环保方面符合ROHS指令要求。

2 结论与展望

通过这次对射频电阻芯片制造工艺试验成功，在此工艺条件下生产出来的射频电阻芯片性能完全可以满足客户的要求，其生产工艺在国内处于领先水平。由于传统的轴向或径向插脚电阻器无法实现高速表面贴装，在实际组装过程中存在效率低、稳定性差、合格率低等缺点，不适应现阶段通信电子大规模生产，在一定程度上制约了通信电子的发展。我公司研制生产的射频电阻芯片实现了射频电阻在高速表面贴装技术上的应用和发展，有利于提高组装密度，使产品的生产效率、合格率和稳定性都有大幅提高，相信在不久的将来通讯领域一定会出现更多更好的产品，加快我国通信电子技术产业化过程，推动我国通信电子技术，提高我国通信电子参与国际市场的竞争力。