为汽车和工业应用选择薄膜电阻器

作者：Art Pini

投稿人：DigiKey 北美编辑

2025-03-05

汽车、工业和电信等电子应用要求精密元件能够承受恶劣的环境条件，包括高湿度和腐蚀性环境。无源器件是这些先进设计取得成功的基础，需要不断创新才能确保性能可靠。

例如，必须对片式金属膜电阻器进行设计和测试，以确保其在苛刻环境下的精确性、稳定性和可靠性。能否在含硫化合物环境中保持长期可靠，是影响汽车、工业市场中片式电阻器设计的一个重要问题。在这些环境中，机油、润滑油、燃料和其他富含硫的化合物会使触点老化，降低片式电阻器的可靠性。

本文将讨论设计人员在为恶劣的汽车和工业环境选择电阻器时所面临的各种挑战。然后，介绍 [YAGEO] 的两个抗硫、防潮表面贴装电阻器系列，并说明如何使用这些电阻器来攻克各种挑战。

片式电阻器的特性

片式电阻器包括汽车、工业和电信设备在内的现代电子设备中的关键器件。这种电阻器的体积小、精度高、稳定可靠，非常适合高密度电路。这种电阻器提供各种不同的电阻、公差、电阻温度系数 (TCR) 和额定功率选择。[AT] 和 [RP] 系列是 YAGEO 的两个片式电阻器系列。这两个系列均符合汽车级应用标准，通过了 AEC-Q200 认证的无源电子元器件测试；测试内容涵盖温度、湿度、耐焊接热、热冲击和电路板弯曲公差等指标。认证测试内容还包括低湿度敏感性和抗硫性。

重要电气规格的比较

AT 系列和 RP 系列表面贴装器件 (SMD) 电阻器提供了四种标准表面贴装封装选择：0402、0603、0805 和 1206。每个封装的数字代码中包含了设备的标称长度和宽度，单位为英寸（表 1）。

| | SMD 封装 | 尺寸（英寸） | 尺寸 (mm) | 额定功率（W） |
| ---------- | ----------------------- | ------------------ | --------------- |
| 0402 | 0.039 x 0.02 x 0.014 | 1.0 x 0.5 x 0.35 | 0.063 (1/16) |
| 0603 | 0.063 x 0.031 x 0.022 | 1.6 x 0.8 x 0.55 | 0.10 (1/10) |
| 0805 | 0.79 x 0.049 x 0.024 | 2 x 1.25 x 0.6 | 0.125 (1/8) |
| 1206 | 0.122 x 0.063 x 0.026 | 3.1 x 1.6 x 0.65 | 0.25 (1/4) |

表 1：所示为四种封装尺寸的 RP 系列和 AT 系列片式电阻器元件的尺寸和额定功率。（表格来源：Art Pini）

额定功率与封装体积成正比，介于 1/16 W 到 1/4 W 之间。

不同的封装尺寸有不同的电阻值、电阻容差、TCR 和额定电压。AT 系列电阻器的规格见表 2。

表 2：所示为 AT 系列电阻器的电气特性。（表格来源：YAGEO）

下表列出了每种封装尺寸、TCR 和公差对应的电阻值范围。

同样，表 3 汇总了 RP 电阻系列的规格。

表 3：所示为 RP 系列电阻器的电气特性。（表格来源：YAGEO）

任一产品系列的器件都是根据封装尺寸、TCR、电阻公差和电阻值来选择的。电阻值的有效范围因其他规格而异。

RP 系列的 TCR 值步进为 ±50、±25、±15 和 ±10 百万分之一摄氏度 (ppm/°C)。AT 系列还增加了 ±5 ppm/°C 的更低 TCR。

请注意，对于每个 TCR 步进值，RP 系列器件的有效电阻值范围大于或等于 AT 电阻器的有效电阻值范围。

这两个系列都提供 0.1%、0.25%、0.5% 和 1% 的公差值，这些都是最常用的电阻器公差。不过，AT 系列还具有三个其他的公差范围：0.05%、0.02% 和 0.01%。针对这些精确公差的要求并不常见，且所提供的电阻值也更为有限。

AT 系列和 RP 系列电阻器的比较

YAGEO [AT0402FRE0710KL] 是一款 10 千欧 (kΩ)、1/16 W AT 系列电阻器，采用 0402 封装，TCR 为 ±50 ppm/°C。RP 系列的同类产品是规格相同的 [RP0402FRE0710KL] 电阻器。这两个系列的不同之处在于，RP 系列在此 TCR 范围内的电阻值为 10 Ω 至 240 kΩ，而 AT 系列在此范围内的电阻值则为 10 Ω 至 100 kΩ。RP 系列在所有 TCR 值下都具有这一电阻值范围，而 AT 系列则缩小了 TCR 值为 ±10 ppm/°C 和 ±5 ppm/°C 时的电阻值范围。

[AT0603DRE0710KL] 是一款 10 kΩ、1/10 W 的 AT 系列电阻器，采用 0603 封装，其 TCR 为 ±50 ppm/°C。[RP0603DRD0710KL] 是 RP 0603 系列电阻器，除 TCR 值为 ±25 ppm/°C 外，标称规格相同。RP 系列的有效电阻范围为 10 Ω 至 910 kΩ。对于两个最高 TCR 规格，AT 系列电阻器的阻值范围为 10 Ω 至 330 kΩ，而对于较低的 TCR 选择，其阻值范围则更为有限。

AT 系列 [AT0805BRD0710KL] 采用 0805 封装，是一款 10 kΩ 1/8 W 电阻器，其 TCR 为 ±25 ppm/°C。与之等效的 RP 系列 [RP0805BRD0710KL] 电阻器具有相同的电阻、容差和 TCR。同样，在整个 TCR 选择范围内，RP 系列电阻器的阻值范围更大，而 AT 系列电阻器在较低的三个 TCR 选择范围内阻值范围则较为有限。

[AT1206BRD0710KL] 是一款 10 kΩ、1/4 W 电阻器，采用 1206 封装。与之等效的 RP 系列产品为 [RP1206BRD0710KL] 电阻器，具有完全相同的规格。

根据电气规格，这两个系列的电阻器很相似，且应用范围广。RP 系列的电阻值范围更大，适用范围更广。AT 系列的某些电阻值的公差更接近，且 TCR 范围比较小，这两种特性都适用于要求更高精度和准确性的应用。在额定功率水平下，两个系列的工作温度范围均为 -55°C 至 +155°C。注意，如果环境温度超过 +70°C，则必须降低额定功率（图 1）。

图 1：这两个系列电阻器的功率降额曲线都要求在温度高于 70°C 时降低功率。（图片来源：YAGEO）

环境安全与保护

AT 系列和 RP 系列产品均可用于汽车和工业环境。这两个系列在生产过程中所用的环氧化合物不含卤素。此外，这些电阻器不含铅，符合 RoHS 规范。由于使用了非违禁材料，这些电阻器还减少了有害环境的废物产生。

这两个系列的电阻器产品都能很好地适应车辆和工业环境中常见的湿气和腐蚀性气体。防潮特性的一个方面是湿气敏感度 (MSL)。电子行业使用这一评定系统来确定元器件在相对湿度为 60% 至 85% 的湿度水平、温度低于 +85°F 的环境下可暴露多长时间后，才会因吸湿过多而无法进行波峰焊接。在波峰焊过程中，残留的湿气会迅速膨胀，损坏元器件，甚至可能损坏电路板。AT 系列和 RP 系列电阻器达到了 MLS 1 级，表示其地面存储期限不受限制。按照 AEC-Q200 标准，这两个系列还进行了防潮测试，受潮后的电阻值变化均小于 ±(0.1% + 0.05 Ω)。

对于片式电阻器等无源元器件来说，由于接触硫化合物造成的污染是一个越来越敏感的问题。机油、润滑油、油基燃料和橡胶部件或涂层会释放含硫气体。这些硫化合物会与金属（尤其是银）发生反应，损坏片式电阻器。

耐硫测试（ASTM-B-809-95，修改版）是将待测试组件置于密闭容器中，通过向容器内定量加入硫磺粉末以形成富含硫气体环境。将容器加热到 +105°C，然后将待测试组件暴露在这种环境下 750 小时。测量待测电阻器的阻值，以确保其电阻变化小于规定的限值。这两个系列的电阻器都具有出色的抗硫性。

AT 系列和 RP 系列电阻器的区别

AT 系列和 RP 系列电阻器的设计不同。AT 系列是一种较早的设计，在防潮和防硫方面采用了更为传统的方法。RP 系列是一种最新的设计，采用了较新的施工技术和材料（图 2）。

图 2：AT 系列和 RP 系列片式电阻器的结构对比显示了这两种器件在防潮和防硫方面的差异。（图片来源：YAGEO）

与所有片式电阻器一样，这两个系列都使用了沉积在陶瓷基板上的阻性金属膜。AT 系列电阻器使用铜作为顶侧电极 (C1)，以减少硫蒸汽的腐蚀作用，因为铜与硫的化学反应不如银强烈。电阻层和电极使用环氧树脂涂层密封。端帽由镀锡镍制成，以确保可焊接性。这些端帽密封并形成连接点，连接电阻器底部的银电极。

基于多年使用相关片式元件的经验，RP 系列器件在 C1 内电极顶部增加了聚合物银层 (C3)，以防止硫侵蚀。这样，内部电极就可以由银制成。薄薄的钝化层在金属膜与腐蚀性元素之间形成了一道隔离屏障。钝化是一种化学工艺，通过在电阻层表面形成保护涂层，以降低其受腐蚀或环境因素影响的概率。最后，通过环氧树脂外涂层完成封装。

由于改进了密封工艺，RP 系列的抗硫化性能优于 AT 系列。RP 系列器件的硫测试规格限制更加严格，为 ±(2.0%+ 0.05 Ω），而 AT 系列的限值为 ±(4.0%+ 0.05 Ω)。这意味着由于接触硫导致的电阻变化较小。

新一代电阻器结构还提高了生产效率，降低了成本，缩短了交货时间。

结语

汽车、工业和电信系统要求精密部件能够在恶劣环境中可靠运行，包括高湿度、腐蚀性环境。AT 系列和 RP 系列电阻器均通过了 AEC-Q200 认证，非常适合这些应用。RP 系列具有更强的耐湿性和耐硫性，价格更低，交货时间更短。AT 系列提供多种阻值选择，公差较低，分别为 ±0.01%、±0.02% 和 ±0.05%。

审核编辑 黄宇