包括电阻器在内的电子元件通常不得不在极端、具有挑战性的环境下运行。考虑到全球气候的波动性质,要求元件在高湿度、极端干燥和非常潮湿的环境下运行的任务也就不足为奇了。当然,对于任何基于碳的电阻器而言,在有水分的环境下运行都有危险,因为水和碳容易结合,生成二氧化碳,并侵蚀该元件,导致断路。另一方面,高温倾向于降低电阻。可能令人感到惊讶的是厚膜 SMD,是今天设计中最常用的一种电阻器类型,但实际上它对这种共同的威胁非常具有弹性。它们对硫具有敏感性,这使许多设计人员感到意外。
硫是一种有害元素
硫存在于许多常见的润滑剂中,也存在于用橡胶制成的元件中,包括垫片、密封圈和垫圈。尤其是,厚膜晶片电阻器在内部终端中使用银和钯的混合物,并在混合物中添加越来越多的银,因为它成本更低。硫和银发生反应,生成硫化银。在外电极之间的边缘(设备和印刷电路板之间的电气导管)上细小间隙以及保护余下元件的保护涂层处,一般发生硫侵入电阻器。硫一旦进入电阻器内部,就很容易与内部电极上的银发生反应,产生硫化银。
在电子产品的使用寿命期间,该硫化过程会导致电池降解。这就是产生附加电阻(超出电阻器的额定公差)的源头。另一个要考虑的因素是,在该过程中产生的硫化银会比银占据更多的物理空间。结果产生破裂,留下一个空虚的通孔,使更多的硫渗入。结果可能是所有的银在接触过程中被吞没,使电阻器完全消失在电路中,产生开路。
这个问题的解决方案并不便宜。它们包括使用更多的钯和更少的银,甚至添加一个微小的黄金涂层,因为黄金并不与硫反应。这是松下 (Panasonic) 的 ERJ-U030R00V 厚膜 SMD 提供的有效解决方案。

图 1:松下 (Panasonic) ERJ-U030R00V。
Panasonic 的 ERJ-U030R00V 的内部电极有黄金涂层,以在含硫环境中提供保护。数据表显示,该元件出现各种电阻值公差和额定功率。
近几年来,全球越来越多的各种电子设备输出已销往亚洲企业和消费者。在亚洲,硫污染是城市街道和生产环境面临的一个重大问题,并且也不是一个在短时间内可以改善的问题。出于这个原因,不仅专门的设备需要保护以免受硫污染,消费性电子产品也需要予以保护。
幸运的是,对于在很大程度上不受硫影响的薄膜电阻器,其生产成本越来越低。两种主要类型的电阻器采用由氮化钽和镍铬组成的电阻元件,前者还能够抵抗水分问题。它们耐硫的特性是基于内部电极,后者在很大程度上是由镍铬合金而不是银组成的。相对于厚膜电阻器,薄膜电阻器还有其他优势。这包括较低的杂散感应和电容,以及较高的电阻温度系数 (TCR),且能更有效地缩小尺寸。
水分和湿度
原来,硫镍铬合金可能耐硫,但不防潮,尤其是与氟、氯钠和钙等常见杂质结合在一起时。结果,电阻元件结合潮湿环境水分包含的氧气,生成不导电的金属氧化物,进而从根本上改变电阻的值。
对于径向电阻器,额外的隔离层已被证明可以有效遮挡水分。加之,在生产过程中格外小心以阻挡杂质,这种电阻器已被证明有效且价格便宜。额外的涂层选项也适合 SMD,但更多地参与生产过程。通常,整个电脑中的额外层采取涂层的形式。这确实会增加成本,如果主板修理和更新有必要,它可能会产生一些问题。
薄膜电阻器电阻元件的材质可以是镍铬合金或氮化钽。后者通常被称为 TaNFilm® 电阻器,它有一个非常有趣的属性,即在电场中生成一个氧化层,从而形成一个保护层,可有效防潮。
梯梯电子集团 (TT Electronics) 生产出一种带分压器形式的 TaNFilm® 电阻器。它被称为 PFC-D1206-03-1503-3091-BB,可以指定许多不同的配置。数据表显示,这种设备已根据 MIL-STD 202(电子元件的一种军用标准)的原理进行了测试,且符合防潮要求。
高温、压力和机械冲击
石油工业是高温电子设备的最大消费行业。石油勘探人员钻孔越深,环境温度越高,150℃ 的温度可摧毁所有类型的薄膜电阻器。另一方面,线绕电阻器可在 300℃ 或以上的温度下保持其稳定性。正如所预期的那样,耐高温的电阻器有良好的电阻温度系数 (TCR)。线绕电阻器就具有这个普遍性,其电阻温度系数 (TCR) 范围是 3 ppm/℃。
金属箔电阻器具有较高耐冲击性,这是航空电子应用的一个非常重要的特征。这种电阻器通常与金属膜电阻器混淆,但是,因为金属箔电阻器的电阻元件更厚,它本身就更坚固。
这个特征可由一个特殊的施工技术进行加强,该技术采用一根软线(唯一目的是用于吸收冲击),并将它插入电阻元件和连接外部电器的引线。美国航空航天局规定,这种方法适合规范为 S-311-P-813 的金属箔电阻器。美国航空航天局要求,金属箔电阻器能够吸收 100G 的冲击,并能抵抗 20G 的峰值振动。良好的电阻温度系数 (TCR) 也使得金属箔电阻器成为抵抗高温环境的一个很好的选择。
电阻器通常被认为是最简单的无源元件,它在不同的威胁环境中有不同的优势与劣势。忽略这些重要因素的设计人员将自担风险。
