镍铬和氮化钽膜电阻在通信应用中的比较

通信行业的持续成功依赖于通信服务的可靠性。无论是数据、语音还是视频，信息必须及时传输。服务的中断或不可靠经常会促使客户转换到其它服务供应商。然而，通信设备制造商仍然在忽视无源器件的可靠性风险，特别是电阻器。

为什么会这样呢？难道电阻不是仅仅完成简单功能的简单器件吗？会出现什么问题？设计工程师或可靠性工程师将时间集中于电路板中心的硅集成电路而较少关注周围的无源器件，这有什么不对的地方？在通信应用中，正如任何其它电子系统中一样，电路的可靠性取决于最弱的地方。事实上，电阻器确实会影响电路的可靠性。

用来制造精确片状电阻的材料有两种：镍铬和氮化钽（TaNFilM)。采用这两种材料的电阻具有类似的性能特征，只有一点不同--那就是防潮性能。镍铬材料在水分存在时会溶解，通常会导致电阻器和电路出现灾害性故障，而氮化钽电阻则可抵抗水汽的侵蚀。

图1  通孔安装电阻器封装提供了全面的密封保护

图2  表面安装片状电阻的六面中只有一个面进行了密封

在二十世纪80和90年代，表面安装片状电阻被广泛接受前，精确应用中通常采用金属化孔安装的模压成型电阻。通孔安装的分立电阻一直都是在圆柱形陶瓷上沉积薄膜电阻材料制造的。引线连接到陶瓷的两端，柱状电阻器件经过模压或涂敷，从而制作出如图1所示的被全面密封的产品。而图2所示的片状电阻仅在器件的一侧是密封的。与全面密封不同，片状电阻仅在包含薄膜材料的一侧进行了涂层密封。尽管在制造时对电阻单元进行了保护性密封，但在许多电信应用所处的严酷室外环境来说，这种密封并不完全牢靠。

例如，室外机柜内线路卡上的一个片状电阻会受到室外环境中温度循环和湿度的影响。如果线路卡所处的位置是美国中西部，年温度极限值可从-20oF直到超过+100oF。当冷空气来临或暴风雨时，短时间的温度波动就会达到50o。

当线路卡暴露在这种温度环境中时，在电阻焊接到印刷电路板的地方会出现机械应力。有机的PC板材料与陶瓷片状电阻的膨胀和收缩系数不同。FR-4 PC板材料的温度膨胀系数(Tce)约为16 ppm/℃，而陶瓷材料的Tce仅约7 ppm/℃。不同的膨胀和收缩速度会导致在电阻焊接点的应力，从而使电阻片在热循环过程中出现挠曲。

陶瓷材料的表面粗糙度使得保护涂层可牢牢地附着在片状电阻的表面。然而，在电阻的两端，密封材料附着的材料却不是陶瓷，而是更为光滑的金属材料。由于密封材料从金属引线上脱离会导致金属薄膜密封的缺口。如果继续剥离，那么电阻薄膜就会暴露到潮湿的空气中，这时镍铬电阻薄膜就可能出现溶解，从而使电阻值变大，并最终导致断路。

镍铬电阻薄膜在水中的溶解情况示于图3。图3a显示的是一个没有密封的镍铬电阻。图3b显示的是该镍铬电阻表面浸在一滴去离子水中并且连接到9V电池（模拟实际电路)的情况。图3c则显示出同一镍铬薄膜电阻在施加电压的情况下暴露于水中60秒后的情况。图3c中相对较大的灰色区域显示出镍铬薄膜实际上已经溶于水滴中！只需要大约30秒的时间器件就开路了。

在现场工作中，片状电阻的保护层剥离并暴露出下面的电阻薄膜时，同样的情况也会发生，只不过此时的过程比较缓慢罢了。实际应用中，电阻不会象照片中所示的那样在30秒钟后就发生开路，但随着时间流逝，电阻值会越来越大，并导致最终故障。

与镍铬电阻薄膜不同，氮化钽片状电阻不会由于封装或保护涂层的完整性不佳而导致器件灾难性故障。当暴露在空气中时，氮化钽薄膜表面会自然形成一层氧化层，从而在有水汽和电压存在的情况下保护薄膜不受到侵蚀。正是这层自钝化的氧化层为氮化钽片状电阻提供了优异的防潮性能。而镍铬片状电阻必须依靠封装的完整性和坚固性来防止湿气侵蚀镍铬薄膜。

利用氮化钽薄膜制造的片状电阻是自钝化的，电阻单元表面的保护性氧化层保护其不会出现故障，即使在湿气存在的时候也是如此。TaNFilm（氮化钽薄膜)电阻不依赖密封的完整性就可保护通信电路不会因湿气的影响而发生灾难性故障。

当在通信电路设计中使用镍铬电阻时，线路馈送卡、远端DSLAM和有线电视电缆放大器等室外应用都会受到潮湿故障的威胁。此外，如果突然被置于通常的23℃/50%相对湿度的办公室环境之外，或者被暴露于夏季的闷热天气中，那么办公室交换设备也会非常危险。

在办公室空调环境中，湿度受到控制，热循环也很小，此时镍铬电阻通常没有什么问题。但当为非空调或室外环境选择电阻器件时，TaNFilm片状电阻能够为通信系统提供强健的连接。