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1、材料科技在ft阻式被勤元件之鹰用一、何酒被勤元件ft子ft路的黜成，包括一（0含有18源的封朗迪路，以及一逋用的元件，而造些 元件大致上可分二大一他I悬主勤元件，一他I悬被勤元件。主勤元件具有利用外加功率来增彳爰讦I虢强度的功能，如H晶H。而目前己泛用 IC ,虽隹然其内部18路非常褪亲隹，同畤掩有主勤及被勤的路，但由於其最彳爰封装 彳爰，仍成悬一!（有放大制I虢功能的元件，因此通常符其悬主勤元件。被勤元件指没有制I虢放大功能的元件，基本的被勤元件主要有3槿：18阻、容、18感。被勤元件主要功能可营帚悬以下 6X0:1、限定18路中供鹰给主勤元件之直流1818流或H屋值2、改建或湖整制I虢波型
2、（稹分或微分3、（滤波、湖堤4、湖整制I虢大小（如瞥音之音量5、碟境未曲1 （通常是温度的未曲16、轩I虢形式的樽换（如瞥波奥HtFl近年来被勤元件彝展的趣势，己逐渐走向模黜化，如多W8阻集合而成覃一元 件之排阻、排容等，或者是18感典18容 LC , 18阻典18容RC可形成之滤波器等。 除了功能褪亲隹化之外，元件的信赖性，也建的愈来愈重要。被勤元件的功能通常是利用某一槿材料的特性，如18容常逗BaTiO3系列的材料做悬介重唇，而18阻常逋用 NiCr等材料就是利用BaTiO3具有很高的介18常 数，NiCr有很低的ft阻温度彳系数等材料特性而裂作成非常稳定的被勤元件，因 此，被勤元件领域是
3、材料科技鹰用相常好的一现樊挥空阈内的ft子工棠在主勤元件彝挥非常蓬勃，也吸引了很多人才兢相投入，但被 勤元件JW因悬覃速低於主勤元件而不受重视，使阈内的被勤元件技衍水型仍落彳爰 美、日等阈相常大的距离隹，i（要有更多的材料，化工人才稹趣投入，以迎上。 本文聘金性寸材料技衍在被勤元件，特别是ft阻式被勤元件的鹰用做一介貂，使更多 非ft子科系的人瞭解被勤元件，迤而投入适他行H。二、材料科孥在ft阻式被勤元件的鹰用（一 ft 阻ft阻主要分成健统的插件式ft阻，以及目前最普遍的晶片型ft阻。在健统的插 件式ft阻上，台湾已逐渐淡出，或者樽移至大陛及柬南生，而世界上的使用量亦逐 渐降低且悬晶片ft阻
4、可取。晶片ft阻是目前我伸号在世界上彝展最成功的一他技利 域之一，量己连世界第一的水型。目前的晶片ft阻已彝展至最小尺寸可连1.0 x 0.5mm,且可以裂成28SOS阻3t排成一IB之排阻（resistor array,不但使雷路板面稹大幅缩小，且降低了好襄倍元件置放畤18阻的裂作方法可分悬厚膜裂程及薄膜裂程，厚膜裂程之流程如下圄1所示：a tnm看阻:发程 1、厚膜ft阻之裂程在整他厚膜ft阻的裂程中，厚膜月蓼(包括ft阻月蓼及醇fM蓼材料悬信在技循因 悬其特性即决定了ft阻的特性。ft阻月蓼的黜成是逗用低温度彳系数RuO2悬主成份再混合玻璃及高份子戴H (vehicle而黜成，而醇1M蓼
5、的成份亦I似，只是 RuO2改用 雷阻率趣低的Ag悬主。厚膜月蓼的裂程如圄2所示:ft阻在使用畤，由於曾消耗功率而生熟，伴随著ft阻醴本身含有温度上昇的趾象。因此，ft阻温度彳系数(Temperature Coefficient of Resistance TCR 便成悬ft阻 稳定性最重要的指襟之一，18阻温度彳系数的言十算方式如下：RrRoTCR =(K1)Rot-tO)Rt :在温度焉t畴的阻值Ro ；在温度焉t口畤的陋值TCR愈低，表示ft阻随温度燮化愈小，阻值愈稳定，厚膜材料的TCR条例 200300 ppm/k之IW(flWm 4000 ppm/k。由於厚膜月蓼必须含有一定成份的玻
6、璃，因此TCR的控制相常不容易，目前的厚膜18阻的特性己相常固定，不易有明16的改 迤空相封地，薄膜18阻是利用半醇醴的原理，以物理的氟相沈稹技衍（PhysicalVapour Deposition , PVD , 包括ASIS （sputtering deposition、蒸（Sv （evaporation deposition等方式，符ft阻材料被覆於氧化金目基板上，因此材料所避撵建得很有弹 性，目前常用的NiCr , NiCu , TaN等材料。由於薄膜裂程可攫得之材料没有混 亲隹其他如玻璃等亲隹,因此 TCR可控制在50 ppm/k以下，甚至趣近0 ppm/k。除 此之外，由於18阻H
7、可利用黄光微影（lithography的方式裂作不同的路圄案 （pattern,且彳至的控制非常精碓，因此，阻值靶阐可以做的很且在某些阻值靶阐甚至可做到免除雷射切割修整阻值的步骤。薄膜18阻裂程之流程圄，如圄 3所 示：TCR =(K1)Rot-tO)Rt :在温度焉t晡的阻值Ro .在凌度玛匕畤的粗值利用半醇HI似等级的IS借来生薄膜ft阻，在成品特性掩有多厚膜可不及 的僵黑占，但因悬成本仍高，因此未能廉泛鹰用。目前晶片18阻市埸仍由厚膜18阻估 大部份。最近由於in-line全自9M成本大幅降低，加上微影裂程改良， 薄膜18阻成本在12年内符降低至接近厚膜18阻的水型。（二 感测器（sen
8、sor elementft阻的功能非常的只是提供精型的ft阻值，所以i（要具有！境非常稳定的特性，相反地，有些材料！境的燮化非常敏感，适些材料像是有感 SJ的特性，道槿特性，就是是感测器（sensor elemenJ。感测器也可以耦悬封碟 境非常敏感的被勤元件。人I的五官，可以察11琪境的建化，迤而彝出轩序?，命令身醴做出反鹰，感测 器的功能就像人I的五官，因此，在段言十感测器畤，特别要逐撵封猿境改建很敏感 的材料，才能慎测的功能，聚例来TCR很高的18阻性材料，因温度建化而 生不同的阻值建化，因此我伸号可以由阻值建化而瞭解琪境温度正在改建。一般基 本的被勤元件封温度彳系数（TCR,TCC,T
9、CL的要求是愈低愈好，而感测器封材料特性 的要求余圣基本被勤元件相反。感测材料因琪境建化而生不同的轩序!，此槿信舒系圄 如BI 4所示。磨孑机就，如能配一看容值矍化白唳温片做涮片1瓦妍漏久警堰,） 瑁费堂化 f 嵌测材料 VI *亳子箱就，如长版曼化水霁温度酊） 圃4，或阑材料因显境堡化重生不同的拆死感测元件中，以温度感测元件悬最大宗，大余勺可估有感测器值之40%左右，本文以温度感测器悬例，介貂不同材料在不同温度感测方法的鹰用。1 .熟敏甯:阻如前所述，一般晶片雷阻是要求材料有低 TCR的特性，而高TCR的材料，因 悬封温度燮化非常敏感，可做悬温度量测之感测器，此槿18感式感测元件即悬熟敏 雷
10、阻（thermistor。熟敏雷阻分悬二IS, ?正常温度彳系数之热敏雷阻（PTCthermistor,另一?负温度彳系数热敏雷阻（NTC thermistor。正温度彳系数热敏雷阻 依功能又可分二槿，第一槿悬量测温度用的正温度彳系数热敏18阻，其18阻随温度建 化的曲接近性；如H 5之所示悠子机就，制电缸号各慎受住白卷温度欧河251瓦斯海丸警帽耳）港度堡化一段测材料 一4、*总干机就，如长嬴鬓化（水气温及豺）E 4，欧洌材科因建境变化重生不同的部免P典型的材料悬白金及而裂程刖多探用薄膜18阻的裂程，符所i（之白金成 艘於氧化金目基板，再依阻值tena求裂作路。白金所裂作而成之正温度彳系数熟
11、敏重阻，TCR =3850 ppm/k,化孥及熟稳定高，精度可连 0.1%,已成悬工渠量测 温度的襟型，修照IEC 751。而的TCR =6000 ppm/k左右，比白金敏感，但稳 定性及耐候性不如白金。另一正温度彳系数热敏18阻JW使用於18路保元件，此I正温度彳系数热敏18阻 的主流是利用特殊的高分子混合醇18的S（粒而形成醇18高分子，所以又耦悬PPTCthermistor （Polymer Positive Temperature Coefficient 止匕505品在正常的琪境温度 下，材料内部的醇US（粒含形成低阻抗的结横，如圄 6-1所示，常温度上升至材料 的樽换温度以上，高分子
12、的结横由结晶状熊建成非结晶熊，或伴随著H稹增加使醇 ft1（粒分K而使阻抗急遽增高，如H 6-2所示t+i9 4l PPic tnrmrstor 4 f儒耳，粤亳陶也逆翔姐心叱雪找地根*fl 6-2 pptc therm liter 4M旗上舟崎，等雷循枇用 出通心仪爰点4MPPTC thermistor阻值随温度建化之趣势BI如H7 所示，PPTC thermistor温度上昇杰自ft路中突然增加的ft流，常温度上升超超谩樽折温度 抗可限制突波ft流的大小，迤而连成保重要元件的目的。(Tt畤，急遽增加的阻n3Tt :樽折温度圆7 PPTC theimjgtor限值暖温度燮化之避势圆PPTC
13、thermistor的另一特黑占是：常温度再次下降至常温畤，PPTC themistor又可回彳复至原始的阻抗状熊，不曾如一般保陂毁，因此又耦悬可回彳复式保陂(resettable fuseH温度彳系数热敏ft阻之阻值随温度建化之曲如BI8所示：由於阻值随温度建化之数孥信在彳系近似指数型曲通常可以用R=A exp(B/T来代表此一曲:由 R=A exp(B/T 得：R(T1=R(T2 exp B(1/T1-1/T2其中R(T1, R(T2分别代表温度T1, T2畤之阻值，而常数B通常由T1 = 25 C, T2= 85c畤言十算而得。止匕B值悬材料特性的一他I常数，代表敏感度的大 小。半醇性的
14、氧化物如 Mn , Ni , Co , Cu , Fe的氧化物，都有H温度彳系数热敏ft阻的特性，W统热敏ft阻悬插件式横造，裂造谩程如圄9所示：圈9傅籁熟鼠蜜防震逢港遇由於SMT元件化的i（求，目前H温度彳系数热敏18阻已利用稹唇化陶瓷裂程, 裂成SMD型式之元件。H温度彳系数热敏18阻的鹰用靶阐很除了温度量测外, 遢有下列黑槿常见之用途：（1温度末曲1：18路中大部份含有金JB的元件都JB於正温度彳系数的阻值建化，符H温度彳系数热 敏18阻放入18路，如圄10-1所示：吩夫迎合研磨棒逑贱壑 助皤龙T制局发ft路余恩雷阻Rtotal如圄10-2所示，没有H温度彳系数热敏18阻前之18路阻值
15、含随温度上升（Rc,而加上H温度彳系数热敏ft阻做未曲1彳爰，18路阻值不随温度改 建而有明16燮化。 T 的父黑侬周10-2黄遍度偈欷熟触窃应Rc ：尻上MTC热啦噂能常之专篇照电阻R :一般假FCH也电随Rtmi *加上NTC热般亳出筱之噩科能帛除 Rntc : NTC熟敏唾隗之隗值(2突波保利用NTC热敏18阻典18路中之18器用睹久可避免18路IW鼬寺所生之突破封18器之像害，18路圄如圄11-1所示：阻值在IW和勺瞬H温度彳系数热敏ft阻吸收了突波ft流，也限制了流谩ft器的ft流大小而保了ft器，常负温度彳系数热敏18阻因吸收18流而彝熟 彳爰，阻值立刻下降，使大多数的功率释放出来
16、而流入18器，如圄 11-2所示，如果 ft器没有加装负温度彳系数热敏ft阻，JWIW剧舜段倩很可能因瞬大功率而燎 毁。2 .熟H偶IS到温度量测，刖不能忽略熟重偶（thermal coup常二槿不同金H逋接在一 起（如铜，S , 或使逋接黑占置於不同的琪境温度畤，曾在雨金生H勤势，如 M 12所示：Power11-2雷器加装温度保兼热敏建班前处突豉功率之改曼二槿金H逋接黑占（Sensing Junction置於温度TA ,而另一（Ml考黑占（ReferenceJunction置於温TB ,刖雷勤势AV就在雨他I逋接黑占之生，此US&势可以 用HJ!表量（Voltmeter量测而得，通常量测路
17、都逋接一黑占高阻值18阻RL。常用於作熟18偶的材料，以及熟18偶型式如表1所列。本文中所提之温度量测方法，其原理及僵缺黑占整理列表於表2结言吾本文最主要是藉由介貂18阻式被勤元件的材料裂程，以及黑槿常见的H 阻式被勤元件的鹰用（18阻及温度感测元件），使U!者（特别是非18子 能封被勤元件有所入盟及瞭解。被勤元件的樊展，除了瞭解基本的H孥原理之 外，更必i（熟知各槿材料的特性才能研亵出新型的覃一功能元件或整合型被勤元 件模黜,（Integrated Passive Device IPD。目前阈内投入被S&元件研？1的人才3t不 多，能辰期持研究的人更少，希望藉由本文之介貂能使更多的化工，材料
18、，化 孥界的人才瞭解被勤元件，迤而投入道他行使台湾的被勤元件棠也成悬另一 （0台湾 奇质。参考资料：1. M. Haskard & K. Pitt , Thick-Film Technology andApplications , Electrochemical Publications Ltd., pp3147. 2. B. S. Aronson ,Electronic Passive Components , Electronic Components, Assemblies & Materials Association (ECA, pp919. 3. I. Sinclair, Pass
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