薄膜技术在电子元件中的应用

引言

薄膜是一种特殊的物质形态，由于其在厚度这一特定方向上尺寸很小，只是微观可测的量，而且在厚度方向上由于表面、界面的存在，使物质连续性发生中断，由此使得薄膜材料产生了与块状材料不同的独特性能，现在薄膜技术在电子元器件、集成光学、电子技术、红外技术、激光技术以及航天技术和光学仪器等各个领域都得到了广泛的应用，它们不仅成为一间独立的应用技术，而且成为材料表面改性和提高某些工艺水平的重要手段　

正文

分别介绍薄膜在以下几种电子元器件中的应用 ，薄膜电阻器，薄膜电容器以及薄膜声表面波器件。

薄膜电阻器

薄膜在无源器件方面中的应用最开始于电阻器，薄膜电阻器是用蒸发的方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成。一般来讲金属被制成薄膜后会像本征电阻率变高，电阻温度系数变小这一有利方向发展。

Ni Cr薄膜电阻。这一电阻是最早被深入研究的金属薄膜电阻，他具有温度系数小，噪声低，寿命长等特点。常用的Ni Cr薄膜电阻有圆筒形和方形板型。

制造过程为：首先在绝缘衬底上由蒸发和溅射方法淀积Ni Cr合成膜。然后通过修编技术来调整阻值圆形电阻用机械方法切割螺旋线来修正阻值，达到调阻目的，平行板可采用机械或激光方法来调阻。最后焊上引线并封装即可。

钽薄膜电阻

钽是熔点高金属，但单质钽的温度系数及稳定性都不太好，所以后来研究了钽的氮化物（TaN）TaN膜一般是在高纯氮气中利用溅射方法制成，其电阻与Ni Cr薄膜电阻膜相近，其稳定性好但是钽是稀有金属所以成本会比较高，对大量生产不利，，故分立元件推广不多，但是在会和电路中可获得非常优越的性质，被优先考虑。

技术陶瓷薄膜电阻

虽然Ni Cr薄膜电阻和钽薄膜电阻的特性都具有非常高的指标，但是有一个明显的缺点是阻值不易做高。为了弥补这一点，可采用技术和无机物混合即金属陶瓷，

根据各组成相所占百分比不同，金属陶瓷分为以陶瓷为基质和以金属为基质两类。陶瓷基金属陶瓷主要有：①氧化物基金属陶瓷。以氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍等为基体，与金属钨、铬或钴复合而成，具有耐高温、抗化学腐蚀、导热性好、机械强度高等特点，可用作导弹喷管衬套、熔炼金属的坩埚和金属切削刀具。②碳化物基金属陶瓷。以碳化钛、碳化硅、碳化钨等为基体，与金属钴、镍、铬、钨、钼等金属复合而成，具有高硬度、高耐磨性、耐高温等特点，用于制造切削刀具 、高温轴承、密封环、捡丝模套及透平叶片。③氮化物基金属陶瓷。以氮化钛、氮化硼、氮化硅和氮化钽为基体，具有超硬性、抗热振性和良好的高温蠕变性，应用较少。但是从重复性和稳定性来看目前可实用的仅限于Cr-SiO。Cr-SiO金属陶瓷实用快速争渡方法制成，其方阻特性随Cr和SiO的比例变化很大，一般来讲，Cr含量越高TCR越小。而方阻随Si增多而增大。而在实际比例中为1：1，此时方阻约为1K欧姆/□，因此用同一图形做出阻值约为Cr-SiO五倍。但寿命不是十分理想，所以此类材料只用在M欧级电阻上。

薄膜电容

　　电容器依着介质的不同，它的种类很多，例如：电解质电容、纸质电容、薄膜电容、陶瓷电容、云母电容、空气电容等。但是在音响器材中使用最频繁的，当属电解电容器和薄膜(Film)电容器。电解电容大多被使用在需要电容量很大的地方，例如主电源部份的滤波电容，除了滤波之外，并兼做储存电能之用。而薄膜电容则广泛被使用在模拟信号的交连，电源噪声的旁路(反交连)等地方。薄膜电容器是以金属箔当电极，将其和聚乙酯，聚丙烯，聚笨乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜，从两端重叠后，卷绕成圆筒状的构造之电容器。而依塑料薄膜的种类又被分别称为聚乙酯电容(又称Mylar电容)，聚丙烯电容(又称PP电容)，聚苯乙烯电容(又称PS电容)和聚碳酸电容。 

　　薄膜电容器由于具有很多优良的特性，因此是一种性能优秀的电容器。它的主要等性如下：无极性，绝缘阻抗很高，频率特性优异(频率响应宽广)，而且介质损失很小。基于以上的优点，所以薄膜电容器被大量使用在模拟电路上。尤其是在信号交连的部份，必须使用频率特性良好，介质损失极低的电容器，方能确保信号在传送时，不致有太大的失真情形发生。在所有的塑料薄膜电容当中，又以聚丙烯(PP)电容和聚苯乙烯(PS)电容的特性最为显著，当然这两种电容器的价格也比较高。然而近年来音响器材为了提升声音的品质，所采用的零件材料已愈来愈高级，价格并非最重要的考量因素，所以近年来PP电容和PS电容被使用在音响器材的频率与数量也愈来愈高。读者们可以经常见到某某牌的器材，号称用了多少某某名牌的PP质电容或PS质电容，以做为在声音品质上的背书，其道理就在此。 

　　通常的薄膜电容器其制法是将铝等金属箔当成电极和塑料薄膜重叠后卷绕在一起制成。但是另外薄膜电容器又有一种制造法，叫做金属化薄膜(Metallized Film)，其制法是在塑料薄膜上以真空蒸镀上一层很薄的金属以做为电极。如此可以省去电极箔的厚度，缩小电容器单位容量的体积，所以薄膜电容器较容易做成小型，容量大的电容 器。例如常见的MKP电容，就是金属化聚丙烯膜电容器(Metailized Polypropylene Film Capacitor)的代称，而MKT则是金属化聚乙酯电容(Metailized Polyester)的代称。 

　　金属化薄膜电容器所使用的薄膜有聚乙酯、聚丙烯、聚碳酸酯等，除了卷绕型之外，也有叠层型。金属化薄膜这种型态的电容器具有一种所谓的我我复原作用(Self Healing Action)，即假设电极的微小部份因为电界质脆弱而引起短路时，引起短路部份周围的电极金属，会因当时电容器所带的静电能量或短路电流，而引发更大面积的溶 融和蒸发而恢复绝缘，使电容器再度回复电容器的作用。 

　　聚脂薄膜在普通应用中表现出良好的特性，具有高介电常数(使其在金属化薄膜电容器中获得最高的单位体积电容量)、高绝缘强度、自我复原特点和良好的温度稳定性。在所有各类薄膜电容器中，聚脂电容器以适度的成本实现了最佳的体积效率，而且是解耦、阻断、旁路和噪声抑制等直流应用中最流行的选择。

而利用金属化聚丙烯薄膜制造的电容器则具有低介电损耗、高绝缘阻抗、低介电吸收和高绝缘强度特性，是一种持久的和节省空间的解决方案，它的长期稳定性也很好。这些特点使金属化聚丙烯薄膜电容器成为交流输入滤波器、电子镇流器和缓冲电路等应用的重要选择。聚丙烯薄膜电容器可以提供400VAC或更高的额定电压，满足工业三相应用和专业设备的要求。它们还可以用于开关电源、鉴频和滤波器电路，以及能量存储和取样与保持应用等。

薄膜电容器是电子产业中的重要元件，尽管相应的生产与结构技术在不断发展以提供更大的电容量和更好的电气性能，但这些器件很少与新产品的新特性有关。在这种情况下，由于人们往往需要迅速完成设计和元件选择，当出现特殊需求时，电容器制造商提供一对一式的服务能够帮助解决设计问题和保证干扰滤波器、基本信号调节电路和电子镇流器等基本功能模块的顺利完成。

薄膜声表面波器件

在声表面拨器件中，声表面波的能量集中在压电基片的表层内。该表面层的厚度为一个表面波的波长。因此可以不用压电单晶或压电陶瓷作基片，而采用象玻璃那种无压电性的衬底，在上面覆盖厚度约一个波长的压电薄膜就可制作声表面波器件

在薄膜声表面波器件中，压电薄膜和非压电衬底形成了多层结构，而声表面波传播特性则由压电薄膜和衬底的特性共同决定。即使用同一种压电薄膜材料，当改变薄膜厚度和衬底材料时，声表面波的声速、器件的中心频率及延迟时间、温度特性也随之改变。此外，声表面波的有效机电耦合系数也随换能器电极结构和压电薄膜的厚度而变化。

总结

薄膜技术在电子元器件中的应用已相当广泛，其优良特点是不可替代的。