隨著消費電子產(chǎn)品、GPS模塊和數(shù)字機頂盒的需求上升，內(nèi)地的電阻產(chǎn)業(yè)將穩(wěn)步成長，產(chǎn)量還將進一步增長。同時在技術(shù)上不僅能做出精度高達(dá)0.001%的穩(wěn)定可靠的電阻器，而且具有小體積且能適應(yīng)集成電路需要的電阻網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛得到應(yīng)用。此外，隨著市場上對產(chǎn)品環(huán)保意識的增強，大多數(shù)廠商都開始接受歐盟的環(huán)保規(guī)定。因此，環(huán)保型電阻就成為內(nèi)地電阻廠商的研發(fā)重點，其中ISO14001認(rèn)證是一個風(fēng)向標(biāo)。
1 電阻器的發(fā)展
電阻器可分為非線繞電阻器和線繞電阻器。非線繞電阻器具有良好的高頻性能，因而在高精密應(yīng)用方面占有主導(dǎo)地位。例如薄膜式電阻、塊狀電阻等都已在家用電器、集成電路中得到廣泛應(yīng)用，微型化電阻、片式電阻、電阻網(wǎng)絡(luò)等隨著手機、MP3、汽車產(chǎn)業(yè)的需求，也在不斷發(fā)展并呈增長性需求趨勢。
線繞電阻器是一種歷史悠久的品種，目前在大功率和高精密方面保持著重要地位。目前，線繞電阻器也在日新月異地發(fā)展著新型產(chǎn)品，例如線繞熔斷電阻器、大功率削磁線繞電阻、耐雷電沖擊線繞電阻、水冷線繞電阻等許多品種的大功率線繞電阻器，在功率上已經(jīng)達(dá)到2 000 W以上。結(jié)構(gòu)上已經(jīng)延伸至泄放電阻箱、負(fù)載電阻柜等領(lǐng)域。陜西華星線繞電阻有限公司已于2002年通過了ISO14001認(rèn)證，該公司還計劃通過TL16949認(rèn)證。為了重點開發(fā)適應(yīng)國內(nèi)外需求的無污染型環(huán)保產(chǎn)品，該公司已設(shè)計出新型環(huán)保線繞電阻器，功率由14～200 W，結(jié)構(gòu)也有2、3引線和4引線等多種。
2 新型環(huán)保線繞電阻器的主要特性
新型環(huán)保線繞電阻的生產(chǎn)過程是嚴(yán)格按照ISO9001質(zhì)量管理體系和ISO14001環(huán)境管理體系的程序文件進行工藝控制的。該產(chǎn)品被覆層采用高溫電絕緣無機涂料進行涂覆(包封)。一般的電阻則采用有機或含有樹脂成份的涂料進行涂覆。在汽車或在大功率家電上使用該產(chǎn)品時，負(fù)荷功率下的電阻體發(fā)熱會導(dǎo)致涂料中的有毒有害氣體產(chǎn)生，從而對人體造成傷害或?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生污染。
高溫電絕緣無機涂料成份主要由硅酸鹽粉料、無機顏料、無機粘結(jié)劑和各種助劑組成，稀釋劑為水。其特點是具有較強的粘結(jié)度、可耐600℃以上高溫和800℃的熱沖擊，且具有阻燃性，其耐熱震性可達(dá)到300℃～室溫10次，而包封層不開裂，同時在高溫下應(yīng)無有毒、有害物質(zhì)放出。
新型環(huán)保型線繞電阻的引線采用鍍鎳銅材，基體采用A75優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)陶瓷材料，電阻絲采用進口線材。
3 新型電阻的可靠性
所謂可靠性，就是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。本文將可靠性用可靠度來定量地描述?？煽慷鹊亩x是產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，用R表示。產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)喪失規(guī)定功能，即發(fā)生失效的概率稱為累積失效概率，用F表示。可靠度與累積失效概率之和成為必然事件的概率為1，即：
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產(chǎn)品在一定時間內(nèi)的可靠度和累積失效概率可以通過大量試驗來確定。例如取N個產(chǎn)品進行試驗，若在規(guī)定時間內(nèi)有n個失效，則：
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其中n，F(xiàn)，R均為時間t的函數(shù)。
這是把單位時間內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)與試驗總數(shù)之比稱為失效密度f(t)，它也是時間t的函數(shù)：
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其中，△n(t)是在t～t+△t時間內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)，這樣，f(t)在0～t時間內(nèi)的積分應(yīng)等于：
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失效密度用來反映產(chǎn)品在全部工作時間失效的分布情況。產(chǎn)品工作到t時刻后，在單位時間內(nèi)失效的概率稱為失效率λ(t)，可用下式表示：
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失效率比失效密度能更確切地反映產(chǎn)品出現(xiàn)失效的可能性，它是標(biāo)志產(chǎn)品可靠性的常用數(shù)量特征之一。失效率越低，可靠性越高。失效率可用%/103小時作單位。對高可靠性產(chǎn)品可用10-9/小時作單位，稱為非特。
電阻器產(chǎn)品在正常條件下使用的失效可分為三種類型，即早期失效、偶然失效和耗損失效。圖1所示是電阻器失效率與時間的關(guān)系曲線。從曲線上可看出三種失效的三個階段。由于偶然失效出現(xiàn)在產(chǎn)品可靠工作的時期，研究這一時期的失效因素有重要意義。要提高產(chǎn)品的可靠性，必須加強產(chǎn)品對各種"應(yīng)力"所能耐受的強度。這里所謂的"應(yīng)力"是指對產(chǎn)品功能有影響的各種因素，如溫度、電壓電流、機械力等。
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3.1 加速早期失效以提高可靠性
早期失效出現(xiàn)在產(chǎn)品開始工作后的較早時期，其特點是失效率高，且失效率隨時間增加迅速下降。早期失效由制造工藝缺陷、原料缺陷、設(shè)備故障、質(zhì)量檢驗不嚴(yán)等因素造成。
首先，對原材料和工藝的嚴(yán)格檢驗，同時加強產(chǎn)品的質(zhì)量管理可對工藝制造過程中導(dǎo)致的早期失效產(chǎn)品進行有效控制。
其次可采用脈沖直流功率負(fù)荷的老化篩選方法來提高產(chǎn)品的可靠性。在脈沖負(fù)荷情況下，由于瞬時負(fù)荷較大，功率集中在一個短時間內(nèi)發(fā)生，它對電阻器的作用比連續(xù)負(fù)荷更為強烈。事實上，導(dǎo)電元件的瞬時過熱是最重要的。從熱的觀點看，電阻器可分為主動部分和被動部分，主動部分為電阻絲，被動部分為被加熱部分如基體、保護層和引出線等。在脈沖持續(xù)時間內(nèi)，主動部分產(chǎn)生的熱量來不及分散到被動部分，會使主動部分迅速升溫，然后在脈沖時間內(nèi)，主動部分積蓄的熱量會向被動部分傳送，從而使溫度逐漸回到一個穩(wěn)定值。圖2所示是主動部分的溫度變化曲線。
主動部分在脈沖持續(xù)時間τi內(nèi)的溫升△ti可表示為：
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其中：α為主動與被動部分交界處的散熱系數(shù);S為主動部分與被動部分交界處的面積;c為主動部分的比熱;m為主動部分的質(zhì)量;αS/cm為主動部分的溫度時間常數(shù);t為室溫;t1為脈沖起始溫度;為峰值功率下的主動部分溫度：為峰值功率。
以上分析考慮了主動部分的熱容量(cm)在脈沖功率的作用下吸收熱量使自身的溫度上升的情況，實際上，由于散熱(αS)作用，這個過程符合于一個指數(shù)規(guī)律，時間常數(shù)αS/cm表明了這個指數(shù)規(guī)律的特征。
脈沖負(fù)荷時電阻器的失效機理可分為以下幾種情況：
(1) 在峰值功率作用下，電阻器中導(dǎo)電元件瞬時過熱會造成(例如原料有缺陷、電阻絲花
線、并線、間距不均勻等缺陷)電阻器斷線、阻值漂移或嚴(yán)重老化。
(2) 在峰值電壓下，基體上纏繞的電阻絲電流密度過大或過熱，會造成(例如電阻絲有損壞或受機械損傷、米阻值不穩(wěn)定等缺陷)電阻器阻值無窮大、阻值漂移或損壞，這種情況通常在高阻時發(fā)生。 (3) 在峰值電流作用下，引線與電阻絲焊接部分的電流密度過大或過熱，會造成(例如電阻絲與引線的焊接虛焊、搭線等缺陷)電阻器斷線、阻值無窮大或電阻器損壞，這種情況通常在低阻時發(fā)生。
脈沖老練的目的一是剔除有內(nèi)在缺陷的器件，二是可使電阻器的性能更加穩(wěn)定。
3.2 降低偶然失效來提高可靠性
偶然失效可出現(xiàn)在整個工作期間，其特點是失效率低且近似為常數(shù)。偶然失效可看作是在某一時刻電阻器中所累積的"應(yīng)力"超過了本身所能耐受的強度所造成的。線繞電阻在繞制過程中由于電阻絲比較細(xì)。當(dāng)拉力較大時，容易被拉長而發(fā)生不均勻的塑性變形。當(dāng)拉力小于屈服應(yīng)力時，電阻絲不發(fā)生塑性變形而產(chǎn)生彈性變形，電阻絲中保持著拉應(yīng)力，這個應(yīng)力在長期使用過程中會影響阻值的穩(wěn)定性，另外，緊繞的繞組受骨架熱膨脹失配的影響也較大。
采用熱老化處理可使電阻絲在繞制過程中受的應(yīng)力及其它不穩(wěn)定因素在熱處理過程中提前恢復(fù)，從而使阻值達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)然，熱老化溫度一般低于電阻絲被覆層或骨架材料所能耐受的最高溫度，老化時間通常為24～48小時。
圖3所示為卡瑪線在不同拉力下繞制后，在190℃溫度熱老化過程中阻值隨時間的變化曲線。拉力越大，阻值在熱老化時的變化也越大，這說明熱處理是消除應(yīng)力影響的有效措施。
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3.3 耗損失效
耗損失效一般出現(xiàn)在產(chǎn)品的使用后期，其特點是失效率隨時間的增加而上升。耗損失效主要是由于產(chǎn)品的老化和疲勞造成的。
4 結(jié)束語
新型環(huán)保線繞電阻器主要用來在低頻交流電路中發(fā)揮降壓、分流、負(fù)載、反饋、轉(zhuǎn)能、匹配等作用，或在電源電路中起到吸收器和分壓器的作用，也可用作震蕩回路和變壓器內(nèi)衰減調(diào)整及脈沖形成電路中的分流器。