隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品、GPS模塊和數(shù)字機(jī)頂盒的需求上升，內(nèi)地的電阻產(chǎn)業(yè)將穩(wěn)步成長(zhǎng)，產(chǎn)量還將進(jìn)一步增長(zhǎng)。同時(shí)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(chǎng)上對(duì)產(chǎn)品環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，大多數(shù)廠商都開(kāi)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(diǎn)，其中ISO14001認(rèn)證是一個(gè)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(jī)、MP3、汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的需求，也在不斷發(fā)展并呈增長(zhǎng)性需求趨勢(shì)。
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(guò)了ISO14001認(rèn)證，該公司還計(jì)劃通過(guò)TL16949認(rèn)證。為了重點(diǎn)開(kāi)發(fā)適應(yīng)國(guó)內(nèi)外需求的無(wú)污染型環(huán)保產(chǎn)品，該公司已設(shè)計(jì)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(guò)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(jìn)行工藝控制的。該產(chǎn)品被覆層采用高溫電絕緣無(wú)機(jī)涂料進(jìn)行涂覆(包封)。一般的電阻則采用有機(jī)或含有樹(shù)脂成份的涂料進(jìn)行涂覆。在汽車(chē)或在大功率家電上使用該產(chǎn)品時(shí)，負(fù)荷功率下的電阻體發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致涂料中的有毒有害氣體產(chǎn)生，從而對(duì)人體造成傷害或?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生污染。
高溫電絕緣無(wú)機(jī)涂料成份主要由硅酸鹽粉料、無(wú)機(jī)顏料、無(wú)機(jī)粘結(jié)劑和各種助劑組成，稀釋劑為水。其特點(diǎn)是具有較強(qiáng)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(kāi)裂，同時(shí)在高溫下應(yīng)無(wú)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(jìn)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(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。本文將可靠性用可靠度來(lái)定量地描述。可靠度的定義是產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)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(shí)間內(nèi)喪失規(guī)定功能，即發(fā)生失效的概率稱(chēng)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(shí)間內(nèi)的可靠度和累積失效概率可以通過(guò)大量試驗(yàn)來(lái)確定。例如取N個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)有n個(gè)失效，則：
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其中n，F(xiàn)，R均為時(shí)間t的函數(shù)。
這是把單位時(shí)間內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)與試驗(yàn)總數(shù)之比稱(chēng)為失效密度f(wàn)(t)，它也是時(shí)間t的函數(shù)：
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其中，△n(t)是在t～t+△t時(shí)間內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)，這樣，f(t)在0～t時(shí)間內(nèi)的積分應(yīng)等于：
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失效密度用來(lái)反映產(chǎn)品在全部工作時(shí)間失效的分布情況。產(chǎn)品工作到t時(shí)刻后，在單位時(shí)間內(nèi)失效的概率稱(chēng)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(shí)作單位。對(duì)高可靠性產(chǎn)品可用10-9/小時(shí)作單位，稱(chēng)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(lèi)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(shí)間的關(guān)系曲線。從曲線上可看出三種失效的三個(gè)階段。由于偶然失效出現(xiàn)在產(chǎn)品可靠工作的時(shí)期，研究這一時(shí)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(qiáng)產(chǎn)品對(duì)各種"應(yīng)力"所能耐受的強(qiáng)度。這里所謂的"應(yīng)力"是指對(duì)產(chǎn)品功能有影響的各種因素，如溫度、電壓電流、機(jī)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(kāi)始工作后的較早時(shí)期，其特點(diǎn)是失效率高，且失效率隨時(shí)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(yàn)不嚴(yán)等因素造成。
首先，對(duì)原材料和工藝的嚴(yán)格檢驗(yàn)，同時(shí)加強(qiáng)產(chǎn)品的質(zhì)量管理可對(duì)工藝制造過(guò)程中導(dǎo)致的早期失效產(chǎn)品進(jìn)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(lái)提高產(chǎn)品的可靠性。在脈沖負(fù)荷情況下，由于瞬時(shí)負(fù)荷較大，功率集中在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)發(fā)生，它對(duì)電阻器的作用比連續(xù)負(fù)荷更為強(qiáng)烈。事實(shí)上，導(dǎo)電元件的瞬時(shí)過(guò)熱是最重要的。從熱的觀點(diǎn)看，電阻器可分為主動(dòng)部分和被動(dòng)部分，主動(dòng)部分為電阻絲，被動(dòng)部分為被加熱部分如基體、保護(hù)層和引出線等。在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，主動(dòng)部分產(chǎn)生的熱量來(lái)不及分散到被動(dòng)部分，會(huì)使主動(dòng)部分迅速升溫，然后在脈沖時(shí)間內(nèi)，主動(dòng)部分積蓄的熱量會(huì)向被動(dòng)部分傳送，從而使溫度逐漸回到一個(gè)穩(wěn)定值。圖2所示是主動(dòng)部分的溫度變化曲線。