一、引言

在现代精密电子系统中，测量与控制电路对信号幅值、时间、频率及功率等参数的精度提出了越来越高的要求。作为关键被动元件之一，高精度薄膜电阻凭借优异的温度系数、一致性与长期稳定性，被广泛应用于仪器仪表、工业控制、传感测量、医疗电子、自动化设备及航天军工等领域。

本文从薄膜电阻的工作特性出发，系统分析其在测量与控制电路中的应用优势、失效风险与可靠性保障措施，为工程选型与应用设计提供技术参考。

二、高精度薄膜电阻的结构与性能特点

1. 基本结构与制造工艺

高精度薄膜电阻通常采用以下三类工艺：

• 金属薄膜电阻（Metal Film）

• 合金薄膜电阻（NiCr、TaN 等）

• 箔式电阻（Metal Foil Resistor）——更高精度级别

其主要结构包括：陶瓷基片、阻性薄膜层、激光微调槽、电极与保护涂层。
薄膜厚度与材料晶体结构直接决定电阻温漂与稳定性。

2. 关键电气性能指标

• 电阻容差：±0.1% ～ ±0.01%

• 温度系数（TCR）：±25 ppm/℃ 甚至 ≤ ±2 ppm/℃

• 噪声指数：低至 −38 dB 以下

• 电压系数极低，线性度优异

• 长期漂移小，典型 < 0.1% / 1000h

这些特性使其成为精密测量与控制环节的“基准型器件”。

三、在测量与控制电路中的典型应用

1. 精密电压与电流测量电路

在高分辨率采样系统（如 24-bit ADC）中：

• 分压网络需要低温漂匹配薄膜电阻

• 采样电阻要求低阻值漂移、低噪声

典型应用：

• 电源电压监测

• 传感器信号调理

• 智能仪表精度校准回路

匹配精度决定系统线性化与零点稳定性。

2. 高精度反馈与增益控制电路

在运放闭环与仪表放大器中：

• 增益由电阻比值决定

• 温度漂移差异将导致比例误差

采用同一材料、同一批次的薄膜电阻，可有效提升：

• 增益一致性

• 温度跟踪性

• 长期稳定度

3. 精密基准与补偿电路

薄膜电阻常用于：

• 基准源温度补偿

• DAC / ADC 校准网络

• 精密电流源输出设定

其低电压系数与低噪声特性，可降低随机误差累积。

4. 工业控制与闭环调节系统

典型场景：

• 过程控制（PLC / DCS）

• 伺服驱动定位系统

• 变送器与传感反馈回路

优势表现：

• 维持控制环线静态稳定性

• 减少温度与时间漂移引起的偏差

• 提升长期运行一致性与可靠性

四、可靠性风险与失效模式分析

1. 热应力与功率超载

失效表现：

• 阻值漂移加大

• 局部裂纹、薄膜老化

控制建议：

• 降额设计 ≥ 50%

• 避免脉冲负载集中应力

2. 环境应力（湿热、硫化、腐蚀）

风险来源：

• 高湿环境导致吸湿老化

• 工业硫气体引发电极硫化

对策：

• 选择抗硫化薄膜电阻

• 优化涂层封装与 PCB 防护

3. 机械应力与焊接应力

问题表现：

• 激光槽裂纹扩展

• 芯片翘曲、焊盘剥离

改进措施：

• 采用柔性焊接工艺

• 避免不均匀温升与过长回流曲线

4. 长期漂移与可靠性退化

漂移来源：

• 薄膜材料结构松弛

• 电化学迁移

控制手段：

• 选择高品质薄膜材料体系

• 通过长期老化筛选提高稳定性

五、设计与选型建议

1）优先关注的参数：

• TCR 与阻值容差等级

• 阻值匹配与温漂跟踪

• 噪声指标与长期漂移

• 额定功率与脉冲特性

2）匹配原则：

• 同品牌、同封装、同批次

• 温漂等级一致

• 同网组结构优化

3）应用级别选择建议：

• 仪器仪表 / 医疗电子 → 箔式或超低 TCR 薄膜电阻

• 工控与测量控制 → 高稳定薄膜电阻

• 通用电子 → 金属薄膜 / 精密厚膜组合

六、结论

高精度薄膜电阻在测量与控制电路中扮演着核心“精度基石”的角色，其低温漂、低噪声与高稳定性优势，使其成为精密电子系统不可替代的关键器件。然而，在实际应用中必须充分考虑功率、环境、机械与长期漂移等可靠性因素，通过合理选型、降额设计与系统级防护措施，才能确保其在严苛条件下仍具备长期可靠与稳定的性能表现。