貼片電阻在低溫（-70°C）液冷環境下的電熱特性與可靠性增強

文章出處：平尚科技責任編輯：平尚科技發表時間：2025-12-19

　　隨著液冷技術在超算、量子計算及部分特種AI訓練平臺的拓展，冷卻介質的工作溫度已不再局限于常溫范圍。一些采用特殊工質（如低溫氟化液）或實現極低溫散熱的液冷系統，其工作環境可能低至-70°C甚至更低。在這種極端低溫下，廣泛部署于電源、采樣及信號電路的貼片電阻，其電學性能與物理可靠性面臨著一系列獨特而嚴峻的考驗。這不僅關乎電路功能的穩定，更涉及到在極限溫差下能否長期生存的根本問題。

貼片電阻

當溫度降至-70°C，構成貼片電阻的各類材料，其物理特性會發生顯著變化。對于大多數厚膜電阻，其電阻體采用的金屬氧化物漿料，其導電機制在極低溫下可能偏離常規模型，導致阻值-溫度曲線出現非線性或轉折點，遠超出常溫下±100至±200 ppm/°C的線性溫度系數范圍。這種非線性漂移會使精密采樣電路或分壓網絡的精度嚴重失真。

貼片電阻多層結構

更嚴峻的挑戰來自材料間的熱失配應力。貼片電阻是一個多層結構：陶瓷基板、電阻膜層、保護玻璃層、端電極以及外部的環氧樹脂包封。這些材料的熱膨脹系數各不相同。在從室溫（如25°C）到-70°C的劇烈降溫過程中，不同材料收縮程度不一，會在內部產生巨大的剪切應力。這種應力足以導致電阻膜層出現微裂紋、電極界面脫離，或在保護層與基板間形成分層，直接表現為阻值跳變、開路或絕緣失效。傳統的工業級厚膜電阻，其設計并未充分考慮如此寬的溫度跨度，直接應用風險極高。

針對以上挑戰，確保貼片電阻在低溫液冷環境中可靠工作的核心，在于系統性的增強設計。

首先，是電阻材料的精細化選擇與定制。對于要求高穩定性的關鍵點位，應優先采用金屬膜或精密合金箔電阻技術。平尚科技針對此類需求，可提供采用特殊低溫穩定配方的薄膜電阻。這類電阻的溫度系數（TCR）在-70°C至+125°C的范圍內，能夠實現優于±50 ppm/°C的出色線性度，確保阻值在全溫域內穩定可控。其核心在于電阻膜層材料的低溫導電特性經過優化，避免了異常的非線性變化。

其次，是封裝結構與工藝的全面強化。為了抵御熱應力，低溫應用的貼片電阻必須采用更先進的封裝方案。這包括：使用與陶瓷基板熱膨脹系數更匹配的高性能環氧樹脂或硅基包封材料，減少封裝體本身的內部應力；優化電阻體與端電極的燒結工藝，形成更強的冶金結合，防止冷縮時界面開裂。平尚科技的工業級增強型產品，其內部結構通過有限元熱應力分析進行仿真優化，確保其在經歷-70°C低溫浸泡后，阻值變化率能嚴格控制在±0.5%以內。

貼片電阻封裝結構

在實際部署中，還需注意系統層面的協同。一是冷卻介質的兼容性，需確保電阻的封裝材料在長期浸泡于低溫氟化液等介質中不發生溶脹、脆化或化學反應。二是PCB的低溫適應性，PCB板材（如FR-4）在極低溫下也會收縮，其熱膨脹系數需與貼片電阻的終端設計相匹配，避免焊點在溫變中承受過大應力而疲勞斷裂。在安裝上，有時會建議對關鍵低溫區電路板的焊點施加底部填充膠，以提供額外的應力緩沖和機械支撐。

拓展至-70°C的低溫液冷領域，為AI與尖端計算提供了新的散熱路徑，但也對基礎元器件的可靠性設定了更苛刻的標尺。貼片電阻在其中的表現，已遠超一個簡單的歐姆定律執行者角色，而成為材料科學與精密制造協同作用的試金石。平尚科技通過針對性的材料配方、強化封裝與系統級驗證，使得國產工業級貼片電阻具備了在極端低溫下穩定工作的能力，其±50 ppm/°C的寬溫域溫度系數和±0.5%的低溫穩定性，為這些前沿系統的可靠運行提供了堅實的底層支持。

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