Оценка производительности тонкопленочных встроенных резисторов

Тонкопленочные микрополосковые схемы широко применяются в микроволновой связи, средствах электронного противодействия (ECM), аэрокосмической промышленности и т. д. При производстве тонкопленочных ИС (интегральных схем) очень важно применять осажденный тонкопленочный материал резистора для изготовления. высокоточные и высокостабильные тонкопленочные встроенные резисторы. Тонкопленочные ИС требуют строгих требований к тонкопленочным резисторам:

а.Площадь сопротивления должна быть достаточно широкой;
б. Температурный коэффициент сопротивления должен быть небольшим;
c. Сила сцепления с подложкой должна быть достаточно сильной;
d.Тонкопленочные резисторы должны иметь стабильную и надежную работу;
e.Съемка должна быть простой и удобной;
f.Должны выдерживать высокотемпературную обработку, высокие мощность и относительно широкий диапазон применения.

Краткое знакомство со встроенной печатной платой

Еще в 1959 году первая ИС, изобретенная Джеком Килби, содержала всего два транзистора и резистор. В настоящее время применяется несколько сложных методов для объединения десятков миллионов транзисторов в один чип ПК. С электронными продуктами, делающими шаг к миниатюризации и многофункциональности, появился тип технологии встроенных пассивных компонентов, чтобы удовлетворить все более высокие требования. Соотношение между пассивными частями и активными частями составляет примерно 20:1, целостность постепенно повышается с увеличением соотношения. С таким количеством пассивных компонентов, встроенных в печатные платы, площадь печатной платы, изготовленной с помощью SMT, уменьшается на 40% по сравнению с платой, изготовленной с использованием встроенной технологии. В начале 1980-х годов зародилась технология встроенных пассивных компонентов, которая обычно реализуется в плоской форме. Основываясь на классификации пассивных компонентов, встроенные печатные платы можно дополнительно разделить на печатные платы со встроенными резисторами, печатные платы со встроенными конденсаторами и печатные платы со встроенными индукторами. Резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности можно увидеть почти во всех электронных системах, обеспечивая импеданс и сохраняя энергию для системы. Среди этих встроенных пассивных компонентов конденсаторы и резисторы составляют большинство, по крайней мере, 80% всех вместе взятых. До сих пор встроенные пассивные компоненты широко применялись во многих областях схем, таких как фильтры, аттенюаторы, балуны, Bluetooth, усилители мощности и т. д. Кроме того, некоторые тенденции, включая высокоскоростное и высокочастотное развитие цифровых сигналов, постоянное снижение напряжения пассивных компонентов, постепенное усиление функций и постепенное уплотнение передачи сигналов требует участия более малоемких обходных конденсаторов для устранения электромагнитной связи и перекрестных помех сигнала. Поэтому технология печатных плат со встроенными конденсаторами привлекла большое внимание отрасли.

Преимущества встроенных резисторов

Преимущества встроенных резисторов в основном заключаются в трех аспектах:электрические характеристики, конструкция печатной платы и надежность.

• Электрические преимущества

а. Это помогает улучшить согласование импеданса линии.
b. Это приводит к более коротким путям прохождения сигнала и уменьшению последовательной индуктивности.
c. Это приводит к уменьшению перекрестных помех, шума и электромагнитных помех.

• Преимущества конструкции печатной платы

а. Это приводит к увеличению плотности активных компонентов и уменьшению форм-факторов.
б. Он не требует использования переходных отверстий, что ведет к улучшению маршрутизации.
c. Это приводит к упрощению плат, уменьшению размера и/или уплотнению.

• Повышенная надежность

В таблицах ниже показана повышенная надежность встроенных резисторов.

Предметы	Параметры
Низкий RTC	<50PPM
Жизненные испытания	100 000 часов; <2% дрейф при 110°C
Стабильный на широких частотах	Проверено выше 40 ГГц
Паяные соединения	НЕТ
Этап тестирования	Внутренний слой и голая доска

Факторы, определяющие характеристики тонкой пленки

До сих пор тонкопленочный резисторный материал охватывает широкий спектр применений, включая хромовый материал, танталовый материал и титановый материал. По сравнению с хромовыми тонкопленочными резисторами, танталовые тонкопленочные резисторы обладают многими превосходными характеристиками, такими как отличная химическая стабильность и коррозионная стойкость, высокая надежность, широкий диапазон сопротивлений и высокая стабильность, что делает их идеальным материалом для тонкопленочных резисторов с широким применением. перспектива.

Однородность тонкой пленки резистора относится к ситуации, в которой резисторы, изготовленные на подложке, изменяются при изменении положения подложки в вакуумной полости и как изменяется сопротивление при перемещении той же самой подложки. Ведущими факторами, влияющими на однородность тонкой пленки, являются:относительное положение между подложкой и материалом мишени, скорость осаждения и степень вакуума. Пленка нитрида тантала (TaN), применимая к тонкопленочным ИС, отличается превосходной однородностью как на одной подложке, так и между подложками из разных положений. Кроме того, ошибка сопротивления между различными партиями остается низкой при отличной однородности. В настоящее время доступны два метода подготовки пленки TaN:физическое осаждение из паровой фазы и химическое осаждение из паровой фазы. Стабильность и надежность, точность и однородность удельного электрического сопротивления играют важную роль в производстве пленки TaN. Сопротивление изменяется в основном с помощью лазера или окисления, чтобы обеспечить точность сопротивления. Оба метода, однако, имеют некоторые недостатки, заключающиеся в том, что лазер может повредить графики сопротивления из-за мощности, выдерживаемой пленкой резистора, в то время как модификация сопротивления посредством окисления имеет низкую скорость и плохую надежность.

В этой статье используется магнетронное реактивное распыление для получения тонкой пленки TaN и изучается влияние технических параметров, таких как однородное положение пластины, на однородность и производительность тонкой пленки TaN, определяя точную контролируемую технологию скорости сопротивления. Кроме того, он изучает и анализирует скорость сканирования осаждения и влияние коэффициента расхода N₂ на тонкой пленке TaN и производительности.

Анализ производительности тонкой пленки

• Анализ однородности

При условии фиксированной скорости сканирования 105 см/мин и коэффициента расхода азота 10% однородность анализируется для тонкой пленки TaN. Однородность внутреннего листа можно определить по формуле:.

Инструмент сопротивления применяется для измерения сопротивления, и каждый кусок основного листа должен пожертвовать 60 точками для измерения, вот результат:

Позиция	R□Макс.	R□мин	R□Сред.	Единообразие
	Ω•□ -1	Ω•□ -1	Ω•□ -1	%
1	55,70	53.51	54,86	2,00
2	48.04	47.08	47,66	1.01
3	53,96	51,91	52,78	1.94

Это указывает на распределение сопротивления тонкой пленки TaN на подложке размером 4 дюйма. Соответственно, можно резюмировать, что основной лист с положением № 2 характеризуется наилучшей однородностью внутреннего листа, в то время как основной лист вблизи края пластины или края целевого материала характеризуется относительно плохим изменением квадратного сопротивления и однородностью внутреннего листа целевого материала вблизи края целевого материала. это самое худшее. Тонкая пленка TaN с плохой однородностью оказывает огромное влияние на производство высокоточных сетевых резисторов.

Чтобы устранить неравномерность тонкой пленки вблизи края целевого материала, можно установить однородную пластину для регулировки нанесенной тонкой пленки, поскольку она способна выборочно покрывать область осаждения для контроля однородности пленки.

• Анализ скорости сканирования отложений

С ускорением сканирования квадратное сопротивление тонкой пленки TaN имеет тенденцию к увеличению с линейным улучшением. Чем выше скорость сканирования, тем короче будет время осаждения и тем меньше будет количество атомов на тонкой пленке. Пленка также будет тоньше. В процессе создания тонкой пленки доступны три структуры:структура в форме острова, структура в форме сетки и непрерывная структура. Свойства тонкой пленки тесно связаны с ее структурой и элементами. Когда пленка относительно тонкая, пленка имеет островковую структуру. Когда пленка становится толстой, островная структура превращается в сетчатую и сплошную структуру. Однако, когда дело доходит до тонкопленочных резисторов, доступны три типа фазовых структур:проводящая фаза, полупроводниковая фаза и фаза изоляции. В островной структуре частицы проводящей фазы рассеяны тонкой пленкой наподобие островков затвора, окруженных изоляционной фазой. Следовательно, квадратное сопротивление пленки относительно велико. Однако сетчатая структура на самом деле представляет собой проводящую сеть, состоящую из взаимосвязей между проводящими частицами. Фазы изоляции разбросаны внутри сети с малым квадратным сопротивлением. Сплошная структура представляет собой тип сплошной тонкой пленки, состоящей из плотно аккумулирующих проводящих частиц, содержащих небольшое количество изоляционных элементов. В результате квадратное сопротивление тонкой пленки уменьшается.

• Анализ потока азота

а. Влияние потока азота на квадратное сопротивление тонкой пленки TaN. С улучшением коэффициента потока азота квадратное сопротивление тонкой пленки TaN постепенно увеличивается. Этот закон работает особенно резко, когда скорость потока азота увеличивается с 15% до 20%. Это связано с тем, что увеличение парциального давления азота приводит к увеличению полостей Та, а проводящий тип тонкой пленки преобразуется из электронной проводимости в полостную. В результате квадратное сопротивление, наконец, возрастет.

б. Влияние расхода азота на толщину тонкой пленки TaN. Увеличение расхода азота приводит к постепенному уменьшению толщины тонкой пленки TaN, что противоположно тенденции изменения квадратичного сопротивления. Толщина пленки тесно связана со средней длиной свободного пробега распыляемых частиц и скоростью распыления материала мишени.

Одним словом, тонкопленочные встроенные резисторы отличаются приятной однородностью, что приводит к их успешному применению в самых разных отраслях. Было проведено большое количество тестов и экспериментов, чтобы продемонстрировать надежность тонкопленочных встроенных резисторов. Таким образом, можно ожидать, что тонкопленочные встроенные резисторы можно будет использовать во многих электронных приложениях.

Статья, написанная редактором PCBCart Дорой Янг, изначально была опубликована в журнале PCB Design Magazine в июне 2017 г.

Полезные ресурсы:
• Встроенная технология и процедура сборки встроенной печатной платы компонента
• Технология изготовления встроенной печатной платы компонента
• Исследования по проектированию высокоскоростной печатной платы во встраиваемой прикладной системе
• Полнофункциональная печатная плата Производственная услуга от PCBCart — множество дополнительных опций
• Усовершенствованная услуга сборки печатных плат от PCBCart — от 1 штуки