Evaluación del rendimiento de resistencias integradas de película delgada

Los circuitos de microcinta de película delgada se han aplicado ampliamente en comunicaciones por microondas, contramedidas electrónicas (ECM), industria aeroespacial, etc. Al fabricar circuitos integrados (IC) de película delgada, es muy importante aplicar material de resistencia de película delgada depositado para fabricar resistencias incrustadas de película delgada de alta precisión y alta estabilidad. Los circuitos integrados de película delgada requieren requisitos estrictos para las resistencias de película delgada:

a.La resistencia cuadrada debe ser lo suficientemente amplia;
b.El coeficiente de temperatura de resistencia debe ser pequeño;
c.La fuerza adhesiva con el sustrato debe ser lo suficientemente fuerte;
d.Las resistencias de película delgada deben presentar un rendimiento estable y confiable;
e.La filmación debe ser fácil y conveniente;
f.Debe ser capaz de soportar el procesamiento a alta temperatura, alta potencia y rango de aplicación relativamente amplio.

Una breve introducción de PCB integrado

Ya en 1959, el primer circuito integrado inventado por Jack Kilby contenía solo dos transistores y una resistencia. Hoy en día, se aplican múltiples técnicas complejas para combinar decenas de millones de transistores en un solo chip de PC. Con los productos electrónicos avanzando hacia la miniaturización y la multifunción, surgió un tipo de tecnología de componentes pasivos integrados para satisfacer las demandas cada vez más altas. La proporción entre las partes pasivas y las partes activas es de aproximadamente 20:1, la integridad ha ido aumentando gradualmente con el aumento de la proporción. Con tantos componentes pasivos integrados en PCB, el área de la placa de circuito fabricada mediante SMT se reduce en un 40 % en comparación con la placa fabricada mediante tecnología integrada. El comienzo de la década de 1980 vio el inicio de la tecnología de componentes pasivos integrados que generalmente se logra en forma plana. Según la clasificación de los componentes pasivos, las PCB integradas se pueden clasificar en PCB de resistencia integrada, PCB de condensador integrada y PCB de inductor integrada. Las resistencias, los condensadores y los inductores se pueden ver casi en todos los sistemas electrónicos, proporcionando impedancia y almacenando energía para el sistema. Entre esos componentes pasivos incorporados, los condensadores y las resistencias representan la mayoría, al menos el 80% del total. Hasta ahora, los componentes pasivos incorporados se han aplicado ampliamente en numerosos campos de circuitos, como filtros, atenuadores, baluns, Bluetooth, amplificadores de potencia, etc. Además, algunas tendencias incluyen el desarrollo de señales digitales de alta velocidad y alta frecuencia, la disminución constante de voltaje de componentes pasivos, el fortalecimiento gradual de las funciones y la densificación gradual de las transmisiones de señales exigen la participación de más capacitores de derivación de baja capacitancia para eliminar el acoplamiento electromagnético y la diafonía de señales. Por lo tanto, la tecnología de PCB de condensador integrado ha atraído una amplia gama de atención por parte de la industria.

Méritos de las resistencias integradas

Las ventajas de las resistencias integradas se presentan principalmente en tres aspectos:rendimiento eléctrico, diseño de PCB y confiabilidad.

• Ventajas eléctricas

una. Ayuda a mejorar la coincidencia de impedancia de línea.
b. Conduce a trayectorias de señal más cortas ya una reducción de la inductancia en serie.
c. Provoca reducción de diafonía, ruido y EMI (interferencia electromagnética).

• Ventajas del diseño de PCB

una. Conduce a una mejora de la densidad de los componentes activos y factores de forma reducidos.
b. No exige ningún requisito de vías, lo que conduce a la mejora del enrutamiento.
c. Da como resultado tableros simplificados, tamaño reducido y/o densificación.

• Confiabilidad mejorada

Las siguientes tablas muestran una mayor confiabilidad de las resistencias integradas.

Objetos	Parámetros
RTC bajo	<50PPM
Prueba de vida	100.000 horas; <2 % de deriva a 110 °C
Estable en frecuencias amplias	Probado más allá de 40 GHz
Juntas soldadas	NINGUNO
Etapa de prueba	Capa interna y tablero desnudo

Factores que determinan el rendimiento de la película delgada

Hasta ahora, el material de resistencia de película delgada cubre una amplia gama de aplicaciones que contienen material de cromo, material de tantalio y material de titanio. En comparación con las resistencias de película delgada de cromo, las resistencias de película delgada de tantalio presentan muchos rendimientos excelentes, como excelente estabilidad química y resistencia a la corrosión, alta confiabilidad, amplio rango de resistencia y alta estabilidad, lo que lo convierte en un material de resistencia de película delgada ideal con una amplia aplicación. prospecto.

La uniformidad de la película delgada de la resistencia se refiere a la situación en la que las resistencias fabricadas en el sustrato cambian a medida que cambia la posición del sustrato en la cavidad de vacío y cómo se modifica la resistencia a medida que se mueve el mismo sustrato. Los principales factores que impulsan la uniformidad de la película delgada incluyen:la posición relativa entre el sustrato y el material objetivo, la tasa de deposición y el grado de vacío. La película de nitruro de tantalio (TaN) aplicable a circuitos integrados de película delgada presenta una excelente uniformidad tanto en el mismo sustrato como entre sustratos de diferentes posiciones. Además, el error de resistencia entre diferentes lotes se mantiene bajo con excelente uniformidad. Actualmente hay dos métodos de preparación disponibles para la preparación de películas TaN:deposición física de vapor y deposición química de vapor. La estabilidad y la fiabilidad, la precisión y la uniformidad de la resistividad eléctrica juegan un papel importante en la fabricación de películas TaN. La resistencia se modifica principalmente mediante láser u oxidación para garantizar la precisión de la resistencia. Ambos métodos, sin embargo, presentan algunos inconvenientes, ya que el láser posiblemente dañe los gráficos de resistencia con resistencia de potencia por parte de la película de resistencia, mientras que la modificación de la resistencia a través de la oxidación sufre una tasa baja y una mala confiabilidad.

Este artículo aprovecha la pulverización reactiva con magnetrón para preparar una película delgada de TaN y estudia la influencia de parámetros técnicos como la posición uniforme de la placa en la uniformidad y el rendimiento de la película delgada de TaN, determinando la tecnología controlada precisa de la tasa de resistencia. Además, estudia y analiza la tasa de barrido de deposición y los efectos de la relación de flujo de N₂ en película delgada TaN y rendimiento.

Análisis de rendimiento en película delgada

• Análisis de Uniformidad

Bajo la condición de velocidad de exploración fija de 105 cm/min y 10 % de proporción de flujo de nitrógeno, se analiza la uniformidad para la película delgada de TaN. La uniformidad de la hoja interna se puede calcular a través de la fórmula:.

Se aplica un instrumento de resistencia para medir la resistencia y cada pieza de lámina base tiene que sacrificar 60 puntos para la medición, este es el resultado:

Posición	R□Máx	R□Min	R□Promedio	Uniformidad
	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

Indica la distribución de resistencia de una película delgada de TaN en una lámina base cuyo tamaño es de 4 pulgadas. En consecuencia, se puede resumir que la hoja base con la posición No.2 presenta la mejor uniformidad de la hoja interna, mientras que la hoja base cerca del borde de la placa o el borde del material objetivo presenta una variación de resistencia cuadrada relativamente mala y la uniformidad de la hoja interna del material objetivo cerca del borde del material objetivo. es lo peor La película delgada TaN con mala uniformidad produce un gran efecto en la fabricación de resistencias de red de alta precisión.

Para vencer la falta de uniformidad de la película delgada cerca del borde del material objetivo, se puede instalar una placa uniforme para ajustar la película delgada depositada porque es capaz de cubrir selectivamente el área de deposición para controlar la uniformidad de la película.

• Análisis de velocidad de escaneo de deposición

Con la aceleración del escaneo, la resistencia cuadrada de la película delgada TaN muestra una tendencia de ampliación con una mejora lineal. Cuanto mayor sea la velocidad de exploración, menor será el tiempo de deposición y también lo será el número de átomos en la película delgada. La película también será más delgada. Hay tres estructuras disponibles en el proceso de generación de película delgada:estructura en forma de isla, estructura en forma de red y estructura continua. Las propiedades de una película delgada están estrechamente relacionadas con su estructura y elementos. Cuando la película es relativamente delgada, la película se presenta en una estructura de isla. Con la película espesa, la estructura de la isla se transforma en una estructura de red y una estructura continua. Sin embargo, cuando se trata de resistencias de película delgada, hay tres tipos de estructuras de fase disponibles:fase conductora, fase semiconductora y fase de aislamiento. En una estructura de isla, las partículas de fase conductora se dispersan en una película delgada como islas de obturación que están rodeadas por fase de aislamiento. Por lo tanto, la resistencia al cuadrado de la película es relativamente alta. La estructura en forma de red, sin embargo, es en realidad una red conductora compuesta por la interconexión entre partículas conductoras. Las fases de aislamiento están dispersas dentro de la red con una resistencia cuadrada baja. La estructura continua es un tipo de película delgada continua compuesta de partículas conductoras acumuladas densamente, que contiene pocos elementos de aislamiento. Como resultado, la resistencia cuadrada de la película delgada se reduce.

• Análisis de flujo de nitrógeno

una. Influencia del flujo de nitrógeno en la resistencia cuadrada de película delgada de TaN. Con la mejora de la relación de flujo de nitrógeno, la resistencia cuadrada de la película delgada de TaN aumenta gradualmente. Esta ley funciona dramáticamente, especialmente cuando la tasa de flujo de nitrógeno aumenta del 15% al ​​20%. Esto se debe a que el aumento de la presión parcial de nitrógeno conduce al aumento de las cavidades de Ta y el tipo conductor de película delgada se convertirá de conducción electrónica a conducción de cavidad. Como resultado, la resistencia cuadrada finalmente aumentará.

b. Influencia de la tasa de flujo de nitrógeno en el espesor de película delgada de TaN. El aumento de la tasa de flujo de nitrógeno conduce a una reducción gradual del espesor de la película delgada de TaN, que es opuesta a la tendencia de cambio de la resistencia cuadrada. El espesor de la película está estrechamente relacionado con el camino libre medio de las partículas pulverizadas y la tasa de pulverización del material objetivo.

En una palabra, las resistencias integradas de película delgada presentan una uniformidad agradable, lo que lleva a sus aplicaciones exitosas en una amplia gama de industrias. Se han realizado una gran cantidad de pruebas y experimentos para demostrar la confiabilidad de las resistencias integradas de película delgada. Por lo tanto, se puede esperar que las resistencias integradas de película delgada sean altamente confiables en numerosas aplicaciones electrónicas.

Artículo escrito por la editora de PCBCart, Dora Yang, publicado originalmente en PCB Design Magazine en junio de 2017.

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