Avaliação de desempenho em resistores incorporados de filme fino

Os circuitos de microfita de filme fino têm sido amplamente aplicados em comunicações de micro-ondas, contramedidas eletrônicas (ECM), indústria aeroespacial etc. resistores embutidos de filme fino de alta precisão e alta estabilidade. CIs de filme fino exigem requisitos rigorosos em resistores de filme fino:

a. A resistência do quadrado deve ser suficientemente ampla; O coeficiente de resistência b.Temperature deve ser pequeno;
C.A força adesiva com substrato deve ser forte o suficiente;
d.Resistores de filme fino devem apresentar um desempenho estável e confiável;
e.Filming deve ser fácil e conveniente;
f. potência e faixa de aplicação relativamente ampla.

Uma breve introdução ao PCB incorporado

Já em 1959, o primeiro CI inventado por Jack Kilby continha apenas dois transistores e um resistor. Hoje em dia, várias técnicas complexas são aplicadas para combinar dezenas de milhões de transistores em um único chip de PC. Com os produtos eletrônicos caminhando para a miniaturização e a multifuncionalidade, surgiu um tipo de tecnologia de componentes passivos embutidos para atender às demandas cada vez mais altas. A proporção entre as partes passivas e ativas é de aproximadamente 20:1, a integridade tem aumentado gradualmente com o aumento da proporção. Com tantos componentes passivos embutidos em PCBs, a área da placa de circuito fabricada com SMT diminui em 40% em comparação com a placa fabricada com tecnologia embarcada. O início da década de 1980 viu o início da tecnologia de componentes passivos incorporados que geralmente é alcançado de forma planar. Com base na classificação de componentes passivos, os PCBs embutidos podem ser classificados em PCBs de resistores embutidos, PCBs de capacitores embutidos e PCBs de indutores embutidos. Resistores, capacitores e indutores podem ser vistos em quase todos os sistemas eletrônicos, fornecendo impedância e armazenando energia para o sistema. Entre esses componentes passivos embutidos, capacitores e resistores representam a maioria, pelo menos 80% de todos juntos. Até agora, componentes passivos incorporados têm sido amplamente aplicados em vários campos de circuitos, como filtros, atenuadores, baluns, Bluetooth, amplificadores de potência etc. de componentes passivos, o fortalecimento gradual das funções e a densificação gradual das transmissões de sinal exigem a participação de mais capacitores de bypass de baixa capacitância para eliminar o acoplamento eletromagnético e a diafonia do sinal. Portanto, a tecnologia de PCB de capacitor embutido atraiu uma ampla gama de atenção da indústria.

Méritos dos resistores incorporados

As vantagens dos resistores embutidos vêm principalmente em três aspectos:desempenho elétrico, design de PCB e confiabilidade.


• Vantagens elétricas

uma. Ajuda a melhorar a correspondência de impedância de linha.
b. Isso leva a caminhos de sinal mais curtos e indutância em série diminuída.
c. Provoca redução de conversa cruzada, ruído e EMI (Interferência Eletromagnética).


• Vantagens do projeto de PCB

uma. Isso leva à melhoria da densidade de componentes ativos e fatores de forma reduzidos.
b. Não exige nenhuma exigência de vias, levando o roteamento a melhorias.
c. Isso resulta em placas simplificadas, tamanho reduzido e/ou densificação.


• Confiabilidade Aprimorada

As tabelas abaixo mostram a confiabilidade aprimorada dos resistores incorporados.

Itens	Parâmetros
Baixo RTC	<50PPM
Teste de vida	100.000 horas; <2% de desvio a 110°C
Estável em frequências amplas	Testado além de 40 GHz
Juntas de solda	NENHUM
Estágio de teste	Camada interna e placa nua

Fatores que determinam o desempenho do filme fino

Até agora, o material de resistor de filme fino cobre uma ampla faixa de aplicação contendo material de cromo, material de tântalo e material de titânio. Comparado com os resistores de filme fino de cromo, os resistores de filme fino de tântalo apresentam muitos desempenhos excelentes, como excelente estabilidade química e resistência à corrosão, alta confiabilidade, ampla faixa de resistência e alta estabilidade, o que o torna um material de resistor de filme fino ideal com uma ampla aplicação perspectiva.


A uniformidade do filme fino do resistor refere-se à situação na qual os resistores fabricados no substrato mudam à medida que a posição do substrato muda na cavidade de vácuo e como a resistência se modifica à medida que o mesmo substrato se move. Os principais fatores que determinam a uniformidade do filme fino incluem:posição relativa entre o substrato e o material alvo, taxa de deposição e grau de vácuo. O filme de nitreto de tântalo (TaN) aplicável a CIs de filme fino apresenta excelente uniformidade tanto no mesmo substrato quanto entre substratos de diferentes posições. Além disso, o erro de resistência entre os diferentes lotes mantém-se baixo com excelente uniformidade. Atualmente existem dois métodos de preparação disponíveis para a preparação de filmes de TaN:deposição física de vapor e deposição química de vapor. Estabilidade e confiabilidade, precisão e uniformidade da resistividade elétrica desempenham um papel importante na fabricação de filmes de TaN. A resistência é modificada principalmente por meio de laser ou oxidação para garantir a precisão da resistência. Ambos os métodos, no entanto, apresentam algumas desvantagens de que o laser possivelmente danifica os gráficos de resistência com resistência à potência pelo filme do resistor, enquanto a modificação da resistência através da oxidação sofre de uma baixa taxa e baixa confiabilidade.


Este artigo aproveita a pulverização reativa do magnetron para preparar o filme fino de TaN e estuda a influência de parâmetros técnicos, como a posição uniforme da placa na uniformidade e no desempenho do filme fino de TaN, determinando a tecnologia controlada precisa da taxa de resistência. Além disso, estuda e analisa a taxa de varredura de deposição e os efeitos da razão de fluxo de N₂ em filme fino TaN e desempenho.

Análise de desempenho em filme fino

• Análise de uniformidade


Sob a condição de velocidade de varredura fixa de 105 cm/min e 10% de razão de fluxo de nitrogênio, a uniformidade é analisada para filme fino de TaN. A uniformidade da folha interna pode ser descoberta através da fórmula:.


Um instrumento de resistência é aplicado para medir a resistência e cada pedaço de folha de base tem que sacrificar 60 pontos para medição, aqui está o resultado:

Posição	R□Max	R□Min	R□Média	Uniformidade
	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 a distribuição de resistência do filme fino TaN em uma folha de base cujo tamanho é de 4 polegadas. Consequentemente, pode ser resumido que a folha de base com posição nº 2 apresenta a melhor uniformidade da folha interna, enquanto a folha de base próxima à borda da placa ou borda do material alvo apresenta variação de resistência quadrada relativamente ruim e uniformidade da folha interna do material alvo próximo à borda do material alvo é o pior. O filme fino TaN com má uniformidade leva a um enorme efeito na fabricação de resistores de rede de alta precisão.


Para eliminar a não uniformidade do filme fino próximo à borda do material alvo, uma placa uniforme pode ser instalada para ajustar o filme fino depositado, pois é capaz de cobrir seletivamente a área de deposição para controlar a uniformidade do filme.


• Análise de Velocidade de Varredura de Deposição


Com a aceleração da varredura, a resistência quadrada do filme fino TaN apresenta uma tendência de ampliação com melhora linear. Quanto maior a velocidade de varredura, menor será o tempo de deposição e também o número de átomos no filme fino. O filme também será mais fino. Três estruturas estão disponíveis no processo de geração de filmes finos:estrutura em forma de ilha, estrutura em forma de rede e estrutura contínua. As propriedades do filme fino estão intimamente relacionadas com sua estrutura e elementos. Quando o filme é relativamente fino, o filme vem em uma estrutura de ilha. Com o filme espesso, a estrutura da ilha se transforma em estrutura de rede e estrutura contínua. Quando se trata de filme fino de resistor, no entanto, três tipos de estruturas de fase estão disponíveis:fase condutora, fase semicondutora e fase isolante. Em uma estrutura de ilha, as partículas da fase condutora são espalhadas em um filme fino como ilhas de obturador que são cercadas pela fase de isolamento. Portanto, a resistência ao quadrado do filme é relativamente alta. A estrutura em forma de rede, no entanto, é na verdade uma rede condutora composta pela interconexão entre partículas condutoras. As fases de isolamento são espalhadas dentro da rede com baixa resistência quadrada. A estrutura contínua é um tipo de filme continuamente fino composto por partículas condutoras acumuladas de forma densa, contendo poucos elementos isolantes. Como resultado, a resistência ao quadrado do filme fino está diminuindo.


• Análise de Fluxo de Nitrogênio


uma. Influência do fluxo de nitrogênio na resistência quadrada de filme fino TaN. Com a melhoria da taxa de fluxo de nitrogênio, a resistência quadrada do filme fino de TaN aumenta gradualmente. Esta lei funciona dramaticamente, especialmente quando a taxa de fluxo de nitrogênio aumenta de 15% para 20%. Isso porque o aumento da pressão parcial do nitrogênio leva ao aumento das cavidades Ta e o tipo condutor de filme fino irá converter de condução eletrônica para condução de cavidade. Como resultado, a resistência quadrada finalmente aumentará.


b. Influência da taxa de fluxo de nitrogênio na espessura do filme fino TaN. O aumento da taxa de fluxo de nitrogênio leva à redução gradual da espessura do filme fino de TaN, que é oposta à tendência de mudança da resistência quadrada. A espessura do filme está intimamente associada ao caminho livre médio das partículas pulverizadas e à taxa de pulverização do material alvo.

Em uma palavra, os resistores embutidos de filme fino apresentam uma uniformidade agradável, levando a suas aplicações bem-sucedidas em uma ampla gama de indústrias. Um grande número de testes e experimentos foram realizados para demonstrar a confiabilidade de resistores embutidos de filme fino. Portanto, pode-se esperar que os resistores embutidos de filme fino possam ser altamente confiáveis ​​em inúmeras aplicações eletrônicas.

Artigo escrito pela editora da PCBCart, Dora Yang, originalmente publicado na PCB Design Magazine em junho de 2017.


Recursos úteis:
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