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:
• Tecnologia Embutida e Procedimento de Montagem de PCB Embutida de Componente
• Tecnologia de Fabricação de PCB Embutida de Componente
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