Технология напыления тонких пленок - Время электроники

Плёночные резистивные материалы

Автор: Пользователь скрыл имя, 19 Декабря 2011 в 14:06, контрольная работа

Описание работы

Материалы этого класса наиболее широко применяют при изготовлении постоянных и отчасти переменных резисторов различных типов. В зависимости от состава пленочные резистивные материалы можно разделить на материалы на основе металлов и их соединений (оксидов, силицидов, карбидов) и неметаллические (углеродистые) материалы. Если материалы первой группы непрерывно совершенствуются и ассортимент их постоянно расширяется, то углеродистые резистивные материалы постепенно утрачивают свое значение.

Работа содержит 1 файл

Вар №11 Вопрос№1 Пленочные резистивные материалы.docx

1). Плёночные резистивные материалы.

Пленочные резистивные материалы

Материалы этого класса наиболее широко применяют при изготовлении постоянных и отчасти переменных резисторов различных типов. В зависимости от состава пленочные резистивные материалы можно разделить на материалы на основе металлов и их соединений (оксидов, силицидов, карбидов) и неметаллические (углеродистые) материалы. Если материалы первой группы непрерывно совершенствуются и ассортимент их постоянно расширяется, то углеродистые резистивные материалы постепенно утрачивают свое значение.

Пленочные материалы на основе металлов и их соединений преимущественно используют в микроэлектронике при изготовлении пленочных резисторов и резистивных элементов весьма малых размеров в микросхемах, интегральных схемах и других устройствах.

Из материалов этой группы можно выделить: тонкие металлические пленки; резистивные сплавы, содержащие кремний; кремневые пленки; металлооксидные пленки; композиционные пленочные материалы.

Тонкие металлические пленки тугоплавких металлов (например тантала, рения), а также хрома и нихрома обладают мелкозернистой структурой, повышенными значениями удельного поверхностного сопротивления, низкими значениями температурного коэффициента. Для нанесения этих пленок используют методы вакуумной технологии: термическое вакуумное испарение (хром, нихром) или распыление резистивного материала под действием бомбардировки его ионами в среде инертного газа (тантал, рений и др.). Осаждение резистивной пленки происходит на стеклянном или другом диэлектрическом основании (подложке). В качестве исходного материала используют металлический хром, нихром или танталовую фольгу. В зависимости от толщины пленок и условий их нанесения параметры пленочных металлизированных резисторов можно регулировать в довольно широких пределах. Например, если нанесение танталовых пленок производить в атмосфере азота, происходит осаждение пленок нитрида тантала с более высоким поверхностным сопротивлением и улучшенной стабильностью. Однако при прочих равных условиях применения резистивных пленочных материалов необходимо учитывать дефицитность тантала и его высокую стоимость.

Сплавы выпускают в виде сыпучих порошков с размерами частиц 40—70 мкм и применяют для получения тонкопленочных резисторов, в том числе и прецизионных, в микросхемах общего и частного применения.

Сплавы марки МЛТ многокомпонентные и содержат кремний, железо, хром, никель, алюминий, вольфрам, а некоторые из них и лантаноиды. Выпускают в виде мелкозернистых порошков. Сплавы отличаются большой стойкостью к окислителям и воздействию различных химически активных сред. При изготовлении тонкопленочных дискретных резисторов наиболее широко применяется сплав МЛТ-ЗМ.

Кремневые резистивные пленки содержат диэлектрическую и проводящую фазы. Эти пленки наносят методом испарения в вакууме смеси порошков металлов (Сг, Ni, Fe) и оксидов (SiO, Nd2O3, TiO2 ), причем соотношение между количеством тех и других компонентов определяет основные свойства пленок. Кремневые пленки отличаются хорошей однородностью свойств, повышенной термостойкостью; широко используют для изготовления резисторных микросборок.

Из металлооксидных резистивных пленок наибольшее применение нашли пленки двуокиси олова. Для их нанесения используются различные методы, но наиболее распространен метод термического разложения хлористого олова. Полученные пленки отличаются плотной мелкозернистой структурой. Прочность сцепления этих пленок с керамическим или стеклянным основанием во много раз превосходит прочность сцепления металлических пленок и достигает 20 МПа. Эти пленки устойчивы к истиранию и весьма устойчивы химически, что позволяет выпускать на их основе не только постоянные, но и переменные резисторы.

Композиционные резистивные материалы представляют собой механические смеси мелкодисперсных порошков металлов и их соединений с органической или неорганической связкой. В качестве проводящей фазы используют как проводники — порошки серебра, палладия, так и полупроводниковые материалы, такие, как оксиды этих металлов, карбиды кремния, вольфрама. В качестве связующих веществ применяют диэлектрические материалы — термопластичные и термореактивные (полимеры, порошкообразное стекло, неорганические эмали).

Композиционные материалы сочетают в себе ряд ценных свойств: большое удельное сопротивление, слабо зависящее от температуры; возможность управления электрическими свойствами путем изменения состава, сравнительно простая технология изготовления. Композиции, содержащие органические связующие вещества, сравнительно легко подвержены действию влаги и повышенной температуры. Предельные рабочие температуры их не выше 150° С. В композициях с неорганическими связующими веществам (стекло, эмаль) после спекания при высоких температурах достигается высокая влагостойкость и теплостойкость вплоть до 350° С, но верхний предел сопротивлений резисторов снижается, увеличивается нелинейность и собственные шумы.

Основными недостатками композиционных материалов являются повышенный уровень собственных шумов, зависимость сопротивления от частоты, старение при длительной нагрузке.

Углеродистые материалы используют в качестве пленочного резистивного материала в виде проводящих модификаций углерода: природного графита, сажи, пиролитического углерода. Резистивные свойства этих материалов сильно зависят от степени их дисперсности и составляют в среднем: удельное сопротивление 8—50 мкОм-м, В качестве связующих веществ применяют лаки, термопластичные и термореактивные смолы.

На основе углеродистых материалов изготавливают сравнительно дешевые пленочные резисторы широкого применения.

2.)Физико-химические свойства резин

Вулканизация улучшает как нагревостоикость, так и холодостойкость каучука повышает его механическую прочность и стойкость к растворителям. В зависимости от количества серы, добавляемой к каучуку, при вулканизации получают различные продукты: при 1—3% серы—мягкую резину, обладающую весьма высокой растяжимостью, и упругостью, а при 30—35% серы—твердую резину (эбонит) — твердый материал, обладающий высокой стойкостью к ударным нагрузкам. Относительное удлинение при разрыве для различных», технических ‘резин ‘составляет 150—500%, а для эбонита2—6% .’ (остаточное удлинение—соответственно 10—45% и 0,8—1,2%).

Помимо каучука и серы при изготовлении, резины и эбонита в сосштав резиновой смеси вводят различные наполнители (мел, тальк и пр.), а также красители, катализаторы (ускорители) процесса вулканизации и другие вещества

Резину широко применяют в электропромышленности для изоляции установочных и монтажных проводов, гибких переносных проводов и кабелей. Она употребляется также для изготовления защитных перчаток, галош, ковриков и изоляционных трубок, применяемых при монтаже проводов. К недостаткам резины как электроизоляционного материала следует отнести низкую нагревостоикость (при нагреве резина стареет, становится хрупкой и трескается), малую стойкость к действию нефтяных масел в которых резина набухает и других неполярных жидкостей (бензол, бензин и пр.); малую стойкость к действию света, особенно ультрафиолетового, под влиянием которого резина быстр о стареет. Губительно действует на резину озон, образующийся при ионизации в воздушных включениях или в окружающем воздухе: озон резко ускоряет старение резины, в особенности работающей в растянутом состоянии; в этих случаях образующиеся при начавшемся старении трещины имеют тенденцию к увеличению и озон по ним проникает в глубь материала. В связи с этим применение резины для работы при высоких напряжениях, когда может иметь место ионизация воздуха, сопряжено с большими затруднениями. Содержащиеся в резине остатки свободной (не связанной химически с каучуком) серы могут оказывать вредное действие на медь, соприкасающуюся с резиной, особенно при повышенной температуре: медь соединяется с серой, образуя сернистую медь. Поэтому недопустимо непосредственно накладывать обычную резиновую изоляцию на медную жилу кабельного изделия; предварительно медь покрывают так называемым разделителем — слоем олова либо другого не подверженного влиянию серы металла или бумагой. На алюминиевые жилы резина может накладываться непосредственно, без разделителя.

Читайте также:  Принцип работы стартера автомобиля устройство, схема и назначение; АвтоНоватор

В последнее время широко применяют тиурамовую резину, при изготовлении которой берут не чистую серу, а тиурам — органическое сернистое соединение, при нагреве передающее часть содержащейся в нем серы каучуку, что и обеспечивает вулканизацию; тиурамовая резина не содержит свободной серы, и потому ее можно накладывать непосредственно на медь. Кроме того, тиурамовая резина обладает более высокой нагревостойкостью: так, в кабельных изоляциях для сернистых резин допускаётся рабочая температура -+55°С, а для тиурамовых резин+65°С (если тиурамовая резина защищена свинцовой или поливинилхлоридной оболочкой, даже до +80°С).

Резины, содержащие в качестве наполнителя сажу и имеющие, поэтому черный цвет, обладают хорошими механическими свойства, но электроизоляционные свойства их низки. Поэтому сажевые резины в электротехнике используют лишь в тех случаях, когда от них не требуются высокие электрические свойства; пример — наружные защитные оболочки (шланги) резиновых кабелей

Чистый каучук фактически неполярен; он имеет проводимость порядка 1014Ом∙м; ε=2,4; tg∙δ =0,002.

Свойства резины сильно зависят от состава резиновой смеси и от технологии; для обычных электроизоляционных резин Е пр = 20÷30МВ/м.

Эбонит для целей электротехники выпускается в виде листов (досок), палок и трубок. Он хорошо поддается механической обработке и применяется для различных изделий, преимущественно в технике слабых токов, для аккумуляторных баков и т. п. В последние годы эбонит в значительной степени вытеснен пластмассами, не содержащими каучука.

В течение многих лет натуральный каучук добывали исключительно в тропических странах, сначала из дикорастущих каучуконосных деревьев (Бразилия), затем из тех же деревьев, но разводимых на каучуковых плантациях (Индонезия, Шри Ланка и др.).

До Великой Октябрьской социалистической революции каучук в Россию полностью ввозился из-за границы. Партия и Правительство приняли ряд мер для ликвидации зависимости советской индустрии от импорта этого продукта посредством получения отечественного каучука. Эта задача была разрешена как нахождением отечественных растений-каучуконосов (например, кок-сагыз), так и, главным образом, разработкой способов промышленного получения синтетического каучука СК; натуральный каучук — НК. Сырьем для получения СК служат спирт, нефть и природный газ. В кабельной промышленности резины для защитных оболочек изготовляются исключительно на основе СК, а в изоляционных смесях более половины НК заменяется на СК

Бутадиеновый каучук (СКВ) получается, при полимеризации газообразного углеводорода бутадиена (дивинила) Н а С=СН-СН=СН а

При полимеризации в присутствии катализатора (металлического натрия) бутадиен дает СКВ, цепочки молекул которого имеют вид

Таким образом, по составу СКВ близок к НК, который мы можем представить как полимер углеводорода изопрена (метилдивинила)

СКВ, используемый для электрической изоляции, должен быть тщательно отмыт от остатков катализатора (натрия), которые могут ухудшать его электроизоляционные свойства. При нагреве до 200—300°С СКВ (без добавки вулканизирующих веществ) дополнительно полимеризуется за счет частичного разрыва двойных связей и переходит в эскапон, по механическим свойствам приближающийся к эбониту, но более нагревостойкий и мало подверженный действию кислот и органических растворителей. По мере увеличения времени полимеризации материал получается все более твердым. Эскапон, название которого происходит от первых букв слов «синтетический каучук» и фамилии изобретателя материала Л. Т. Пономарева, имеет высокие электроизоляционные свойства (ρ около 1015 Ом∙м; ε = 2,7÷3,tg δ около 5∙10-4), что объясняется неполярной природой этого пространственного полимера чисто углеводородного состава. На основе эскапона изготовляется целый ряд электроизоляционных материалов (лаки, лакоткани, компаунды и т. п.).

Бутадиен-стирольный каучук (СКС) получается при совместной полимеризации бутадиена и стирола. По электроизоляционным свойствам СКС приближается к НК. Он обладает повышенной нагревостойкостью, маслостойкостью и бензиностойкостью.

Бутилкаучук получают совместной полимеризацией изобути-лена

с небольшим количеством изопрена или бутадиена. Число двойных связей в молекуле бутилкаучука значительноменьше, чем в СКВ или СКС; этим обусловлена относительно высокая нагревостойкость бутилкаучука и резин на его основе, а также повышенная его стойкость к действию кислорода, озона и кислот. Его газопроницаемость в 10—20 раз меньше, чем НК; эластичность его относительно невысока, но сохраняется и при температурах ниже -60°С, что характеризует высокую холодостойкость бутилкаучука.

Технология напыления тонких пленок

В настоящее время на производственных предприятиях микроэлектронной промышленности выявляется потребность в нанесении тонких металлических и диэлектрических пленок на различные поверхности. Тонкие пленки широко применяются в качестве упрочняющих, светоотражающих, проводящих и диэлектрических покрытий. Чаще всего данные виды работ ведутся в НИИ для получения и исследования новых перспективных материалов как для микроэлектронной промышленности, так и для устройств наноэлектроники.

Самое простое применение тонких пленок — декоративное — создание зеркал и покрытий для ювелирных изделий. Однако, в основном, покрытия малых толщин используются в НИИ для изучения электрических свойств новых материалов при формировании контактов; при нанесении резистивных и проводящих покрытий в промышленности и при изготовлении элементов интегральных микросхем в микроэлектронике; в создании светофильтров, отражающих и светопроводящих покрытий оптоэлектроники; современных литографических процессах.

Современные методы получения тонкопленочных структур

В последние годы, благодаря интенсивным экспериментальным и теоретическим исследованиям, в технологии тонких пленок достигнут значительный прогресс. В зависимости от решаемой задачи, в распоряжении исследователей имеются различные методики получения образцов, гарантирующие воспроизводимые и стабильные характеристики конечного продукта.

Таблица 1. Методы нанесения тонкопленочных покрытий

Рабочая среда: вакуум 10-2…10-3 Па.

Испарение металлов резистивным нагреванием

Металлические покрытия: Al, Ag, Cu, Zn, Cd, Cr, Ni, Co, Si

Высокая скорость осаждения. Возможность получения толстых покрытий

Недостаточно плотная структура покрытий. Невысокие механические свойства

Рабочая среда: вакуум 10-4…10-3 Па реактив. газы N2, O2, CH4.

Испарение металлов сфокусированным электронным пучком с дополнительной ионизацией

Металлические покрытия: Al, Ag, Cu,Ti, Cr, Ni, Co, Si

Керамические покрытия: TiN, ZrN, TiC, ZrC, TiCN, ZrCN, Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ZrO2/Y2O3

Высокая скорость осаждения. Возможность получения толстых покрытий (до 200 мкм). Высокая чистота покрытий (минимум примесей)

Трудно обеспечить равномерность толщины и стехиометрии на изделиях сложной конфигурации. Низкая степень загрузки изделиями объема рабочей камеры

Рабочая среда: вакуум 10-5…10-3 Па.

Испарение материалов различного состава лазерным импульсом длительностью от мкс до фс.

Покрытия для микроэлектроники: Sb2S3, As2S3, SrTiO3, BaTiO3, GaAs

Алмазоподобные покрытия (DLC) с высокими характеристиками

Получение покрытий сложных соединений Высокая чистота покрытий (минимум примесей)

Рабочая среда: вакуум 10-3…10-2 Па. Реактив. газы N2, O2, CH4;

Испарение металлов в катодном пятне дугового разряда. Осаждение покрытий с высокой степенью ионного воздействия

Металлические покрытия: Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Ni, Co,Si, MCrAlY (M=Ni, Co)

Керамические покрытия: TiN, ZrN, CrN, TiC, TiCN, ZrCN, TiAlN, AlCrN, TiO2, ZrO2

Нанокомпозиты: TiAlN/Si3N4, AlCrN/Si3N4.

Высокая скорость осаждения. Относительная простота технической реализации. Эффективная ионная очистка изделий перед нанесением покрытий. Высокие свойства керамических покрытий

Наличие в структуре покрытий микрокапельной металлической фазы. Относительно высокие температуры осаждения покрытий

Рабочая среда: чистые газы Ar, N2, O2, CH4;

Ионное распыление металлов в магнетронном разряде

Полный спектр металлических покрытий: Al, Ag, Au,Cu, Zn, Sn, Cd Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Ni, Co, Si, MCrAlY (M=Ni, Co) и др.

Керамические покрытия: TiN, ZrN, CrN, TiC, TiCN, ZrОN, TiAlN, AlCrN, TiBN CrAlTiYN, TiO2, ZrO2, Al2O3, SiO2.

3D: TiAlN/Si3N4, TiN/BN, AlCrN/Si3N4, ZrN/Cu, ZrO2/Al2O3.

2D: TiN/NbN, TiN/CrN, TiN/AlN, CrN/AlN, TiN/CN.

Плотная микро- (нано-) кристаллическая структура металлических и керамических покрытий при полном отсутствии капельной фазы

Читайте также:  Можно ли возить ребенка на переднем сиденье в автокресле и бустере

Возможность нанесения покрытий на термочувствительные материалы при низких температурах

Наиболее широкий спектр покрытий различного назначения;

высокая скорость осаждения;

высокие свойства металлических и керамических покрытий

Относительная сложность технической реализации метода при получении реактивных (керамических) покрытий.

Относительно высокая стоимость оборудования

Скорость осаждения Cu для 300 Вт — 125 Å/мин

Скорость осаждения Ni и Cr для 200 Вт — 45 Å/мин

Скорость осаждения Cu, V и др. для 70% мощности — 0,33 Å/с

Скорость осаждения Ni для 25% мощности — 0,25 Å/с

Методы получения пленок подразделяются на физические (PVD — Physical Vapor Deposition), химические и промежуточные газофазные химические методы (CVD — Chemical Vapor Deposition). Все методы нанесения пленок характеризуются такими параметрами как скорость получения покрытий и диапазон достигаемых толщин. Для РVD и CVD эти параметры, соответственно, обычно находятся в пределах 1…1000 мкм/ч и 0,01…10 (100) мкм. Для химических методов они составляют 100…1000 мкм/ч и 0,1…1000 мкм; для взрывных (детонационных) и плазменных методов — до 10…100 мм/ч и 0,1…10 мм, соответственно.

Процесс получения пленочных покрытий сопровождается рядом специфических явлений. Рост пленки происходит в два этапа: образование зародыша на поверхности подложки и рост зародыша. При взаимодействии двух атомов друг с другом между ними может возникнуть химическая связь. В результате атомы дольше остаются на поверхности и успевают присоединить следующий атом и т.д. Так образуются скопления адсорбированных атомов, более длительное время связанных с подложкой и имеющих тенденцию к дальнейшему росту, который происходит за счет присоединения мигрирующих по поверхности атомов, падающих атомов и более мелких кластеров. Таким образом, на поверхности формируется сеть объединенных кластеров, затем происходит их объединение, и образуется сплошная пленка. При этом в зависимости от скорости осаждения, природы подложки и типа осаждаемого материала возможны три типа роста пленки:

– послойно-островковый, или смешанный рост.

Тип роста определяется взаимодействием атомов пленки с атомами подложки и между собой. Островковый рост происходит, если осаждаемые атомы напыляемой пленки сильнее взаимодействуют между собой, чем с атомами подложки. Послойный рост происходит при образовании больших по площади двумерных зародышей на поверхности подложки вследствие того, что атомы напыляемого материала сильнее связываются с атомами подложки. Послойно-островковый рост имеет место, когда островки начинают расти после того, как сформируется пленка толщиной в несколько атомных монослоев.

Рассмотрим особенности методов магнетронного распыления и термовакуумного испарения на примере установки CS-1000 Sputter & PVD Deposition System фирмы Asia Pacific Systems Inc. (см. рис. 1, 2).

Установка CS-1000 обеспечивает реализацию двух методов нанесения — термовакуумного и магнетронного.

Преимущества и недостатки этих методов

Магнетронное распыление

Работа магнетронного распылительного устройства (см. рис. 3) основана на свойствах катодной области аномального тлеющего газового разряда, в которой катод (мишень) распыляется под действием ионной бомбардировки. Приложенное в области катода перпендикулярно электрическому магнитное поле позволяет снизить рабочее давление плазмообразующего газа без уменьшения интенсивности ионной бомбардировки и улучшить условия транспортировки распыляемого вещества к подложке. Это происходит благодаря уменьшению рассеяния, вызванного соударениями с молекулами газа. Между катодом и подложкой возникает зона низкотемпературной плазмы. Распыляемые частицы осаждаются в виде тонкого слоя, а также частично рассеиваются и осаждаются на стенках рабочей камеры.

При использовании разряда постоянного тока (DC-магнетрон) можно распылять различные металлы и их сплавы (ванадий, хром, никель, титан, медь, серебро, нержавеющая сталь, латунь, бронза и др.), а также получать их химические соединения, добавляя в плазмообразующий газ (аргон) соответствующие реактивные газы (кислород, азот и др.).

Так, если в содержащую титановую мишень систему во время распыления вводить азот, то можно получить пленку нитрида титана, а введение, например, кислорода, позволяет получать на поверхности подложки пленку двуокиси титана.

Варьируя содержание реактивного газа и скорость напыления, удается получать пленки разной толщины, химического и фазового состава.

– Ar для напыления Cu, Cr, Ni, V и т.д.;

– O2 для очистки подложек в ВЧ-плазме и напыления оксидов VxOx-y (CuxOx-y и т.д.) в совокупности с Ar;

– N2 для напыления нитридов различных материалов.

DC-магнетрон является современным вариантом устройства катодного распыления материалов в вакууме с использованием источника постоянного тока для нанесения проводящих покрытий на изделия. Принцип его действия основан на явлении физического распыления катода (материала мишени) ускоренными ионами рабочего газа, которые бомбардируют поверхность мишени под действием приложенного отрицательного потенциала.

Характерной особенностью магнетронов является использование специальной магнитной системы, которая создает над распыляемой мишенью замкнутое по контуру туннелеобразное магнитное поле. Благодаря этому полю создаются условия для получения локализованной плазмы высокой плотности и, соответственно, высокой плотности ионных токов, распыляемых мишенью. В результате достигается высокая производительность распыления материалов. Конструктивные принципы построения магнетронных устройств позволяют достаточно просто реализовать задачу нанесения однородных покрытий на широкоформатные поверхности.

Адгезия металлических слоев с подложкой у пленок, полученных магнетронным способом, существенно выше, чем у таких же пленок, полученных термовакуумным напылением, при сравнимых скоростях напыления. Это связано с более высокой энергией конденсирующихся частиц при магнетронном распылении и дополнительной активацией поверхности действием плазмы.

В отличие от других способов нанесения тонкопленочных покрытий, способ магнетронного распыления позволяет достаточно тонко регулировать толщину металлического слоя, а значит, его сопротивление, что очень важно при создании структур с определенной проводимостью.

Метод магнетронного распыления позволяет получать тонкие пленки высокого качества с рекордными физическими характеристиками (толщина, пористость, адгезия и пр.), а также проводить послойный синтез новых структур (структурный дизайн), создавая пленку буквально на уровне атомных плоскостей.

Термовакуумное испарение

Суть процесса термовакуумного испарения (см. рис. 4) состоит в переводе осаждаемого материала с помощью нагрева в парогазовую фазу. Образующийся при этом парогазовый поток в высоком вакууме распространяется прямолинейно, т.к. отсутствует соударение с молекулами остаточного газа — длина свободного пробега молекул в остаточном газе на порядок превышает расстояние от источника до подложки; газ попадает на подложку, поверхность которой холоднее источника пара; при этом происходит конденсация и образование пленки.

Заключение

В настоящее время Россия входит в этап активного освоения современных технологий производства микроэлектроники и нанотехнологий. Современное производство требует перестройки технологического процесса под реалии современности. Потенциальные возможности применения магнетронных распылительных систем в настоящее время еще далеко не полностью выяснены и реализованы, но уже сейчас применение магнетронных установок весьма широко распространено. Они заняли прочные позиции в технологиях изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. В частности, эти системы применяются для формирования контактов на поверхности полупроводниковых и пассивных элементов схем: например, при изготовлении резистивных пленок гибридных микросхем, магнитных пленок, низкоомных контактов, создании новых многокомпонентных тонкопленочных материалов и т.д.

Компания AP Systems — партнер ЗАО Предприятие Остек — создает индивидуальные установки напыления тонких пленок различными методами под конкретные нужды клиента. Клиент получает новейшее оборудование, отвечающее всем современным стандартам качества. Специалисты компании готовы разработать индивидуальную технологию, специальную оснастку и решить стоящие перед клиентом задачи. Тщательная проработка проекта специалистами Предприятия Остек позволит добиться улучшения эффективности и технологичности производства заказчика.

icro@ostec-smt.ru, старший инженер отдела сервиса направления производства электронных компонентов ЗАО Предприятие Остек.

Читайте также:  Вибрация или бьёт руль при торможении - в чём могут быть причины

Окончил Рязанский Государственный Радиотехнический университет с красным дипломом, инженер по специальности «физическая электроника».

Работал технологом на предприятии производства лазерных и усилительных оптоволоконных систем ООО «ВОЛИУС», последние три года — инженером сервиса в ЗАО «Предприятие Остек».

Высокостабильные тонкопленочные чип-резисторы фирмы Phycomp

Новые высокостабильные тонкоплёночные чип-резисторы фирмы Phycomp, входящей в группу Yageo, прекрасно удовлетворяют жёстким требованиям, предъявляемым к современной электронике, особенно цифровой и высокочастотной аппаратуре. Выпускаемые с типоразмерами корпуса до 0402, эти резисторы имеют все преимущества тонкопленочной технологии: малое отклонение сопротивления от номинала, низкий и стабильный температурный коэффициент сопротивления (ТКС) и отличные рабочие характеристики на высоких частотах.

Конструкция тонкопленочного резистора показана на рис.1. В отличие от печатного метода изготовления резисторов, применяемого при производстве толстопленочных резисторов, тонкопленочные резисторы изготавливаются с помощью напыления на керамическое основание слоя проводящего материала (обычно нихромовой пленки). Благодаря технологии напыления основание покрывается однородной, очень тонкой пленкой (толщина ее составляет около 50 нм)с очень малым отклонением сопротивления от номинала (до 0,1%) и исключительно низким ТКС (до 25 ppm/K). Такого низкого ТКС удается достичь вследствие того, что нихромовая пленка очень устойчива к изменениям окружающей температуры. Это резко контрастирует с толстопленочными резисторами, резистивная паста которых содержит серебро, что приводит к тому, что ТКС у этих резисторов составляет 50 ppm/K и выше. Графики ТКС толстопленочных и тонкопленочных резисторов представлены на рис.2.

Кроме того, новые тонкопленочные резисторы фирмы Phycomp имеют низкие паразитные параметры, низкий уровень электрических шумов и отличные рабочие характеристики на высоких частотах. Все это позволяет использовать эти резисторы в различной высокочастотной и цифровой аппаратуре, включая телекоммуникационное оборудование, системы электронной обработки данных (EDP), компьютерную и цифровую бытовую технику.

Параметры Значения
Типоразмеры корпуса 1206,0805,0603,0402
Диапазон номинальных сопротивлений

Примечания. Стандартный ряд сопротивлений тонкопленочных резисторов — Е96, под заказ — Е192. Резисторы с меньшим отклонением от номинала и более низким ТКС поставляются под заказ.

Размеры тонкопленочных резисторов значительно меньше, чем у аналогичных толстопленочных резисторов. Тонкопленочные резисторы с отличными рабочими характеристиками могут использоваться в измерительном и испытательном оборудовании, портативных компьютерах, датчиках подушек безопасности и в системе управления двигателем автомобиля.

Преимущества тонкоплёночной технологии

Сравнение толстопленочной и тонкопленочной технологий изготовления чип-резисоров приведено в табл. 2 и 3.

Тонкопленочные резисторы Толстопленочные резисторы
Резистивный слой напыляется Резистивный слой наносится методом печатного монтажа
Однородная резистивная пленка Резистивная паста с гранулами
Резистивный материал с низким уровнем потерь и высокойстабильностью параметров Стандартный резистивный материал
Низкие паразитные параметры Высокие паразитные параметры
Высокая стабильность на высоких частотах,низкий уровень шумов Резонанс параллельного контура (резонанс токов)
Малая высота (low profile) Высота больше,чем у тонкопленочных резисторов
Малые отклонения сопротивления от номинала Стандартные отклонения сопротивления от номинала
Высокая плотность размещения в электронном оборудовании Ограниченная плотность размещения в электронном оборудовании
Параметры Тонкопленочные резисторы Толстопленочные резисторы
Стандартная точность 0,1%, 0,5% 1%, 5%
ТКС 25 ppm/K 100…250 ppm/K
Стабильность отличная хорошая
Рабочие характеристики на высоких частотах отличные хорошие
Уровень шумов низкий (см.рис.3) средний
Воздействие 3 й гармоники (нелинейность) малое среднее
Отклонение сопротивления от номиналав зависимости от срока службы (life drift) 0,1% 0,5%
Отклонение сопротивления от номинала в зависимости от колебания температуры (temperature drift) 0,1% 0,2%
Стабильность после:

На рис. 3 показаны графики зависимости уровня электрических шумов от величины сопротивления для тонкопленочных и толстопленочных резисторов. При сопротивлении приблизительно до 10 кОм уровень шумов остается почти постоянным, а затем начинает возрастать. Тем не менее, уровень электрических шумов у тонкопленочных резисторов существенно ниже, чем у их толстопленочных аналогов (более чем на порядок).

Применение тонкоплёночных резисторов

Превосходные рабочие характеристики тонкопленочных резисторов дают возможность использовать их в различных областях современной электроники.

Основными областями применения тонкопленочных резисторов являются:

  1. Системы электронной обработки данных:
    • принтеры;
    • материнские платы компьютеров;
    • серверы;
    • сканеры.
  2. Промышленное электрооборудование:
    • конверторы (преобразователи DC/DC);
    • испытательное и измерительное оборудование.
  3. Телекоммуникационное оборудование:
    • радиостанции;
    • системы защиты информации (доступа).
  4. Автомобильная электроника:
    • система подушек безопасности;
    • система подачи топлива.
  5. Бытовая техника:
    • аудиоусилители;
    • системы настройки радиочастот (тюнеры);
    • жидкокристаллические дисплеи (ЖКД).

Использование тонкоплёночных резисторов в цепях питания микропроцессоров

Ведущие производители микропроцессорной техники, такие, как фирма Intel, проектируют источники питания компьютеров таким образом, чтобы избежать или ограничить возможность появления неисправностей компьютера. Intel предлагает применять 2 типа регуляторов напряжения питания микропроцессора: линейный и импульсный.

Большинство персональных компьютеров имеют блоки питания, преобразующие напряжение сети (220 В переменного тока)в постоянное напряжение 5 В или ниже. Это напряжение должно соответствовать требованиям стабильности.Чтобы обеспечить соблюдение данных требований, между блоком питания компьютера и процессором устанавливается регулятор напряжения, который защищает процессор от возникающих в цепи питания помех.Регулятор напряжения устанавливается в непосредственной близости от процессора (рис.4).

Линейные регуляторы напряжения использовать выгоднее, чем импульсные, потому что, несмотря на более низкий КПД и бoльшую по сравнению с импульсными рассеиваемую мощность, они быстрее реагируют на изменения нагрузки, на них требуется меньше компонентов, и они дешевле.

Однако для стабилизации выходного напряжения у регуляторов обоих типов всегда используются прецизионные резисторы обратной связи (рис.5). В качестве таких резисторов удобно применять тонкопленочные чип-резисторы фирмы Phycomp.

Современные процессоры Pentium фирмы Intel требуют входного напряжения 3 В с максимальной пульсацией до 3% (30 мВ). Однако пульсации напряжения в цепи питания могут превышать этот предел, например, при сильных изменениях нагрузки и условий окружающей среды, и резисторы обратной связи в этом случае служат для сглаживания и снижения изменений питающего напряжения. Для обеспечения максимального отклонения напряжения от номинального уровня не более 3% резисторы должны иметь отклонение от номинала (допуск) не более 0,3%. Тонкопленочные резисторы фирмы Phycomp соответствуют этому требованию.

В таблице 4 показана точность тонкопленочных и толстопленочных резисторов в цепях питания процессоров Pentium. Сравнение показывает явное преимущество тонкопленочных резисторов, как в составе делителя напряжения, так и в простой цепи обратной связи с одним чип-резистором.

Параметры Тонкопленочные резисторы Толстопленочные резисторы
Единичный резистор Делитель напряжения Единичный резистор Делитель напряжения
Допуск 0,1% 0,2% 0,5% 1%
Life drift 0,1% 0,05% 0,5% 1%
Temperature drift 0,1% 0,05% 0,2% 0,4%
Суммарное отклонение 0,3% 0,3% 1,2% 2,4%

Применение тонкоплёночных резисторов в схемах обработки сигналов

Тонкопленочные резисторы фирмы Phycomp с их очень низким уровнем электрических шумов идеально подходят для использования в цепях обратной связи операционных усилителей (ОУ), например, в схемах обработки сигналов.

Стандартный ОУ в схеме обработки сигналов обеспечивает независящее от нагрузки выходное напряжение и защищает входной сигнал от влияния нагрузки. Низкий уровень электрических шумов является главным требованием к ОУ, так как это определяет качество выходного напряжения U вых.(рис.6).

Уровень шумов на выходе ОУ определяется не только качеством работы самого усилителя, но и резисторами обратной связи. На высоких частотах и при большом сопротивлении уровень шумов тонкопленочного резистора примерно в 100 раз ниже уровня шумов толстопленочного резистора. При стандартном входном напряжении 2 В и уровне шумов 10 мкВ/В (для толстопленочного резистора)шум на выходе ОУ будет составлять 2 мВ. При тех же условиях при использовании тонкопленочных резисторов с уровнем шумов 0,1 мкВ/В на выходе ОУ уровень шума будет не более 0,02 мВ.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector