Научная статья на тему 'АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ НА СТАБИЛЬНОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТОЛСТОПЛЕНОЧНОГО РЕЗИСТОРА'

АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ НА СТАБИЛЬНОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТОЛСТОПЛЕНОЧНОГО РЕЗИСТОРА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
4
1
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
толстопленочный резистор / нитрид алюминия / импульс / стабильность / thick-film resistors / aluminum nitride / pulses / stability

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — В.А. Сокуренко, Д.О. Светлаков

Проведен анализ воздействия импульсов напряжения прямоугольной формы на стабильность сопротивления толстопленочных резисторов, изготовленных на нитриде алюминия и применяемых в качестве защиты от кратковременного скачка тока в системах питания бортовых систем.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — В.А. Сокуренко, Д.О. Светлаков

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ANALYSIS OF THE EFFECT OF RECTANGULAR VOLTAGE PULSES ON THE RESISTANCE STABILITY OF A THICK-FILM RESISTOR

The analysis of the effect of rectangular voltage pulses on the resistance stability of thick-film resistors made on aluminum nitride and used as protection against a short-term current surge in power supply systems of on-board systems is carried out.

Текст научной работы на тему «АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ НА СТАБИЛЬНОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТОЛСТОПЛЕНОЧНОГО РЕЗИСТОРА»

УДК 621.3.028.2

АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ НА СТАБИЛЬНОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТОЛСТОПЛЕНОЧНОГО

РЕЗИСТОРА

В. А. Сокуренко*, Д. О. Светлаков

Акционерное общество «Научно-производственный центр «Полюс» Российская Федерация, 634041, г. Томск, пр. Кирова, 56 «в» E-mail: sokurenko.sl.08@mail.ru

Проведен анализ воздействия импульсов напряжения прямоугольной формы на стабильность сопротивления толстопленочных резисторов, изготовленных на нитриде алюминия и применяемых в качестве защиты от кратковременного скачка тока в системах питания бортовых систем.

Ключевые слова: толстопленочный резистор, нитрид алюминия, импульс, стабильность.

ANALYSIS OF THE EFFECT OF RECTANGULAR VOLTAGE PULSES ON THE RESISTANCE STABILITY OF A THICK-FILM RESISTOR

V. A. Sokurenko*, D.O. Svetlakov

Stock Company "Scientific & Industrial Centre "Polyus" Russian Federation, 634041, Tomsk, pr. Kirov, 56 "v" E-mail: sokurenko.sl.08@mail.ru

The analysis of the effect of rectangular voltage pulses on the resistance stability of thick-film resistors made on aluminum nitride and used as protection against a short-term current surge in power supply systems of on-board systems is carried out.

Keywords: thick-film resistors, aluminum nitride, pulses, stability.

Большой интерес и практическую значимость для космической отрасли представляют разработки элементов, имеющих высокую надежность и отказоустойчивость в системах питания бортовых систем.

Одним из наиболее важных вопросов, касающихся свойств резистивных пленок, является долговременная стабильность значений сопротивления элементов при различных воздействиях. Электротермические и импульсные нагрузки представляет собой основные факторы, которые влияют на изменение номинала резистора в процессе эксплуатации [1]. Наряду с этим импульсное воздействие также является одним из способов стабилизации сопротивления резисторов [2].

Таким образом тестирование компонентов при воздействии импульсной нагрузки служит необходимой операцией, позволяющей одновременно замедлить процессы старения пленки и дать оценку качества изготавливаемых структур.

Цель данной работы - анализ воздействия импульсов напряжения прямоугольной формы на стабильность сопротивления толстопленочного резистора, изготовленного из низкоомной пасты оксида рутения, на подложках из нитрида алюминия (AlN).

Для исследования были выбраны резисторы с сопротивлением ^=(0,2±0,03) Ом на основе пасты ПРУ-НА-10 для AlN с удельным сопротивлением р=10 Ом/и.

Спекание проводниковых и резистивных паст с очищенными в ультразвуковой ванне керамическими подложками из ЛШ проводилось в конвейерной печи ПЭК-8 в соответствии с термопрофилями, указанными в технических условиях на пасты. Затем резисторы монтировались на плиту из сплава АМг6 через теплопроводящий клей ЭТК-9С. Дополнительно осуществлялся контроль температуры на поверхности резистора при помощи термопары типа К. Падение напряжения и форма сигнала контролировались осциллографом. Исследуемый резистор нагружали в диапазоне Ц=0^8 В с дискретностью 1 В. Генератор позволяет выдавать сигналы прямоугольной формы со скважностью импульса у=50 %. Частота сигнала изменялась от 1 до 125 кГц, что позволило изменять длительность импульса т в диапазоне от 0,5 мс до 4 мкс. Время воздействия импульсов напряжения прямоугольной формы составляло 15 мин на каждое изменение напряжения, при этом среднее число импульсов на каждое изменение напряжения составило #=8П10 . По истечении данного времени при помощи амперметра и осциллографа рассчитывался импеданс сопротивления резистивной пленки по импульсному току Zpulsed, после чего резистор отключался от электрической цепи и при достижении комнатной температуры пленки измеряли сопротивление по постоянному току на миллиомметре Нюк1 1ш3541 для обнаружения изменения сопротивления. На рис. 1 и 2 представлено изменение сопротивления в момент воздействия импульсов 8Zpulsed от напряжения и частоты сигнала в миллисекундной и микросекундой области длительности импульса.

012345678

и, В

Рис. 1. Изменение импеданса сопротивления 5Zpulsed от импульсного напряжения прямоугольной формы и частоты в миллисекундной области длительности импульса: 1 - т = 0,5 мс Ц= 1 кГц); 2 - т = 0,1 мс Ц = 5 кГц); 3 - т = 0,05 мс Ц = 10 кГц)

012345678

и, В

Рис. 2. Изменение импеданса сопротивления 5Zpulsed от импульсного напряжения прямоугольной формы и частоты в микросекундной области длительности импульса: 1 - т = 25 мкс Ц = 20 кГц); 2 - т = 10 мкс Ц = 50 кГц); 3 - т = 5 мкс Ц = 100 кГц); 4 - т = 4 мкс Ц = 125 кГц)

По рис. 1 и 2 в диапазоне частот от 1 до 20 кГц импеданс сопротивления резистивной пленки в момент воздействия импульса уменьшается. Характер зависимости указывает на

наличие в структуре микроскопических динамических эффектов, которые обратимы после каждого пакета импульсов [1]. Воздействие импульсов на частоте выше 50 кГц изменяет характер зависимости на противоположный, наблюдается увеличение сопротивления. При этом измерение сопротивления по постоянному току 5^ос на миллиомметре показало, что сопротивление резистора необратимо увеличивается при напряжении выше 6 В (рис. 3.).

2,5 2

* 1,5

8 1

о- 1

ю 0,5 0

-0,5

>

(ГГГШММИ*

!! ........

..... /

»••••••••••••• ^р

1-5

0

1

4 и, В

Рис. 3. Изменение сопротивления 5Лос от напряжения и частоты по постоянному току: 1 - т = 0,5 мс (/ = 1 кГц); 2 - т = 0,1 мс (/= 5 кГц); 3 - т = 0,05 мс (/"=10 кГц);

4 - т = 25 мкс (/ = 20 кГц); 5 - т = 10 мкс (/ = 50 кГц); 6 - т = 5 мкс (/ = 100 кГц);

7 - т = 4 мкс (/ =125 кГц)

Дополнительно было проведено исследование влияния количества импульсов на изменение сопротивления по постоянному току 5^оС (рис. 4.). Параметры испытаний были выбраны на основе критической рассеиваемой мощности электрического поля резистора, при достижении которой температура на поверхности резистора составляет 155 °С. Мощность импульса соответствует 0,5 и 0,9 критической мощности.

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

с

о ^

ю

0

50

100

150 №106

200

250

300

Рис. 4. Изменение сопротивления в зависимости от количества импульсов длительностью 0,1 мс

и амплитудой 8 В по постоянному току: 1 - 0,5Р; 2 - 0,9Р

Результаты измерения стабильности при большом числе повторных импульсов показывают, что при 50% определяемого критического электрического поля изменение сопротивления после 300 миллионов импульсов составляет 0,05 %. При 90 % критической мощности наблюдается увеличение сопротивления до 0,7 % от исходного.

В результате проведенного анализа выявлено, что на стабильность сопротивления в основном влияют амплитуда и время длительности импульса. Максимальное изменение сопротивления от напряжения и частоты по постоянному току составило 2,4 % при

2

1

длительности импульса 4 мкс и амплитуде 8 В. Второстепенный вклад в изменение сопротивления на 0,7 % был зафиксирован при увеличении числа импульсов.

При увеличении амплитуды и уменьшении длительности импульса выделяемое тепло сосредоточивается внутри резистивного слоя и расходуется на структуризацию резистивного слоя и устранение скрытых дефектов [3].

Дальнейшая работа по данной тематике будет направленна на доработку установки импульсных испытаний с целью повышения амплитуды сигнала до 40 В и уменьшения длительности импульсов до 2 мкс.

Библиографические ссылки

1. Electrical Stress on Film Resistive Structures on Different Substrates / D. Bonfert, G. Klink, K. Bock, P. Svasta // 34th International Spring Seminar on Electronics Technology (ISSE). 2011. P. 307-312. DOI: 10.1109/ISSE.2011.6053879.

2. Stability of miniaturized non-trimmed thick- and thin-film resistors / T. Rovensky, A. Pietrikova, I. Vehec, L. Livovsky // Engineering. Microelectronics Reliability. 2018. Vol. 84. P. 8894. DOI: 10.1016/j.microrel.2018.03.011.

3. Теоретические аспекты импульсно-токовой стабилизации сопротивления тонкопленочных резисторов первичных преобразователей / К. Э. Уткин, П. А. Колосов, Б. В. Цыпин, И.В. Макаров // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2020. № 4 (34). С. 58-64. DOI: 10.21685/2307-5538-2020-4-7.

© Сокуренко В. А., Светлаков Д.О., 2022

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.