CC BY
12УДК 621.316.8
Исследование тензочувствительности и ТКС при изменении топологии тонкопленочных резисторов при подгонке
А.Н. Лугин
ОАО «Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов» (г. Пенза)
Подгонка тонкопленочных резисторов (ТИР), в том числе и наиболее прогрессивная - лазерная, влияет на их временную и температурную стабильность [1]. При этом всегда исследуется влияние реза на параметры резистивной пленки. Также с целью снижения температурного коэффициента сопротивления (ТКС) резисторов используется метод компенсации изменения сопротивления от температуры изменением сопротивления от тензоэффекта, характеризуемого тензочувствительностью [2].
Если в процессе эксплуатации ТИР можно исходить из данных технических условий на электрические параметры, то достижение этих параметров в процессе производства высокоточных ТИР наталкивается на определенные проблемы: высокие значения ТКС резисторов, полученные на операциях до и после подгонки, могут не соответствовать предъявленным требованиям и продукция бракуется. Результаты анализа доказывают, что этот эффект имеет место даже при использовании методов подгонки с минимальным воздействием зоны реза, такой как ультразвуковой, на температурный коэффициент сопротивления. На угловых участках топологии резистора, где ток меняет свое направление до 90°, наблюдается «стягивание» линий тока к внутреннему углу, в связи с чем меняется и расчетная величина сопротивления этих участков, что, в свою очередь, учитывая различную степень тензочувствительности ТИР к тензоэффекту по взаимно-перпендикулярным направлениям, ведет к изменению тензочувствительности в целом и характеризует неоднородность участков топологии. Учитывая все это и проводя предварительные расчеты согласно методике [3], можно предположить, что ТКС тонкопленочных резисторов зависит не только от влияния реза, наносимого при подгонке, но и от изменения неоднородности участков топологии резисторов, которая возникает в результате подгонки,
© А.Н. Лугин, 2014
т.е. ТКС зависит от изменения соотношения сопротивления взаимно-перпендикулярных фрагментов топологии резисторов.
Рассмотрим фрагмент топологии резистора типа «меандр» с участком для подгонки, широко применяемым в проектировании ТПР (рис.1). Ширина реза подгонки принята равной ширине промежутка между соседними резистивными полосами, т.е. 46. Численные данные расчета изменения сопротивления при проведении операции подгонки представлены в таблице.
Рис.1. Топология тонкопленочных резисторов типа «меандр»: а - до подгонки; б - после подгонки; участки фрагмента топологии: 1 - прямолинейный поперечный; 2 - угловой участок;
3, 4 - прямолинейный
Сопротивление топологического фрагмента в целом Я^ и его составляющих Япр и Яп до и после подгонки
Топологическая схема Яу Япр Яп"
Рис.1,а 3632,8 2433,6 1199,2
Рис.1,б (без участков 4) 4542,8 2271,4 2271,4
Рис.1,б (с участками 4) 5542,8 3271,4 2271,4
--^--
Лпр - сопротивление продольному току; Яп - сопротивление поперечному току.
Расчет проводился при входном токе, равном 1, и удельном поверхностном сопротивлении р = 500 Ом/П. Результаты вычислений приведены в относительных единицах, поскольку размерность тока не учитывалась. В расчетах ток на прямолинейных участках 3 и 4 обозначался как продольный ток (7пр), поперечный ток (1п) - обозначение тока, перпендикулярного продольному току, участок 1 - прямолинейный поперечный участок топологии. В угловом участке 2 направление тока меняется на 90°, поэтому присутствуют составляющие сопротивления продольному и поперечному току.
Как видно из таблицы, составляющие сопротивления фрагмента меняются. Вследствие анизотропности тензочувствительности ТПР по взаимно-перпендикулярным осям [4] при механических воздействиях она изменяется. Анизотропность также является одной из причин изменения сопротивления при изменении температуры в результате воздействия термомеханических напряжений. Величина термомеханических напряжений по взаимно-перпендикулярным направлениям различна, соответственно и изменение тензочувствительности увеличится. В результате изменяется и температурный коэффициент сопротивления.
Может показаться, что к фольговым резисторам, имеющим во многом сходную технологию изготовления, это не относится, поскольку их топология предусматривает ступенчатую подгонку, которая практически не изменяет картину прохождения тока (рис.2), и электрическое сопротивление фольги изотропно относительно направления тензоэффекта. Но различие термомеханических напряжений по осям приводит к различному изменению сопротивления взаимно-перпендикулярных участков фрагмента так же, как для ТПР, что в конечном счете изменяет тен-зочувствительность и ТКС резистора.
Несмотря на то что эти изменения достаточно малы (от сотых долей до единиц 10-6 1/°С), для класса резисторов ТКС менее ±1-10-6 1/°С они существенны и должны учитываться при проектировании, производстве и эксплуатации таких резисторов. Ипользование принципа компенсации ТКС материала резистора его тензочувствительностью особенно важно, поскольку уже предлагаются резисторы с ТКС на уровне ±0,02-10-6 1/°С.
Таким образом, изменение топологии ТПР в результате их подгонки к требуемому допускаемому отклонению сопротивления ведет к изменению тензочувствительности и ТКС резистора. С целью уменьшения влияния изменения топологии ТПР на тензочувствительность и ТКС резистора рекомендуется снижать поле допуска подгонки, т.е. сопротивление ТПР до подгонки должно иметь как можно меньшее отклонение от номинального значения.
Литература
1. Кожитов Л.В., Машара Г.Г., Лыньков Л.М. Конструктивно-технологические особенности изготовления высокостабильных тонкопленочных резистивных элементов ГИМС. 4.II. Изготовление тонкопленочных резистив-ных элементов ГИМС // Электронная техника. Сер. Материалы. - 1987. - Вып. 4(223). -С. 3-14.
2. Недорезов В.Г. Температурная зависимость сопротивления металлофольговых резисторов // Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты. - 1988. - Вып. 2(71). -С. 22-24.
3. Лугин А.Н. Метод эквивалентной мощности для определения электрического сопротивления тонкопленочного контакта в условиях пространственной неоднородности распределения тока и потенциала // Электронная промышленность. - 2009. - № 1. - С. 71-74.
4. Лугин А.Н. Тензоэффект в пленочных резисторах // Изв. вузов. Электроника. - 2000. - № 6. - С. 55-59.
Поступило 29 октября 2013 г.
Лугин Александр Николаевич - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ОАО «Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов» (г. Пенза). Область научных интересов: технология прецизионных тонкопленочных резисторов. E-mail: niiemp025@yandex.ru
h
Рис.2. Топология тонкопленочных и фольговых резисторов со ступенчатой подгонкой и прохождением тока (1вх - входной ток; 1пр - направление продольного тока; 1п - направление поперечного тока)
