Evaluasi Kinerja pada Resistor Tertanam Film Tipis

Sirkuit mikro-strip film tipis telah banyak diterapkan dalam komunikasi gelombang mikro, penanggulangan elektronik (ECM), industri kedirgantaraan, dll. Ketika membuat IC film tipis (Integrated Circuits), sangat penting untuk menerapkan bahan resistor film tipis yang disimpan untuk membuat resistor tertanam film tipis dengan akurasi tinggi dan stabilitas tinggi. IC film tipis memerlukan persyaratan ketat pada resistor film tipis:

a.Resistensi persegi harus cukup lebar;
b. Koefisien temperatur resistansi harus kecil;
c. Daya rekat dengan substrat harus cukup kuat;
d.Resistor film tipis harus menampilkan kinerja yang stabil dan andal;
e.Pembuatan film harus mudah dan nyaman;
f.Harus mampu bertahan dengan pemrosesan suhu tinggi, tinggi daya dan jangkauan aplikasi yang relatif luas.

Pengenalan Singkat PCB Tertanam

Pada awal tahun 1959, IC pertama yang ditemukan oleh Jack Kilby hanya berisi dua transistor dan sebuah resistor. Saat ini, beberapa teknik kompleks diterapkan untuk menggabungkan puluhan juta transistor menjadi satu chip PC tunggal. Dengan produk elektronik melangkah menuju miniaturisasi dan multifungsi, jenis teknologi komponen pasif tertanam muncul untuk memenuhi tuntutan yang semakin tinggi. Rasio antara bagian pasif dan bagian aktif kira-kira 20:1, integritas secara bertahap naik dengan rasio meningkat. Dengan begitu banyak komponen pasif yang tertanam di PCB, area papan sirkuit yang diproduksi melalui SMT menyusut 40% dibandingkan dengan papan yang dibuat melalui teknologi tertanam. Awal awal 1980-an melihat dimulainya teknologi komponen pasif tertanam yang biasanya dicapai dalam bentuk planar. Berdasarkan klasifikasi komponen pasif, PCB tertanam dapat diklasifikasikan lebih lanjut menjadi PCB resistor tertanam, PCB kapasitor tertanam dan PCB induktor tertanam. Resistor, kapasitor dan induktor hampir dapat dilihat di semua sistem elektronik, menyediakan impedansi dan menyimpan energi untuk sistem. Di antara komponen pasif yang tertanam itu, kapasitor dan resistor merupakan mayoritas, setidaknya 80% dari semuanya. Hingga saat ini, komponen pasif tertanam telah banyak diterapkan di berbagai bidang sirkuit seperti filter, attenuator, balun, Bluetooth, power amplifier, dll. Selain itu, beberapa tren termasuk pengembangan sinyal digital berkecepatan tinggi dan frekuensi tinggi, terus-menerus mengalami penurunan tegangan. komponen pasif, penguatan fungsi secara bertahap dan pemadatan transmisi sinyal secara bertahap memerlukan partisipasi kapasitor bypass kapasitansi yang lebih rendah untuk menghilangkan kopling elektromagnetik dan sinyal silang. Oleh karena itu, teknologi PCB kapasitor tertanam telah menarik banyak perhatian industri.

Kelebihan Resistor Tertanam

Keuntungan resistor tertanam terutama datang dalam tiga aspek:kinerja listrik, desain PCB, dan keandalan.

• Keunggulan Listrik

sebuah. Ini membantu meningkatkan pencocokan impedansi saluran.
b. Ini mengarah ke jalur sinyal yang lebih pendek dan penurunan induktansi seri.
c. Ini menyebabkan pengurangan cross talk, noise dan EMI (Electromagnetic Interference).

• Keunggulan Desain PCB

sebuah. Ini mengarah pada peningkatan kepadatan komponen aktif dan penurunan faktor bentuk.
b. Ini tidak memerlukan vias, yang mengarah ke perbaikan.
c. Ini menghasilkan papan yang disederhanakan, ukuran yang menyusut dan/atau densifikasi.

• Peningkatan Keandalan

Tabel di bawah menunjukkan peningkatan keandalan resistor tertanam.

Item	Parameter
RTC Rendah	<50PPM
Pengujian hidup	100.000 jam; <2% drift pada 110 °C
Stabil pada frekuensi lebar	Diuji melebihi 40GHz
Sambungan solder	TIDAK ADA
Tahap pengujian	Lapisan dalam dan papan kosong

Faktor-Faktor yang Menentukan Performa Film Tipis

Hingga saat ini, bahan resistor film tipis mencakup berbagai aplikasi yang luas yang mengandung bahan kromium, bahan tantalum dan bahan titanium. Dibandingkan dengan resistor film tipis kromium, resistor film tipis tantalum memiliki banyak kinerja yang sangat baik seperti stabilitas kimia yang sangat baik dan ketahanan korosi, keandalan yang tinggi, rentang ketahanan yang luas dan stabilitas tinggi, yang menjadikannya bahan resistor film tipis yang ideal dengan aplikasi yang luas. prospek.

Keseragaman film tipis resistor mengacu pada situasi di mana resistor yang dibuat pada substrat berubah ketika posisi substrat berubah dalam rongga vakum dan bagaimana resistansi berubah ketika substrat yang sama bergerak. Faktor utama yang mendorong keseragaman film tipis meliputi:posisi relatif antara substrat dan bahan target, laju deposisi dan derajat vakum. Film Tantalum nitride (TaN) yang berlaku untuk IC film tipis memiliki keseragaman yang sangat baik baik pada substrat yang sama dan antara substrat dari posisi yang berbeda. Selain itu, kesalahan resistensi antara batch yang berbeda tetap rendah dengan keseragaman yang sangat baik. Saat ini ada dua metode preparasi yang tersedia untuk preparasi film TaN:deposisi uap fisik dan deposisi uap kimia. Stabilitas dan keandalan, akurasi dan keseragaman resistivitas listrik memainkan peran penting dalam pembuatan film TaN. Perlawanan dimodifikasi terutama melalui laser atau oksidasi untuk memastikan keakuratan resistensi. Namun, kedua metode tersebut memiliki beberapa kelemahan bahwa laser dapat merusak grafik resistansi dengan daya tahan oleh film resistor sedangkan modifikasi resistansi melalui oksidasi memiliki tingkat rendah dan keandalan yang buruk.

Artikel ini mengambil keuntungan dari sputtering reaktif magnetron untuk menyiapkan film tipis TaN dan mempelajari pengaruh parameter teknis seperti posisi pelat yang seragam pada keseragaman dan kinerja film tipis TaN, menentukan teknologi laju resistansi terkontrol yang akurat. Selanjutnya mempelajari dan menganalisis laju pemindaian deposisi dan pengaruh rasio aliran N₂ pada film tipis dan kinerja TaN.

Analisis Performa pada Film Tipis

• Analisis Keseragaman

Di bawah kondisi kecepatan pemindaian tetap 105cm/menit dan 10% rasio aliran nitrogen, keseragaman dianalisis untuk film tipis TaN. Keseragaman lembaran bagian dalam dapat diketahui melalui rumus:.

Sebuah instrumen resistensi diterapkan untuk mengukur resistensi dan setiap lembar dasar harus mengorbankan 60 poin untuk pengukuran, inilah hasilnya:

Posisi	R□Maks	R□Min	R□Rata-rata	Keseragaman
	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

Ini menunjukkan distribusi resistensi film tipis TaN pada lembaran dasar yang ukurannya 4 inci. Dengan demikian, dapat diringkas bahwa lembaran dasar dengan posisi No.2 memiliki keseragaman terbaik dari lembaran bagian dalam sedangkan lembaran dasar yang dekat dengan tepi pelat atau tepi material target memiliki variasi resistensi persegi yang relatif buruk dan keseragaman lembaran dalam dari material target yang dekat dengan tepi material target. adalah yang terburuk. Film tipis TaN dengan keseragaman yang buruk menyebabkan efek besar pada pembuatan resistor jaringan dengan akurasi tinggi.

Untuk mengatasi ketidakseragaman film tipis yang dekat dengan tepi material target, pelat seragam dapat dipasang untuk menyesuaikan lapisan tipis yang diendapkan karena mampu secara selektif menutupi area pengendapan untuk mengontrol keseragaman film.

• Analisis Kecepatan Pemindaian Deposisi

Dengan percepatan pemindaian, resistensi persegi film tipis TaN menampilkan tren pembesaran dengan peningkatan linier. Semakin tinggi kecepatan pemindaian, semakin pendek waktu deposisi dan begitu juga jumlah atom pada film tipis. Film juga akan lebih tipis. Tiga struktur tersedia dalam proses pembuatan film tipis:struktur bentuk pulau, struktur bentuk jaring dan struktur kontinu. Sifat-sifat film tipis sangat erat kaitannya dengan struktur dan unsur-unsurnya. Ketika film relatif tipis, film muncul dalam struktur pulau. Dengan film menjadi tebal, struktur pulau berubah menjadi struktur jaring dan struktur kontinu. Ketika datang ke film tipis resistor, bagaimanapun, tiga jenis struktur fase tersedia:fase konduktif, fase semikonduktor dan fase isolasi. Dalam struktur pulau, partikel fase konduktif tersebar di film tipis seperti pulau rana yang dikelilingi oleh fase isolasi. Oleh karena itu, resistansi persegi film relatif tinggi. Struktur bentuk jaring, bagaimanapun, sebenarnya adalah jaringan konduktif yang disusun oleh interkoneksi antara partikel konduktif. Fase isolasi tersebar di dalam jaringan dengan resistansi persegi rendah. Struktur kontinu adalah jenis film tipis kontinu yang terdiri dari akumulasi partikel konduktif yang padat, yang mengandung sedikit elemen insulasi. Akibatnya, resistansi persegi film tipis menyusut.

• Analisis Aliran Nitrogen

sebuah. Pengaruh Aliran Nitrogen terhadap Tahanan Kotak Tipis Film TaN. Dengan peningkatan rasio aliran nitrogen, resistensi persegi film tipis TaN secara bertahap naik. Hukum ini bekerja secara dramatis terutama ketika laju aliran nitrogen meningkat dari 15% menjadi 20%. Hal itu karena peningkatan tekanan parsial nitrogen menyebabkan peningkatan rongga Ta dan film tipis jenis konduktif akan mengkonversi dari konduksi elektronik ke konduksi rongga. Akibatnya, resistensi persegi akhirnya akan naik.

b. Pengaruh Laju Aliran Nitrogen terhadap Ketebalan Film Tipis TaN. Peningkatan laju aliran nitrogen menyebabkan pengurangan bertahap ketebalan film tipis TaN, yang berlawanan dengan tren perubahan resistensi persegi. Ketebalan film terkait erat dengan jalur bebas rata-rata partikel tergagap dan laju semburan bahan target.

Singkatnya, resistor tertanam film tipis memiliki keseragaman yang sesuai, yang mengarah ke aplikasi yang sukses di berbagai industri. Sejumlah besar tes dan eksperimen telah dilakukan untuk menunjukkan keandalan resistor tertanam film tipis. Oleh karena itu, dapat diharapkan bahwa resistor tertanam film tipis dapat sangat diandalkan dalam berbagai aplikasi elektronik.

Artikel ditulis oleh editor PCBCart Dora Yang, awalnya diposting di PCB Design Magazine Juni 2017.

Sumber Bermanfaat:
• Teknologi Tertanam dan Prosedur Perakitan PCB Tertanam Komponen
• Teknologi Fabrikasi PCB Tertanam Komponen
• Penelitian tentang Desain PCB Berkecepatan Tinggi dalam Sistem Aplikasi Tertanam
• PCB Fitur Lengkap Layanan Manufaktur dari PCBCart - Beberapa opsi Nilai tambah
• Layanan Perakitan PCB Tingkat Lanjut dari PCBCart - Mulai dari 1 buah