Evaluasi Performa Resistor Terbenam Tipis untuk Aplikasi Mikrogelombang dan Penerbangan Presisi Tinggi

Sirkuit mikrostrip tipis telah banyak diterapkan dalam komunikasi mikrogelombang, elektronik lawan (ECM), industri penerbangan dll. saat manufaktur IC tipis (Integrated Circuits), sangat penting untuk menerapkan bahan resistor tipis yang disetorkan untuk memproduksi resistor terbenam tipis yang akurat dan stabil. IC tipis memerlukan persyaratan yang ketat pada resistor tipis:

a.Resistansi persegi harus cukup luas;
b.Koefisien suhu resistansi harus kecil;
c.Kuatan adhesi dengan substrat harus cukup kuat;
d.Resistor tipis harus memiliki performa yang stabil dan terpercaya;
e.Penyetoran harus mudah dan nyaman;
f.Harus mampu menahan pemrosesan suhu tinggi, daya tinggi dan rentang aplikasi yang relatif luas.

Pengantar Singkat PCB Terbenam

Sejak 1959, IC pertama yang ditemukan oleh Jack Kilby hanya berisi dua transistor dan satu resistor. Kini, berbagai teknik kompleks diterapkan untuk menggabungkan puluhan juta transistor ke dalam satu chip PC. Seiring dengan produk elektronik menuju miniaturisasi dan multifungsi, sebuah teknologi komponen pasif terbenam muncul untuk memenuhi persyaratan yang semakin tinggi. Rasio antara bagian pasif dan aktif sekitar 20:1, integritas telah secara bertahap meningkat seiring dengan peningkatan rasio. Dengan begitu banyak komponen pasif yang ditanamkan di PCB, area papan sirkuit yang diproduksi melalui SMT menyusut 40% dibandingkan dengan papan yang dibuat melalui teknologi terbenam. Awal tahun 1980-an melihat awal dari teknologi komponen pasif terbenam yang biasanya dicapai dalam bentuk datar. Berdasarkan klasifikasi komponen pasif, PCB terbenam dapat lebih diklasifikasikan menjadi PCB resistor terbenam, PCB kapasitor terbenam dan PCB induktor terbenam. Resistor, kapasitor dan induktor dapat hampir terlihat di semua sistem elektronik, menyediakan impedansi dan menyimpan energi untuk sistem. Di antara komponen pasif terbenam ini, kapasitor dan resistor menyediakan mayoritas, setidaknya 80% dari semuanya. Sampai saat ini, komponen pasif terbenam telah banyak diterapkan dalam banyak bidang sirkuit seperti filter, attenuator, balun, Bluetooth, amplifier daya dll. Selain itu, beberapa tren termasuk perkembangan sinyal digital kecepatan tinggi dan frekuensi tinggi, penurunan terus-menerus tegangan komponen pasif, penguatan bertahap fungsi dan kepadatan bertahap transmisi sinyal memerlukan partisipasi lebih banyak kapasitor bypass low-capacitance untuk menghilangkan coupling elektromagnetik dan crosstalk sinyal. Oleh karena itu, teknologi PCB kapasitor terbenam telah menarik perhatian luas dari industri.

Keuntungan Resistor Terbenam

Keuntungan resistor terbenam terutama datang dalam tiga aspek: performa listrik, desain PCB dan keandalan.

• Keuntungan Listrik

a. Ini membantu meningkatkan pencocokan impedansi garis.
b. Ini menghasilkan jalur sinyal yang lebih pendek dan pengurangan induktansi seri.
c. Ini menyebabkan pengurangan crosstalk, derau dan EMI (Electromagnetic Interference).

• Keuntungan Desain PCB

a. Ini menghasilkan peningkatan kepadatan komponen aktif dan penurunan bentuk.
b. Ini tidak memerlukan kebutuhan via, sehingga routing meningkat.
c. Ini menghasilkan papan yang disederhanakan, menyusutkan ukuran dan/atau kepadatan.

• Keandalan yang Ditingkatkan

Tabel di bawah ini menunjukkan keandalan yang ditingkatkan resistor terbenam.

Item	Parameter
RTC rendah	<50PPM
Pengujian umur	100.000 jam; <2% drift pada 110°C
Stabil pada rentang frekuensi luas	Diuji di atas 40GHz
Titik sambung	TIDAK ADA
Tahap pengujian	Lapisan dalam dan papan polos

Faktor yang Menentukan Performa Tipis

Sampai saat ini, bahan resistor tipis mencakup rentang aplikasi yang luas yang berisi bahan kromium, bahan tantalum dan bahan titanium. Bandingkan dengan resistor tipis kromium, resistor tipis tantalum memiliki banyak performa unggul seperti stabilitas kimia yang baik dan resistensi korosi, keandalan tinggi, rentang resistansi luas dan stabilitas tinggi, yang menjadikannya bahan resistor tipis ideal dengan prospek aplikasi yang luas.

Uniformitas film tipis resistor merujuk pada situasi bagaimana resistor yang diproduksi pada substrat berubah seiring dengan perubahan posisi substrat di ruang vakum dan bagaimana resistansi memodifikasi saat substrat yang sama bergerak. Faktor utama yang mendorong uniformitas film tipis termasuk: posisi relatif antara substrat dan bahan target, laju penyetoran dan tingkat vakum. Film tantalum nitrida (TaN) yang berlaku untuk IC tipis memiliki uniformitas yang baik baik pada substrat yang sama maupun antara substrat dari posisi yang berbeda. Selain itu, kesalahan resistansi antara batch berbeda tetap rendah dengan uniformitas yang baik. Saat ini ada dua metode persiapan yang tersedia untuk persiapan film TaN: penyetoran uap fisik dan penyetoran uap kimia. Stabilitas dan keandalan, akurasi dan uniformitas resistivitas listrik memainkan peran penting dalam pembuatan film TaN. Resistansi dimodifikasi terutama melalui laser atau oksidasi untuk memastikan akurasi resistansi. Kedua metode, namun, memiliki beberapa kekurangan bahwa laser mungkin merusak grafik resistansi dengan daya yang ditahan oleh film resistor sementara modifikasi resistansi melalui oksidasi menderita laju rendah dan keandalan buruk.

Artikel ini memanfaatkan magnetron reactive sputtering untuk menyiapkan film tipis TaN dan mempelajari pengaruh parameter teknis seperti posisi plat seragam pada uniformitas dan performa film tipis TaN, menentukan teknologi kontrol yang akurat dari tingkat resistansi. Selain itu, mempelajari dan menganalisis laju skaning penyetoran dan efek rasio aliran N₂ pada film tipis TaN dan performa.

Analisis Performa Film Tipis

• Analisis Uniformitas

Dalam kondisi laju skaning tetap 105cm/min dan 10% rasio aliran nitrogen, uniformitas dianalisis untuk film tipis TaN. Uniformitas dalam lembar dapat dihitung melalui formula: .

Alat ukur resistansi diterapkan untuk mengukur resistansi dan setiap lembar dasar harus menyekorbankan 60 titik untuk pengukuran, berikut adalah hasilnya:

Posisi	R□Max	R□Min	R□Avg	Uniformitas
	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 resistansi film tipis TaN pada lembar dasar dengan ukuran 4inchi. Sesuai dengan itu, dapat diringkas bahwa lembar dasar dengan posisi No.2 memiliki uniformitas dalam lembar yang terbaik sementara lembar dasar dekat tepi plat atau bahan target memiliki variasi resistansi persegi yang relatif buruk dan uniformitas dalam lembar dari bahan target dekat tepi bahan target adalah yang terburuk. Film tipis TaN dengan uniformitas buruk menyebabkan efek besar pada pembuatan jaringan resistor yang akurat.

Untuk mengalahkan non-uniformitas film tipis dekat tepi bahan target, plat seragam dapat dipasang untuk menyesuaikan film tipis yang disetorkan karena mampu secara selektif menutupi area penyetoran untuk mengontrol uniformitas film.

• Analisis Laju Skening Penyetoran

Seiring dengan percepatan skaning, resistansi persegi film tipis TaN menunjukkan tren peningkatan dengan perbaikan linier. Semakin tinggi laju skaning, semakin pendek waktu penyetoran akan dan demikian pula jumlah atom pada film tipis. Film akan lebih tipis juga. Tiga struktur tersedia dalam proses pembentukan film tipis: struktur berbentuk pulau, struktur berbentuk jaring dan struktur kontinu. Properti film tipis berkaitan erat dengan struktur dan elemennya. Ketika film relatif tipis, film datang dalam struktur pulau. Seiring dengan film menjadi tebal, struktur pulau bertransformasi menjadi struktur jaring dan struktur kontinu. Namun, untuk film tipis resistor, tiga tipe struktur fase tersedia: fase konduktif, fase semi-komduktif dan fase insulasi. Dalam struktur pulau, partikel fase konduktif tersebar dalam film tipis seperti pulau jendela yang dikelilingi oleh fase insulasi. Oleh karena itu, resistansi persegi film relatif tinggi. Struktur berbentuk jaring, namun, sebenarnya adalah jaring konduktif yang terdiri dari interkoneksi antara partikel konduktif. Fase insulasi tersebar di dalam jaring dengan resistansi persegi rendah. Struktur kontinu adalah tipe film tipis kontinu yang terdiri dari partikel konduktif yang menumpuk padat, yang berisi sedikit elemen insulasi. Akibatnya, resistansi persegi film tipis menyusut.

• Analisis Aliran Nitrogen

a. Pengaruh Aliran Nitrogen pada Resistansi Persegi Film Tipis TaN. Seiring dengan peningkatan rasio aliran nitrogen, resistansi persegi film tipis TaN secara bertahap naik. Hukum ini bekerja sangat dramatis terutama saat laju aliran nitrogen meningkat dari 15% hingga 20%. Itu karena peningkatan tekanan parsial nitrogen menyebabkan peningkatan rongga Ta dan tipe konduktif film tipis akan berubah dari konduksi elektronik ke konduksi rongga. Akibatnya, resistansi persegi pada akhirnya akan naik.

b. Pengaruh Laju Aliran Nitrogen pada Ketebalan Film Tipis TaN. Peningkatan laju aliran nitrogen menyebabkan penurunan bertahap ketebalan film tipis TaN, yang berlawanan dengan tren perubahan resistansi persegi. Ketebalan film berkaitan erat dengan rata-rata bebas partikel yang diputarkan dan laju sputtering bahan target.

Singkatnya, resistor terbenam tipis memiliki uniformitas yang memuaskan, yang mengarah pada aplikasi yang sukses di berbagai macam industri. Banyak tes dan eksperimen telah dilakukan untuk mendemonstrasikan keandalan resistor terbenam tipis. Oleh karena itu, dapat diharapkan bahwa resistor terbenam tipis dapat diandalkan dengan tinggi dalam banyak aplikasi elektronik.

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

Sumber Manfaat:
• Teknologi Terbenam dan Prosedur Assembly PCB Komponen Terbenam
• Teknologi Fabrikasi PCB Komponen Terbenam
• Penelitian Desain PCB Kecepatan Tinggi dalam Sistem Aplikasi Tertanam
• Layanan Manufaktur PCB Fitur Penuh dari PCBCart - Pilihan Tambahan Nilai Banyak
• Layanan Assembly PCB Lanjutan dari PCBCart - Mulai dari 1 potong