2.12. Тонкопленочные резисторы
Тонкопленочные резисторы являются элементами гибридных тонкопленочных МС, а также согласующими элементами в микросборках, где они присутствуют в виде резистивных матриц (резистивных "сборок") на отдельной миниатюрной подложке, представляющей собой компонент микросборки. В обоих случаях резисторы изготавливаются на основе общей резистивной пленки одновременно, т. е. по интегральной технологии.
Для
осаждения тонких резистивных пленок
используют стандартные резистивные
сплавы в виде порошков (для термовакуумного
напыления) или
дисков-мишеней (для распыления ионной
бомбардировкой). Сплавы представляют
собой силициды хрома, никеля, железа и
двойные или тройные
системы на их основе. Содержание кремния
в них от 15 до 95 % обеспечивает
широкий диапазон удельных сопротивлений.
Конкретные марки резистивных
сплавов характеризуются рекомендуемыми
значениями удельного поверхностного
сопротивленияRСЛ,
Ом, допустимой удельной мощностью рассеивания
Р0,Вт/см2, температурным
коэффициентом сопротивления (ТКС)
α ,
К-1 и
коэффициентом старения 
.
Параметры некоторых сплавов для
получения тонкопленочных резисторов
приведены в табл.2.2.
Таблица 2.2. Электрофизические свойства резистивных металлосилицидных сплавов
Марка сплава |
Rсл, ОМ |
к-1 |
Ро, Вт/см2 |
Необратимые изменения за 1000 ч при 85 АС при на- грузке 1 Вт/см2, не более |
РС5006 |
3...20 |
0,5 |
5 |
0,02 |
РС5402 |
5. ..100 |
0,5 |
2 |
0,01 |
РС5406К |
10. ..500 |
0,5 |
2 |
0,01 |
РС5406Н |
50. ..500 |
0,3 |
2 |
0,01 |
РС3710 |
50. ..3000 |
1 |
5 |
0,005 |
РС4800 |
100. ..1000 |
2 |
5 |
0,01 |
РС1714 |
300.. .500 |
2 |
5 |
0,01 |
РС4206 |
1000 |
0,5 |
2 |
0,005 |
РС4400 |
1000. ..5000 |
3 |
10 |
— |
PC 1004 |
3000. ..50000 |
15 |
5 |
0,02 |
РС2310 |
10000... 80000 |
12 |
5 |
0,02 |
РС2005 |
80000... 500000 |
12 |
5 |
0,02 |
С учетом выводов резисторов из электропроводящей тонкой пленки структуру резистора можно рассматривать как двухслойную. При этом возможны три технологических способа формирования резисторов (рис. 2.20):
фотолитографический - напыление сплошной резистивной пленки, напыление сплошной проводящей пленки, фотолитография по проводящей пленке, фотолитография по резистивной пленке (рис. 2.20, б);
трафаретный - напыление резистивных элементов через трафарет, напыление проводящих элементов через трафарет (рис. 2.20,а);
комбинированный - напыление сплошной резистивной пленки, напыление проводящих элементов через трафарет, фотолитография по резистивной пленке.
Рис. 2.20. Структура и топология тонкопленочных резисторов
Трафаретный способ более производителен, но заметно уступает фотолитографическому по разрешающей способности (amшт )и точности (Ап):
Параметр,мм amшт БΔП В (l/a)max
Фотолитографический способ 0,1 Б0.005 0.1 не ограничено
Трафаретный способ ................ 0,3 Б0,02 0,2 10
Уширение проводящего вывода на величину В с каждой стороны призвано не допустить изменение сопротивления резистора из-за погрешности совмещения резистивного и проводящего рисунков.
Для приближения выводов высокоомного резистора друг к другу и сокращения длины связей в МС конструктор может отступить от прямолинейной конфигурации резистора и ввести в нее два или более изгибов под прямым углом (рис. 2.21). При этом следует учитывать два обстоятельства.
1. При любой конфигурации резистора входной и выходной токи должны быть ориентированы в одну сторону. В противном случае предусмотренные уширения выводов не будут выполнять своих функций и погрешность совмещения проводящего и резистивного слоев вызовут дополнительную погрешность сопротивления. Следует отметить, что для полупроводниковых резисторов указанное правило не имеет смысла.
2. Участок изгиба имеет пониженное сопротивление в сравнении с линейным участком той же длины (по средней линии), что требует корректировки длины резистора в сторону ее увеличения. Так, Г-образный участок, включающий три квадрата (см. рис. 2.21, б), вместо ЗRСЛ имеет сопротивление 2,55RСЛ, а П-образный, включающий пять квадратов, вместо 5Rcn имеетсопротивление 4Rсл (Rcn - удельное поверхностное сопротивление). Это явление объясняется тем, что плотность тока на изгибах оказывается более высокой у внутреннего контура резистора, в результате чего электрическая длина резистора (по средней плотности тока) уменьшается.
Рис. 2.21. Конфигурация резистора типа ЋмеандрЛ: а - параметры меандра; б - участки изгиба
Наиболее сложную конфигурацию имеет меандр, который используется для уменьшения габаритов резистора и упрощения последующей коммутации, хотя занимаемая резистором площадь при этом возрастает. Как следует из рис. 2.21, а, геометрическими параметрами резистора-меандра являются: ширина резистивной полоски а, шаг звеньев меандра t (под звеном подразумевается Г-образная часть меандра), ширина резистора В и длина L. Поскольку L = nt, где п - число звеньев, В = l/n, где l - длина исходного прямолинейного резистора,
(7.15)
Для получения однозначного решения обычно принимают t = 2а и L = В, т. е. меандр вписывают в квадрат, что обеспечивает минимальные габаритные размеры. Тогда
(7.16)
где l и а - длина и ширина предварительно спроектированного резистора линейной конфигурации.
Далее сопротивление резистора-меандра представляют в виде суммы сопротивлений П-образных, Г-образных и линейных участков, из которой затем определяют необходимую длину линейных участков lt. Например, для резистора, представленного на рис. 2.21,
где R - заданное сопротивление резистора.