21. 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 сопротивленияR_СЛ, Ом, допустимой удельной мощностью рассеивания Р₀,Вт/см², температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) α , К^-1 и коэффициентом старения .

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 (a_mшт )и точности (А_п):

Параметр,мм                                     a_mшт    БΔ_П        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 ЗR_СЛ имеет сопротивление 2,55R_СЛ, а П-образный, включающий пять квадратов, вместо 5R_cn имеетсопротивление 4R_сл (R_cn - 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 l_t. Например, для резистора, представленного на рис. 2.21,

где R - заданное сопротивление резистора.