薄膜埋め込み抵抗器の性能評価

薄膜マイクロ ストリップ回路は、マイクロ波通信、電子対策 (ECM)、航空宇宙産業などで広く適用されています。高精度・高安定な薄膜埋め込み抵抗器です。薄膜 IC では、薄膜抵抗器に厳しい要件が求められます:

a.二乗抵抗は十分に広くする必要があります。
b.抵抗の温度係数が小さいこと。
c.基材との接着力は十分に強くなければなりません。
d.薄膜抵抗器は、安定した信頼性の高い性能を備えている必要があります;
e.フィルム撮影は簡単で便利であるべきです;
f.高温処理に耐えることができなければなりません,高いパワーと比較的広い適用範囲。

組み込み PCB の簡単な紹介

1959 年には、Jack Kilby によって発明された最初の IC には、2 つのトランジスタと 1 つの抵抗器しか含まれていませんでした。今日では、何千万ものトランジスタを 1 つの PC チップに結合するために、複数の複雑な技術が適用されています。電子製品の小型化と多機能化に伴い、ますます高まる要求を満たすために、一種の埋め込み受動部品技術が生まれました。受動部品と能動部品の比率は約 20:1 で、比率が上がるにつれて整合性が徐々に向上しています。非常に多くの受動部品が PCB に埋め込まれているため、SMT で製造された回路基板の面積は、組み込み技術で製造された基板と比較して 40% 縮小します。 1980 年代の初めに、通常はプレーナー形式で実現される組み込み受動コンポーネント技術が開始されました。受動部品の分類に基づいて、組み込み PCB は、組み込み抵抗 PCB、組み込みコンデンサ PCB、および組み込みインダクタ PCB にさらに分類できます。抵抗、コンデンサ、およびインダクタは、すべての電子システムでほぼ見られ、システムにインピーダンスを提供し、エネルギーを蓄えます。これらの組み込み受動部品のうち、コンデンサと抵抗が大部分を占めており、全体の少なくとも 80% を占めています。これまで、組み込み受動部品は、フィルター、アッテネーター、バラン、Bluetooth、パワーアンプなど、多くの回路分野で広く使用されてきました。受動部品の増加、機能の段階的な強化、および信号伝送の段階的な高密度化により、電磁結合と信号のクロストークを排除するために、より多くの低容量バイパス コンデンサの参加が求められます。そのため、エンベデッド キャパシタ PCB テクノロジは、業界から幅広い注目を集めています。

内蔵抵抗器のメリット

組み込み抵抗器の利点は主に、電気的性能、PCB 設計、および信頼性の 3 つの側面にあります。

• 電気的利点

を。ライン インピーダンス マッチングの改善に役立ちます。
b.これにより、信号経路が短くなり、直列インダクタンスが減少します。
c.クロストーク、ノイズ、EMI (電磁干渉) の低減につながります。

• PCB 設計の利点

を。これにより、アクティブ コンポーネントの密度が向上し、フォーム ファクターが減少します。
b.ビアを必要とせず、配線の改善につながる。
c.これにより、ボードが簡素化され、サイズが縮小し、高密度化されます。

• 信頼性の向上

以下の表は、埋め込み抵抗器の信頼性の向上を示しています。

アイテム	パラメータ
RTC が低い	<50PPM
寿命テスト	100,000 時間; <110°Cで2%のドリフト
広い周波数で安定	40GHz 以上でテスト済み
はんだ接合	なし
テスト段階	内層とベアボード

薄膜の性能を決定する要因

これまでの薄膜抵抗材料は、クロム材料、タンタル材料、チタン材料など幅広い応用範囲をカバーしています。クロム薄膜抵抗器と比較して、タンタル薄膜抵抗器は、優れた化学的安定性と耐腐食性、高い信頼性、広い抵抗範囲と高い安定性など、多くの優れた性能を備えているため、幅広い用途を持つ理想的な薄膜抵抗器材料になっています。

抵抗薄膜の均一性とは、真空キャビティ内で基板の位置が変化したときに基板上に製造された抵抗がどのように変化するか、および同じ基板が移動したときに抵抗がどのように変化するかという状況を指します。薄膜の均一性を促進する主な要因には、基板とターゲット材料の間の相対位置、堆積速度、真空度が含まれます。薄膜ICに適用可能な窒化タンタル（TaN）膜は、同一基板上でも異なる位置からの基板間でも均一性に優れています。さらに、異なるバッチ間の抵抗誤差は、優れた均一性で低く維持されます。現在、TaN 膜の作製には、物理​​蒸着と化学蒸着の 2 つの作製方法があります。電気抵抗率の安定性と信頼性、精度と均一性は、TaN 膜の製造において重要な役割を果たします。抵抗は、抵抗の精度を確保するために、主にレーザーまたは酸化によって変更されます。ただし、どちらの方法にも、レーザーは抵抗膜による電力耐性のある抵抗グラフィックを損傷する可能性があるのに対し、酸化による抵抗変更は速度が遅く、信頼性が低いという欠点があります。

この記事では、マグネトロン反応性スパッタリングを利用して TaN 薄膜を調製し、TaN 薄膜の均一性と性能に対する均一なプレート位置などの技術的パラメーターの影響を研究し、抵抗率の正確な制御技術を決定します。さらに、堆積スキャン速度とN₂の流量比の影響を調査および分析します。 TaN 薄膜とその性能について

薄膜の性能分析

• 均一性分析

105cm/minの固定走査速度と10%の窒素流量比の条件下で,TaN薄膜の均一性を分析した。内部シートの均一性は、次の式で計算できます。 .

抵抗測定器を適用して抵抗を測定し、各ベース シートは測定のために 60 ポイントを犠牲にする必要があります。結果は次のとおりです。

位置	R□マックス	R□分	R□平均	均一性
	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

4インチサイズのベースシート上のTaN薄膜の抵抗分布を示しています。したがって、No.2 位置のベース シートは内部シートの均一性が最も優れているのに対し、プレート エッジまたはターゲット材料エッジに近いベース シートは比較的悪い正方形抵抗変化とターゲット材料エッジに近いターゲット材料の内部シートの均一性を特徴としていると要約できます。最悪です。均一性の悪い TaN 薄膜は、高精度のネットワーク抵抗器の製造に大きな影響を与えます。

成膜領域を選択的にカバーすることで膜の均一性をコントロールできるため、均一なプレートを設置することで成膜された薄膜を調整することができ、ターゲット材料の端に近い薄膜の不均一性を解消することができます。

• 堆積スキャン速度分析

スキャンの加速に伴い、TaN 薄膜の 2 乗抵抗は線形に改善しながら拡大傾向を示します。スキャン速度が速いほど、堆積時間は短くなり、薄膜上の原子の数も短くなります。フィルムも薄くなります。薄膜の生成過程には、島状構造、網状構造、連続構造の3つの構造があります。薄膜の性質は、その構造や元素と密接に関係しています。フィルムが比較的薄い場合、フィルムは島の構造になります。膜が厚くなると島構造が網目構造や連続構造に変化します。しかし、抵抗体薄膜には、導電相、半導体相、絶縁相の3種類の相構造があります。島構造では、絶縁相に囲まれたシャッター島のように、導電相の粒子が薄膜内に散らばっています。したがって、フィルムスクエア抵抗は比較的高い。しかし、網状構造は、実際には導電性粒子間の相互接続によって構成された導電性ネットワークです。絶縁相はネットワーク内に分散しており、平方抵抗が小さくなっています。連続構造とは、導電性粒子が密集してできた連続薄膜の一種で、絶縁元素がほとんど含まれていません。その結果、薄膜の正方形抵抗は縮小しています。

• 窒素フロー分析

を。 TaN 薄膜スクエア抵抗に対する窒素フローの影響。窒素流量比の向上に伴い、TaN 薄膜の角型抵抗は徐々に上昇します。この法則は、特に窒素流量が 15% から 20% に増加すると劇的に機能します。これは、窒素分圧の増加が Ta 空洞の増加につながり、導電型の薄膜が電子伝導から空洞伝導に変換されるためです。その結果、最終的にスクエアレジスタンスが上昇します.

b. TaN 薄膜の厚さに対する窒素流量の影響。窒素流量の増加は、TaN 薄膜の厚さの漸進的な減少につながります。これは、正方形抵抗の変化傾向とは逆です。膜厚は、スパッタ粒子の平均自由行程とターゲット材料のスパッタ率に密接に関連しています。

一言で言えば、薄膜埋め込み抵抗器は均一性が良好であり、幅広い産業での応用に成功しています。薄膜埋め込み抵抗器の信頼性を実証するために、多数のテストと実験が行われました。したがって、薄膜埋め込み抵抗器は、多くの電子アプリケーションで非常に信頼できると期待できます。

2017 年 6 月の PCB デザイン マガジンに掲載された、PCBCart の編集者 Dora Yang による記事。

役立つリソース:
• 組み込み技術とコンポーネント組み込み PCB アセンブリ手順
• コンポーネント組み込み PCB 製造技術
• 組み込みアプリケーション システムにおける高速 PCB 設計に関する研究
• フル機能 PCB PCBCart の製造サービス - 複数の付加価値オプション
• PCBCart の高度な PCB アセンブリ サービス - 1 個から開始