Учет сопротивления контактных переходов

Каждый пленочный резистор кроме резистивной зоны имеет зону контактного перехода h (см. рис. 2). Конструкция и техпроцесс из­готовления ТПР должны обеспечивать минимальное переходное со­противление между резистивной и проводящей пленками, хорошую адгезию к подложке, равномерное распределение линий тока в зоне контакта. Контактный слой между резистивной и проводящей плен­ками представляет собой сложную структуру, содержащую окислы и газовые включения, количество и состав которых зависят от степени вакуума, при котором изготовлена микросхема, и от времени между операциями нанесения резистивных и проводящих пленок. Пере­ходное сопротивление, следовательно, зависит от геометрических размеров b и h контактной зоны, удельного поверхностного сопро­тивления R_ резистивной пленки и удельного сопротивления пере­ходного слоя R* току, перетекающему из резистивной пленки в про­водящую.

Величина переходного сопротивления контакта определяется как

 

	(12')

 

 

Величина R* для различных режимов технологического процесса может составлять 0,01...2,0 Ом ^.мм². Наименьшие значения соответ­ствуют высокому уровню технологии, наибольшие - низкому (низ­кий вакуум, раздельное нанесение слоев).

Относительная погрешность сопротивления ТПР из-за наличия контактного сопротивления определяется как

(13)

Если величина , полученная из формулы (13), больше вы-

бранной ориентировочно при определении технологического допус­ка по формуле (4), то расчет ТПР необходимо повторить, подставив в формулу (4) значение из формулы (13).

Длина перекрытия h резистивной и проводящей пленок опреде­ляется по формуле

 

 

Однако учитывая возможность смещения трафаретов в процессе напыления резистивных и проводящих пленок (при методе свобод­ной маски), величину h необходимо брать не менее 0,2 мм.

Суммарная длина резистивной пленки с учетом длины контакт­ных переходов определяется выражением

Помимо контактных переходов пленочных резисторов в ГИС имеются контактные площадки для подсоединения выводов навес­ных компонентов и соединения схемы с выводами корпуса. Они должны обеспечивать не только хорошую адгезию к подложке и малое сопротивление, но и хороший контакт с присоединяемыми проводниками при пайке или термокомпрессии.

Перечисленным требованиям лучше всего удовлетворяют мно­гослойные контактные площадки. В качестве первого слоя, называ­емого подслоем, способного образовывать прочное сцепление с подложкой и последующими слоями, используются тонкие (100…200A) металлические пленки, чаще всего пленки хрома, нихрома или мар­ганца.

 

 

При точностных расчетах ТПК, если задана вероятность выхода (изготовления) Ф_с годного ТПК, допустимое значение среднеквадратичного отклонения емкости при нормальном законе распреде­ления погрешностей определяется по формуле

(32)

где Z - значение аргумента интеграла вероятностей (см. табл. 3); - технологический допуск, определяемый из выражения (27).

Истинное значение получаемое в результате изготовления ТПК, учитывая, что С = C₀S можно определить по формуле

(33)

где - дисперсия значений удельной емкости ТПК, определяемая экспериментально при отладке техпроцесса изготовления ТПК, за­висит от точности воспроизведения толщины и свойств диэлектри­ческой пленки ТПК; - дисперсия значения площади ТПК, зави­сящая от точности выполнения размеров ТПК

Так как площадь ТПК S = АВ, а размеры А и В верхней обклад­ки ТПК получаются в едином технологическом процессе, в расчетах на основе теории вероятностей необходимо учитывать коэффи­циент корреляции между отклонениями размеров А и В. Поэтому [4]

(34)

где - коэффициент корреляции между отклонениями размеров А и B; , - абсолютные среднеквадратические отклонения разме­ров верхней обкладки.

Так как эти отклонения получаются в процессе одной техноло-
гической операции, можно считать

Получаемая в процессе изготовления величина не должна

превышать , определяемую по формуле (32), т.е. должно вы-полняться неравенство . Следовательно, с учетом соотно­шения (33) для расчетов можно принять

 

 

где S - активная площадь конденсатора, равная площади перекры­тия обкладок, см²; d - толщина диэлектрического слоя, см; п - число обкладок.

Формула (28) не учитывает дополнительной емкости, образую­щейся по контуру обкладок из-за краевого эффекта. Однако на точность расчетов это почти не влияет, так как краевая емкость очень мала (составляет доли пикофарад).

Конструктивные формы ТПК могут быть различными, однако с точки зрения простоты расчетов и удобства размещения ТПК на подложке наиболее приемлемой является прямоугольная конструк­ция с размерами верхней обкладки А и В. В этом случае коэффици­ент формы ТПК можно выразить отношением

Известно, что погрешность емкости ТПК при одних и тех же абсолютных погрешностях выполнения размеров верхней обкладки будет минимальной при А =B т.е. при К_ф = 1.

Величина удельной емкости Q определяется из соотношения

С₀ = min { C'₀, C''₀, C'''₀ } (29)

Величины C'₀ и C''₀ вычисляются по формуле

(30)

При определении С'_о в знаменатель выражения (30) необходимо подставить значение d' - минимальную допустимую толщину диэ­лектрической пленки (см. табл. 5),

При определении C''₀ в знаменатель выражения (30) подставля­ется величина

d'' = (31)

где К_з = 2...4 - коэффициент запаса электрической прочности ТПК. Величина C'''₀ определяется из условия обеспечения заданной точ­ности ТПК.

Величина C'''₀ и соответственно размеры ТПК должны быть та­кими, чтобы его емкость при заданных технологических погрешнос­тях , , c заданной вероятностью Ф_с попала в заданный допуск .

Нередко в качестве подслоя используют те же слои и матери­алы, из которых изготовлены резисторы.

Основной слой контактной площадки напыляется из материала с высокой проводимостью (алюминий, медь, золото) на подслой и имеет толщину в несколько тысяч ангстрем. Для предотвращения окисления поверхности основного слоя на него наносят защитный слой из материала, обладающего устойчивостью к окислению и хо­рошей паяемостью и свариваемостью. Часто в качестве верхнего слоя используют никель, реже - золото.