При лазерной подгонке применяются поперечный, двойной поперечный, Г-образный и серпантинный резы. Вид реза определяется конфигурацией и площадью резистора, типом резистивного материала и требуемой точности подгонки. Наибольшее распространение получил в последнее время рез в виде серпантинной дорожки. Серпантинная подгонка дает возможность реализовать из одинаковых пленок резисторы различных номиналов. Тем самым для толстопленочных технологий уменьшается количество трафаретов, нанесений и вжиганий.

Методы, использующие перемычки и секции резисторов, обеспечивают дискретную подгонку. Достоинством метода является относительная простота оборудования, используемого при подпайке и приварке дополнительных секций или при резке перемычек. Недостатком является существенное уменьшение степени интеграции за счет дополнительных подстроечных секций.

Подгонку можно проводить изменением структуры пленки. Структура пленки определяется технологическими факторами формирования пленки (температурой подложки и микрорельефом ее поверхности, давлением и составом остаточных газов, скоростью формирования потока и его осаждения на подложку и др.) Однако структурой пленки можно управлять и после формирования пленки путем ее уплотнения, отжига дефектов, изменения фазового состава. Это достигается в результате физического воздействия на пленку без механического ее разрушения, а также за счет терморегулирующего отжига при высоких температурах.

Использование явления упорядочения структуры и изменение размеров кристаллов тонких резистивных пленок при воздействии относительно высоких температур (до 600⁰) положено в основу терморегулирующего отжига. Термический отжиг, позволяющий изменить не только величину _, но и уменьшить абсолютную величину ТКС, может быть осуществлен в среде с повышенной температурой (терморегулирующий отжиг или путем нагрева при пропускании постоянного или импульсивного тока через R). При терморегулирующем отжиге (Т = 400⁰ С) в пленке происходит несколько процессов:

- рекристаллизация, отжиг дефектов и уплотнение структуры;

- окисление пленки поверхностное и фронтальное ( глубинное по границам зерен),

- фазовые переходы и превращения.

При рекристаллизации увеличиваются кристаллы, проводимость пленки возрастает.

При поверхностном окислении пленки толщина резистивной части слоя уменьшается, так как поверхностный слой становится окислом. Удельное сопротивление растет (окислы, как правило, имеют значительно большое сопротивление). При появлении окисной прослойки между кристаллами (зернами) изменяется тип проводимости (она становиться полупроводниковой), что увеличивает сопротивление пленки. Кроме того, уменьшение толщины резистивной пленки и появление окисной прослойки между зернами могут привести к изменению типа проводимости и изменению величины и даже знака ТКС (смена «+» на «-») за счет размерного эффекта и рассеяния на границе зерен.

Увеличение или уменьшение сопротивления пленки зависит от характера фазовых переходов, т.е. от того, какие фазы существовали в исходной пленке и какие образовались при воздействии повышенных температур (например, Cr₂O₃, Cr₂O₅ или SiO₂ т.д.). Подгонка пропусканием тока основана на окислении резистивной пленки с поверхности и по границам монокристаллов и преобразовании ее структуры вследствие закорачивания изолированных окисной пленкой микрокристаллов, миграции точечных, поверхностных и объемных дефектов структуры.

При электрохимической подгонке резистор, помещенный в электролит, подключен к одному из электродов источника мощности (рис.2). Для локальной подгонки на поверхность пленки наносят каплю электролита. При подаче «+» напряжения на резистор и «-» на второй электрод происходит электролиз воды, в результате которого анионы кислорода взаимодействуют с материалом пленки. Идет процесс анодного оксидирования (анодирования), образуется слой окисла пленки, обладающий большим сопротивлением, что увеличивает сопротивление резистора. Изменение знаков напряжение на электродах приводит к обратному процессу- уменьшению оксидной пленки. Этот метод особенно эффективен для Та - технологии. При анодировании одновременно с подгонкой резистор защищается от внешних воздействий стеклообразным, беспористым слоем окисла.

При использовании метода уплотнения плотность пленки изменяется за счет накатки валиком или специально приспособленным карандашом с резиновым наконечником. При этом структура материала уплотняется, частично исключаются поры и рыхлые слои. Этот метод эффективен, когда пленки имеют пористую структуру толщину более 300 А⁰. Такие пленки формируются со скоростью осаждения 100 А⁰/с или при давлении остаточного газа более 6 10^-3 Па, когда наблюдается случайное закрепление частиц потока. Метод дешев, прост и легко реализуется на практике.

Выбор метода подгонки. Соответствующий метод выбирается с использованием критериев, которые формируются на основе анализа функциональных требований и принципиальной схемы на этапе разработки топологических чертежей. К качественным критериям относятся: отсутствие повреждений окружающих элементов, надежность подгоняемого резистора и ТКС. К основным количественным (или сводимым к количественным) критериям относятся: 1)точность подгонки, 2) минимальная ширина пленки резистора, 3) метод изготовления и материал пленки, 4) необходимость технологической или функциональной подгонки, 5) производительность.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ .

В лабораторной работе студентами исследуются следующие методы подгонки изменением геометрии резистора: механический, электроискровой и метод с использованием дополнительных перемычек и секций, и метод подгонки изменением структуры материала пропусканием тока через резистор.

Механический метод реализуется не макете 1 путем локального фрезерования пленки резистора. Требуемая точка поверхности устанавливается с помощью координатного стола. Микрофреза вращается от электродвигателя.

На макете 2 демонстрируется электроискровой и токовый методы подгонки. Макет состоит из координатного стола, игольчатого электрода, реле времени и органов управления. При реализации электроискрового метода напряжение с внешнего источника (ВСА-111К) подается на электрод, выполненный в виде иглы из тугоплавкого материала.

Для подгонки путем пропускания тока используется источник (ВСА-111К), на регулируемый выход которого подключается резистор. Время подгонки определяется электромеханическим реле времени.

Функциональный метод подгонки с использованием набора секций дополнительных резисторов исследуется на макете 3. Топологический чертеж микросборки показан на рис.3. Требуемые функциональные характеристики мультивибратора, схема которого показана на рис.4, формируются подключением отдельных подгоночных секций с помощью внешних перемычек.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Перед началом работы студент получает у преподавателя или лаборанта вариант задания и количественные данные требуемой технологической и функциональной точности.

Исследование механического метода.

1. Подключить омметр к клеммам на задней панели макета 1.

2. Подключить макет к источнику 26 В.

3. Установить наконечник электрозонда в центр контактной площадки одного из подгоночных резисторов (рис.5, точка 1).

4. Измерить начальное сопротивление подгоночного резистора (R_подг) с точностью, обеспечиваемой измерительной аппаратурой.

5. С помощью микрофрезы удалить локально часть резистивной пленки последовательно в точках 1…6 в соответствии с рис.5, перемещая подложку с помощью координатного стола. Тумблер включения электродвигателя расположен на задней панели макета. Микрофреза опускается легким нажатием на рычаг. В каждой точке измерить полученное сопротивление.

6. Построить две зависимости

где при у=у₁ и у=у₂(см. рис. 3);

i - номер точки (1…6).

Определить точку максимального изменения при подгонке.

7. Подогнать резистор с заданной точностью, где - основное сопротивление резистора. Для этого измерит на следующем неповрежденном резисторе макета и, удаляя часть резистивного слоя на (при минимальном числе сверлений), обеспечить требуемую точность сопротивления резистора. При подгонке использовать результаты, полученные в п.6.

Исследование электроискрового метода

ВНИМАНИЕ! ПОДКЛЮЧИТЬ МАКЕТ МОЖЕТ ТОЛЬКО ЛАБОРАНТ!!!

1. Подключить макет 2 к источнику 26 В, соблюдая полярность.

2. Подключить макет к источнику ВСА-111К и установить необходимое напряжение.

3. Подключить омметр к клеммам на верхней панели макета.

4. Установить тумблер на передней панели макета в положение «ЭЛ.ИСК». Подгонка осуществляется легким нажатием на кнопку, расположенную на координатном столе, до соприкосновения иглы с поверхностью резистора в положении тумблера «ПОДГ». В положении тумблера «ИЗМ» измеряется сопротивление подгоняемого резистора.

5. Построить по аналогии с методикой, использованной при исследовании механического метода, в соответствии с пп.1-6 зависимость при у=у₂ и у=у₁ (см. рис.5).

6. Сравнить полученные результаты для электроискрового и механического методов. Сделать выводы.

Исследование подгонки пропусканием тока через резистор.

1. Подключить омметр к клеммам.

2. Подключить макет к источнику.

3. Установить тумблер на передней панели в положение «ТОК».

4. Потянув на себя и повернув в нужную сторону внешнее кольцо на реле времени, установить необходимую выдержку.

5. Установить наконечники электрозондов в центры контактных площадок одного из подгоночных резисторов.

6. Установить тумблер в положение «ИЗМ» и замерить сопротивление резистора R_подг.

7. Установить тумблер в положение «ПОДГ», нажать и отпустить кнопку «КН1» на передней панели макета, при этом должна загореться лампочка. После этого как лампочка погаснет, повторить п.5.

8. Построить зависимость , где - время протекания тока через резистор.

При измерении интервал приращения времени составляет 1 мин. Получить три экспериментальные точки.

1. Проанализировать полученные результаты.

Исследование функциональной подгонки (см. рис. 4)

1. Подключить макет к источнику питания УНИП-5, соблюдая полярность.

2. Подключить частотомер к гнезду «Выход 1» макета.

3. Установить переключатели П1, П2 и П4 в положение «4».

4. Измерить частоту импульсов f на выходе мультивибратора в точках 1-7 переключателя П3.

5. Выключить источник питания и подключить цифровой вольтметр к гнездам КТ3 , подготовив его к измерению сопротивлений.

6. Измерить сопротивление в точках 1-7 переключателя П3.

1. Подготовить вольтметр к измерению постоянных напряжений и подключить его к гнезду «Выход 1» макета.

2. Установить П3 в положение «4» и включить питание.

3. Измерить амплитуду импульсов U_вых в точках 1-7 переключателя П1.

4. Замерить сопротивление на гнездах КТ1  в точках 1-7 переключателя П1 (см. пп.5 и 6).

5. Результаты экспериментов занести в таблицу.

1. По результатам экспериментов дать заключение о точности функционального метода подгонки ( в процентах).

2. Сравнить исследованные методы и сделать выводы.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Краткое описание работы (цель, основные методы и задание).

2. Электрическая схема измерений.

3. Результат измерений.

4. Зависимости

;