УП Технология РЭС и ЭВС 2006_, страница 5

Достоинством этих методовявляется минимальное время подгонки и возможность использования дискретных компонентов с менее жесткими допусками; недостатком - необходимость работы со схемой с подключенным питанием, существенное понижение степени интеграции и использование довольно сложного и дорогостоящего оборудования.Методы подгонки резистивных элементов. Номинальное значениесопротивления пленочного резистора определяется соотношением27R = ρ ·N = ρгде R - номинальное значение, Ом; ρl,a- удельное поверхностное сопротив-ление, Ом/ ; N – коэффициент формы (число квадратов) резистора; l - длина резистора ; а - ширина резистора.Следовательно, номинал резистора можно варьировать изменением егогеометрических размеров или удельного сопротивления.

Первый способ нетребует дополнительных пояснений. В свою очередь, ρ пленки определяется ее толщиной, структурой и составом. Отсюда вытекают возможные методы подгонки резисторов и их место в производстве ГИС.Известны различные методы подгонки, которые сводятся к изменениюгеометрии и изменению состава и структуры материала резистора.Строго говоря, подгонка приводит к комбинированному изменению какструктуры, так и геометрии. Тем не менее, деление на две группы удобнодля практики. К первой группе можно отнести: механический (фрезерование, скрабирование), ультразвуковой, воздушно-абразивный, электроискровой, лазерный, электронно-лучевой и метод с использованием перемычек исекций; ко второй группе – термический отжиг, электрический нагрев пропусканием тока, электрохимический метод и метод уплотнения.Целью методов подгонки первой группы является изменение сопротивления за счет изменения длины, ширины или формы пленочного резистора.Подгонка механическими скрайбированием или фрезерованием требуетнесложного оборудования, состоящего из алмазного резца или фрезы с приводом, координатного стола для перемещения резистора при подгонке иблока измерения (рис.3.1,а).

Ультразвуковой метод подгонки основан натом, что механическое воздействие резца на пленку может передаваться посредством ультразвуковых колебаний.При абразивной подгонке снимают часть резистивного материала с помощью выбрасываемых потоком воздуха мелких (20мкм) абразивных частиц, которые разрушают небольшие участки пленки резистора до тех пор,пока сопротивление не увеличивается до требуемой величины. Недостатками метода являются возможность повреждения близлежащих деталей схемы,нарушение их защитного слоя, и, как следствие этого, ограниченная плотность размещения элементов. В случае обработки резистора излишним количеством абразивного порошка его поверхность становиться шероховатой28и характеристики ухудшаются.

Трудно обрабатывать пленки из твердых материалов.Электроискровая подгонка основана на локальном нагреве пленки, находящейся в контакте с острием зонда, до ее испарения или оксидирования(рис 3.1,б). Недостатком является низкая производительность из-за быстрогоизноса иглы и зонда и значительная погрешность геометрических размеров.а)б)в)Рис.3.1. Схемы подгонока – механическая; б – электроискровая; в – токоваяЛазерная и электронно-лучевая обработка относятся к бесконтактнымметодам подгонки. Лазерная обработка тонких пленок сопровождается высокими скоростями локального нагрева (до 1010 град/с) до испарения материала пленки.

Высокая плотность импульсной световой энергии (до107 Вт/см2) при малой длительности (τ=108 ºС) и высокая скорость охлаждения (до 108 град/с) обеспечивают быстрое испарение при минимальномнагреве материала вне границ области резания. Возможно использованиелазера для термообработки материала резистора при пониженной (до103 Вт/см2) плотности энергии, что приводит к уменьшению сопротивленияиз-за нагревания материала до температур, вызывающих уплотнение кри29сталлической структуры. Таким образом, лазерная подгонка позволяет какувеличивать, так и уменьшать сопротивление резисторов.Частичное удаление пленки резистора возможно с помощью электронного луча с удельной мощностью 106 Вт/см2.

Недостатком этого метода является сложность, дороговизна и громоздкость оборудования, связанная снеобходимостью обеспечения высокого вакуума. Достоинством - самая высокая из существующих методов скорость реза и электромагнитное сканирование луча.При лазерной подгонке применяются поперечный, двойной поперечный, Г-образный и серпантинный резы. Вид реза определяется конфигурацией и площадью резистора, типом резистивного материала и требуемойточности 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, обеспечиваютдискретную подгонку. Достоинством метода является относительная простота оборудования, используемого при подпайке и приварке дополнительных секций или при резке перемычек.

Недостатком является существенноеуменьшение степени интеграции за счет дополнительных подстроечных секций.Подгонку можно проводить изменением структуры пленки. Структурапленки определяется технологическими факторами формирования пленки(температурой подложки и микрорельефом ее поверхности, давлением исоставом остаточных газов, скоростью формирования потока и его осаждения на подложку и др.). Однако структурой пленки можно управлять и послеформирования пленки путем ее уплотнения, отжига дефектов, измененияфазового состава. Это достигается в результате физического воздействия напленку без механического ее разрушения, а также за счет терморегулирующего отжига при высоких температурах.Использование явления упорядочения структуры и изменение размеровкристаллов тонких резистивных пленок при воздействии относительно высоких температур (до 600ºС) положено в основу терморегулирующего отжига.

Термический отжиг, позволяющий изменить не только величину ρ , но иуменьшить абсолютную величину ТКС, может быть осуществлен в среде с30повышенной температурой (терморегулирующий отжиг или путем нагревапри пропускании постоянного или импульсивного тока через резистор). Притерморегулирующем отжиге (Т=400ºС) 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 частислоя уменьшается, так как поверхностный слой становится окислом. Удельное сопротивление растет (окислы, как правило, имеют значительно большеесопротивление).

При появлении окисной прослойки между кристаллами(зернами) изменяется тип проводимости (она становится полупроводниковой), что увеличивает сопротивление пленки. Кроме того, уменьшение толщины резистивной пленки и появление окисной прослойки между зернамимогут привести к изменению типа проводимости и изменению величины идаже знака ТКС (смена «+» на «-») за счет размерного эффекта и рассеянияна границе зерен.Увеличение или уменьшение сопротивления пленки зависит от характера фазовых переходов, т.е. от того, какие фазы существовали в исходнойпленке 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 2, размещенный на подложке 1, подключен к одному из электродов источника постоянного напряжения 6 (рис.3.2). Для локальной подгонки на поверхность пленки наносяткаплю электролита 4.

При подаче «+» на резистор через электрод 5 и «-» навторой электрод 7 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 резисто31ра. Изменение знаков напряжения на электродах приводит к обратному процессу – уменьшению оксидной пленки. Этот метод особенно эффективен длятанталовой технологии.

При анодировании одновременно с подгонкой резистор защищается от внешних воздействий стеклообразным беспористымслоем окисла.При использовании метода уплотнения плотность пленки изменяется засчет накатки валиком или специально приспособленным карандашом с резиновым наконечником. При этом структура материала уплотняется, частично исключаются поры и рыхлые слои. Этот метод эффективен, когда пленкиимеют пористую структуру и толщину более 300Å.

Такие пленки формируются со скоростью осаждения 100 Å/с или при давлении остаточного газаболее 6·10-3 Па, когда наблюдается случайное закрепление частиц потока.Метод дешев, прост и легко реализуется на практике.Рис.3.2. Электрохимическая подгонкаВыбор 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 иТКС. 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.32Описание лабораторной установкиВ лабораторной работе студентами исследуются следующие методыподгонки изменением геометрии резистора: электроискровой метод, метод сиспользованием дополнительных перемычек и секций и метод подгонки изменением структуры материала пропусканием тока через резистор.На макете 1 демонстрируется электроискровой и токовый методы подгонки.

Макет состоит из координатного стола, игольчатого электрода, релевремени и органов управления. При реализации электроискрового методанапряжение 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 2. Топологический чертежмикросборки показан на рис.3.3. Требуемые функциональные характеристики мультивибратора, схема которого показана на рис.3.4, формируются подключением отдельных подгоночных секций с помощью внешних перемычек.Порядок выполнения работыПеред началом работы студент получает у преподавателя или лаборанта вариант задания и количественные данные требуемой технологической ифункциональной точности.Исследование электроискрового методаВНИМАНИЕ!ПОДКЛЮЧИТЬ МАКЕТ МОЖЕТ ТОЛЬКО ЛАБОРАНТ!!!1.