Пленочные элементы интегральных микросхем и микросборок

Пленочные элементы интегральных микросхем и микросборок

К пленочным элементам относят: резисторы, конденсаторы, проводники, линии с распределенными параметрами и пленки из диэлектрических материалов.

В зависимости от толщины пленки бывают:

Токая пленка – до 10 микрон;

Толстая пленка – от 10 микрон и более.

Толстые пленки изготавливают с помощью паст. Тонкие пленки – все виды получения пленок.

Кроме толщины все пленки различаются материалом, технологией изготовления и электрофизическими параметрами (у тонких пленок имеют нелинейную зависимость) и общими требованиями конструкции пленочных элементов (минимальные габаритные размеры, стабильность, воспроизводимость характеристик в процессе производства, совместимость технологических процессов с технологическими процессами изделий в состав которых они будут входить.

,

Если у нас квадратная форма, то: .

Основными электрическими параметрами пленочного резистора являются: R, ,К_ф,

, удельная мощность .

Расчет тонкопленочных резисторов

Исходные данные:

Номинальная величина сопротивления – R;

Допуск на номинал – g_R;

Диапазон рабочих температур – ;

Точность выполнения линейных размеров –Db, Dl;

Технологические ограничения:

Мощность, рассеиваемая на каждом резисторе – P.

В зависимости от точности изготовления резистора  выбирается тот или иной способ формирования конфигурации:

При g_R³10 % можно воспользоваться масочным способом;

При g_R£5 % фотолитографическим методом.

Выбрав метод формирования конфигурации определяют Db и Dl, а соответственно и технологические ограничения.

Рекомендуется следующая последовательность проведения расчета:

1) Определяется соотношение: , если получается больше 50 то рекомендуется изготавливать резисторы из двух различных материалов. Для этого все резисторы разбивают на две группы:

  первой группы меньше а,

 второй группы больше значения сопротивления численно равного удельному электрическому сопротивлению:

,

– номинал i-го сопротивления,

n – число резисторов в схеме.

После разбивки рассчитывают для каждой группы в отдельности, потом делят и если а меньше 50, то можно делать из одного материала.

2) Выбираем материал резистивной пленки из таблицы с удельным сопротивлением близким к рассчитанному значению и соответственно с учетом рекомендуемого диапазона номинальных значений резисторов. При этом необходимо, чтобы температурная погрешность была мала, а удельная мощность Р₀ велика.

3) Рассчитываем погрешности:

,

– погрешность коэффициента формы,

– погрешность воспроизведения удельного сопротивления,

– температурная погрешность,

– погрешность, связанная со старением пленки,

– погрешность переходных сопротивлений контактов.

В первом приближении .

Две последние составляющие важны для прецизионных резисторов и составляют (1–2)%.

,

– температурный коэффициент сокращения материала пленки,  задана.

;

4) Определяем коэффициент формы каждого резистора:, если , то резистор можно выполнять прямоугольной формы, длина которого больше ширины, если , то длина выполняется меньше ширины, если , то резистор должен иметь форму меандра.

Резисторы с коэффициентом формы меньше 0,1 занимают большие площади на подложке и выполнять их не рекомендуется.

5) Определяется ширина резистора, коэффициент формы которого больше 1:

– технологическое минимальное значение ширины, определяемое технологическими факторами,

– определяется заданной точностью изготовления,

(по мощности) – обеспечение необходимой мощности рассеяния.

,

К_ф – берется в долях единицы.

,

Р₀ – допустимая удельная мощность рассеяния резистора.

За ширину b принимают ближайшее к  большее значение, кратное шагу координатной сетки h принятому для чертежа топологии (рекомендуется h=0,01 мм).

6) Определяется длина резистора, имеющего коэффициент формы больше 1:

,

, .

За длину l_p берется большее значение кратное шагу координатной сетки.

7) Определяется ширина резистора с коэффициентом формы меньше 1:

, полученное значение  округляется в большую сторону с точностью до h. Таким образом получаем b для каждого резистора.

Для прямоугольной формы резистора .

Если резистор состоит из резистивных полосок, то берется сумма их, которая равняется .

Если К_ф>10, значит резистор должен иметь форму меандр.

1)  Определяется длина средней линии .

а – расстояние между резистивными полосками ,

t – шаг одного звена (меандр) ,

L_m – длина контура меандр,

b_m – ширина контура меандр.

 – число звеньев.

2) Определяется длина средней линии: .

3) Задается расстояние а с учетом технологичных ограничений. Материал . Оптимально а=b. Определяется оптимальное количество звеньев:

,

, вычислив величину n_опт округляем до ближайшего целого числа.

4) Определяется длина меандра:

, .

Расстояние а выбирается из конструктивных соображений. Оно должно удовлетворять условию: