Тестовая плата для измерения величины сопротивления пленочных резисторов

 

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано для контроля технологических процессов напыления резистивных элементов. Цель изобретения - повышение точности измерения величины удельного поверхностного сопротивления достигается тем, что тестовая плата, содержащая диэлектрическую подложку с пленочными резистивными элементами прямоугольной формы и контактные площадки, дополнительно содержит несимметричную микрополосковую линию передачи, выполненную в виде слоя металла на экранной стороне подложки и проводника, контактирующего с резистивными элементами. Резистивные элементы выполнены в виде ячеек, геометрические размеры которых выбраны из условия равенства входного сопротивления на входе и выходе каждой ячейки волновому сопротивлению несимметричной линии передачи. 1 ил.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для контроля технологических процессов напыления резистивных элементов. Цель изобретения - повышение точности измерения величины удельного поверхностного сопротивления. На чертеже схематически изображена топология тестовой платы для контроля пленочных резисторов и ее эквивалентная схема. Тестовая плата для контроля пленочных резисторов содержит диэлектрическую подложку 1, на которой выполнена несимметричная микрополосковая линия (МПЛ) передачи. Проводник 2 несимметричной микрополосковой линии передачи контактирует с пленочными резистивными элементами 3...10 за счет последовательного соединения по двум противоположным сторонам этих резистивных элементов участками 11...17 проводника несимметричной микрополосковой линии передачи. Контактные площадки 18 и 19 соединяют две другие стороны пленочных резистивных элементов 3...10 друг с другом. На контактных площадках 18 и 19 напротив концов резистивных элементов 3. ..10 выполнены металлизированные отверстия 20 в диэлектрической подложке 1, соединяющие указанные резистивные элементы со слоем металла (не показан) на противоположной стороне диэлектрической подложки 1. Выбор геометрических размеров ячейки проводится следующим образом. Конструкцию в эквивалентную схему можно описать через сопротивление R₀(R₁) на единицу длины и проводимость G(1/R₂) на единицу длины, которые определяют входное сопротивление Z_вх и погонные потери. Для входного сопротивления должно выполняться соотношение Z_вх= , [Ом] и аналогично для погонных потерь α = 8,7 , [дБ] Последовательный резистор на единицу длины определяют из выражения R_o= , [Ом] где ρ_□ - удельное поверхностное сопротивление; W - длина последовательного резистора (единица длины в данном случае); l₁ - ширина последовательного резистора. Последовательную проводимость на единицу длины определяют из соотношения G = , где l₁ - ширина МПЛ. С учетом приведенных соотношений входное сопротивление Z_вх= ρ_□ , [Ом] α = 8,7 = 17,4 ,[дБ]
Например, для исследования резистивных плат на подложках из керамики "Поликор" толщиной 1 мм с удельным поверхностным сопротивлением ρ = 50 Ом/кв и волновым сопротивлением МПЛ Z_о = 50 Ом, ширина МПЛ l₁ = 0,96 мм. Из условия Z_вх= ρ_□· = 50 Ом следует, что l = 4,8 мм. Протяженность последовательного резистора (W) ячеек выбиралась из конструктивных соображений с учетом соотношения для погонных потерь. Для нашего случая W = 0,44 мм. Конструкция тестовой платы позволяет проводить контроль однородности и точности напыления пленочного резистора в широком диапазоне частот путем измерения потерь СВЧ-сигнала, рассеиваемого резистивными ячейками. По величине отклонения измеренного значения от расчетного оценивается неоднородность пленочного резистора на поле платы. Для измерения потерь тестовой платы могут быть использованы стандартные средства измерения, например ДК1-17. При неоднородности поверхностного сопротивления ρ_□ последовательного не равно ρ_□ параллельного, т.е. α ==17,4 × = α_изм, при
ρ_□посл = ρ_□паралл
α = 17,4 = α_расч т.е. α_изм=α_расч. При неоднородном ρ_□α_изм= α_расч+Δα. Величина Δα определяет неоднородность резистора, знак "+" у Δα определяет, что ρ_□ последовательного больше ρ_□ параллельного резистора, знак "-" соответственно наоборот.Обозначив, · 100% = K неоднородность, из выражения для α
K = 2 · 100%. Измеряя величину коэффициента отражения Г определяют неточность напыления удельного поверхностного сопротивления из выражения
Г = . Основными параметрами тестовой платы являются:
Коэффициент передачи (ослабления) Т₁₁ Входное сопротивление Z_вх Коэффициент отражения Г
Геометрия резистора тестовой платы рассчитывается на определенное нормированное значение Т₁₁, входное сопротивление, равное 50 Ом, коэффициент отражения, равный нулю. Эти расчетные параметры должны соответствовать их измеренным значениям, если тонкопленочный резистор точно выполнен по номинальному значению поверхностного сопротивления ρ Ом/□ равному 50 Ом и однороден. В случае отклонения ρ Ом/□ от номинального значения (50 Ом) и если резистор неоднороден, то значения Т₁₁, Z_вх, Г не будут соответствовать расчетным значениям. По величине отклонения Δ Т₁₁,Δ Z_вх и величине Гможно оценить неоднородность резистора и неточность его изготовления. Количественная оценка проводится следующим образом:
T₁₁= , где R₁ и R₂ - последовательный и параллельный резисторы, нормированные относительно 50 Ом, откуда
= -
и
= , т.е. знак и величина отклонения ΔТ₁₁. Определяют однородность резистора, например измеренное значение ΔТ₁₁ = -10% , это значит, чтo R₁ выполнено с точностью -10%, а R₂напылено с точностью +10%, т.е. неоднородность ±10%: если Т₁₁ равно - 5%, то R₁ напылено с точностью -10%, а R₂ напылено точно, т.е. неоднородность напыления -10%. Геометрия ячеек (размеры) рассчитаны так, что входное сопротивление равно поверхностному сопротивлению, так как отклонение измеренного Z_вхот расчетного Z_вх= Z_{вх изм}-Z_{вх расч} будет определять точность исполнения поверхностного сопротивления. Кроме того, коэффициент отражения
Г = при Z_вх= ρ = Z_o= 5 Ом, Г = 0, если Z_вх≠50 Ом, то Г ≠ 0. Для Z_вх можно записать
Z_вх= ρ (расч) ± Δρ = 50 Ом ± Δρ , тогда
Г = = . Таким образом, коэффициент отражения определяет точность исполнения резистора. Представленная на чертеже тестовая плата состоит из 8 ячеек с ослаблением 4,0 дБ каждая, т.е. суммарное ослабление платы 32 дБ. Реально ячейки можно выбирать с номинальными значениями ослабления (1, 2,3,4,5 дБ), но большее значение ослабления одной ячейки использовать нецелесообразно из-за зависимости коэффициента передачи от частоты, которая появляется вследствие распределенного резистора, а до 5 дБ резистивную ячейку можно считать сосредоточенной. В табл. 1 приведены справочные данные, по которым можно строить тестовые платы, и приведены результаты расчета ΔТ₁₁ для 10% отклонения R₁ и R₂. П р и м е р. Изготовлены тестовые платы на поликоровой и с лейкосапфировой подложках для определения точности и однородности напыления резистивной пленки на обеих подложках в сравнении. Тестовые платы состояли из 8 ячеек по 4 дБ и были изготовлены в едином технологическом цикле, т.е. в данном случае оценивалось качество резистивной пленки в зависимости от материала подложки. В табл. 1 приведены измеренные характеристики. В табл. 2 приведены средние данные, а реально на каждом типе подложек было изготовлено по 10 тестовых плат для повышения достоверности результата измерения. По измеренным параметрам видно, что точность напыления и однородность тонкопленочного резистора выше для лейкосапфировой подложки при одинаковом технологическом маршруте. Более высокое качество пленочного резистора на лейкосапфировой подложке объясняется высокой чистотой обработки поверхности подложек. Предлагаемая тестовая плата позволит получить более высокую точность измерения характеристик резистивных пленок и оценить возможность применения выбранной технологии, кроме того, тестовая плата может быть использована при выборе материала подложки, материала покрытия и т.д. в необходимом диапазоне СВЧ. Измерения проводились в диапазоне 1-15 ГГц.

Формула изобретения

ТЕСТОВАЯ ПЛАТА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ, содержащая диэлектрическую подложку с пленочными резистивными элементами прямоугольной формы и контактные площадки, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения величины удельного поверхностного сопротивления, она дополнительно содержит несимметричную микрополосковую линию передачи, выполненную в виде слоя металла на стороне диэлектрической подложки, противоположной размещению контактных площадок, и проводника, контактирующего со всеми пленочными резистивными элементами, причем резистивные элементы объединены в ячейки, соединенные последовательно участками проводника несимметричной микрополосковой линии передачи, контактирующего с каждым пленочным резистивным элементом ячеек по их противоположным сторонам, две другие стороны каждого пленочного резистивного элемента объединены контактными площадками , при этом в местах соединения контактных площадок с резистивными элементами выполнены металлизированные отверстия, контактирующие со слоем металла микрополосковой линии, а геометрические размеры резистивных ячеек выбраны из условия равенства входного сопротивления на входе и выходе каждой резистивной ячейки волновому сопротивлению несимметричной микрополосковой линии передачи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 32-2000

Извещение опубликовано: 20.11.2000        

---