Прецизионный тонкопленочный резистор



Прецизионный тонкопленочный резистор
Прецизионный тонкопленочный резистор
Прецизионный тонкопленочный резистор

 

H01C7 - Нерегулируемые резисторы, имеющие один или несколько слоев или покрытий; нерегулируемые резисторы из порошкообразного токопроводящего или порошкообразного полупроводникового материала с диэлектриком или без него (состоящие из свободного, т.е.незакрепленного, порошкообразного или зернистого материала H01C 8/00; резисторы с потенциальным или поверхностным барьером, например резисторы с полевым эффектом H01L 29/00; полупроводниковые приборы, чувствительные к электромагнитному или корпускулярному излучению, например фоторезисторы H01L 31/00; приборы, в которых используется сверхпроводимость H01L 39/00; приборы, в которых используется гальваномагнитный или подобные магнитные эффекты, например резисторы, управляемые магнитным полем H01L 43/00; приборы на твердом теле для выпрямления, усиления, генерирования или переключения без потенциального или

Владельцы патента RU 2421837:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов" (ФГУП "НИИЭМП") (RU)

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных микросборок, а более конкретно для конструирования и изготовления тонкопленочных резисторов на диэлектрических подложках. Прецизионный тонкопленочный резистор (ТПР) содержит диэлектрическую подложку с размещенными на ее поверхности пленочным прямоугольным резистивным элементом со ступенчатым утолщением пленки и двумя пленочными контактными выводами на его концах, причем толщина ступенек примерно равна толщине резистивной пленки основного резистора, кромка первой ступеньки, считая от вывода, проходит перпендикулярно линии тока по всей ширине резистора на расстоянии для одной - не менее толщины основной части резистивной пленки, а конкретное значение этого расстояния и толщины ступеньки рассчитывается путем моделирования с учетом свойств резистивной пленки. Третий же пленочный металлический контактный вывод является потенциальным и подключается к телу основного резистора полосой из основного резистивного материала, а кромка второй ступеньки находится от своего контакта на расстоянии в n раз большем, чем у первой, при этом числовое значение коэффициента n определяется из математического выражения. Техническим результатом является обеспечение дополнительной возможности доводки ТКС до требуемого значения. 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных микросборок, а более конкретно для конструирования и изготовления тонкопленочных резисторов на диэлектрических подложках.

Уровень техники

Известны тонкопленочные резисторы (ТПР) с различной формой контактных соединений [1].

Недостатком всех известных согласно работе [1] тонкопленочных структур являются сравнительно высокие значения температурного коэффициента сопротивления (ТКС), а также значительное выделение мощности в приграничном соединении резистивной пленки с металлическим контактом, приводящей к дополнительной нестабильности сопротивления.

Известен тонкопленочный резистор прямоугольной формы [2]. Недостатком данной типовой конструкции ТПР является то, что при его коэффициенте формы Kф≤0,1 начинается значительный рост сопротивления Rэп его электродов и возрастающий вклад этого нестабильного сопротивления в общее сопротивление резистора.

В типовом случае контактные площадки для измерения сопротивления ТПР подключают к электродам таким образом, что ток протекает последовательно через первый электрод, затем через второй электрод. Обозначив длину резистивного элемента и его электродов через l, а ширину через b получим

где ρп - удельное поверхностное сопротивление проводящей пленки (электродов): kф=l/b. При малых значениях kф сопротивление Rэп увеличивает общее сопротивление ТПР и ухудшает его температурную стабильность из-за высокой чувствительности сопротивления проводящей пленки к воздействию температуры.

Известна конструкция тонкопленочного резистора, выполненного согласно (см. патент РФ №2374710, H01C 17/22. Способ изготовления тонкопленочного резистора / Г.С.Власов, А.Н.Лугин. - Опубл. 2009, бюл. №33) [3].

Недостатком конструкции этого ТПР является наличие погрешности сопротивления в рабочем диапазоне температур, вызванной необходимостью экспериментального подбора длин примыкающих к металлическим контактам ступеней резистивного покрытия.

Известен тонкопленочный резистор прямоугольной формы (см. патент РФ №2330343 H01C 7/00. Тонкопленочный резистор / А.Н.Лугин, М.М.Оземша, Г.С.Власов - Опубл. 2008, бюл. №21), [4] - (прототип).

Тонкопленочный резистор [4] содержит диэлектрическую подложку с размещенными на ее поверхности пленочным прямоугольным резистивным элементом со ступенчатым утолщением пленки и пленочными выводами на его концах, причем толщина ступеньки примерно равна толщине резистивной пленки основного резистора, кромка ступеньки, считая от вывода, проходит перпендикулярно линии тока по всей ширине резистора на расстоянии не менее толщины основной части резистивной пленки, а конкретное значение этого расстояния и толщины ступеньки рассчитывается путем моделирования с учетом свойств резистивной пленки и пленки выводов.

Недостатком устройства-прототипа является то, что его конструкция не позволяет повысить точность резистора, то есть выполнить доводку ТКС, например, в процессе лазерной подгонки и привести его к заданному значению, в частности к значению, равному нулю.

Сущность изобретения

Задачей, на которую направлено изобретение, является создание конструкции ТПР, обладающей: 1) предельной простотой, 2) свойством снижения пикового значения выделяемой мощности в зоне контактного перехода в режиме функционирования тонкопленочной микросхемы, 3) предоставлением возможности доводки ТКС в процессе лазерной подгонки и приведения его к заданному значению, в частности к значению, равному нулю.

Поставленная задача достигается за счет того, что прецизионный тонкопленочный резистор (ТПР) содержит диэлектрическую подложку с размещенными на ее поверхности пленочным прямоугольным резистивным элементом со ступенчатым утолщением пленки и двумя пленочными контактными выводами на его концах, причем толщина ступенек примерно равна толщине резистивной пленки основного резистора, кромка первой ступеньки, считая от вывода, проходит перпендикулярно линии тока по всей ширине резистора на расстоянии для одной - не менее толщины основной части резистивной пленки, а конкретное значение этого расстояния и толщины ступеньки рассчитывается путем моделирования с учетом свойств резистивной пленки. Третий пленочный контактный вывод является потенциальным и подключается к телу основного резистора полосой из основного резистивного материала, а кромка второй ступеньки находится от своего контакта на расстоянии в n раз большем, чем у первой, при этом числовое значение коэффициента n определяется по формуле

,

где D - длина ТПР, D1 - длина части ТПР от первого токового контакта до полосы отвода к потенциальному контакту, L - длина первого выступа от кромки первого металлического контакта, α1 - ТКС1 первой части ТПР, α2 - ТКС2 второй части ТПР, γ - относительная разность удельных сопротивлений участков резистивного покрытия ТПР.

Перечень чертежей

Конструкция прецизионного ТПР представлена на фиг.1, а его электрическая модель - на фиг.2.

Элементы конструкции и электрической модели обозначены следующими позициями: 1 - пленки токовых металлических контактов, 2 - резистивное покрытие, 3 - пленка потенциального металлического контакта; L - длина первого выступа от кромки первого металлического контакта, nL - длина второго выступа от кромки второго металлического контакта, D - длина ТПР, D1 - длина части ТПР от первого токового контакта до полосы отвода к потенциальному контакту; R - сопротивление ТПР, R1 - сопротивление первой части ТПР, R2 - сопротивление второй части ТПР, α - ТКС прецизионного ТПР, α1 - ТКС1 первой части ТПР, α2 - ТКС2 второй части ТПР, ρ1 - удельное сопротивление резистивного покрытия в области выступов, ρ2 - удельное сопротивление резистивного покрытия в промежутке между выступами.

На фиг.3 представлена схема измерения в процессе контроля при функциональной подгонке ТКС (испытательная схема), где обозначены позициями: 4 - источник стабильного тока, 5 - цифровой вольтметр, 6 - двухпозиционный переключатель.

Отличительные признаки

Отличительными признаками заявленной конструкции ТПР по сравнению с прототипом являются:

1. Доводку ТКС до требуемого значения, например равного нулю, выполняют изменением длины одного выступа относительно другого, с учетом геометрических размеров и удельных сопротивлений резистивных участков.

2. Наличие потенциального вывода 3 и отвода к нему от тела резистора, выполненного в виде тонкопленочной полосы из основного резистивного материала.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления

Сущность изобретения поясняется чертежами фиг.1÷3.

Известно, например, из работы [5], что резистивные пленки различной толщины, выполненные из одного и того же резистивного материала, обладают различными удельными сопротивлениями, зависящими от толщин покрытий, а следовательно, и различными температурными коэффициентами сопротивлений (ТКС). При этом часто используют линейную аппроксимирующую зависимость типа (1)

где α - ТКС, ρt - удельное поверхностное сопротивление при температуре t, ρ20 - удельное поверхностное сопротивление при температуре 20°С.

Резистивное покрытие толщиной Н имеет согласно фиг.1 удельное сопротивление, обозначенное, например, как ρ1, а резистивное покрытие толщиной h имеет удельное сопротивление ρ2. Поэтому согласно моделей фиг.1 и фиг.2 сопротивления R1 и R2 резистивных элементов можно представить формулами

Геометрические размеры L, nL, D и D1 представлены на фиг.1.

Обозначим разницу между сопротивлениями R1 и R2 величиной ΔR. В этом случае величину ΔR можно представить как

Связь между значениями ТКС-α интегрального резистора, обладающего сопротивлением R, и параметрами соединенных последовательно первым и вторым резистивными элементами R1 и R2 имеет вид [3]

Полагая, что требуемое значение ТКС прецизионного ТПР-α должно быть равно нулю, и, заменяя R2 в формуле (4) на R1 - ΔR, получим

Теперь, используя (2) и (3), выразим отношение ΔR/R1 как

Из выражений (5) и (6) следует, что для того, чтобы требуемое значение ТКС прецизионного ТПР-α должно быть равно нулю, нужно выполнить условие

где - относительная разность удельных поверхностных сопротивлений участков резистивного покрытия, с толщинами h и Н.

Формула (7) легко преобразуется в формулу (8)

Формула (8) позволяет создать конструкцию прецизионного резистора с оптимальными длинами выступов, а тем самым одновременно с уменьшением выделяемой мощности в зоне контактов создать прецизионное изделие. В этой формуле все величины, кроме α1 и α2 - постоянные, известные на стадии конструирования, а обеспечение выполнения соотношений (4, 5) осуществляется на стадии подгонки по схеме фиг.3.

Согласно схеме фиг.3, используя переключатель режимов 6, осуществляют доводку, влияя либо на сопротивления R1, либо на R2. Для того чтобы выполнить подгонку ТКС-α ТПР до значения, равного нулю, необходимо вначале технологически обеспечить, чтобы значения α1 и α2 имели противоположные знаки. Это зависит от типа резистивного материала, толщин покрытия Н и h, а также от температурных режимов термообработки [5]. При этом подгонка, или доводка, предполагает незначительную вариацию подгоняемого параметра. Введение же в конструкцию тонкопленочного резистора не равных по длине от границы токовых выводов ступенек решает задачу не только оптимизации выделяемой мощности в районе контактных выводов, но также позволяет путем подбора величины коэффициента n установить начальное значение ТКС-α2, близкое к оптимальному.

При α=0 формула (4) упрощается

Предположим, что ТПР разделен на две равные части резистивной полосой, идущей к его потенциальному выводу, а коэффициент n=1 (равенство длин ступенек). Тогда R1=R2, α1=α2, и термообработка в этом случае не в состоянии поменять знак только одного из коэффициентов α1 или α2. А так как сопротивления резисторов имеют всегда положительные значения, то никакая подгонка, в том числе лазерная, не будет способна обеспечить соотношение (9) из-за знака минус в его правой части.

При том же равенстве R1=R2, но при других значениях коэффициента n, отличных от 1, а также, возможно, при дополнительной термообработке, можно добиться разных знаков ТКС α1 и α2, а следовательно и последующей доводки ТКС-α=0 полного ТПР.

Значение коэффициента n согласно формулы (8) достигается на этапах конструирования, в процессе технологических операций термообработки и подгонки.

Испытания проводились с опытными образцами резисторов ТПР на ситалловой подложке СТ50-1-1-0,6, созданных на базе резистивного материала типа кермет К-20С, которые подвергались термообработке в диапазоне температур 350-500°С. Режим функционирования ТПР обеспечивался путем пропускания тока в пределах 0,1-1 мА. В результате лазерной подгонки полученные образцы ТПР, выполненные по конструкции согласно предложенной (фиг.1), имели ТКС, не превышающий ±1·10-6 1/°С в диапазоне температур (5÷40)°С.

Предлагаемая конструкции ТПР превосходит техническое решение, выполненное согласно патенту РФ №2330343, H01C 7/00 - прототип, так как имеет дополнительную возможность доводки ТКС до требуемого значения, например нулевого, и тем самым обеспечивает повышение точности резистора.

Источники информации

1. Ермолаев Ю.П., Пономарев М.Ф., Крюков Ю.Г. Конструкции и технология микросхем / (ГИС и БГИС); Под ред. Ю.П.Ермолаева: Учебник для вузов. - М.: Сов. Радио, 1980. - 256 с.; С.79-92, рис.2.1.

2. Матсон Э.А., Крыжановский Д.В. Справочное пособие по конструированию микросхем. - Минск: Высшая школа, 1982, - С.42-48, рис.3.1.

3. Патент РФ №2374710, H01C 17/22. Способ изготовления тонкопленочного резистора / Г.С.Власов, А.Н.Лугин. - Опубл. 2009, бюл. №33.

4. Патент РФ №2330343 H01C 7/00. Тонкопленочный резистор / А.Н.Лугин, М.М.Оземша, Г.С.Власов - Опубл. 2008, бюл. №21.

5. Лугин А.Н., Оземша М.М., Лугина В.В., Волков Н.В. Исследование нелинейности изменения сопротивления резистивных пленок из кермета К-20С от температуры / Труды международного симпозиума «Надежность и качество '2003», Пенза. - С.403-405.

Прецизионный тонкопленочный резистор (ТПР), содержащий диэлектрическую подложку с размещенными на ее поверхности пленочным прямоугольным резистивным элементом со ступенчатым утолщением пленки и двумя пленочными контактными выводами на его концах, причем толщина ступенек примерно равна толщине резистивной пленки основного резистора, кромка первой ступеньки, считая от вывода, проходит перпендикулярно линии тока по всей ширине резистора на расстоянии для одной не менее толщины основной части резистивной пленки, а конкретное значение этого расстояния и толщины ступеньки рассчитывается путем моделирования с учетом свойств резистивной пленки, отличающийся тем, что третий пленочный контактный вывод является потенциальным и подключается к телу основного резистора полосой из основного резистивного материала, а кромка второй ступеньки находится от своего контакта на расстоянии в n раз большем, чем у первой, где числовое значение коэффициента n определяется по формуле

где D - длина ТПР; D1 - длина части ТПР от первого токового контакта до полосы отвода к потенциальному контакту; L - длина первого выступа от кромки первого металлического контакта; α1 - ТКС1 первой части ТПР; α2 - ТКС2 второй части ТПР; γ - относительная разность удельных сопротивлений участков резистивного покрытия ТПР.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам защиты от скачков напряжения. .

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к способу определения параметров размыкателя для разрядника защиты от перенапряжения, причем переключающее движение размыкателя происходит с помощью переключающего язычка, который посредством постоянно действующей пружинной силы направлен в направлении, противоположном удерживающей силе, созданной при помощи защитного припоя.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для изготовления электропроводящих покрытий, пленочных нагревательных элементов.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении обжатого узла. .

Изобретение относится к микроэлектронике, а более конкретно к технологии изготовления высокоомных поликремниевых резисторов, и может быть использовано в производстве поликремниевых резисторов как в качестве дискретных элементов, так и в составе интегральных схем.

Изобретение относится к ограничителям перенапряжения и, в частности, относится к ограничителям среднего и высокого напряжения, имеющим сокращенное количество составных элементов для облегчения их сборки

Изобретение относится к разрядникам для защиты от перенапряжений Разрядник для защиты от перенапряжений содержит сердечник, состоящий из столбика варисторных блоков (1), двух присоединительных блоков, между которыми закреплен столбик варисторных блоков (1), множества армирующих элементов, расположенных между присоединительными блоками (3) и закрепленных на них, причем армирующие элементы охватывают столбик варисторных блоков, и, по меньшей мере, одного стабилизирующего диска (25), расположенного на участке одного из ребер (7), а также наружный корпус (5) с ребрами, в котором сердечник расположен, по меньшей мере, частично
Изобретение относится к электротехнике, а именно к технологии изготовления оксидно-цинковых варисторов

Изобретение относится к изоляторной системе

Изобретение может найти применение в энергетике, в аппаратах защиты высоковольтных электрических сетей от перенапряжений - ограничителях перенапряжений нелинейных. Для повышения достоверности технического состояния таких устройств необходимо разделение токов по поверхности устройства и тока колонки варисторов. Это разделение обеспечивается изолированием вывода от металлического фланца. В современных компактных устройствах для ограничения перенапряжения с полимерными корпусами изолирование вывода при одновременном обеспечении надлежащей герметизации устройства затруднено. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности устройства для ограничения перенапряжения путем обеспечения условий и упрощения герметизации устройства при выполнении изолированного вывода. С этой целью его выводной цилиндрический контакт и технологическое отверстие для нагнетания компаунда выполнены в виде полой металлической трубки, например, стальной цилиндрической, при этом внешний диаметр трубки выводного контакта должен быть не менее D = 4 S H   / π + d 2 , где SH - нормируемая площадь сечения заземляющего проводника; d - принятый диаметр технологического отверстия. 3 ил.

Устройство защиты от перенапряжений имеет корпус (1) и по меньшей мере два электрических проводника (2), подведенных к корпусу (1) для электрического подсоединения к устройству защиты от перенапряжений, тепловой переключатель (14), искровой разрядник (15) и воспламенитель (16). В корпусе (1) расположены разрядник (3) для защиты от перенапряжений для ограничения перенапряжения электрических проводников (2), а также реагирующий на давление переключатель (4) для замыкания накоротко электрических проводников (2). Тепловой переключатель (14) термически соединен с разрядником (3) для защиты от перенапряжений и выполнен таким образом, чтобы воспламенять искровой разрядник (15) посредством воспламенителя (16). Технический результат - возможность надежно и безопасно отсекать ток повреждения, замыкая накоротко электрические проводники (2) даже в случае неисправного разрядника (3) для защиты от перенапряжений, когда в корпусе (1) возникает дуга. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство защиты содержит разрядник (1, 1a) для защиты от перенапряжений, который содержит первый (4) и второй (5) присоединительные терминалы. По меньшей мере, один присоединительный терминал (4, 5) соединен с электропроводящей присоединительной токовой цепью (6), которая установлена карданно. Карданный шарнир (7, 7a) удерживается вторым присоединительным терминалом (5) и содержит первую скобу (8) и вторую скобу (9), входящие друг в друга. Первая скоба (8) прикреплена ко второму терминалу (5). Ко второй скобе (9) под жестко установленным углом прикреплено устройство (11) для разъединения присоединительной токовой цепи (6) в случае неисправности устройства. Технический результат - уменьшение необходимого конструктивного пространства с исключением приложения к устройству внешних усилий, которые могут вызвать механические повреждения устройства. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам ПТК (с положительным температурным коэффициентом), имеющим элемент ПТК, в частности полимерный элемент ПТК и электрический прибор, содержащий данное устройство ПТК. Устройство ПТК (10) включает в себя многослойное основание (14), которое выступает в качестве теплопроводной среды, и полимерный элемент ПТК (12), расположенный на основании, при этом полимерный элемент ПТК расположен на одной поверхности (15) многослойного основания (в термически подключенном состоянии) и полимерный элемент ПТК и многослойное основание впаяны в смолу таким образом, что другая поверхность (15') многослойного основания остается снаружи.Технический результат - быстрое выявление и предотвращение заранее возможности разогрева подложки до чрезвычайно высокой температуры. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к разряднику для защиты от перенапряжений. Разрядник содержит защищенный от прикосновения корпус (10), расположенный в корпусе активный элемент (20), имеющий выполненный в виде батареи (21) варисторов столбик варисторных элементов и расположенный снаружи корпуса и соединенный электрически с батареей (21) варисторов электрический ввод для присоединения защищаемой от перенапряжений, защищенной при прикосновении высоковольтной установки. Электропроводящее соединение между батареей (21) варисторов и электрическим вводом (31) выполнено в виде жилы (35) кабеля гибкого высоковольтного кабеля (30), который имеет два участка (32, 33), из которых расположенный внутри корпуса (10) первый участок (33) выполнен неэкранированным, а расположенный снаружи корпуса (10) второй участок (32) кабеля имеет окружающий жилу (35) кабеля и изоляцию (36) кабеля электропроводящий экран (34), с возможностью его электрического соединения с одной стороны с корпусом (10), а с другой стороны - с защищенным при прикосновении герметичным кожухом высоковольтной установки, корпус вмещает устройство (70) для амортизации колебаний, вводимых снаружи в батарею (21) варисторов. Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности. 14 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх