|
| |
|
Главная Журналы Таблица 1.1.3 Электрические параметры резистивных толстых пленок
размеры элементов конструкции. Исходными данными для расчета являются: - номинальное значение сопротивления ?ном, Ом; - допустимые отклонения фактического значения сопротивления от номинала ±6(АШ)яоп, %; - мощность, рассеиваемая резистором при его работе в схеме, Р, Вт: - коэффициент нагрузки Кв, равный отношению фактической удельной мощности рассеяния Ро факт к удельной мощности Ро, рекомендуемой в нормативной литературе для выбранного материала резистивной пленки (Кн=« «0,5... 1 определяется требуемым уровнем надежности); - рекомендуемая технология нанесения пленок и формообразования контура пленочных элементов, минимально допустимые ширина 6min и длина Zmin резистора; - абсолютные ±б(А&), +6{Л1)-погрешности размеров контура резистивной пленки, определяемые производственными возможностями; - условия эксплуатации и хранения: минимальная Гтш и максимальная Ггоах температуры окружающей среды; - продолжительность работы <раб или хранения txp и др. При выборе материала резистивной пленки учитываются требования к электрическим параметрам резистора, условия эксплуатации или хранения, возможности технологии в условиях конкретного производства. От электрофизических свойств выбранного материала зависят геометрические размеры резистора и уход величины сопротивления при изменении температуры и из-за старения. Для выбранного материала должны быть известны параметры закона распределения удельного поверхностного сопротивления М(Р-,),арц или ±б(Ар -,/P-j)j При разработке электрической схемы обычно устанавливается полное допустимое отклонение сопротивления, обусловленное производственными погрешностями, изменениями температуры (с учетом собственного перегрева) и старением. В общем случае суммарное поле рассеяния, верхнее и нижнее отклонения сопротивлений пленочного резистора определяются по ниже приведенным выражениям [3]: (1.1.18) (1.1.19) , , (1.1.20) где з - коэффициент запаса на уход параметров под действием неучтенных дестабилизирующих факторов (радиация, атмосферное давление и др.) (з« «<1,1 ... 1,2); M{ARI,R)2 , (AR/R) суммы положительных и отрицательных Значений M(ARIR)t, M(ARIR)ct, обусловленных изменениями температуры н старением; - случайная составляющая суммарного поля рассеяния. Так как случайные составляющие поля рассеяния, обусловленные температурой, различны для крайних значений температуры Ттт и Tmin, то при расчете 8(ARIR) принимается обычно значение тахб(ард )А7. Обычно задаются симметричные допустимые отклонения сопротивления пленочного резистора ±б(ДЛ/Л)доп. В этом случае должно выполняться условие (1.1.211 При выбранном материале резистивного слоя и известных технологических ограничениях из (1.1.19) - (1.1.21) можно найти допустимое значение б(А/Сф/Кф)доп, при котором получаются приемлемые габаритные размеры резистора. Размеры резистора выбираются такими, чтобы выполнялись следующие условия: ,, 1 г.\ 1. Заданная номинальная величина и точность в соответствии с (1.1.9) - 2!нормальный тепловой режим, определяемый уровнем рассеиваемой мощности и площадью резистора: Р = К„Ро 6 = ноФ = f<KPo Р1Кф. I Р N".5 (1.1.22а} 1> РКф N".5 при /Сф < 1. (1.1.2261 3. Технологические ограничения на минимально возможные размеры bmin, /mm. Например, если определяющим является размер b (Кф>1), то из трех возможных значений b выбирается наибольшее. Размеры / и b округляются до ближайших значений, кратных шагу координатной сетки топологического чертежа. , Расчет резисторов осуществляется методом последовательных приближении. Если при расчете из (1.1.21) получается низкое значение 8{АКф1Кф)яоа (<1,07о), а тем более б2(А/(ф/Кф)доп<0, то необходимо применить материал с более стабильными параметрами или использовать подгонку, устраняющую производственные погрешности. Понмер. Определить размеры пленочного резистора при следующих исходных данных: ;?н„м = 4 кОм, б(АР/.)д„„ = ±10%, Р=20-10- Вт, /Сн=1. 7-шах = -М25°С, 7-min = -60C, б(Д&)=б(А/)=±0,01 мм, bmin = 0,l мм (контуры пленок формируются методом фотолитографии), раб=10 000 ч. 1. Выбираем материал (хром) с М(рц)=500 Ом/П, «(Ар/р,) = ±5%, Ро=10 мВт/мм ст р с арц = (-1-1,2 ±0,6) 10-* °С-\ = ( -f- 2 ± 1) 10- ч-* при Г = -f- 125° С. *) Приведенные данные носят учебный характер. 2. Определяем коэффициент формы резистора: Кф = Rnou/M ( Рд) = 4000/500 = 8. 3. Определяем составляющие и величину допуска, полагая W(A/np«0: M{ARiR)j. = M(a){T-Tsou)= + 1,2.10-*.105-100% = +1,25о/о; M(RIR)cT = M(K)tp6= +2.10-". 10". 100%= +20/„; М (\RIR) = М{%а) (Tmin- Гном) = - 1,2.10-.80.100%» - 1%; M(ARIR) =M(AR/R)j. -{-M{ARIR)„= +3,25%; гАрп \ Ра ; + [S(cTp 0) = 5= + + (ЫО- 10.100)2 =26,6 +62: + {0,6-10-*.105.100)2 + = 1.1 + 3,25 + /26. 6 + 62 4. Из соотношения (1.1.31) определяем допустимое значение коэффициента формы прн M{ARR)„paiO: 1,1 [3,25 + /2МТбЧДКф7ед] < I б (А RIR)jion I = 10%; 6{аа:ф/а:ф)доп«2,8%. 5. Определяем ширину резистивной пленки b исходя нз заданных велнчи-яы сопротнвлевия, точности, мощности 1Н технологических ограничений: б (А Ь) ( б(А/) у U (А Ь) Кф) 0,01[1 + (0,02/0,02.8)2].5 0,35 мм; 6{аа:ф/а:ф)доп о,о28 Ь>{Р1КпРоКф)°- ={20/1.10.8).5 =0,5 мм; 6min = 0.1 мм. Выбираем наибольшее эначенне 6 = 0,5 мм. 6. Определяем длину резистора: / = 6А:ф = 8.0,5 = 4 мм. Конструирование резисторов сложной формы. Некоторые разновидности конструкций пленочных резисторов сложной формы представлены на рис. 1.1.4. Резисторы сложной формы используются в тонкопленочных конструкциях для получения больших сопротивлений. Применение сложной формы позволяет, с одной стороны, уменьшить габариты высокоомного резистора (змейковая кон- струкция, рис. 1.1.4, а-г), а с другой - оптимальным образом расположить элементы резистора на свободных участках поверхности подложки (конструкция с несколькими изгибами, рис. 1.1.4, ж). Конструкции типа меандр с прямоугольными (рис. 1.1.4,а) и криволинейными (рис. 1.1.4, б) звеньями имеют конструктивно- JcM. 1ск \ Рис. 1.1.4. Возможные конфигурации пленочных резисторов сложной формы технологические ограничения на размеры ат и 5тах. Например, при нанесении резистивного слоя через биметаллический трафарет размер amin определяется минимально возможным расстоянием между двумя щелями в трафарете, которое равно примерно где /гт - толщина трафарета. Размер 5тах ограничен необходимой жесткостью трафарета. Обычно должно выдерживаться соотношение BjaXQ. (1.1.23) Большое отношение Bmaja не допускается также потому, что при нагревании трафарета в процессе напыления наблюдаются изгибы «язычков» и соответственно изменяются геометрические размеры резистивной пленки за счет подпыления наносимого материала под трафарет. В конструкции резистора с металлическими перемычками (рис. 1.1.4, в) допускается 5тах/<з«50, так как резистивные слои и перемычки формируются раздельно. Размер йтш ограничен минимально возможным расстоянием между щелями для перемычек amin. <Зт1п=атш + 2АЬз> где АЬз - ширина закраины металлической перемычки. Для повышения жесткости биметаллического трафарета, предназначенного для формирования резистора сложной нерегулярной формы (рис. 1.1.4, ж), можно применять дополнительные металлические перемычки, обозначенные штриховыми контурами. Конструкция рис. 1./1.4, 3, представляющая собой параллельное соединение группы резистивных полосок, характерна для мощных резисторов. В такой конструкции наблюдается более равномернре распределение температуры по поверхности подложки, занятой резистором. \ При конструировании резисторов сложной формы необходимо обращать внимание на правильное расположение контакте, обеспечивающее отсутствие погрешностей из-за неточности совмещения масок для формирования резистивного слоя и контактов Дом-Неточность совмещения Асм не влияет на сопротивление Я, если иаправления втекающего и вытекающего токов в областях входного и выходного контактов совпадают, как это показано на рис. 1.1.4, а, б, г, ж. Наибольшая погрешность из-за неточности совме-и1ения наблюдается в конструкции рис. 1.1.4, е, в которой направления входного и выходного токов противоположны. Здесь (А? ?)см~2Аом/. где / - полная длина резистивной пленки. В конструкции рис. 1.1.4, д такая же погрешность возникает при смещении масок в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Одностороннее смещение дает погрешность {lSiRIR)cK л: Асм . При расчете сопротивления резистор сложной формы разделяется на прямоугольные участки с однородным распределением тока по сечению резистивной пленки и участки сопряжения, в которых наблюдается неоднородное распределение плотности тока. Примерная картина Рис. 1.1.5. Распределение распределения линий тока в прямоуголь-yZb"„r „зГбе пленочГо «« ««бе изображена на рис. 1.1.5. Не-резистора равномерное распределение плотности тока наблюдается в пределах трех квадратов области сопряжения. В табл. 1.1.4 приведены значения коэффициентов формы /Сфс для некоторых элементов сопряжения (заштрихованные области), применяемых в пленочных резисторах сложной формы. Сопротивление резистора, состоящего из последовательно включенных прямоугольных участков длиной 1ш и k<. участков со-лряжения, равно  ((1.1.24) При приближенной оценке сопротивления резистора с формой типа меандр можно пользоваться формулой R9n{lJb) = 9uK, (1.1.25) где /ср - средняя длина резистивной пленки. Рассмотрим зависимость габаритной площади резистора с формой типа меандр S-=AB от количества z-образных звеньев п при заданном сопротивлении R, выбранном удельном поверхностном сопротивлении рп и установленных конструктивно-технологических ограничениях на размеры а, Ь, В. Таблица Г.1.4 Коэффициенты формы элементов сопряжения пленочных резисторов Топология Коэффициент формы Топология Коэффициент формы 2,55
 1,57  2,96 Примечание. Сопротивления резисторов рассчитывают по формуле Н=Р- Jti+ Из простых геометрических соотношений для всего резистора и одного звена следуют соотношения: А = п1п(аЬ) = пЬ{\т), (1.1.26) 5 = /„,-а = -а = ь(*:), (1.1.27) где т = а/Ь; tz = a+b - шаг; /cpz - средняя длина звена. Из (1.1.26), (1.1.27) получим 5, = АВ = ЬЦ1 + т){Кф-тп). (1.1.28) Габаритная площадь резистора уменьшается с уменьшением т и ростом п. Область возможных значений 5г ограничена условиями: Кф - тп л; 2 или т< - 2. min " min П При В/Ь = 1 наступает вырождение меандра в прямую полосу. Если используется биметаллический трафарет, то к условиям (1.1.29), (1.1.30) добавляется условие (1.1.23). Из (1.1.23) и (1.1.27) следует п>Кф/11т. (1.1.31) Выражения (1.1.26), (1.1.27) позволяют оценить количество звеньев для различных отношений А/В: п = 11Кф/{1 + т)]{А/В)]<- (1.1.32) Дробное п округляется до ближайшего целого числа. (1.1.29) (1.1.30) 0 1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||