Precyzyjna technologia cienkowarstwowa

Artykuł ma na celu pomóc projektantom obwodów i inżynierom komponentów w lepszym zrozumieniu technologii cienkowarstwowej. Artykuł jest przewodnikiem, który pomoże zrozumieć zastosowanie technologii cienkowarstwowej oraz znaczące korzyści, jakie zapewnia ona w zakresie niezawodności, rozmiaru i parametrów działania.

Ilustracja 1: technologie cienkowarstwowe dostępne w firmie Vishay. (Źródło ilustracji: Vishay)

Typy warstw

Zwykle warstwy są napylane na grubość około 500 angstremów. Wybór masek o różnej szerokości linii i odstępach między liniami pozwala na produkcję całego zakresu wartości rezystancji. Rezystywność arkusza może również zmieniać się od 50 omów na kwadrat do 2000 omów na kwadrat. Każda warstwa ma swoje konkretne zastosowanie. Ogólną zasadą jest, że im niższa rezystywność arkusza, tym lepsze są jego ogólne elektryczne parametry działania. Firma Vishay jest jedynym dostawcą i producentem wszystkich typów warstw.

Chromonikielina (NiCr) - najpopularniejsza z warstw ma najlepsze parametry elektryczne, jeżeli chodzi o bezwzględny współczynnik temperaturowy rezystancji (TCR). Typowe rezystywności arkuszy to 50, 100 i 200 omów na kwadrat.

Tamelox - opatentowany stop firmy Vishay Thin Film. Łączy zalety chromu i azotku tantalu, który poprawia liniowość współczynnika temperaturowego rezystancji (TCR).

Azotek tantalu (TaN2) - przy prawidłowym osadzaniu i obróbce uzyskuje się stop, który jest odporny na wilgoć. Elektryczne parametry działania nie są tak dobre, jak w przypadku chromonikieliny. Używany w zastosowaniach, w których rezystory działają w warunkach niskiej mocy(< 20%), braku samonagrzewania i wysokiej wilgotności względnej (80%).

Krzemochrom (SiCr) - materiał o bardzo wysokiej rezystywności arkusza (2000-3000) służy do uzyskiwania wysokich rezystancji na małej powierzchni. Specyfikacje elektryczne, takie jak zestrojenie bezwzględnych współczynników temperaturowych rezystancji (TCR), długoterminowa stabilność i współczynniki napięcia lepsze niż w przypadku technologii grubowarstwowej.

Pasywacja - specjalne metody pasywacji (SPM) pozwalają obecnie na lepszą kontrolę pasywacji w trudnych warunkach środowiskowych (patrz nota techniczna dotycząca technologii SPM).

Scalona konstrukcja cienkowarstwowa

Układ scalony to grupa elementów, które są uformowane i połączone na wspólnym podłożu w celu utworzenia funkcjonalnej sieci. Scaloną sieć rezystorową podobnie definiuje się jako grupę elementów rezystancyjnych uformowanych i połączonych na wspólnym podłożu. Podobnie jak w produkcji półprzewodników, elementy są wytwarzane przez osadzanie na podłożu lub w reakcji z nim, a wzory są wytwarzane przez obrazowanie fotolitograficzne, po którym następuje selektywne usuwanie niepotrzebnych materiałów. Rezystory w danej sieci są dość małe i znajdują się w bliskim sąsiedztwie, dlatego są wystawione na działanie niemal identycznych warunków podczas obróbki. Również każda sieć na waflu lub podłożu jest wystawiona na działanie praktycznie takich samych warunków. Ponieważ kilka wafli jest przetwarzanych razem w tym samym czasie i w tym samym urządzeniu, cała partia - nawet setki tysięcy pojedynczych sztuk - jest ujednolicona. Dodatkową zaletą konstrukcji scalonej jest integralność połączeń, które są z natury bardziej niezawodne niż indywidualne połączenia pomiędzy oddzielnymi komponentami.

Ilustracja 2: wafel z tlenku glinu wysokiej czystości przedstawiający cienkowarstwową konstrukcję scaloną. (Źródło ilustracji: Vishay)

Zalety cienkowarstwowych konstrukcji scalonych

• Niezwykle ścisłe dopasowanie wszystkich elementów w sieci, zapewniające ścisłe zestrojenie temperaturowe i przez cały okres eksploatacji
• Bardzo małe, wieloelementowe sieci wysokiej gęstości, które oszczędzają powierzchnię na płytkach drukowanych
• Hermetyczna i praktyczna konstrukcja w wielu standardowych, współczesnych formatach
• Powtarzalna i spójna charakterystyka poszczególnych części i partii
• Bardzo niska indukcyjność
• Wyjątkowa niezawodność - mniejsza liczba indywidualnych połączeń wzajemnych
• Brak zjawisk termoelektrycznych
• Koszt instalacji nie większy niż elementów dyskretnych, a często nawet niższy

Niezawodność połączeń wzajemnych

Badania niezawodności przeprowadzone przez wojsko i inne agencje wykazały, że przy niezmienności innych czynników, niezawodność zespołu jest wprost proporcjonalna do liczby „połączeń wykonanych przez człowieka”. To dlatego układ scalony jest bardziej niezawodny niż pakiet tranzystorów dyskretnych i to samo dotyczy scalonej sieci rezystorowej w porównaniu z układami dyskretnymi. Jest to czasami określane jako „niezawodność właściwa”.

Zakres rezystancji

Technologia cienkowarstwowa wykorzystuje precyzyjne wzorcowanie fotolitograficzne, aby zapewnić projektantowi szeroki zakres wartości rezystancji na najmniejszej możliwej powierzchni. Daje to możliwość wyboru pomiędzy minimalizacją rozmiaru komponentu a zwiększeniem liczby komponentów rezystancyjnych w tej samej przestrzeni. Całkowita rezystancja możliwa do uzyskania na danym obszarze jest podyktowana przede wszystkim rezystancją materiału warstwy i wzorem. Jednak w rzeczywistych projektach maksymalna wykorzystywana powierzchnia jest mniejsza ze względu na przestrzeń wymaganą na końcówki zaciskowe, przewody wewnętrzne, specjalne funkcje strojenia i ograniczenia wyprowadzeń.

Cienkowarstwowe materiały rezystywne obejmują normalny zakres rezystancji arkusza od 50 do 2000 omów/kwadrat, co skutkuje dostępnym zakresem rezystancji dla pojedynczych rezystorów od kilku omów do kilku megaomów. Najwyższą dokładność zwykle spotyka się w zakresie od 250 omów do 100 kiloomów.

Ilustracja 3: zakres rezystancji jest determinowany przede wszystkim przez geometrię wzoru na arkuszu wafla. (Źródło ilustracji: Vishay)

Bardzo niska rezystancja

Gdy elementy o niskiej rezystancji są włączane do sieci precyzyjnych, należy wziąć pod uwagę małe, ale nieuniknione rezystancje przewodów i dróg przewodzących w układzie scalonym i w obudowie. Te efekty odprowadzeń można zminimalizować przez właściwe projektowanie, przetwarzanie, wybór obudowy i montaż, ale nie można ich całkowicie wyeliminować. Należy jednak zwrócić szczególną uwagę na ustalenie specyfikacji, zwłaszcza w odniesieniu do realistycznych tolerancji dotyczących rezystancji i śledzenia, oraz na metodę ich pomiaru.

Ilustracja 4: wewnętrzna rezystancja odprowadzenia może mieć duży wpływ na całkowitą wartość rezystancji. (Źródło ilustracji: Vishay)

Tolerancja rezystancji

Nowoczesne systemy laserowe są w stanie regulować rezystory do bardzo wąskich tolerancji bezwzględnych i względnych: odpowiednio 0,01% i 0,005%. Co więcej, odpowiedzialny producent będzie w rzeczywistości „zabezpieczał” strojenie, tak aby specyfikacja wewnętrzna była bardziej wymagająca niż specyfikacja dopuszczenia.

Im ściślejsza wymagana tolerancja, tym staranniej musi być zaprojektowany rezystor, aby osiągnąć ścisły rozkład, mieszczący się w granicach tolerancji i z efektywną kosztowo prędkością strojenia. Jednym ze sposobów osiągnięcia tego celu jest zapewnienie specjalnej geometrii strojenia. Cechy te zmniejszają wrażliwość rezystora na ilość materiału usuwanego przez laser, umożliwiając uzyskanie coraz wyższych poziomów dokładności. Wykorzystują one dodatkową powierzchnię podłoża, co czasami wymaga kompromisu pomiędzy kosztem a parametrami działania. Jedną z cech wyróżniających nowoczesne technologie cienkowarstwowe wykorzystywane w sieciach precyzyjnych jest stabilność elektryczna i mechaniczna warstwy. Jest to ważne, ponieważ precyzyjnie dostrojone rezystory muszą wytrzymać obciążające niekiedy warunki pakietu bez znaczącego dryftu. To jeszcze raz potwierdza nieodłączne zalety konstrukcji scalonej w stosunku do pojedynczych rezystorów dyskretnych, ponieważ wszelkie zmiany, które wystąpią, będą wspólne dla wszystkich rezystorów w sieci, zachowując w ten sposób stosunki dokładnie tak, jak zostały dostrojone.

Ilustracja 5: zaostrzone wymagania dotyczące tolerancji mogą spowodować wykorzystanie dodatkowej powierzchni. (Źródło ilustracji: Vishay)

Współczynnik temperaturowy rezystancji (TCR)

Współczynnik temperaturowy rezystancji jest miarą zmiany rezystancji w funkcji temperatury otoczenia. Jest on definiowany jako jednostkowa zmiana rezystancji na jednostkową zmianę temperatury i jest powszechnie wyrażany w częściach na milion na stopień Celsjusza (ppm/°C). Jest to właściwość, według której rezystory są najczęściej charakteryzowane lub rozróżniane. Historycznie rzecz biorąc, rezystory dyskretne, w tym wykonane w technologii warstwowej, były klasyfikowane partiami według wartości współczynnika TCR. Stosunkowo niedawne zastosowanie napylania jonowego do kontroli składu warstwy, wraz z powiązanymi ulepszeniami w przetwarzaniu, zaowocowało powstaniem tak zwanych produktów cienkowarstwowych „trzeciej generacji” o bezwzględnym współczynniku TCR konsekwentnie poniżej 10ppm/°C.

Ilustracja 6: współczynnik temperaturowy rezystancji jest miarą szybkości, z jaką rezystor zmienia swą wartość wraz ze wzrostem lub spadkiem temperatury. (Źródło ilustracji: Vishay)

Współczynnik temperaturowy rezystancji (TCR) jest zwykle określany doświadczalnie poprzez pomiar rezystancji w kilku temperaturach i obliczenie szybkości zmian w odpowiednim przedziale temperatur, np. od +25°C do +125°C. Jeśli rezystancja zmienia się liniowo z temperaturą, to współczynnik TCR jest stały, niezależnie od przedziału temperatur. Jednakże, gdy zależność nie jest liniowa, jak w przypadku powszechnie stosowanych stopów niklu i chromu, współczynnik TCR jest wyrażany jako nachylenie linii łączącej dwa punkty na krzywej rezystancji w funkcji temperatury, np. +25°C i +125°C. Innymi słowy, jest to średni współczynnik TCR w danym przedziale. Im bardziej nieliniowa jest ta zależność, tym gorsza aproksymacja średniej.

Przy określaniu współczynnika TCR bezwzględnie konieczne jest wyraźne określenie przedziału temperaturowego.

Często podawanym standardem pomiaru współczynnika temperaturowego rezystancji (TCR) jest procedura nakreślona w metodzie 304 normy MIL-STD-202. W tej metodzie średnie współczynniki TCR są obliczane dla szeregu przedziałów pomiędzy +25°C i -55°C oraz pomiędzy +25°C i +125°C. Najwyższa wartość jest zapisywana jako współczynnik temperaturowy rezystancji (TCR). Odzwierciedla to pełny wojskowy zakres roboczy, ale może spowodować przekroczenie specyfikacji dla komponentów o innym lub węższym zakresie temperatur roboczych.

Ilustracja 7: przykłady współczynnika TCR dla różnych nachyleń wynikowych. (Źródło ilustracji: Vishay)

Dzięki zrozumieniu wpływu składu stopu i zdolności do starannej kontroli przetwarzania, możliwe jest „dostosowanie” krzywej rezystancji w zależności od temperatury, aby uzyskiwać współczynniki TCR, które są: a) ujemne w całym zakresie, b) dodatnie w całym zakresie lub c) ujemne w dolnej części, dodatnie w górnej części, ze stosunkowo płaskim odcinkiem „zerowego współczynnika TCR” w zakresie zbliżonym do temperatury pokojowej. Można to wykorzystać w przypadku urządzeń pracujących w okolicy temperatury pokojowej lub w inny sposób wymagających kompensacji temperatury.

Zestrojenie

Większość zastosowań, w których wykorzystuje się precyzyjne sieci cienkowarstwowe, wymaga osiągnięcia i utrzymania bliskich względnych wartości rezystancji. Dlatego bardzo ważne są względne zmiany rezystancji w obrębie sieci, zwane „zestrojeniem”. Jeżeli chodzi o zestrojenie, sieci cienkowarstwowe sprawdzają się doskonale. Istnieje kilka różnych aspektów zestrojenia, których zrozumienie i rozróżnienie jest ważne.

Zestrojenie współczynników temperaturowych rezystancji (TCR) - zestrojenie współczynników TCR jest definiowane jako różnica między współczynnikiem TCR pary rezystorów w danym przedziale temperaturowym. Osiągnięcie ścisłego zestrojenia współczynników temperaturowych rezystancji (TCR) w rezystorach dyskretnych jest trudne i stawia poważne wymagania procesom produkcyjnym, aby uzyskać wytwarzanie według surowych wartości granicznych bezwzględnego współczynnika temperaturowego rezystancji (TCR). Natomiast konstrukcja scalona sieci cienkowarstwowych zapewnia bardzo dokładne zestrojenie współczynników temperaturowych rezystancji (TCR), ponieważ rezystory są produkowane jako grupa w niemal identycznych warunkach procesu. Ponadto, rezystory są małe i znajdują się w bliskim sąsiedztwie na powierzchni wspólnego podłoża o wysokiej przewodności cieplnej, co utrzymuje je w tej samej lub zbliżonej temperaturze podczas pracy.

Niemniej jednak mogą wystąpić różnice w procesie i materiałach, które powodują małe, ale mierzalne różnice współczynnika TCR sąsiednich rezystorów na tym samym waflu. Zmienne procesowe, które mogą mieć na to wpływ to niejednolite osadzanie warstwy, defekty podłoża, gradienty termiczne podczas wyżarzania i nierównomierne naprężenia. Projekt może również odgrywać pewną rolę. Jednak dzięki zastosowaniu najnowocześniejszych metod kontroli procesu, urządzeń pomiarowych i technik, zestrojenie współczynników temperaturowych rezystancji (TCR) może być kontrolowane z dokładnością do kilku dziesiątych części na milion na stopień, biorąc pod uwagę właściwą konfigurację obwodów i chipów oraz ich obudowy.

Czynnikiem, który powoduje, że pozorne wyższe zestrojenie współczynników temperaturowych rezystancji (TCR) jest wyższe niż „rzeczywiste”, jest obecność wspólnego odprowadzenia odczepu o mierzalnej rezystancji (r).

gdzie TCR (r) jest współczynnikiem temperaturowym rezystancji (TCR) materiału wspólnego odprowadzenia, zazwyczaj metalicznego. Na przykład: rezystor 1kΩ o współczynniku TCR 8,9ppm/°C połączony z rezystorem 2kΩ o współczynniku TCR 8,5ppm/°C i wspólnym odprowadzeniem wyjściowym o rezystancji 0,1Ω ze współczynnikiem TCR (r) 4000ppm/°C będzie wykazywał zestrojenie współczynników temperaturowych rezystancji (TCR).

Zewnętrzny udział wspólnego odprowadzenia (0,2 w powyższym przypadku) znika, gdy współczynniki krytyczne są określone i mierzone zgodnie z podziałem napięcia, a nie stosunkiem rezystancji.

Ilustracja 8: przykładowe rozkłady zestrojenia dla szeroko i ciasno rozmieszczonych rezystorów. (Źródło ilustracji: Vishay)

Ilustracja 9: praktyczna zasada zestrajania sieci scalonych i rezystorów dyskretnych. (Źródło ilustracji: Vishay)

Zestrajanie rezystancji przy przełączaniu zasilania

Niektóre obwody działają w trybie, w którym prąd jest wyłączany i włączany w jednym rezystorze, który jest dopasowany do rezystora odniesienia, przez który przepływa stały prąd. W tym przypadku, mimo że rezystory mogą mieć identyczny współczynnik TCR, a podłoże może mieć jednakową temperaturę otoczenia, rezystancje będą różnić się wartością w wyniku samonagrzewania. (Ściśle rzecz biorąc, nie jest to faktyczny wymóg „zestrojenia”, ponieważ rezystory, których to dotyczy, są poddawane różnym obciążeniom). Różnica ta będzie regulowana przez bezwzględny współczynnik temperaturowy rezystancji (TCR) obu rezystorów. W tego typu dość często spotykanych zastosowaniach, rezystory powinny mieć możliwie niski bezwzględny współczynnik TCR w obszarze temperatury roboczej i powinny być zaprojektowane możliwie blisko siebie, aby zminimalizować różnice temperatur między nimi.

Ilustracja 10: przykład nierównomiernego generowania mocy w dopasowanych rezystorach. (Źródło ilustracji: Vishay)

Stosunki napięć

Rezystory są często stosowane jako dzielniki napięcia. W tym przypadku, gdy w grę wchodzą precyzyjne tolerancje, bardziej odpowiednie jest stosowanie stosunków napięć niż stosunków rezystancji. Istnieją trzy ważne aspekty stosunków napięć, które należy zrozumieć porównując ze stosunkami rezystancji. Są to: sam stosunek napięć, tolerancja stosunku napięć i zestrojenie stosunków napięć.

Ilustracja 11: stosunki napięć są niezależne od rezystancji odprowadzenia wspólnego. (Źródło ilustracji: Vishay)

W idealnym przypadku spadek napięcia na parze rezystorów jest określany przez stosunek wartości rezystancji: R1/(R1 + R2). Gdy wartości rezystancji nie są równe, stosunek napięć będzie różnił się od obliczonego na podstawie wartości rezystancji pozornej (zmierzonej) o wielkość zależną od rezystancji odprowadzenia wspólnego. Odchylenie to może być dość znaczne, zwłaszcza w przypadku rezystorów o niskiej wartości.

W przypadku rezystora 10kΩ połączonego szeregowo z rezystorem 1kΩ, posiadającego wspólne odprowadzenie („odczep”) o rezystancji 100mΩ, oba współczynniki będą się różnić o 75ppm:

W przypadku rezystora 1kΩ połączonego szeregowo z rezystorem 100Ω, rezystancja odczepu o wartości 100mΩ spowoduje różnicę w odpowiednich współczynnikach wynoszącą ponad 800ppm.

Pokazuje to, jak ważne jest określenie właściwego parametru pracy.

Ilustracja 12: tolerancja stosunku napięć i równania zestrojenia stosunków napięć. (Źródło ilustracji: Vishay)

Jednakże gdy rezystancja odprowadzenia wspólnego (r) jest mierzalna, pozorne zestrojenie współczynników temperaturowych rezystancji (TCR) jest wyższe niż „rzeczywiste” zestrojenie, jak wykazano wcześniej, a zestrojenie stosunku napięć jest niższe. Zestrojenie stosunków napięć jest zawsze niższe (lepsze) niż zestrojenie współczynników temperaturowych rezystancji (TCR).

Stabilność

Zjawiska opisane w poprzednich punktach są odwracalne: zmiany nie są trwałe i znikną, gdy temperatura powróci do punktu wyjścia. Istnieją jednak skutki nieodwracalne. Jak wskazano wcześniej, większość precyzyjnych sieci rezystorowych jest używana w trybie stosunkowym. Zostały one dostrojone według ścisłych tolerancji i starannie zaprojektowane, aby zestrajać się w ramach tych ścisłych tolerancji początkowych w odniesieniu do stosunków rezystancji lub napięcia. Jest to jednak bez znaczenia, jeżeli tolerancje te nie mogą być zachowane przez cały okres eksploatacji sieci. Wymaga to maksymalnej stabilności warstwy. Warto zauważyć, że ostatnie postępy w materiałach i procesach zaowocowały poprawą stabilności rozwiązań cienkowarstwowych do niespotykanych wcześniej poziomów, zbliżającą się do tej, która wcześniej była możliwa tylko w przypadku folii.

Szeroko zakrojone długoterminowe badania stabilności stopów niklu i chromu wykazały niezbicie, że tempo zmian rezystancji w czasie jest jednowartościową funkcją temperatury podłoża. Jest to matematyczny sposób stwierdzenia, że temperatura jest jedyną zmienną - niezależnie od tego, czy jest ona wywołana przez obciążenie mocą, czy po prostu przez otoczenie. Ponadto ustalono doświadczalnie, że stabilność mierzona w wyższej temperaturze może być z dużą pewnością ekstrapolowana do niższych temperatur i dłuższych czasów zgodnie z klasycznymi równaniami kinetycznymi.

Warto myśleć o trwałych zmianach w parze dopasowanych rezystorów jak o „zestrojeniu stabilności”. W przeciwieństwie do zestrojenia współczynników temperaturowych rezystancji (TCR), gdzie bliskie zestrojenie jest niezależne od bezwzględnego współczynnika TCR, zestrojenie stabilności jest w pewnym stopniu zależne od stabilności bezwzględnej. Im bardziej stabilna jest para rezystorów, tym mniej będą się one zmieniać w wartości bezwzględnej i w stosunku do siebie. Tutaj znowu oczywiste są zalety konstrukcji scalonej: wszystkie rezystory w sieci mają tendencję do podobnych zmian w trakcie użytkowania, a stosunki rezystancji zmieniają się znacznie mniej niż wartości bezwzględne.

Ilustracja 13: wiek komponentów ma wpływ na stabilność. (Źródło ilustracji: Vishay)

Moc znamionowa

Ponieważ cienkowarstwowe sieci precyzyjne nie są zazwyczaj wykorzystywane w zastosowaniach wymagających dużej mocy, metody ustalania maksymalnej mocy znamionowej nie są tak krytyczne jak w przypadku sieci ogólnego przeznaczenia. Należy jednak ustalić wartości graniczne, a najlepiej zrobić to poprzez ustanowienie górnych wartości granicznych temperatury.

Temperatura zerowej mocy (czasami nazywana maksymalną temperaturą pracy) to maksymalna temperatura, w której element może pracować przez określony czas (zwykle 1000 godzin), bez nadmiernej zmiany (zwykle określanej w stosunku do początkowej tolerancji), wyrażonej w procentach. W przypadku sieci cienkowarstwowej, w której wymagane jest zachowanie tolerancji 0,1%, temperatura mocy zerowej wynosiłaby +150°C. W tej temperaturze rezystor może wykazywać bezwzględne zmiany rzędu 500ppm lub 100ppm w stosunku do innych w sieci. Jeśli maksymalna wymagana tolerancja początkowa wynosiłaby 0,01%, bardziej odpowiednią temperaturą mocy zerowej byłoby +125°C. Poziomy te dotyczą części hermetycznie zamkniętych. W przypadku obudów niehermetycznych, części otrzymują niższą temperaturę znamionową.

Ilustracja 14: krzywa typowego obniżenia wartości znamionowych mocy. (Źródło ilustracji: Vishay)

Pełna moc znamionowa - moc znamionowa jest ogólnie przyjmowana jako moc wymagana do podniesienia temperatury powierzchni części powyżej pewnej temperatury otoczenia, zwykle +70°C, do temperatury mocy zerowej. Jest to wyrażone w watach pełnej mocy. Krzywa obniżania mocy służy do określenia wartości granicznych w temperaturach pośrednich.

Należy zwrócić szczególną uwagę na wartości znamionowe poszczególnych rezystorów w sieci, ponieważ końcowa temperatura powierzchni pojedynczego rezystora będzie się znacznie różnić w zależności od tego, czy inne rezystory w sieci są pod napięciem. Chociaż trudno jest uogólniać, prawidłowy projekt sieci uwzględnia te potencjalne zmiany poprzez układy zapewniające jednolitą gęstość mocy.

Jak wykazano wcześniej, poziomy mocy w sieciach precyzyjnych o ściślejszej tolerancji są zwykle ustawione niżej, ponieważ wymiary układów są małe, mimo to gęstość mocy może być wysoka. Typowy poziom projektowy dla bardzo precyzyjnych sieci wynosi 3,9W/cm², ale cienkie warstwy są w stanie wytrzymać niezwykle wysokie poziomy gęstości mocy - nawet 31W/cm² - bez zagrożenia dla ich integralności. Na koniec należy wziąć pod uwagę fakt, że obudowy różnią się znacznie pod względem oporu cieplnego.

Współczynnik napięciowy rezystancji i szumy prądowe

Te dwie cechy, które mogą być dość poważną wadą rezystorów wykonanych z materiałów kompozytowych, takich jak cermetale lub polimery, można na ogół pominąć w przypadku cienkowarstwowych sieci precyzyjnych, ponieważ ich wielkości są znikome. Jest to jedna z głównych zalet monolitycznych materiałów cienkowarstwowych.

Napięciowy współczynnik rezystancji jest jednostkową zmianą rezystancji na jednostkową zmianę napięcia wyrażoną jako ppm/V. Jest to miara zachowania nierezystancyjnego, a w układach cienkowarstwowych osiąga zauważalne poziomy dopiero w zakresie megaomów, gdzie została zmierzona na poziomie około 0,1ppm/V.

Szumy prądowe są charakteryzowane i mierzone przy użyciu standardowego przyrządu opracowanego przez firmę Quantek. Dla cienkich warstw typowa wartość nie przekracza -35dB.

Zjawiska termoelektryczne

Jeśli końcówki rezystorów znajdują się w różnych temperaturach, mogą powstawać napięcia termoelektryczne. Może to stanowić poważny problem w przypadku rezystorów dyskretnych, gdzie gradienty termiczne mogą występować na stosunkowo dużych wymiarach. W sieciach cienkowarstwowych wszystkie rezystory mają tę samą lub zbliżoną temperaturę, co wynika z ich niewielkich rozmiarów i efektu rozpraszania ciepła przez termoprzewodzące podłoże. Efekty termoelektryczne w układach cienkowarstwowych są zwykle <0,1µV/°C.

Odpowiedź częstotliwościowa rezystorów

Dla częstotliwości przekraczających 100MHz większość rezystorów musi być rozpatrywana w kategoriach obwodu zastępczego z pasożytniczą indukcyjnością i pojemnością - patrz ilustracja 15. Typową odpowiedź impedancyjną ukazano na ilustracji 16. Odpowiedź impedancyjna zależy od wielkości rezystora, metody strojenia, wartości części i stylu zakończenia.

Ilustracja 15: dla częstotliwości powyżej 100MHz większość rezystorów musi być rozpatrywana w kategoriach obwodu zastępczego z pasożytniczą indukcyjnością i pojemnością. (Źródło ilustracji: Vishay)

Ilustracja 16: typowa wewnętrzna odpowiedź impedancyjna dla rezystora typu flip-chip 0402 ze specjalnym strojeniem krawędziowym. (Źródło ilustracji: Vishay)

Uwzględnienie rozmiaru ma istotne znaczenie dla redukcji impedancji pasożytniczej. Im mniejszy rozmiar, tym bardziej część jest zbliżona do idealnego rezystora. Nie bez znaczenia są również style strojenia.

Rezystory cienkowarstwowe mogą być strojone przy użyciu różnych wzorów geometrycznych - patrz ilustracja 17. Parametry działania urządzenia można poprawić dzięki zachowaniu prostokątnej konstrukcji wyśrodkowanej (zrównoważonej) pomiędzy polami kontaktowymi w porównaniu z innymi stylami, takimi jak serpentyna lub „L-trim”.

Ilustracja 17: rezystory cienkowarstwowe można stroić, stosując różne wzory geometryczne. (Źródło ilustracji: Vishay)

Poniższe linki ukazują rezystory cienkowarstwowe firmy Vishay

Sieć z odprowadzeniami

• Seria MP
• Seria MPM
• Seria OSOP
• Seria VSSR
• Seria ORN
• Seria NOMC
• Seria VSOR
• Seria CSO

Mikroelektroniczne do montażu powierzchniowego

• Seria M55342
• Seria PTN
• Seria FC
• Seria M

Przewlekane

• Seria TSP
• Seria VTF
• Seria HD