Los circuitos de microtira de película delgada se han aplicado ampliamente en las comunicaciones por microondas, en la guerra electrónica (ECM), en la industria aeroespacial, etc. Al fabricar CI (Circuitos Integrados) de película delgada, es muy importante aplicar material resistivo de película delgada depositado para fabricar resistencias integradas de película delgada de alta precisión y alta estabilidad. Los CI de película delgada exigen requisitos estrictos para las resistencias de película delgada:
a.La resistencia cuadrada debe ser lo suficientemente amplia;
b. El coeficiente de temperatura de la resistencia debe ser pequeño;
c. La fuerza adhesiva con el sustrato debe ser lo suficientemente fuerte;
d. Los resistores de película delgada deben presentar un rendimiento estable y confiable;
e. Filmar debe ser fácil y conveniente;
f. Debe ser capaz de soportar el procesamiento a alta temperatura, alta potencia y un rango de aplicación relativamente amplio.
Una breve introducción a la PCB incrustada
Ya en 1959, el primer circuito integrado inventado por Jack Kilby contenía solo dos transistores y una resistencia. Hoy en día, se aplican múltiples técnicas complejas para combinar decenas de millones de transistores en un solo chip de PC. Con la tendencia de los productos electrónicos hacia la miniaturización y la multifunción, surgió una tecnología de componentes pasivos embebidos para satisfacer las demandas cada vez más altas. La relación entre componentes pasivos y activos es de aproximadamente 20:1, y el grado de integración ha ido aumentando gradualmente junto con esta relación. Con tantos componentes pasivos embebidos en las PCB, el área de la placa de circuito fabricada mediante SMT se reduce en un 40% en comparación con la placa fabricada mediante tecnología de componentes embebidos.
A principios de la década de 1980 comenzó el desarrollo de la tecnología de componentes pasivos embebidos, que generalmente se implementa en forma planar. Según la clasificación de los componentes pasivos, las PCB embebidas pueden clasificarse además en PCB con resistencias embebidas, PCB con condensadores embebidos y PCB con inductores embebidos. Las resistencias, los condensadores y los inductores pueden encontrarse prácticamente en todos los sistemas electrónicos, proporcionando impedancia y almacenando energía para el sistema. Entre estos componentes pasivos embebidos, los condensadores y las resistencias representan la mayoría, al menos el 80% del total. Hasta ahora, los componentes pasivos embebidos se han aplicado ampliamente en numerosos campos de circuitos, como filtros, atenuadores, baluns, Bluetooth, amplificadores de potencia, etc.
Además, algunas tendencias, como el desarrollo de señales digitales de alta velocidad y alta frecuencia, la disminución constante del voltaje de los componentes pasivos, el fortalecimiento gradual de las funciones y la densificación progresiva de las transmisiones de señal, exigen la participación de más condensadores de desacoplo de baja capacitancia para eliminar el acoplamiento electromagnético y la diafonía de señales. Por lo tanto, la tecnología de PCB con condensadores embebidos ha atraído una amplia atención por parte de la industria.
Ventajas de las resistencias integradas
Las ventajas de las resistencias integradas se manifiestan principalmente en tres aspectos: rendimiento eléctrico, diseño de PCB y fiabilidad.
• Ventajas eléctricas
a.Ayuda a mejorar la adaptación de impedancia de línea.
b.Conduce a trayectorias de señal más cortas y a una inductancia en serie reducida.
c.Provoca una reducción de la diafonía, el ruido y las EMI (interferencias electromagnéticas).
• Ventajas del diseño de PCB
a.Conduce a una mejora en la densidad de los componentes activos y a una reducción de los factores de forma.
b.No requiere el uso de vías, lo que conduce a una mejora en el ruteo.
c.Da lugar a placas simplificadas, reduciendo el tamaño y/o aumentando la densificación.
• Fiabilidad mejorada
Las tablas siguientes muestran la fiabilidad mejorada de las resistencias integradas.
|
Artículos
|
Parámetros
|
| RTC bajo |
<50PPM |
| Pruebas de vida |
100.000 horas; <2% de deriva a 110°C |
| Estable en un amplio rango de frecuencias |
Probado más allá de 40 GHz |
| Uniones de soldadura |
NINGUNO |
| Etapa de prueba |
Capa interna y placa desnuda |
Factores que determinan el rendimiento de la película delgada
Hasta ahora, el material de resistencias de película delgada abarca una amplia gama de aplicaciones que incluye materiales de cromo, tántalo y titanio. En comparación con las resistencias de película delgada de cromo, las resistencias de película delgada de tántalo presentan numerosas propiedades sobresalientes, como una excelente estabilidad química y resistencia a la corrosión, alta fiabilidad, amplio rango de resistencias y gran estabilidad, lo que las convierte en un material de resistencia de película delgada ideal con amplias perspectivas de aplicación.
La uniformidad de la película delgada resistiva se refiere a cómo cambian los resistores fabricados sobre el sustrato a medida que varía la posición del sustrato en la cavidad de vacío y a cómo se modifica la resistencia cuando el mismo sustrato se desplaza. Los factores principales que determinan la uniformidad de la película delgada incluyen: la posición relativa entre el sustrato y el material diana, la velocidad de deposición y el grado de vacío. La película de nitruro de tántalo (TaN) aplicable a los CI de película delgada presenta una excelente uniformidad tanto en un mismo sustrato como entre sustratos situados en diferentes posiciones. Además, el error de resistencia entre distintos lotes se mantiene bajo, con una uniformidad excelente. Actualmente existen dos métodos disponibles para la preparación de películas de TaN: la deposición física de vapor y la deposición química de vapor. La estabilidad y fiabilidad, así como la precisión y uniformidad de la resistividad eléctrica, desempeñan un papel importante en la fabricación de películas de TaN. La resistencia se ajusta principalmente mediante láser u oxidación para garantizar la precisión del valor resistivo. Ambos métodos, sin embargo, presentan algunas desventajas: el láser puede dañar los patrones resistivos debido a la potencia soportada por la película resistiva, mientras que el ajuste de la resistencia mediante oxidación adolece de una baja velocidad y una fiabilidad deficiente.
Este artículo aprovecha la pulverización catódica reactiva por magnetrón para preparar películas delgadas de TaN y estudia la influencia de parámetros técnicos como la posición de la placa uniforme en la uniformidad y el rendimiento de la película delgada de TaN, determinando una tecnología de control precisa de la resistividad. Además, estudia y analiza la velocidad de barrido de deposición y los efectos de la relación de flujo de N2sobre película delgada de TaN y rendimiento.
Análisis de rendimiento en película delgada
• Análisis de uniformidad
Bajo la condición de una velocidad de escaneo fija de 105 cm/min y una proporción de flujo de nitrógeno del 10%, se analiza la uniformidad de la película delgada de TaN. La uniformidad de la lámina interna puede determinarse mediante la fórmula:
.
Se utiliza un instrumento de resistencia para medir la resistencia y cada pieza de hoja base tiene que sacrificar 60 puntos para la medición, aquí está el resultado:
|
Posición
|
R□Max
|
R□Mín
|
R□Prom.
|
Uniformidad
|
|
Ω•□-1
|
Ω•□-1
|
Ω•□-1
|
%
|
| 1 |
55,70 |
53,51 |
54,86 |
2,00 |
| 2 |
48,04 |
47,08 |
47,66 |
1,01 |
| 3 |
53,96 |
51,91 |
52,78 |
1,94 |
Indica la distribución de resistencia de la película delgada de TaN sobre una lámina base cuyo tamaño es de 4 pulgadas. En consecuencia, se puede resumir que la lámina base en la posición n.º 2 presenta la mejor uniformidad de la lámina interna, mientras que la lámina base cercana al borde de la placa o al borde del material diana presenta una variación relativamente mala de la resistencia cuadrada, y la uniformidad de la lámina interna del material diana cercana al borde del material diana es la peor. La mala uniformidad de la película delgada de TaN produce un gran efecto en la fabricación de resistencias de red de alta precisión.
Para eliminar la no uniformidad de la película delgada cerca del borde del material diana, se puede instalar una placa uniforme para ajustar la película delgada depositada, ya que es capaz de cubrir selectivamente el área de deposición para controlar la uniformidad de la película.
• Análisis de la velocidad de escaneo de deposición
Con la aceleración del barrido, la resistencia cuadrada de la película delgada de TaN muestra una tendencia de aumento con una mejora lineal. Cuanto mayor es la velocidad de barrido, más corto será el tiempo de deposición y menor será también el número de átomos en la película delgada. La película será también más delgada. En el proceso de formación de la película delgada se disponen de tres estructuras: estructura en forma de isla, estructura en forma de red y estructura continua. Las propiedades de la película delgada están estrechamente relacionadas con su estructura y sus elementos. Cuando la película es relativamente delgada, adopta una estructura de islas. A medida que la película se hace más gruesa, la estructura de islas se transforma en estructura de red y en estructura continua. Sin embargo, en el caso de la película delgada resistiva, existen tres tipos de estructuras de fase: fase conductora, fase semiconductor e fase aislante. En una estructura de islas, las partículas de fase conductora están dispersas en la película delgada como islas dispersas que están rodeadas por la fase aislante. Por lo tanto, la resistencia cuadrada de la película es relativamente alta. La estructura en forma de red, en cambio, es en realidad una red conductora compuesta por la interconexión entre partículas conductoras. Las fases aislantes están dispersas dentro de la red, con una resistencia cuadrada baja. La estructura continua es un tipo de película delgada continua compuesta por la acumulación densa de partículas conductoras, que contiene pocos elementos aislantes. Como resultado, la resistencia cuadrada de la película delgada disminuye.
• Análisis de flujo de nitrógeno
a. Influencia del flujo de nitrógeno en la resistencia cuadrada de películas delgadas de TaNCon la mejora de la relación de flujo de nitrógeno, la resistencia cuadrada de la película delgada de TaN aumenta gradualmente. Esta ley se manifiesta de forma especialmente marcada cuando la tasa de flujo de nitrógeno aumenta del 15% al 20%. Esto se debe a que el incremento de la presión parcial de nitrógeno conduce a un aumento de las cavidades de Ta y el tipo de conducción de la película delgada se convierte de conducción electrónica a conducción por cavidades. Como resultado, la resistencia cuadrada finalmente aumentará.
b. Influencia del caudal de nitrógeno en el espesor de la película delgada de TaNEl aumento del caudal de nitrógeno conduce a una reducción gradual del espesor de la película delgada de TaN, lo cual es opuesto a la tendencia de cambio de la resistencia cuadrada. El espesor de la película está estrechamente relacionado con la trayectoria libre media de las partículas pulverizadas y la velocidad de pulverización del material diana.
En una palabra, las resistencias incrustadas de película delgada presentan una uniformidad satisfactoria, lo que ha llevado a su aplicación exitosa en una amplia gama de industrias. Se han realizado numerosas pruebas y experimentos para demostrar la fiabilidad de las resistencias incrustadas de película delgada. Por lo tanto, se puede esperar que las resistencias incrustadas de película delgada sean altamente confiables en numerosas aplicaciones electrónicas.
