Litar mikro-jalur filem nipis telah digunakan secara meluas dalam komunikasi gelombang mikro, langkah balas elektronik (ECM), industri aeroangkasa dan sebagainya. Semasa menghasilkan IC (Litar Bersepadu) filem nipis, adalah sangat penting untuk menggunakan bahan perintang filem nipis terdeposisi bagi menghasilkan perintang tertanam filem nipis yang berketepatan tinggi dan kestabilan tinggi. IC filem nipis memerlukan keperluan yang ketat terhadap perintang filem nipis:
a.Rintangan segi empat hendaklah cukup lebar;
b. Pekali suhu rintangan hendaklah kecil;
c.Daya lekatan dengan substrat hendaklah cukup kuat;
d.Perintang filem nipis hendaklah mempunyai prestasi yang stabil dan boleh dipercayai;
e.Penggambaran harus mudah dan senang;
f. Hendaklah berupaya menahan pemprosesan suhu tinggi, kuasa tinggi dan mempunyai julat aplikasi yang agak luas.
Pengenalan Ringkas tentang PCB Terbenam
Seawal tahun 1959, IC pertama yang dicipta oleh Jack Kilby hanya mengandungi dua transistor dan sebuah perintang. Pada masa kini, pelbagai teknik kompleks digunakan untuk menggabungkan puluhan juta transistor ke dalam satu cip PC tunggal. Dengan produk elektronik menuju ke arah peminimuman dan pelbagai fungsi, sejenis teknologi komponen pasif terbenam telah muncul untuk memenuhi permintaan yang semakin tinggi. Nisbah antara bahagian pasif dan bahagian aktif adalah kira-kira 20:1, dan tahap integrasi telah meningkat secara beransur-ansur seiring dengan peningkatan nisbah tersebut. Dengan begitu banyak komponen pasif yang terbina dalam PCB, keluasan papan litar yang dihasilkan melalui SMT mengecil sebanyak 40% berbanding papan yang difabrikasi melalui teknologi terbenam.
Pada awal tahun 1980-an, teknologi komponen pasif terbenam mula diperkenalkan dan biasanya direalisasikan dalam bentuk planar. Berdasarkan pengelasan komponen pasif, PCB terbenam boleh diklasifikasikan lagi kepada PCB perintang terbenam, PCB kapasitor terbenam dan PCB induktor terbenam. Perintang, kapasitor dan induktor boleh ditemui hampir dalam semua sistem elektronik, menyediakan impedans dan menyimpan tenaga untuk sistem. Dalam kalangan komponen pasif terbenam tersebut, kapasitor dan perintang merangkumi majoriti, sekurang-kurangnya 80% daripada keseluruhannya. Sehingga kini, komponen pasif terbenam telah digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang litar seperti penapis, peredam (attenuator), balun, Bluetooth, penguat kuasa dan sebagainya.
Selain itu, beberapa trend termasuk pembangunan isyarat digital berkelajuan tinggi dan berfrekuensi tinggi, penurunan berterusan voltan komponen pasif, pengukuhan fungsi secara beransur-ansur dan peningkatan kepadatan penghantaran isyarat memerlukan penglibatan lebih banyak kapasitor pintasan berkapasitans rendah untuk menghapuskan gandingan elektromagnet dan gangguan silang isyarat. Oleh itu, teknologi PCB kapasitor terbenam telah menarik perhatian meluas dalam industri.
Kelebihan Perintang Terbenam
Kelebihan perintang terbenam terutamanya datang dalam tiga aspek: prestasi elektrik, reka bentuk PCB dan kebolehpercayaan.
• Kelebihan Elektrik
a.Ia membantu meningkatkan pemadanan impedans talian.
b.Ia membawa kepada laluan isyarat yang lebih pendek dan penurunan induktans siri.
c.Ia menyebabkan pengurangan gangguan silang, bunyi bising dan EMI (Gangguan Elektromagnet Elektromagnetik).
• Kelebihan Reka Bentuk PCB
a.Ia membawa kepada peningkatan ketumpatan komponen aktif dan pengurangan faktor bentuk.
b.Ia tidak memerlukan via, sekali gus meningkatkan penghalaan.
c.Ia menghasilkan papan yang dipermudahkan, mengecilkan saiz dan/atau pemadatan.
• Kebolehpercayaan Dipertingkatkan
Jadual di bawah menunjukkan kebolehpercayaan yang dipertingkat bagi perintang terbenam.
|
Item
|
Parameter
|
| RTC Rendah |
<50PPM |
| Ujian hayat |
100,000 jam; hanyutan <2% pada 110°C |
| Stabil pada julat frekuensi yang luas |
Diuji melebihi 40GHz |
| Sambungan pateri |
TIADA |
| Peringkat ujian |
Lapisan dalam dan papan kosong |
Faktor-faktor yang Menentukan Prestasi Filem Nipis
Sehingga kini, bahan perintang filem nipis merangkumi julat aplikasi yang luas termasuk bahan kromium, bahan tantalum dan bahan titanium. Berbanding dengan perintang filem nipis kromium, perintang filem nipis tantalum mempunyai banyak prestasi cemerlang seperti kestabilan kimia dan rintangan kakisan yang sangat baik, kebolehpercayaan tinggi, julat rintangan yang luas dan kestabilan yang tinggi, yang menjadikannya bahan perintang filem nipis yang ideal dengan prospek aplikasi yang luas.
Keseragaman filem nipis perintang merujuk kepada keadaan bagaimana perintang yang difabrikasi pada substrat berubah apabila kedudukan substrat berubah dalam rongga vakum dan bagaimana rintangan diubah apabila substrat yang sama digerakkan. Faktor utama yang mempengaruhi keseragaman filem nipis termasuk: kedudukan relatif antara substrat dan bahan sasaran, kadar pemendapan dan darjah vakum. Filem tantalum nitrida (TaN) yang digunakan untuk IC filem nipis mempunyai keseragaman yang sangat baik pada substrat yang sama dan juga antara substrat dari kedudukan yang berbeza. Selain itu, ralat rintangan antara kelompok yang berbeza kekal rendah dengan keseragaman yang sangat baik. Pada masa ini terdapat dua kaedah penyediaan yang tersedia untuk penyediaan filem TaN: pemendapan wap fizikal dan pemendapan wap kimia. Kestabilan dan kebolehpercayaan, ketepatan dan keseragaman kerintangan elektrik memainkan peranan penting dalam pembuatan filem TaN. Rintangan diubah terutamanya melalui laser atau pengoksidaan untuk memastikan ketepatan rintangan. Kedua-dua kaedah ini, bagaimanapun, mempunyai beberapa kelemahan iaitu laser berkemungkinan merosakkan grafik rintangan dengan kuasa yang ditanggung oleh filem perintang manakala pengubahsuaian rintangan melalui pengoksidaan mengalami kadar yang rendah dan kebolehpercayaan yang lemah.
Artikel ini memanfaatkan penyaduran semburan reaktif magnetron untuk menyediakan filem nipis TaN dan mengkaji pengaruh parameter teknikal seperti kedudukan plat seragam terhadap keseragaman dan prestasi filem nipis TaN, sekali gus menentukan teknologi kawalan tepat bagi kadar rintangan. Selain itu, ia mengkaji dan menganalisis kadar imbasan pemendapan dan kesan nisbah aliran N2pada filem nipis TaN dan prestasi.
Analisis Prestasi pada Filem Nipis
• Analisis Keseragaman
Di bawah keadaan kelajuan imbasan tetap 105cm/min dan nisbah aliran nitrogen 10%, keseragaman dianalisis untuk filem nipis TaN. Keseragaman helaian dalaman boleh dikira melalui formula:
.
Sebuah instrumen rintangan digunakan untuk mengukur rintangan dan setiap helaian asas perlu mengorbankan 60 titik untuk pengukuran, berikut adalah hasilnya:
|
Jawatan
|
R□Maksimum
|
R□Min
|
RPurata
|
Keseragaman
|
|
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 |
Ia menunjukkan taburan rintangan bagi filem nipis TaN pada helaian asas yang bersaiz 4 inci. Sehubungan itu, dapat dirumuskan bahawa helaian asas pada kedudukan No.2 mempunyai keseragaman helaian dalaman yang terbaik, manakala helaian asas yang hampir dengan tepi plat atau tepi bahan sasaran mempunyai variasi rintangan segi empat yang agak buruk dan keseragaman helaian dalaman bahan sasaran yang hampir dengan tepi bahan sasaran adalah yang paling teruk. Filem nipis TaN dengan keseragaman yang buruk membawa kesan besar terhadap pembuatan perintang rangkaian berketepatan tinggi.
Untuk mengatasi ketidakseragaman filem nipis berhampiran tepi bahan sasaran, satu plat seragam boleh dipasang untuk melaraskan filem nipis yang terdeposisi kerana ia berupaya menutupi kawasan pemendapan secara terpilih bagi mengawal keseragaman filem.
• Analisis Kelajuan Imbasan Pemendapan
Dengan pemecutan pengimbasan, rintangan segi empat filem nipis TaN menunjukkan kecenderungan pembesaran dengan peningkatan linear. Semakin tinggi kelajuan pengimbasan, semakin singkat masa pemendapan dan begitu juga bilangan atom pada filem nipis. Filem juga akan menjadi lebih nipis. Tiga struktur tersedia dalam proses pembentukan filem nipis: struktur berbentuk pulau, struktur berbentuk rangkaian dan struktur berterusan. Sifat filem nipis berkait rapat dengan strukturnya dan unsur-unsurnya. Apabila filem relatif nipis, filem hadir dalam struktur berbentuk pulau. Apabila filem menjadi tebal, struktur pulau berubah menjadi struktur rangkaian dan struktur berterusan. Namun, apabila melibatkan filem nipis perintang, terdapat tiga jenis struktur fasa: fasa konduktif, fasa semikonduktor dan fasa penebat. Dalam struktur berbentuk pulau, zarah fasa konduktif bertaburan dalam filem nipis seperti pulau-pulau yang dikelilingi oleh fasa penebat. Oleh itu, rintangan segi empat filem adalah relatif tinggi. Struktur berbentuk rangkaian pula sebenarnya ialah rangkaian konduktif yang terbentuk oleh saling perhubungan antara zarah konduktif. Fasa penebat bertaburan di dalam rangkaian dengan rintangan segi empat yang rendah. Struktur berterusan ialah sejenis filem nipis berterusan yang terbentuk daripada pengumpulan zarah konduktif secara padat, mengandungi sedikit unsur penebat. Akibatnya, rintangan segi empat filem nipis berkurangan.
• Analisis Aliran Nitrogen
a. Pengaruh Aliran Nitrogen terhadap Rintangan Segi Empat Filem Nipis TaN. Dengan peningkatan nisbah aliran nitrogen, rintangan segi empat filem nipis TaN meningkat secara beransur-ansur. Hukum ini menjadi sangat ketara terutamanya apabila kadar aliran nitrogen meningkat daripada 15% kepada 20%. Ini kerana peningkatan tekanan separa nitrogen membawa kepada peningkatan rongga Ta dan jenis pengaliran filem nipis akan bertukar daripada pengaliran elektron kepada pengaliran rongga. Akibatnya, rintangan segi empat akhirnya akan meningkat.
b. Pengaruh Kadar Aliran Nitrogen terhadap Ketebalan Filem Nipis TaN. Peningkatan kadar aliran nitrogen menyebabkan pengurangan beransur-ansur pada ketebalan filem nipis TaN, yang bertentangan dengan arah perubahan rintangan segi empat. Ketebalan filem berkait rapat dengan jarak bebas purata zarah terserpih dan kadar penyemburan bahan sasaran.
Ringkasnya, perintang tertanam filem nipis mempunyai keseragaman yang baik, yang membawa kepada kejayaan penggunaannya dalam pelbagai industri. Sebilangan besar ujian dan eksperimen telah dijalankan untuk membuktikan kebolehpercayaan perintang tertanam filem nipis. Oleh itu, dapat dijangkakan bahawa perintang tertanam filem nipis boleh sangat dipercayai dalam pelbagai aplikasi elektronik.
