Korkean tarkkuuden ohutkalvoteknologia

Tämän artikkelin tarkoituksena on auttaa piirisuunnittelijoita ja komponentti-insinöörejä ymmärtämään paremmin ohutkalvotekniikkaa. Artikkeli on opas ohutkalvotekniikan käytön ja sen tarjoamien merkittävien luotettavuuteen, kokoon ja suorituskykyyn liittyvien etujen ymmärtämiseen.

Kuva 1: Vishaylta saatavia ohutkalvoteknologioita. (Kuvan lähde: Vishay)

Kalvotyypit

Tyypillisesti kalvot sputteroidaan noin 500 ångströmin paksuisiksi. Ohmiarvoalueen valmistukseen käytetään erilaisia maskeja, joiden viivanleveys ja viivaväli vaihtelevat. Neliöalan resistanssi voi myös vaihdella 50 ohmista neliötä kohti 2000 ohmiin neliötä kohti. Jokaisella kalvolla on erityinen tarkoitus. Yleissääntönä on, että mitä alhaisempi neliöalan resistanssi on, sitä parempi on sen yleinen sähköinen suorituskyky. Vishay on ainoa tekijä, joka toimittaa ja valmistaa kaikkia kalvotyyppejä.

Nikromi (NiCr) – Kaikkein suosituimmilla kalvoilla on parhaat sähköiset ominaisuudet absoluuttisen TCR-arvon suhteen. Yleiset neliöalan resistanssit ovat 50, 100 ja 200 ohmia neliötä kohti.

Tamelox – Vishayn ohutkalvoseos, jossa yhdistyvät nikromin ja tantaalinitridin edut ja joka parantaa TCR-lineaarisuutta.

Tantaalinitridi (TaN2) – Kun se on kerrostettu ja prosessoitu oikein, syntyy kosteutta läpäisemätön seos. Sähköinen suorituskyky ei ole yhtä hyvä kuin nikromilla. Käytetään sovelluksissa, joissa vastukset altistuvat alhaiselle teholle (< 20 %) ja korkealle suhteelliselle kosteudelle (80 %) ilman itsekuumenemista.

Piikromi (SiCr) – Tällä materiaalilla on erittäin korkea neliöalan resistanssi (2000–3000), ja sitä käytetään suurten vastusarvojen tuottamiseen pienellä alueella. Sähköiset ominaisuudet, kuten absoluuttinen TCR-seuranta, pitkäaikainen stabiilius ja jännitekertoimet paremmat kuin paksukalvotekniikassa.

Passivointi – SPM (Special Passivation Methods) mahdollistaa nyt paremman passivointikontrollin vaativissa olosuhteissa (katso Tech Note SPM).

Integroitu ohutkalvorakenne

Integroitu piiri on ryhmä elementtejä, jotka on muodostettu ja liitetty yhteen yhteisellä substraatilla toiminnallisen verkon luomiseksi. Integroitu vastusverkko määritellään samalla tavalla yhteiselle substraatille muodostettujen ja toisiinsa liitettyjen resistiivisten elementtien ryhmäksi. Kuten puolijohteiden valmistuksessakin, elementit valmistetaan kerrostamalla ohutkalvo substraatille tai reagoimalla substraatin kanssa. Kuviot valmistetaan fotolitografisella kuvantamisella, jonka jälkeen ei-toivotut materiaalit poistetaan valikoivasti. Koska saman verkon vastukset ovat melko pieniä ja lähellä toisiaan, ne altistuvat lähes samanlaisille olosuhteille prosessoinnin aikana. Samoin jokainen puolijohdekiekolla tai substraatilla oleva verkko altistuu lähes samoille olosuhteille. Koska useita kiekkoja prosessoidaan yhdessä samaan aikaan ja samassa laitteistossa, koko erän – satojen tai tuhansien yksittäisten yksiköiden – yhdenmukaisuus on taattu. Integroidun rakenteen lisähyötynä on liitäntöjen luotettavuus, sillä ne ovat luonnostaan luotettavampia kuin erillisten komponenttien väliset yksittäiset liitännät.

Kuva 2: Erittäin puhdas alumiinioksidikiekko, jossa näkyy integroitu ohutkalvorakenne. (Kuvan lähde: Vishay)

Integroidun ohutkalvorakenteen edut

• Kaikkien verkkoon kuuluvien elementtien ominaisuudet ovat erittäin lähellä toisiaan myös eri lämpötiloissa ja koko käyttöiän ajan
• Erittäin pienet, tiheät ja monielementtiset verkot säästävät tilaa piirilevyltä
• Hermeettinen käytännöllinen rakenne monissa nykyaikaisissa standardimuodoissa
• Toistettavat ja yhdenmukaiset osa- ja eräkohtaiset ominaisuudet
• Erittäin alhainen induktanssi
• Erinomainen luotettavuus – vähemmän yksittäisiä liitäntöjä
• Ei termosähköisiä vaikutuksia
• Asennuskustannukset eivät ole korkeammat kuin erilliskomponenttienkaan kohdalla, vaan usein jopa alhaisemmat

Kytkentöjen luotettavuus

Sotavoimien ja muiden osapuolien suorittamat luotettavuustutkimukset ovat osoittaneet, että jos kaikki muut olosuhteet ovat samat, kokoonpanon luotettavuus on suoraan verrannollinen ”ihmisten tekemien liitäntöjen” määrään. Tämän vuoksi integroitu piiri on luotettavampi kuin erillisistä transistoreista koostuva rakenne, ja sama pätee integroituun vastusverkkoon erillisiin vastuksiin verrattuna. Tätä kutsutaan joskus ”luontaiseksi luotettavuudeksi”.

Resistanssialue

Ohutkalvotekniikassa hyödynnetään fotolitografista tarkkuuskuviointia, joka tarjoaa suunnittelijalle laajan valikoiman vastusarvoja käyttäen pienintä mahdollista pinta-alaa. Tämä mahdollistaa joko komponenttikoon minimoinnin tai vastuselementtien määrän lisäämisen samassa tilassa. Tietyllä pinta-alalla saavutettavissa oleva kokonaisvastus määräytyy ensisijaisesti kalvomateriaalin neliöalan resistanssin sekä kuvioinnin mukaan. Reaalimaailman rakenteissa enimmäispinta-ala kuitenkin pienenee liitospisteiden, sisäisten johtimien, erityisten leikkuuominaisuuksien ja jalkajärjestysrajoitusten vaatiman tilan vuoksi.

Resistiiviset ohutkalvomateriaalit kattavat normaalin neliöalan resistanssialueen 50–2000 ohmia/neliö, jolloin yksittäisten vastusten käytettävissä olevaksi vastusalueeksi tulevat arvot muutamasta ohmista useisiin megaohmeihin. Suurin tarkkuus on yleensä 250 ohmin ja 100 kilo-ohmin välillä.

Kuva 3: Vastusalue määräytyy ensisijaisesti kiekkolevyllä olevan kuviogeometrian perusteella. (Kuvan lähde: Vishay)

Erittäin alhainen resistanssi

Kun tarkkuusverkoissa käytetään alhaisen resistanssin elementtejä, on otettava huomioon piirissä ja kotelossa olevien johdinten ja johdinkuvioiden pienet, mutta väistämättömät vastukset. Nämä johdinvaikutukset voidaan minimoida oikealla suunnittelulla, prosessoinnilla, kotelon valinnalla ja kokoonpanolla, mutta niitä ei voi kokonaan poistaa. Spesifikaatioihin on kuitenkin kiinnitettävä erityistä huomiota, erityisesti resistanssin ja seurannan realistisien toleranssien sekä niiden mittausmenetelmän osalta.

Kuva 4: Sisäisellä johdinvastuksella voi olla suuri vaikutus kokonaisvastusarvoihin. (Kuvan lähde: Vishay)

Vastuksen toleranssi

Nykyaikaiset laserjärjestelmät pystyvät säätämään vastukset hyvin tarkkoihin toleransseihin sekä absoluuttisesti että suhteellisesti: 0,01 % ja 0,005 %. Lisäksi jokainen vastuuntuntoinen valmistaja itse asiassa käyttää säädössä ”varoaluetta” niin, että sisäinen spesifikaatio on julkaisuspesifikaatiota tarkempi.

Mitä tarkempi vaadittu toleranssi on, sitä huolellisemmin vastus on suunniteltava, jotta saavutetaan tarkka jakauma hyvin toleranssirajojen puitteissa ja kustannustehokkaalla leikkuunopeudella. Yksi tapa saavuttaa tämä on käyttää erityisiä leikkuugeometrioita. Nämä ominaisuudet vähentävät vastuksen herkkyyttä laserilla poistetun materiaalin määrään nähden, mikä mahdollistaa yhä korkeamman tarkkuustason saavuttamisen. Nämä ominaisuudet vievät ylimääräistä substraattipinta-alaa, mikä edellyttää joskus kustannusten ja suorituskyvyn välisiä kompromisseja. Yksi ominaisuuksista, jonka ansiosta moderni ohutkalvotekniikka soveltuu käytettäväksi tarkkuusverkoissa, on kalvojen sähköinen ja mekaaninen stabiilius. Tämä on tärkeää, koska tarkasti säädettyjen vastusten on kestettävä kokoonpanovaiheen joskus rasittavat olosuhteet ilman merkittävää siirtymää. Tämä korostaa jälleen kerran integroidun rakenteen luontaisia etuja yksittäisiin erillisiin vastuksiin verrattuna, koska kaikki niille tapahtuvat muutokset ovat yhteisiä kaikille verkon vastuksille, jolloin suhteet säilyvät juuri sellaisina kuin ne on säädetty.

Kuva 5: Tarkemmat toleranssivaatimukset voivat johtaa lisäpinta-alan käyttöön. (Kuvan lähde: Vishay)

Resistanssin lämpötilakerroin (TCR)

Resistanssin lämpötilakerroin on resistanssiarvon muutos ympäristölämpötilan funktiona. Tämä määritellään resistanssin yksikkömuutoksena lämpötilan yksikkömuutosta kohti ja ilmaistaan yleisesti miljoonasosina celsiusastetta kohti (ppm/°C). Se on ominaisuus, jonka perusteella vastukset useimmiten karakterisoidaan tai erotetaan toisistaan. Aikaisemmin erilliset vastukset, mukaan lukien kalvoista valmistetut vastukset, luokiteltiin eriin TCR-arvon mukaan. Sputteripinnoituksen suhteellisen uusi käyttö kalvon koostumuksen hallintaan sekä siihen liittyvät parannukset prosessoinnissa ovat johtaneet niin sanottujen ”kolmannen sukupolven” ohutkalvotuotteiden valmistukseen, joiden absoluuttiset TCR-arvot ovat jatkuvasti alle 10 ppm/°C.

Kuva 6: Resistanssin lämpötilakerroin mittaa sitä, miten vastusarvo muuttuu lämpötilan kasvaessa tai laskiessa. (Kuvan lähde: Vishay)

TCR määritetään yleensä kokeellisesti mittaamalla resistanssi useissa eri lämpötiloissa ja laskemalla muutosnopeus vastaavalta lämpötilaväliltä, esim. +25 °C ... +125 °C. Jos resistanssi muuttuu lineaarisesti lämpötilan mukaan, TCR on vakio lämpötilavälistä riippumatta. Jos vastus ei kuitenkaan ole lineaarinen, kuten yleisesti käytetyissä nikkeli-kromiseoksissa, TCR ilmaistaan sellaisen viivan kaltevuutena, joka yhdistää resistanssin ja lämpötilan välisen kuvaajan kaksi pistettä, esim. +25 °C ja +125 °C. Toisin sanoen se on TCR:n keskiarvo kyseisellä aikavälillä. Mitä epälineaarisempi suhde on, sitä huonomman approksimaation keskiarvo antaa.

Ilmoitettaessa TCR on ehdottoman tärkeää, että myös lämpötilaväli ilmoitetaan selkeästi.

MIL-STD-202-menetelmässä 304 esitettyä menettelytapaa käytetään usein TCR:n mittaamisen standardina. Tässä menetelmässä keskimääräiset TCR-arvot lasketaan joukolle lämpötilavälejä alueilla +25 °C ... -55 °C sekä +25 °C ... +125 °C. Korkein arvo kirjataan TCR:ksi. Tässä käytetään koko sotilasmääritysten mukaista lämpötila-aluetta, mikä voi johtaa ylispesifikaatioon sellaisten komponenttien osalta, joiden käyttölämpötilaväli on erilainen tai kapeampi.

Kuva 7: Esimerkkejä TCR-arvoista erilaisilla tuloskaltevuuksilla (Kuvan lähde: Vishay)

Seoksen koostumuksen vaikutusten ymmärtäminen ja kyky hallita huolellisesti prosessointia mahdollistaa vastuskäyrän ”räätälöinnin” suhteessa lämpötilaan sellaisten TCR-arvojen tuottamiseksi, jotka ovat a) negatiivisia koko alueella, b) positiivisia koko alueella tai c) negatiivisia matalassa päässä, positiivisia korkeassa päässä suhteellisen tasaisella ”nolla TCR” -sektorilla lähellä huonelämpötila-aluetta. Tätä voidaan hyödyntää lähellä huonelämpötilaa toimivissa tai muuten lämpötilakompensointia vaativissa laitteissa.

Seuranta

Useimmat tarkkuusohutkalvoverkkoja käyttävät sovellukset riippuvat siitä, että suhteelliset vastusarvot saadaan lähelle toisiaan ja että ne pysyvät lähellä toisiaan. Näin ollen verkon sisällä tapahtuvat suhteelliset vastusmuutokset, jota kutsutaan ”seurannaksi”, ovat erittäin tärkeitä. Ohutkalvoverkot ovat erinomaisia seurannassa. Seurantaan liittyy useita eri tekijöitä, jotka on tärkeää ymmärtää ja erottaa toisistaan.

TCR-seuranta – TCR-seuranta määritellään vastusparin TCR-arvojen erotuksena tietyllä lämpötilavälillä. Tarkan TCR-seurannan saavuttaminen erillisissä vastuksissa on hankalaa ja aiheuttaa valmistusprosessille merkittäviä haasteita erittäin tarkan absoluuttisen TCR-rajan saavuttamiseksi. Sitä vastoin ohutkalvoverkkojen integroitu rakenne takaa erittäin tarkan TCR-seurannan, koska vastukset valmistetaan ryhmänä lähes samanlaisissa prosessiolosuhteissa. Lisäksi vastukset ovat pieniä ja lähellä toisiaan yhteisen substraatin pinnalla, jolla on korkea lämmönjohtavuus, mikä pitää ne käytön aikana samassa tai lähes samassa lämpötilassa.

Prosessi- ja materiaalivaihteluita voi kuitenkin esiintyä, mikä aiheuttaa pieniä, mutta mitattavissa olevia eroja samalla kiekolla olevien vierekkäisten vastusten TCR-arvoissa. Prosessimuuttujia, jotka voivat vaikuttaa tähän, ovat mm. epäyhtenäinen kalvon kerrostus, substraatin viat, lämpötilagradientit lämpökäsittelyn aikana ja epätasaiset rasitukset. Myös suunnittelulla on merkitystä. Nykyaikaista prosessinohjausta, mittauslaitteita ja -tekniikoita käyttämällä TCR-seurantaa voidaan kuitenkin valvoa muutamien miljoonasosien kymmenesosien tarkkuudella astetta kohden sillä edellytyksellä, että piiri ja siru on konfiguroitu ja koteloitu oikein.

Yksi tekijä, joka aiheuttaa sen, että näennäinen TCR-seuranta on ”todellista” seurantaa korkeampi, on yhteinen haarajohdin, jolla on mitattavissa oleva vastus (r).

jossa TCR (r) on tavanomaisen johdinmateriaalin, tyypillisesti metallin, TCR. Esimerkiksi: 1 kilo-ohmin vastus, jonka TCR on 8,9 ppm/°C, yhdistettynä 2 kilo-ohmin vastukseen, jonka TCR on 8,5 ppm/°C, ja yhteiseen lähtöjohtimeen, jonka vastus on 0,1 ohmia ja TCR (r) on 4000 ppm/°C, antaa seuraavan TCR-seurannan.

Yhteisen johtimen aiheuttama lisävaikutus (0,2 edellä mainitussa tapauksessa) häviää, jos kriittiset suhteet määritetään ja mitataan jännitejaon eikä vastussuhteen mukaan.

Kuva 8: Esimerkkejä kaukana toisistaan ja lähekkäin sijaitsevien vastusten seurantajakaumista. (Kuvan lähde: Vishay)

Kuva 9: Nyrkkisääntö integroitujen verkkojen seurannasta erillisiin vastuksiin verrattuna. (Kuvan lähde: Vishay)

Vastuksen seuranta virtakytkennässä

Jotkin piirit toimivat sellaisessa tilassa, jossa virtaa katkotaan yhdessä vastuksessa, ja sitä verrataan vertailuvastukseen, jonka lävitse kulkee vakiovirta. Vaikka vastusten TCR-arvot voivat olla tällöin identtiset ja substraatti voi olla yhtenäisessä ympäristölämpötilassa, vastusten arvot eroavat toisistaan itsekuumenemisen seurauksena. (Tarkkaan ottaen tämä ei ole aito ”seurantavaatimus”, koska kyseiset vastukset altistuvat erilaisille rasituksille). Tämä ero määräytyy näiden kahden vastuksen absoluuttisten TCR-arvojen mukaan. Näissä sovelluksissa, jotka eivät ole harvinaisia, vastuksilla tulisi olla mahdollisimman alhaiset absoluuttiset TCR-arvot käyttölämpötila-alueella. Vastukset tulisi myös suunnitella mahdollisimman lähelle toisiaan niiden välisten lämpötilaerojen minimoimiseksi.

Kuva 10: Esimerkki sovitettujen vastusten erilaisesta tehontuotannosta. (Kuvan lähde: Vishay)

Jännitesuhteet

Vastuksia käytetään usein jännitejakajina. Tällöin ja kun on kyse tarkoista toleransseista, on tarkoituksenmukaisempaa käsitellä jännitesuhteita vastussuhteiden sijaan. On hyvä ymmärtää kolme tärkeää jännitesuhteisiin liittyvä näkökohtaa vastussuhteisiin verrattuna. Ne ovat itse jännitesuhde, jännitesuhteen toleranssi ja jännitesuhteen seuranta.

Kuva 11: Jännitesuhteet eivät riipu yhteisen johtimen resistanssista. (Kuvan lähde: Vishay)

Jännitehäviö vastusparin kautta määräytyy ideaalisesti vastusarvojen suhteen perusteella: R1/(R1 + R2). Kun resistanssiarvot eivät ole yhtä suuria, jännitesuhde poikkeaa näennäisten (mitattujen) resistanssiarvojen perusteella lasketusta arvosta yhteisen johtimen resistanssin mukaan määräytyvällä arvolla. Tämä poikkeama voi olla melko merkittävä, erityisesti arvoltaan alhaisilla vastuksilla.

Jos 10 kilo-ohmin vastus on sarjassa 1 kilo-ohmin vastuksen kanssa ja niiden yhteisen ”haarajohtimen” resistanssi on 100 milliohmia, nämä kaksi suhdetta poikkeavat 75 ppm:

Jos 1 kilo-ohmin vastus on sarjassa 100 ohmin vastuksen kanssa, 100 milliohmin haaroitusvastus tuottaa yli 800 ppm:n eron vastaavissa suhteissa.

Tämä osoittaa, kuinka tärkeää on määrittää oikea toimintaparametri.

Kuva 12: Jännitesuhteen toleranssin ja jännitesuhteen seurannan yhtälöt. (Kuvan lähde: Vishay)

Kun yhteinen johdinvastus (r) on mitattavissa, näennäinen TCR-seuranta on korkeampi kuin ”todellinen” seuranta, kuten aiemmin on esitetty, ja jännitesuhteen seuranta on alhaisempi. Jännitesuhteen seuranta on aina alhaisempi (parempi) kuin TCR-seuranta.

Stabiilius

Edellisissä kappaleissa kuvatut vaikutukset ovat palautuvia: muutokset eivät ole pysyviä ja ne häviävät, kun lämpötila palaa lähtöpisteeseen. On kuitenkin olemassa myös peruuttamattomia vaikutuksia. Kuten edellä on mainittu, useimpia tarkkuusvastusverkkoja käytetään suhdetilassa. Ne on säädetty tarkkoihin toleransseihin ja suunniteltu huolellisesti siten, että ne noudattavat näitä tarkkoja alkutoleransseja vastus- tai jännitesuhteissa. Tämä on kuitenkin merkityksetöntä, elleivät nämä toleranssit säily verkon koko käyttöiän ajan. Tämä edellyttää kalvon maksimaalista stabiiliutta. Viimeaikaiset edistysaskeleet materiaaleissa ja prosesseissa ovat parantaneet ohutkalvojen stabiiliutta ennennäkemättömälle tasolle lähestyen tasoa, joka saavutettiin aiemmin vain folioilla.

Nikkeli-kromiseosten pitkäaikaisen stabiiliuden mittava testaus on osoittanut vakuuttavasti, että resistanssin muutosnopeus ajan myötä on yksiarvoinen substraattilämpötilan funktio. Tämä on matemaattinen tapa ilmaista, että lämpötila on ainoa muuttuja – riippumatta siitä, onko se seurausta tehokuormituksesta vai yksinkertaisesti ympäristölämpötilasta. Lisäksi on kokeellisesti todettua, että korkeammassa lämpötilassa mitattu stabiilius voidaan ekstrapoloida luotettavasti alhaisempiin lämpötiloihin ja pidempiin aikoihin klassisten kineettisten yhtälöiden mukaisesti.

On hyödyllistä ajatella sovitetun vastusparin pysyviä muutoksia ”stabiiliuden seurannaksi”. Toisin kuin TCR-seuranta, jossa tarkka seuranta ei riipu absoluuttisesta TCR-arvosta, stabiiliuden seuranta on jossain määrin absoluuttisesta stabiiliudesta riippuvaista. Mitä vakaampi vastuspari on, sitä vähemmän muuttuvat niiden absoluuttiset arvot ja vastusten suhde toisiinsa. Tässäkin tapauksessa integroidun rakenteen edut ovat ilmeisiä: kaikilla verkkoon kuuluvilla vastuksilla on taipumus samanlaisiin muutoksiin elinkaaren aikana ja vastusten suhteet muuttuvat paljon absoluuttisia arvoja vähemmän.

Kuva 13: Komponenttien ikä vaikuttaa stabiiliuteen. (Kuvan lähde: Vishay)

Teholuokitus

Koska ohutkalvotarkkuusverkkoja ei yleensä käytetä suuritehoisissa sovelluksissa, enimmäisteholuokitusten määritysmenetelmät eivät ole yhtä kriittisiä kuin yleiskäyttöisissä verkoissa. Rajat on kuitenkin asetettava, ja tämä onnistuu parhaiten määrittämällä ylemmät lämpötilarajat.

Nollatehon lämpötila (kutsutaan joskus myös maksimiksi käyttölämpötilaksi) on suurin lämpötila, jossa osaa voidaan käyttää määrätty aika (yleensä 1000 tuntia) ilman liiallista muutosta (määriteltynä yleensä suhteessa alkuperäiseen toleranssiin) prosentteina ilmaistuna. Ohutkalvoverkossa, jonka täytyy säilyttää 0,1 prosentin toleranssi, tämä nollateholämpötila olisi +150 °C. Tässä lämpötilassa vastuksessa voi tapahtua suuruudeltaan 500 ppm:n absoluuttinen tai 100 ppm:n suhteellinen muutos suhteessa muihin verkkoon kuuluviin vastuksiin. Jos suurin vaadittu alkutoleranssi olisi 0,01 %, sopivampi nollatehon lämpötila olisi +125 °C. Nämä arvot koskevat hermeettisesti suljettuja osia. Jos kotelo ei ole hermeettinen, osille määrätään alhaisempi lämpötilaluokitus.

Kuva 14: Tyypillinen tehonalennuskäyrä. (Kuvan lähde: Vishay)

Täysi teholuokitus – Nimellisteho on yleisesti hyväksytty tehoksi, joka tarvitaan nostamaan osan pintalämpötila ympäristön lämpötilan yläpuolelle, yleensä välille +70 °C – nollatehon lämpötila. Tämä ilmaistaan täyden tehon wattimääränä. Tehonalennuskäyrää käytetään raja-arvojen määrittämiseen välilämpötiloissa.

Verkon yksittäisten vastusten luokitukseen on kiinnitettävä erityistä huomiota, koska yksittäisen vastuksen lopullinen pintalämpötila vaihtelee suuresti riippuen siitä, tapahtuuko verkon muissa vastuksissa tehohäviöitä. Vaikka yleistäminen on vaikeaa, hyvässä verkkosuunnittelussa otetaan huomioon nämä potentiaaliset vaihtelut ja käytetään tasaisen tehotiheyden tarjoavia ratkaisuita.

Kuten edellä todettiin, vaikka tehotasot asetetaan tarkemman toleranssin tarkkuusverkoissa yleensä alhaisemmiksi, tehotiheys voi olla suuri, koska sirun mitat ovat pienet. Tyypillinen suunnittelussa käytettävä taso on 25 W/in² erittäin tarkoille verkoille, mutta ohutkalvot tukevat myös huomattavan suuria tehotiheyksiä – jopa 200 W/in² – ilman niiden toiminnan vaarantumista. Viimeisenä tekijänä on otettava huomioon, että koteloiden lämmönkestävyys vaihtelee suuresti.

Vastuksen jännitekerroin ja virtakohina

Nämä kaksi ominaisuutta voivat olla varsin vakava haitta komposiittimateriaaleista (kuten kermeteistä tai polymeereistä) valmistetuissa vastuksissa. Ne voidaan yleensä jättää huomiotta ohutkalvotarkkuusverkkojen kohdalla, koska niiden arvot ovat niin vähäisiä. Tämä on yksi monoliittisten ohutkalvomateriaalien suurimmista eduista.

Vastuksen jännitekerroin on resistanssin yksikkömuutos jännitteen yksikkömuutosta kohti ilmaistuna muodossa ppm/voltti. Se mittaa ei-ohmista käyttäytymistä ja ohutkalvoissa se saavuttaa tunnistettavat tasot vasta megaohmialueella, jossa sen arvoksi on mitattu noin 0,1 ppm/V.

Virtakohina karakterisoidaan ja mitataan Quantek-yhtiön kehittämällä vakiolaitteella. Ohutkalvoille tyypillinen arvo on alle -35 dB.

Termosähköiset vaikutukset

Termosähköisiä jännitteitä voi syntyä, jos vastusten liitännöissä on eri lämpötilat. Tämä voi olla merkittävä ongelma erillisissä vastuksissa, koska niiden fyysiset mitat ovat suhteellisen suuret ja mahdollistavat lämpögradientit. Ohutkalvoverkoissa kaikki vastukset ovat samassa tai lähes samassa lämpötilassa, mikä johtuu niiden pienestä koosta ja lämpöä johtavan substraatin lämpöä levittävästä vaikutuksesta. Ohutkalvojen termosähköiset vaikutukset ovat tyypillisesti < 0,1 µV/°C.

Vastusten taajuusvaste

Yli 100 MHz:n taajuuksilla useimpia vastuksia on tarkasteltava vastinpiirinä, joka sisältää loisinduktanssin ja -kapasitanssin, ks. kuva 15. Tyypillinen impedanssivaste on esitetty kuvassa 16. Impedanssivaste riippuu vastuksen koosta, leikkuumenetelmästä, osan arvosta ja liitäntätavasta.

Kuva 15: Yli 100 MHz:n taajuuksilla useimpia vastuksia on tarkasteltava vastinpiirinä, joka sisältää loisinduktanssin ja -kapasitanssin. (Kuvan lähde: Vishay)

Kuva 16: Tyypillinen sisäinen impedanssivaste 0402-flip-chip-vastukselle käytettäessä erityistä reunantunnistusleikkausta. (Kuvan lähde: Vishay)

Koko on tärkeä tekijä loisimpedanssin pienentämiseksi. Mitä pienempi osan koko on, sitä lähempänä se on ideaalivastusta. Myös leikkaustyylit ovat tärkeitä.

Ohutkalvovastuksia voidaan leikata erilaisien geometristen mallien mukaisesti, ks. kuva 17. Laitteen suorituskykyä voidaan parantaa muihin rakenteisiin verrattuna (kuten serpentiini- tai L-leikkaus) käyttämällä suorakulmaista rakennetta keskellä liitoskohtien välissä (tasapainotettuna).

Kuva 17: Ohutkalvovastukset voidaan leikata erilaisien geometristen mallien mukaisesti. (Kuvan lähde: Vishay)

Tutustu alla olevista linkeistä Vishay-ohutkalvovastuksiin

Jalallinen verkko

• MP-sarja
• MPM-sarja
• OSOP-sarja
• VSSR-sarja
• ORN-sarja
• NOMC-sarja
• VSOR-sarja
• CSO-sarja

Pintaliitossirut

• M55342-sarja
• PTN-sarja
• FC-sarja
• MP-sarja

Läpiasennettavat

• TSP-sarja
• VTF-sarja
• HD-sarja