Введение к работе
Наиболее распространенными элементами современных радиотехни-іеских систем и техники СВЧ являются пленочные резисторы и микро-юлосковые аттенюаторы. Так доля резистивных элементов составляет Ю половины от общего количества элементов радиотехнических устройств и систем.
Развитие производства пленочных резисторов связано с открытием ювых материалов и поиском передовых технологий. Существуют раз-шчные технологические процессы подгонки резисторов: к ним отно-:ятся дискретные и плавные, избирательные и последовательные, ком-іинированньш и некомбинированные процессы подгонки.
Конструкция и технология производства радиотехнических систем ! микроэлектронном исполнении имеет некоторые особенности:
-
При их изготовлении тонкопленочные резисторы (ТПР) должны їьіть подогнаны на месте.
-
Вся цепь "проводник-резистор" должна находится в одной и гой же плоскости.
-
Все резисторы схемы имеют одинаковое поверхностное сопро--ивление. Известны случаи, когда подгонка сопровождается изменени-:м сопротивления резистора в больших пределах, что достигается фи-іико-химическим воздействием на резистивную пленку. Вопросам под-'онки резисторов посвящено множество научных трудов и исследований ітечественньїх, зарубежных ученых и специалистов.
Однако имеется целый ряд нерешенных задач в области технологии юдгонки тонкопленочных резисторов при изготовлении радиотехничес-;их систем. Эти задачи возникают в связи с изменением электрофизи-іеских параметров резисторов при подгонке и с необходимостью повы-іения "сопротивляемости" резисторов внешним и внутренним дестаби-
- г -
лизирующим воздействиям, в том числе химическим и климатическим воздействиям при эксплуатации радиотехнических систем. Требуются так же Дополнительные затраты на исследование электрофизических параметров резисторов после проведения операции подгонки.
Защита поверхности резисторов от дестабилизирующих воздействий осуществляется на основе использования всевозможных типов красок и лаков, что ведет к уменьшению теплоотдачи и мощности рассеяния резисторов. Например, под воздействием импульсного СВЧ сигнала происходит выгорание тонкопленочных резисторов и микрополосковых аттенюаторов. Это связано с тем, что при импульсной нагрузке тепло не успевает распространяться в окружающую среду из-за малой теплопроводности диэлектрических пленок (красок и лаков), дополнительно нанесенных на резистор.
Известны другие технологии защиты поверхности резистивного материала, основанные на использовании процессов анодного окисления в воздушной среде. Указанным технологиям подгонки резисторов в целом свойственны большие временные и экономические затраты, а также малый диапазон изменения сопротивления при подгонке резисторов. Все это, в конечном итоге, ведет или к снижению качества, или к повышению стоимости и сроков изготовления радиотехнических систем в микроэлектронном исполнении.
В то же время известен более перспективный способ защитного покрытия поверхности многих металлов, основанный на использовании процессов плазменно-электролитического анодирования. Однако, эти процессы еще не адаптированы к операциям подгонки резисторов и защиты резисторов.
Анализ процессов подгонки резисторов, с одной стороны, и покрытия их поверхности защитным слоем, с другой стороны, позволяют
сформулировать актуальную проблему, заключающуюся в необходимости разработки методов, технологического процесса и установки, чтобы одновременно повысить сопротивления группы резисторов в больших пределах при подгонке и покрытии их поверхностей защитным изоляционным слоем, не ухудшающим электрофизические параметры резисторов при изготовлении радиотехнических систем в микроэлектронном исполнении, включая и технику СВЧ.
Целью работы является разработка технологического процесса одновременной подгонки и покрытия поверхности группы пленочных резисторов защитным изоляционным слоем при изготовлении современных сложных радиотехнических систем в микроэлектроннЪм исполнении. Достижение цели связано с решением следующих основных задач:
-
Обоснование применимости процесса плазменно-электролитичес-кого анодирования в технологии подгонки в большом диапазоне изменения величины сопротивления и покрытие группы пленочных резисторов защитным изоляционным слоем;
-
разработка физико-химической модели технологического процесса плазменно-электролитической подгонки группового .повышения величины сопротивления, и покрытия их защитным изоляционным слоем:
-
разработка и создание установки групповой подгонки пленочных резисторов на основе использования процесса плазменно-электро-литического анодирования;
-
исследование структуры, субструктуры, фазового состава и электрофизических параметров тонкопленочных керметных резисторов;
-
исследование основных электрофизических параметров тонкопленочных резисторов и их стабильности после процесса ПЭ подгонки.
Методы исследования: Теоретические результаты получены с использованием физики тонких пленок, метода плазменно-электролити-ческого анодирования, моделирования, и теории эксперимента.
Объект исследования: Групповая технология подгонки величины сопротивления .тонкопленочных резисторов с применением процессов плазменно-электролитического анодирования.
Научная новизна работы заключается в следующих результатах, выносимых на защиту:
-
Новая технология групповой подгонки сопротивления пленочных резисторов в номинал и покрытия их поверхностей защитным изоляци-онным слоем.
-
физико-химическая модель технологического процесса повышения сопротивления пленочных резисторов;
-
Функциональная зависимость ряда электрофизических параметров керметных пленочных резисторов от режимов плазменно-электроли-тической подгонки:
-
механизм влияния плазменно-электролитической подгонки на температурный коэффициент сопротивления пленочных резисторов, в том числе способ изменения полярности и величины ТКС однотипных пленочных резисторов за счет управления режимами технологического процесса групповой подгонки сопротивления резисторов в номинал и покрытия их поверхностей защитным изоляционным слоем.
Практическая ценность работы состоит в следующем: і) Предложено оригинальное технико-технологическое решение групповой подгонки пленочных резисторов, защищенное авторским свидетельством (а. с. 1101905);
-
повышение производительности технологического процесса повышения сопротивления пленочных резисторов в номинал за счет вве-дения технологии групповой плазменно-электролитической подгонки;
-
Создание новой технологии, позволяющей увеличить сопротивление пленочных резисторов не менее чем в 3-4 раза;
-
Увеличение мощности рассеивания пленочных резисторов за счет уменьшения теплового сопротивления защитного изоляционного слоя и обоснование коэффициента запаса прочности по пороговым характеристикам пробоя резистора;
-
Повышение температурной стабильности пленочных резисторов после подгонки их сопротивления в номинал за счет уменьшения температурного коэффициента сопротивления (ТКС);
-
Возможность использования технологии изготовления пленочных резисторов с защитным изоляционным слоем при разработке перспективных функциональных узлов, в том числе аттенюаторов техники СВЧ с распределенными параметрами и резистивных датчиков, работающих в агрессивных средах, благодаря созданию высокоэффективного защитного изоляционного слоя; ;
-
Описанные в работе методы теоретико-экспериментальных исследований обеспечивают получение достоверных результатов, необходимых при выполнении ОКР по изготовлению радиотехнических систем.
Достоверность полученных результатов подтверждается совпадением теоретических и экспериментальных результатов.
Реализация результатов: Теоретические и практические результаты диссертационной работы внедрены:
- ПО ЦКБ "Фотон" в 1982 г. Разработанные методики плазменно-электролитической подгонки, построения ампер-секундных характе-
ристик и способ диагностирования по ИК излучению использованы при разработке технологии производства опытных образцов резистивных элементов;
методика и устройство для измерения распределения температуры по длине ТПР использованы при проведении НИР по теме "Структура 76" ПО "Орбита", г. Н.Новгород;
лабораторная установка плазменно-электролитической подгонки пленочных резисторов и книга Юнусова Д.М. и др. "Диагностика дефектов в высокоомных пленках" используется в учебном процессе в КГТУ (КАИ) им. А.Н.Туполева. Данная книга отмечена Дипломом Президиума Центрального Правления Всесоюзного Химического Общества им. Менделеева по конкурсу за 1976 г.;
создана Лабораторная установка (а.с. 1101905) для экспериментальных исследований различных способов повышения сопротивления пленочных резисторов ;
созданы лабораторные установки для исследований: распределения температуры по длине поверхности резисторов в инфракрасной области, ампер-секундных характеристик и плазменно-электролитическо-го анодирования резистивных пленок.
Апробация работы: Основные положения диссертационной работы
докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конфе
ренциях:
на итоговых научно-технических конференциях КГУ и КГТУ (КАИ) 1972-1984 гг.. г. Казань;
на межвузовских и всесоюзных научно-технических конференциях 1975-1997 гг., в том числе:
Всесоюзный студенческий семинар "Адаптивные системы связи". Новосибирск, 1975 г. ;
IX Всесоюзн. научно-техн. конференции по микроэлектронике. -Казань. 1980 г.:
Всесоюзная научно-техническая конференция "Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества электронной аппаратуры и приборов", Воронеж, 1984 г. (Доклад отмечен оргкомитетом как лучший, метод и устройство рекомендованы к внедрению в промышленности);
Международная научно-техническая конференция "Актуальные проблемы математического моделирования и автоматизированного проектирования в машиностроении."Модель-проект 95", Казань, 1995 г.;
Международная научно-техническая конференция "Молодая^наука - новому тысячелетию". Набережные Челны. 1996 г. (Доклад признан лучшим по применению плазменно-электролитических методов, ; а его актуальность подтверждена специалистами в данной области и сертификатом Комитета по делам науки и технической политики РФ).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, получено авторское свидетельство на изобретение.
Структура диссертационной работы: Работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержит 149 страниц текста, 35 рисунков, 6 таблиц, 25 фотографий. Список литературы включает 147 наименования.
