RU2722213C1 - Stabilization method of resistors - Google Patents
Stabilization method of resistors Download PDFInfo
- Publication number
- RU2722213C1 RU2722213C1 RU2019127093A RU2019127093A RU2722213C1 RU 2722213 C1 RU2722213 C1 RU 2722213C1 RU 2019127093 A RU2019127093 A RU 2019127093A RU 2019127093 A RU2019127093 A RU 2019127093A RU 2722213 C1 RU2722213 C1 RU 2722213C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stabilization
- stage
- resistors
- resistive film
- condition
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
- H01C17/22—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for trimming
- H01C17/26—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for trimming by converting resistive material
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии изготовления резисторов, в частности к стабилизации тонкопленочных резисторов и может быть использовано при производстве металлопленочных тензорезисторных датчиков давления, силы, деформации и гибридных интегральных схем в радиотехнической и приборостроительной промышленности.The invention relates to a technology for the manufacture of resistors, in particular to the stabilization of thin-film resistors and can be used in the manufacture of metal film strain gauge pressure, force, strain and hybrid integrated circuits in the radio and instrument industry.
Известен способ изготовления тонкопленочных резисторов (патент РФ №2327241, Н01С 17/00, опубликовано 20.06.2008), включающий стабилизацию параметров резисторов термообработкой резисторов в термопечи, доводя температуру термопечи с установленными в ней резисторами до (345-365)°С, выдерживают 3 ч, охлаждают вместе с термопечью до температуры (18-25)°С, снова доводят температуру термопечи до (375-385)°С, выдерживают 2 ч и снова охлаждают вместе с печью до температуры (18-25)°С.A known method of manufacturing thin-film resistors (RF patent No. 23237241, НСС 17/00, published 06/20/2008), including stabilization of resistor parameters by heat treatment of resistors in a thermal furnace, bringing the temperature of the thermal furnace with resistors installed in it to (345-365) ° C, can withstand 3 h, it is cooled together with a thermal furnace to a temperature of (18-25) ° C, the temperature of a thermal furnace is again brought to (375-385) ° C, it is held for 2 hours and again cooled together with an oven to a temperature of (18-25) ° C.
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:
- длительность процесса стабилизации (около 6,0÷7,0 часов);- the duration of the stabilization process (about 6.0 ÷ 7.0 hours);
- нестабильность параметров резисторов, обусловленных незаконченностью структурообразования резистивной пленки из-за наличия в ней скрытых дефектов, связанных с исходным состоянием поверхности подложки и непосредственно самим процессом напыления.- instability of resistor parameters due to the incompleteness of the structure formation of the resistive film due to the presence of hidden defects in it, associated with the initial state of the substrate surface and directly by the deposition process itself.
Известен способ изготовления пленочных резисторов (авторское свидетельство СССР №1358653, Н01С 17/00, Н01С 3/00, опубликовано 27.05.2012), включающий термическую обработку диэлектрического основания с нанесенной резистивной пленкой и импульсную токовую тренировку импульсами длительностью 10-5-5⋅10-4 с, причем амплитуду каждого последующего импульса увеличивают на 3-5 В и тренировку прекращают по достижении приращения сопротивления резистора на 0,1-0,5% от минимальной величины сопротивления, полученного при импульсной токовой тренировке.A known method of manufacturing film resistors (USSR author's certificate No. 1358653, НСС 17/00, Н01С 3/00, published May 27, 2012), including thermal treatment of a dielectric base coated with a resistive film and pulsed current training with pulses of 10 -5 -5 -10 duration -4 s, and the amplitude of each subsequent pulse is increased by 3-5 V and the training is stopped when the increment of the resistance of the resistor is reached by 0.1-0.5% of the minimum value of the resistance obtained by pulsed current training.
Недостатком данного способа является низкая стабильность параметров резисторов, обусловленных незаконченностью структурообразования резистивной пленки.The disadvantage of this method is the low stability of the parameters of the resistors due to the incompleteness of the structure formation of the resistive film.
Наиболее близким (патент РФ №2306625, Н01С 17/22, Н01С 17/30, опубликовано 20.09.2007 - прототип) по технической сущности является способ стабилизации и подгонки тонкопленочных резисторов импульсами напряжения определенной амплитуды, длительности и скважности, стабилизацию и подгонку проводят в едином технологическом цикле при неизменной амплитуде, длительности и скважности импульсов напряжения, причем, стабилизацию проводят «пакетами» импульсов напряжения до нижнего не изменяющегося значения сопротивления, которое фиксируют контрольным «пакетом» импульсов напряжения, после чего осуществляют подгонку сопротивлений резисторов подачей на них «пакетов» импульсов напряжения, в которых количество импульсов увеличивают в несколько раз, при этом сопротивление каждого резистора увеличивают до требуемого номинального значения, а в промежутках между «пакетами» импульсов непрерывно контролируют изменение сопротивлений резисторов, как при стабилизации их сопротивлений, так и при их подгонке.The closest (RF patent No. 2306625, НСС 17/22, Н01С 17/30, published on September 20, 2007 - prototype) by technical essence is a method of stabilization and fitting of thin-film resistors with voltage pulses of a certain amplitude, duration and duty cycle, stabilization and adjustment are carried out in a single the technological cycle with a constant amplitude, duration and duty cycle of voltage pulses, moreover, stabilization is carried out by “packets” of voltage pulses to the lower unchanged resistance value, which is fixed by a control “packet” of voltage pulses, after which the resistors are adjusted by applying “packets” of pulses to them voltages in which the number of pulses is increased several times, while the resistance of each resistor is increased to the required nominal value, and in the intervals between the "packets" of pulses, the change in the resistances of the resistors is continuously monitored, both during stabilization of their resistances and when fitting them.
Недостатком данного способа является низкая стабильность параметров резисторов, обусловленных незаконченностью структурообразования резистивной пленки.The disadvantage of this method is the low stability of the parameters of the resistors due to the incompleteness of the structure formation of the resistive film.
Целью изобретения является повышение стабильности параметров резисторов.The aim of the invention is to increase the stability of the parameters of the resistors.
Поставленная цель достигается тем, что в способе стабилизации резисторов, включающем стабилизацию резисторов «пакетами» импульсов напряжения определенной амплитуды, длительности, скважности и энергии с непрерывным контролем изменения сопротивлений резисторов до неизменяющегося значения сопротивления при скважности импульсов напряжения, обеспечивающей предупреждение перегрева резисторов, и длительности импульса, его амплитуде и энергии в определенные периоды стабилизации, обеспечивающих достаточную температуру для структурирования тонкой резистивной пленки, согласно изобретению стабилизацию резисторов проводят в три этапа, при этом энергию импульса напряжения на первом этапе стабилизации задают из условия предупреждения выгорания резисторов, на втором этапе - из условия достаточности температуры для структурирования тонкой резистивной пленки, на третьем этапе - из условия обеспечения ускоренной взаимодиффузии резистивной пленки и пленки диэлектрика, при этом длительность импульса и его амплитуда на первом и втором этапах стабилизации задают из условия обеспечения достаточной температуры для структурирования тонкой резистивной пленки, а на третьем этапе стабилизации - из условия обеспечения достаточной температуры для окисления верхнего слоя резистивной пленки и ускоренной взаимодиффузии резистивной пленки и пленки диэлектрика.This goal is achieved by the fact that in the method of stabilization of resistors, which includes stabilization of resistors by "packets" of voltage pulses of a certain amplitude, duration, duty cycle and energy with continuous monitoring of changes in resistor resistance to an unchanged resistance value with a duty cycle of voltage pulses, which prevents overheating of resistors, and pulse duration , its amplitude and energy during certain periods of stabilization, providing sufficient temperature for structuring a thin resistive film, according to the invention, the stabilization of resistors is carried out in three stages, while the energy of the voltage pulse in the first stabilization stage is set from the condition for preventing burnout of resistors, in the second stage from the condition temperature sufficiency for structuring a thin resistive film, at the third stage - from the condition of providing accelerated interdiffusion of the resistive film and the dielectric film, while the pulse duration and its the amplitude at the first and second stages of stabilization is set from the condition of ensuring sufficient temperature for structuring a thin resistive film, and at the third stage of stabilization is set from the condition of providing sufficient temperature for oxidation of the upper layer of the resistive film and accelerated interdiffusion of the resistive film and the dielectric film.
Кроме того, в способе стабилизации резисторов скважность импульсов напряжения задают из условия:In addition, in the method of stabilizing resistors, the duty cycle of voltage pulses is set from the condition:
где m - скважность импульсов,where m is the duty cycle of the pulses,
tимп. - длительность импульса,t imp. - pulse duration,
tост. - временной промежуток между импульсами, время остывания,t rest - time interval between pulses, cooling time,
где Qpeз. - количество теплоты, полученное резистором за время прохождения импульса длительностью tимп., where Q rez. - the amount of heat received by the resistor during the passage of a pulse of duration t imp.,
Рпер. - мощность, передаваемая от резистора подложке (основанию, на котором он расположен),R per. - the power transmitted from the resistor to the substrate (the base on which it is located),
Ризл. - мощность, рассеиваемая поверхностью резистора в окружающую среду,P ex. - power dissipated by the surface of the resistor into the environment,
длительность импульса напряжения и его амплитуда на первом и втором этапах связаны соотношением:the duration of the voltage pulse and its amplitude in the first and second stages are related by the ratio:
где Uимп - амплитуда импульсов напряжения,where U imp - the amplitude of the voltage pulses,
Rн - начальное сопротивление резистора, на третьем этапе связаны соотношением:R n - the initial resistance of the resistor, in the third stage are related by the ratio:
где tимп.1 - длительность импульса при проведении третьего этапа обработки,where t imp. 1 - pulse duration during the third stage of processing,
Qдиэл. - количество теплоты, полученное диэлектриком от резистора за время прохождения импульса длительностью tимп.1,Q Diel. - the amount of heat received by the insulator from the resistor during the passage of a pulse of duration t imp 1 ,
Uимп1 - амплитуда импульсов при проведении третьего этапа обработки,U imp1 - the amplitude of the pulses during the third stage of processing,
Rн - значение сопротивления резистора, полученное после проведения второго этапа обработки,R n - the resistance value of the resistor obtained after the second stage of processing,
энергия импульса напряжения на первом этапе стабилизации ограничивается выражением:the energy of the voltage pulse in the first stage of stabilization is limited by the expression:
на втором этапе - 
на третьем этапе - 
В способе стабилизации резисторов на первом этапе стабилизации под воздействием импульсов напряжения, организованных в «пакеты» и имеющих определенную амплитуду, длительность и скважность, на участках резистивного слоя, имеющих скрытые дефекты и мелкие кристаллиты и характеризующихся повышенным сопротивлением, выделяется мгновенная импульсная мощность, разогревающая резистивную пленку в местах с наибольшей плотностью дефектов. В результате происходит укрупнение кристаллитов, без их выгорания, и устраняются скрытые дефекты, значение сопротивления незначительно уменьшается. На втором этапе стабилизации в результате кратковременного разогрева изменяется структура резистивной пленки, при этом сопротивление резистора уменьшается (т.е. начальная величина сопротивления Rн уменьшается на Δr), что подтверждает происходящие структурные изменения в резистивной пленке. На третьем этапе стабилизации под воздействием импульсов напряжения, организованных в «пакеты», имеющих уменьшенную амплитуду и увеличенную длительность, по сравнению с первыми двумя этапами, происходит разогрев не только резистивного слоя, но и слоя диэлектрика. В результате происходит окисление верхнего слоя резистивной пленки и образуется промежуточный электропроводный слой силицидов между резистивной пленкой и пленкой диэлектрика. Обработку в каждом этапе проводят до неизменения значения сопротивления резистора в каждом этапе, при подаче на него последовательно трех «пакетов» импульсов. Поэтому, во втором этапе происходит полное структурирование (укрупнение кристаллитов) резистивной пленки, а в третьем этапе сверху резистивной пленки образуется плотная окисная пленка, препятствующая дальнейшему проникновению кислорода к резистивной пленке, а снизу резистивной пленки образуется насыщенный промежуточный слой силицидов, препятствующий дальнейшей взаимодиффузии резистивной пленкой и пленки диэлектрика.In the method of stabilizing resistors at the first stage of stabilization under the influence of voltage pulses organized in “packets” and having a certain amplitude, duration and duty cycle, in the sections of the resistive layer having hidden defects and small crystallites and characterized by increased resistance, instantaneous pulse power is generated that heats the resistive film in places with the highest density of defects. As a result, coarsening of crystallites occurs, without their burning out, and hidden defects are eliminated, the resistance value slightly decreases. At the second stage of stabilization, as a result of short-term heating, the structure of the resistive film changes, while the resistance of the resistor decreases (i.e., the initial value of the resistance R n decreases by Δr), which confirms the structural changes taking place in the resistive film. At the third stage of stabilization under the influence of voltage pulses organized in “packets” having a reduced amplitude and increased duration, in comparison with the first two stages, not only the resistive layer is heated, but also the dielectric layer. As a result, the upper layer of the resistive film is oxidized and an intermediate conductive silicide layer is formed between the resistive film and the dielectric film. Processing at each stage is carried out until the resistance value of the resistor remains unchanged at each stage, when three “packets” of pulses are applied to it in series. Therefore, in the second stage, the resistive film is completely structured (crystallite enlargement), and in the third stage, a dense oxide film is formed on top of the resistive film, which prevents further penetration of oxygen to the resistive film, and a saturated intermediate layer of silicides is formed on the bottom of the resistive film, which prevents further interdiffusion of the resistive film and dielectric films.
Таким образом, изобретение позволяет проводить полное структурирование (укрупнение кристаллитов), выявлять и устранять скрытые дефекты резистивного слоя и образовывать своеобразный защитный «саркофаг» для резистивной пленки, что существенным образом влияет на надежность и стабильность параметров резисторов в процессе эксплуатации и хранения.Thus, the invention allows for complete structuring (enlargement of crystallites), to identify and eliminate hidden defects of the resistive layer and to form a kind of protective "sarcophagus" for the resistive film, which significantly affects the reliability and stability of the parameters of the resistors during operation and storage.
На основании выше сказанного можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень». Пример практического исполнения:Based on the foregoing, we can conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step". Practical example:
Проводилась стабилизация тонкопленочных резисторов, сформированных на металлической подложке с тонким изолирующим слоем методом термического напыления в вакууме из резистивного сплава на основе нихрома. Значения сопротивлений были измерены:The thin-film resistors formed on a metal substrate with a thin insulating layer were stabilized by thermal spraying in vacuum from a nichrome-based resistive alloy. Resistance values were measured:
На первом этапе стабилизации амплитуду импульсов устанавливали 139 В, при этом значения сопротивлений установились:At the first stage of stabilization, the pulse amplitude was set to 139 V, while the resistance values were established:
На втором этапе стабилизации амплитуду импульсов устанавливали 180 В, при этом значения сопротивлений установились:At the second stage of stabilization, the pulse amplitude was set to 180 V, while the resistance values were established:
На третьем этапе стабилизации амплитуду импульсов устанавливали 99 В, при этом значения сопротивлений установились:At the third stage of stabilization, the pulse amplitude was set to 99 V, while the resistance values were established:
После изготовления резисторов, провели испытания: поместили резисторы в термокамеру с температурой +250°С и выдержали в течение 5 часов, при этом значения сопротивлений установились:After manufacturing the resistors, we conducted tests: we placed the resistors in a heat chamber with a temperature of + 250 ° C and stood for 5 hours, while the resistance values were established:
Изменение значений резисторов после испытаний составили:The change in the values of the resistors after the tests amounted to:
Изобретение позволяет проводить стабилизацию резисторов за счет полного структурирования (укрупнения кристаллитов), выявления и устранения скрытых дефектов резистивного слоя и образовывания своеобразного защитного «саркофага» для резистивной пленки «пакетами» импульсов напряжения определенной амплитуды, длительности, скважности и энергии с непрерывным контролем изменения сопротивлений резисторов до неизменяющегося значения сопротивления при скважности импульсов напряжения, обеспечивающей предупреждение перегрева резисторов, и длительности импульса, его амплитуде и энергии в определенные периоды стабилизации, обеспечивающих достаточную температуру для структурирования тонкой резистивной пленки, стабилизацию резисторов проводят в три этапа, при этом энергию импульса напряжения на первом этапе стабилизации задают из условия предупреждения выгорания резисторов, на втором этапе - из условия достаточности температуры для структурирования тонкой резистивной пленки, на третьем этапе - из условия обеспечения ускоренной взаимодиффузии резистивной пленки и пленки диэлектрика, при этом длительность импульса и его амплитуда на первом и втором этапах стабилизации задают из условия обеспечения достаточной температуры для структурирования тонкой резистивной пленки, а на третьем этапе стабилизации - из условия обеспечения достаточной температуры для окисления верхнего слоя резистивной пленки и ускоренной взаимодиффузии резистивной пленки и пленки диэлектрика.The invention allows stabilization of resistors due to complete structuring (crystallite enlargement), identification and elimination of hidden defects of the resistive layer and the formation of a kind of protective "sarcophagus" for the resistive film by "packets" of voltage pulses of a certain amplitude, duration, duty cycle and energy with continuous monitoring of changes in resistor resistors to a constant value of resistance during duty cycle of voltage pulses, which prevents overheating of resistors, and pulse duration, its amplitude and energy during certain stabilization periods, providing a sufficient temperature for structuring a thin resistive film, stabilization of resistors is carried out in three stages, while the voltage pulse energy at the first the stabilization stage is set from the condition for preventing burnout of resistors, in the second stage - from the condition of sufficient temperature for structuring a thin resistive film, in the third stage - from the condition To ensure accelerated interdiffusion of the resistive film and the dielectric film, the pulse duration and its amplitude at the first and second stages of stabilization are set from the condition of ensuring sufficient temperature for structuring a thin resistive film, and at the third stage of stabilization, from the condition of ensuring sufficient temperature for oxidation of the upper layer resistive film and accelerated interdiffusion of the resistive film and the dielectric film.
Таким образом предложенное техническое решение позволяет повысить стабильность параметров резисторов при хранении и эксплуатации.Thus, the proposed technical solution allows to increase the stability of the parameters of the resistors during storage and operation.
Claims (25)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019127093A RU2722213C1 (en) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | Stabilization method of resistors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019127093A RU2722213C1 (en) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | Stabilization method of resistors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2722213C1 true RU2722213C1 (en) | 2020-05-28 |
Family
ID=71067276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019127093A RU2722213C1 (en) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | Stabilization method of resistors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2722213C1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4929923A (en) * | 1989-05-26 | 1990-05-29 | Harris Corporation | Thin film resistors and method of trimming |
| EP0454133A2 (en) * | 1990-04-26 | 1991-10-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thermal print head trimming apparatus and method for trimming resistance of a thermal print head |
| RU2208256C2 (en) * | 2000-04-18 | 2003-07-10 | Пензенский технологический институт | Method for manufacturing thin-film resistor |
| RU2306625C1 (en) * | 2006-01-25 | 2007-09-20 | ФГУП "НИИ физических измерений" | Method and device for regulating and adjusting thin-film resistors |
| RU2327241C1 (en) * | 2007-01-30 | 2008-06-20 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Method of fabricating thin-film resistors |
| SU1358653A1 (en) * | 1985-07-11 | 2012-05-27 | Физико-технический институт АН БССР | METHOD OF MAKING FILM RESISTORS |
| RU2504035C1 (en) * | 2012-05-24 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" | Method to manufacture wire measurement resistor |
-
2019
- 2019-08-27 RU RU2019127093A patent/RU2722213C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1358653A1 (en) * | 1985-07-11 | 2012-05-27 | Физико-технический институт АН БССР | METHOD OF MAKING FILM RESISTORS |
| US4929923A (en) * | 1989-05-26 | 1990-05-29 | Harris Corporation | Thin film resistors and method of trimming |
| EP0454133A2 (en) * | 1990-04-26 | 1991-10-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thermal print head trimming apparatus and method for trimming resistance of a thermal print head |
| RU2208256C2 (en) * | 2000-04-18 | 2003-07-10 | Пензенский технологический институт | Method for manufacturing thin-film resistor |
| RU2306625C1 (en) * | 2006-01-25 | 2007-09-20 | ФГУП "НИИ физических измерений" | Method and device for regulating and adjusting thin-film resistors |
| RU2327241C1 (en) * | 2007-01-30 | 2008-06-20 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Method of fabricating thin-film resistors |
| RU2504035C1 (en) * | 2012-05-24 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" | Method to manufacture wire measurement resistor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2011347333B2 (en) | Reduced ceramic heating element | |
| JP2018091848A (en) | Strain resistance film and strain sensor, and manufacturing method of them | |
| US4498071A (en) | High resistance film resistor | |
| RU2722213C1 (en) | Stabilization method of resistors | |
| KR101555547B1 (en) | Method for manufacturing sic semiconductor device | |
| US8482375B2 (en) | Sputter deposition of cermet resistor films with low temperature coefficient of resistance | |
| JP6908554B2 (en) | Strain resistance film and strain sensor, and their manufacturing method | |
| JP2016050825A (en) | Gas sensor | |
| US6132081A (en) | Method for calibrating optical sensor used to measure the temperature of a substrate during rapid thermal process | |
| Zhigal'skii | Nonequilibrium 1/f γ noise in conducting films and contacts | |
| WO2006043034A1 (en) | A method for forming an electrical heating element by flame spraying a metal/metallic oxide matrix | |
| JP2001291607A (en) | Method of manufacturing platinum thin-film resistor | |
| US6759260B2 (en) | Metal oxide temperature monitor | |
| JP2015141167A (en) | Strain resistance thin film and strain sensor element using the same | |
| CN110197749B (en) | Integrated heater and temperature sensing method thereof | |
| US20220403500A1 (en) | Structural coating and preparation method and use thereof | |
| US20070048960A1 (en) | Resistor integration structure and technique for noise elimination | |
| JP4071458B2 (en) | Manufacturing method of resistors | |
| JP6879093B2 (en) | Oxidizing gas sensors, gas alarms, controls, and control methods | |
| JP4498819B2 (en) | Thin film resistance device and resistance temperature characteristic adjusting method | |
| US3420706A (en) | Technique for fabrication of printed circuit resistors | |
| US4751518A (en) | Heating resistor as a thermal head resistive element | |
| RU2207644C2 (en) | Method for manufacturing thin-film resistors | |
| US8847117B2 (en) | Method of stabilizing thermal resistors | |
| SU1268969A1 (en) | Method of stabilizing thermocouple thermoelectromotive force |