термостабильная тонкопленочная микросхема
Классы МПК: | H01C7/06 содержащие средства для снижения до минимума изменений величины сопротивления при изменении температуры H01L27/01 содержащие только пассивные тонкопленочные или толстопленочные элементы, сформированные на общей изолирующей подложке |
Автор(ы): | Лугин А.Н., Власов Г.С., Литвинов А.Н. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-04-15 публикация патента:
27.04.1999 |
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве прецизионного набора резисторов в системах управления, автоматике, измерительной технике и других отраслях народного хозяйства. Термостабильная тонкопленочная микросхема содержит корпус, выводы корпуса, диэлектрическую подложку, соединенную с корпусом посредством клеевого шва, узловую сеть тонкопленочных резисторов, элементы которой выполнены из N отдельных резисторов, а ее общее сопротивление зависит от структуры узловой сети и от значений сопротивления в ячейках этой структуры. Высокая стабильность электрических параметров и большая универсальность достигается определенным соединением и выполнением резисторов. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Термостабильная тонкопленочная микросхема, содержащая корпус, выводы корпуса, интегральный резистор, расположенный на диэлектрической подложке, соединенной с корпусом посредством клеевого шва, а интегральный резистор представляет узловую сеть из N отдельных тонкопленочных резисторов, сопротивление которого зависит от структуры узловой сети и от значений сопротивления в ячейках этой структуры, причем требуемое значение сопротивления интегрального резистора достигается в процессе подгонки дискретно путем структурирования узловой сети на основании запомненных в процессе измерения данных и расчетных математических соотношений, отличающаяся тем, что узловая сеть интегрального резистора, состоящая из отдельных резистивных чипов, выполнена на кристаллах, полученных путем деления диэлектрической подложки микросхемы на К частей разрезанием в продольном и поперечном направлениях, а отдельные резистивные чипы электрически соединены проволочными перемычками путем сварки или пайки таким образом, что в узловой резистивной сети связаны между собой механически посредством "мягкого" клеевого шва, причем максимальное количество чипов зависит от параметра К и конструкции типового корпуса, окончательную же корректировку точности интегрального резистора выполняют путем подгонки сопротивления резистора отдельного чипа каждой ячейки узловой сети.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве прецизионного набора резисторов в системах управления, автоматике, измерительной технике и других отраслях народного хозяйства. Известен термостабильный пленочный резистор (см. а.с. N 989591, М.кл. H 01 C 7/00, 7/06, 1983 г.), содержащий диэлектрическую подложку с размещенным на ней пленочным покрытием в виде полос с разным удельным сопротивлением и температурным коэффициентом сопротивления, причем пленочное покрытие выполнено из одного материала в виде равных продольных чередующихся структурно-деформированных и недеформированных полос. Недостатком термостабильного пленочного резистора является сравнительная технологическая сложность изготовления требуемой тонкопленочной структуры при невысокой воспроизводимости установочных параметров сопротивления и ТКС. Кроме того, данная структура обладает высокой чувствительностью к температурным напряжениям и деформациям, распределение которых на поверхности платы является нелинейным и зависит от геометрических размеров и физико-механических свойств слоев. Известна тонкопленочная резистивная микросхема и способ ее изготовления (см. пат. ГДР N 128950, М.кл. H 01 C 7/00, 1977 г.), включающий последовательное нанесение на диэлектрическую подложку резистивного и проводящего слоев и формирование рисунка схемы, причем резистивный слой образуют из трех тонкопленочных слоев. Микросхема содержит диэлектрическую подложку, на которую нанесен путем осаждения сначала резистивный слой среднего сопротивления, затем слой высокого сопротивления и поверх него слой низкого сопротивления, проводящие слои. Требуемые параметры тонкопленочной структуры достигаются путем формирования рисунка соответствующей топологии и последующей подгонкой. По сравнению с однослойной резистивной структурой трехслойная позволяет в определенной степени компенсировать возникающие в отдельных пленках механические напряжения. Сжимающие компенсируются растягивающими и наоборот. Недостатком известной тонкопленочной микросхемы является то, что компенсация возникающих механических напряжений не всегда воспроизводима и зависит от технологических параметров осаждения. В результате ТКС отдельных тонкопленочных резисторов может существенно различаться. Кроме того, усложнен технологический процесс осаждения пленок, так как требует трех различных материалов. Наиболее близкой, по мнению заявителя, к предполагаемой является конструкция тонкопленочной микросхемы (см. пат. США N 4782320, М.кл. H 01 C 7/22, 1989 г. ), резистивная структура которой, расположенная на общей подложке, представляет собой узловую сеть интегральных резисторов, выполненную в виде n-сторонней сетки из N отдельных резисторов, где N3. Узловая сеть подсоединена к двум выводам микросхемы, а ее полное интегральное сопротивление определяется структурой сети и значениями отдельных сопротивлений в ячейках этой структуры. Требуемое сопротивление интегрального резистора обеспечивается в процессе подгонки дискретно, путем отключения от цепи i-го резистора на основании запомненных данных и известных математических соотношений. Анализ конструкции такой тонкопленочной микросхемы показывает, что из однотипной сетевой структуры можно получить любое сопротивление интегрального резистора требуемого ряда, а высокая технологичность, заключающаяся в возможности полной автоматизации подгонки и в минимальном необходимом воздействии подгоночного инструмента на тонкопленочную структуру позволяет стабилизировать сопротивление и ТКС. Недостатком известной тонкопленочной микросхемы является высокая зависимость ее точностных электрических параметров от механических деформаций и термоупругих напряжений, распределение которых по поверхности общей подложки является нелинейным и зависит от ее геометрических размеров, которые, в свою очередь, определяются размерами самой микросхемы и количеством резисторов в узловой сети. Достигаемый технический результат заключается в том, что тонкопленочная микросхема, содержащая корпус, выводы корпуса, диэлектрическую подложку, соединенную с корпусом посредством клеевого шва, узловую сеть тонкопленочных резисторов, элементы которой выполнены из N отдельных резисторов, а ее общее сопротивление зависит от структуры узловой сети и от значений сопротивления в ячейках этой структуры, причем требуемое значение интегрального сопротивления микросхемы обеспечено в процессе подгонки дискретно путем структурирования узловой сети на основании запомненных в процессе измерения данных и расчетных математических соотношений, имеет узловую сеть интегрального резистора, состоящую из отдельных резистивных чипов, выполненных на кристаллах, полученных путем деления общей диэлектрической подложки микросхемы на K частей разрезанием в продольном и поперечном направлениях, а отдельные резистивные чипы электрически соединены проволочными перемычками путем сварки или пайки таким образом, что в узловой резистивной сети связаны между собой механически лишь посредством "мягкого" клеевого шва, причем максимальное количество интегральных резисторов микросхемы зависит от параметра K и конструкции типового корпуса, а окончательная корректировка их точности - в результате подгонки сопротивления резистора отдельного чипа каждой узловой сети. На фиг. 1 представлена геометрическая модель механической системы, используемая для обоснования достигаемого эффекта - снижения термоупругих напряжений и деформаций на электрические параметры интегральных резисторов, где 1 - основание интегральной микросхемы, 2 - клеевой шов (паяный шов), 3 - плата (диэлектрическая подложка), 4 - резистивный слой, 5 - защитный слой; 2l1x2l2 - габаритные размеры; h1 - h5 - соответственная толщина слоев; X, Y - координатные оси в плоскости подложки. Физико-механические характеристики слоев рассматриваемой механической системы характеризуются параметрами: Eк - модуль упругости к-го слоя, к - - коэффициент Пуассона к-го слоя, к - - коэффициент линейного расширения для материала к-го слоя для действующего температурного диапазона - tк. В соответствии с обобщенными законами Гука относительные температурные деформации вдоль осей X и Y для к-го слоя определяются выражениямигде (xк),(yк) - температурные напряжения по осям X, Y для к-го слоя. Так как механическая система, представленная на фиг. 1 имеет две степени свободы по осям X и Y, то результирующие осевые усилия всего пакета при температурном воздействии по осям X и Y равны нулю, а при этом справедливы следующие соотношения:
Если также считать, что все пять слоев деформируются совместно по осям X и Y, то должно выполняться условие совместимости деформации, т.е.
Принимая во внимание соотношения (1 - 3), а также гипотезы Кирхгофа-Лява (см. , например, Гонтарь И.Н., Литвинов А.Н., Лугин А.Н. Методика расчета прочности корпусов микросхем. Электронная техника, сер. 8. Управление качеством, стандартизация, метрология. 1987, вып. 1 (124), с. 54-58), можно выразить любой исследуемый параметр для любого к-го слоя: температурные напряжения (xк),(yк) ; относительные температурные деформации (xк),(yк) ; линейные коэффициенты расширения к . Однако полное описание указанных систем уравнений ввиду своей громоздкости не представляется возможным на стадии проводимого анализа. В то же время, используя ЭВМ и сервисные программные продукты для проведения матричного анализа, несложно получить указанные зависимости и графики (см. отчет о НИР "ИРТЫШ", НИИЭМП, Пенза, 1995 г.). Выполненный на ЭВМ анализ и расчеты показывают, что при используемых материалах основания микросхемы (металлостеклянный корпус), клея типа "Виксинт" ("мягкий" клеевой шов), подложки (ситалл) резистивного и защитных слоев с реальными геометрическими размерами толщин (см. на чертеже): h1 = 0,5 мм; h2 = 0,1 мм; h3 = 0,6 мм; h4, h5<
допустимое отклонение сопротивления от номинального значения: до 0,002%,
ТКС: до 110-6 1/oC,
стабильность сопротивления: до 0,002%,
с учетом конструктивных и эксплуатационных параметров заявленное изделие находится на уровне, превышающем достижения зарубежных аналогов тонкопленочных микросхем данного класса. Таким образом, приведенный сравнительный анализ и эксплуатационные результаты подтверждают достижение технического эффекта, а предложенная термостабильная тонкопленочная микросхема по сравнению с прототипом и исследованными аналогами имеет ряд преимуществ, основным из которых является малая чувствительность к термоупругим напряжениям и деформациям.
Класс H01C7/06 содержащие средства для снижения до минимума изменений величины сопротивления при изменении температуры
сегнетоэлектрический планарный конденсатор - патент 2271046 (27.02.2006) | |
способ изготовления многослойных тонкопленочных резисторов - патент 2145744 (20.02.2000) |
Класс H01L27/01 содержащие только пассивные тонкопленочные или толстопленочные элементы, сформированные на общей изолирующей подложке