автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.21, диссертация на тему:Разработка технологии плазменно-электролитической подгонки пленочных резисторов при изготовлении функциональных узлов радиотехнических систем

На правах рукописи

ЮНУСОВ ДАМИР МУЗАГИТОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ Ш1АЗМЕННО-ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ПОДГОНКИ ПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Специальность 05.12.21

"Радиотехнические системы специального назначения, включая технику СВЧ и технологию их производства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань - 1998

Работа выполнена в Казанском государственном техническом университете им. А.Н.Туполева

Научный руководитель: академик Академии нелинейных наук,

доктор технических наук, профессор Н.3.Сафиуллин

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Ю.П.Ермолаев; кандидат технических наук Р.Р.Зиганшин

Ведущее предприятие: КНЩ "Радиоэлектроника"

Защита состоится "_" иЮН& 1998 г. в_час. _мин.

на заседании диссертационного совета ССК 063.09.02 в Казанском государственном техническом университете (КГТУ) им. А.Н.Туполева

Адрес КГТУ: 420111, г.Казань, ул. К.Маркса. 10

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ

Автореферат разослан " ^" 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

В. А. Козлов

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Наиболее распространенными элементами современных радиотехни-1еских 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-5инированные и некомбинированные процессы подгонки.

Конструкция и технология производства радиотехнических систем ! микроэлектронном исполнении имеет некоторые особенности:

1. При их изготовлении тонкопленочные резисторы (ТПР) должны >ыть подогнаны на месте.

2. Вся цепь "проводник-резистор" должна находится в одной и гой же плоскости.

3. Все резисторы схемы имеют одинаковое поверхностное сопро-•ивление. Известны случаи, когда подгонка сопровождается изменени-:м сопротивления резистора в больших пределах, что достигается фи-1ик0-химическим воздействием на резистивную пленку. Вопросам под-'онки резисторов посвящено множество научных трудов и исследований (течественных, 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-[еских параметров резисторов при подгонке и с необходимостью повы-[ения "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 микроэлектронДом исполнении.

Достижение цели связано с решением следующих основных задач:

1) Обоснование применимости процесса плазменно-электролитичес-кого анодирования в технологии подгонки в большом диапазоне изменения величины сопротивления и покрытие группы пленочных резисторов защитным изоляционным слоем;

2) разработка физико-химической модели технологического процесса плазменно-электролитической подгонки группового .повышения величины сопротивления, и покрытия их защитным изоляционным слоем:

3) разработка и создание установки групповой подгонки пленочных резисторов на основе использования процесса плазменно-электро-литического анодирования;

4) исследование структуры, субструктуры, фазового состава и электрофизических параметров тонкопленочных керметных резисторов;

5) 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:

1) Новая технология групповой подгонки сопротивления пленочных резисторов в номинал и покрытия их поверхностей защитным изоляционным слоем.

2) физико-химическая модель технологического процесса повышения сопротивления пленочных резисторов;

3) Функциональная зависимость ряда электрофизических параметров керметных пленочных резисторов от режимов плазменно-электроли-тической подгонки:

4) 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:

1) Предложено оригинальное технико-технологическое решение групповой подгонки пленочных резисторов, защищенное авторским свидетельством (а. с. 1101905);

2) повышение производительности технологического процесса повышения сопротивления пленочных резисторов в номинал за счет введения технологии групповой плазменно-электролитической подгонки;

3) Создание новой технологии, позволяющей увеличить сопротивление пленочных резисторов не менее чем в 3-4 раза;

4) Увеличение мощности рассеивания пленочных резисторов за счет уменьшения теплового сопротивления защитного изоляционного слоя и обоснование коэффициента запаса прочности по пороговым характеристикам пробоя резистора;

5) Повышение температурной стабильности пленочных резисторов после подгонки их сопротивления в номинал за счет уменьшения температурного коэффициента сопротивления (ТКС);

6) 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 резистивннх датчиков, работающих в агрессивных средах, благодаря созданию высокоэффективного защитного изоляционного слоя; ;

7) 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 конференциях: •

- 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.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дано краткое содержание работы, обоснование актуальности темы, основные научные результаты, выносимые на защиту, и сведения об их апробации.

В первой главе проведен анализ литературы современного состояния технологии подгонки пленочных резисторов. Проведенный анализ показал, что существующие способы подгонки ТПР имеют существенные недостатки: приложения больших энергий (механических, электрических, электронно-лучевых, лазерных и др.) при воздействии на пленку с целью изменения значений сопротивления вносят неравновесные состояния в структуру, вызывают напряженность пленки, что приводит к нестабильности резистора при его эксплуатации.

Исследованию структуры, субструктуры и фазового состава кер-метных пленок в отечественной литературе посвящено относительно небольшое количество работ.

В приводимых литературных источниках отсутствуют сведения об использовании плазменно-электролитического анодирования (ПЭА) для подгонки величины сопротивления ТП резисторов.

Анализируются теоретические основы подгонки ТПР методом ПЭА, ее природа и взаимодействие частиц в кислородосодержащей электролитной плазме, а также состояние исследования эксплуатационно-нагрузочных характеристик керметных резисторов. По итогам анализа сделаны выводы .и поставлены задачи для исследований. Приводится составленная нами классификация методов подгонки ТПР.

Рассматриваются исследования вопросов определения функции распределения температуры по длине подогнанного резистора на предельной нагрузке сканированием по длине. Определение средней температуры, а также вопросов стабильности параметров и электрической

прочности резистора путем исследования пробойных характеристик в факторе времени.

С учетом вышесказанного поставлена задача создания установки, реализующей технологию плазменно-электролитической подгонки, создания надежного защитного слоя и методики при изготовлении кермет-ных резисторов.

Вторая глава посвящена исследованию физико-химических моделей процессов, протекающих при плазменно-электролитической подгонке пленочных резисторов.

Исследовано образование плазмы в зазоре между анодируемым резистором и электролитным катодом и изучены возможные механизмы процесса окисления. В качестве электролита выбран 0.5% водный раствор серной кислоты.

Получено выражение для определения размера зоны окисления на поверхности резистивной пленки. Влияние электрического поля на величину размера зоны окисления х выражено в зависимости от коэффициента поверхностного натяжения б , в зависимости от приложенного напряжения.

(Ь - аи1п(б))

Х =- , (2.1)

2

где Ь - координата по толщине капилляра столба,

йт1п - минимальная толщина столба жидкости при максимально возможной высоте мениска.

В общем случае коэффициент поверхностного натяжения на границе раздела электрод-электролит, можно представить выражением:

йб

6 = 6+ -ду , (2.2)

(IV

где б0 - коэффициент поверхностного натяжения в отсутствие поля: ду - разность потенциалов в поверхностной фазе. С учетом электропроводности поверхностной фазы бэ(у), поверхностной плотности тока .}, и ионной плотности зг. а также диэлектрической проницаемости е(у) (2.2) преобразовано к виду:

£(У) ¿1 ¿г ЛУ б - б0--—- , (2.3)

б» (у)

При постоянном напряжении уменьшение тока приводит к увеличению б , и, следовательно, к соответствующему увеличению зоны окисления х , что и наблюдается в эксперименте.

При возникновении плазмы в электролитах, плотность тока л возрастает, что приводит к росту поверхностного натяжения б и, следовательно, увеличению интенсивности процесса в зоне окисления. Поэтому ПЭА позволяет за относительно короткое время получить более толстые оксидные покрытия на поверхности керметных резисторов, относящихся к трудноокисляемым резистивным материалам.

Нами предложено объяснение механизма электрохимических реакций на электродах при плазменно-электролитическом окислении с образованием:

О". 02\ 03-, ОН".

На аноде-образцах: происходят реакции образования окиси хрома

типа:

2 Сг + 3 0 —> Сг203

2 Сг + 3 0~ —• Сг2 03 + 3 е

2 Сг + 3 ОН" —> Сг2 03 + ЗН + 3 е

- и -

Электрическую схему замещения в первом приближении можно представить в виде последовательной КС цепи, которая предполагает функциональную структуру цепи по апроксимирующей формуле. Установлены функции изменения тока подгонки резистора в технологическом процессе.

Таким образом, анодное окисление хрома происходит за счет кислорода молекулы воды по приведенной выше реакции.

В третьей главе исследуется стабильность параметров "пленочных резисторов после технологических процессов плазменно-электролити-ческой подгонки . Получена формула распределения температуры на поверхности по длине X тонкопленочного (ТП) резистора:

где К/(2RTK) = К3; Rtl = KT1 х"т; Rt2 = Кт2 (1-Х)"1;

пт - постоянная (константа крутизны); Rin - тепловое сопротивление пленки; Р - электрическая мощность; RT1 , RxZ - обобщенные тепловые сопротивления колпачка и ТПР, соответственно.

Здесь показывается, что в случае однородной толщины резистив-ной пленки (РП) по длине подложки максимум температуры будет достигнут в средней его части.

Достоверность зависимости ДТ= f(x) подтверждается экспериментальными исследованиями, проведенными по методике автора бесконтактным измерением интенсивности инфракрасного излучения.

При этом изменения температуры поверхности пленки выражаются зависимостью

<1-Х)Пт Х*1

Д Тот = 1 +

1 + К, -п-,

(1-Х) т + X т

(3.1)

Т = т0 + Kj а = Т0 + Kj [а (и) + а(и,Х)] ,

(3.2)

к2о(и"т) кго и"т

где a(U) =- ; a(U.X)=—2-K3f(X),

t Ro t

где Kt - коэффициент преобразования прибора в размерность температуры; К20 - коэффициент перевода выходного сигнала датчика измерительной системы в единицу измерения приемника сигнала; U - приложенное к резистору напряжение; К3 - коэффициент, учитывающий тепловые характеристики РП, который зависит от степени преобразования аргумента функции f(x) по (3.1).

В работе даны методика и алгоритмы определения констант уравнений (3.1) - (3.2) и экспериментальными исследованиями подтверждена их правильность.

В этой же главе исследованы ампер-секундные и вольт-секундные характеристики резистора в факторе времени с учетом пороговых величин: тока 10 и напряжения U0 :

и ш ""Г + "о • (3.3)

Jcp = + Хо • <3.4)

t "

Здесь 10 и U0 - являются пороговыми величинами, соответственно. характеризующими предельные значения напряжения и тока РП в беспробойном режиме при бесконечной длительности t ; а,, а2- постоянные, определяемые конструкцией резистора.

По пороговым вольт-секундным (3.3) и ампер-секундным (3.4) характеристикам получена формула для мощности

ai a2 I0 a2 "o

г + +

P = Icp U = -„-„- +■ —-„— + —„— + I„ u0 . (3.5)

Экспериментальными исследованиями показано, что для резисто-зов, имеющих линейную вольт-амперную характеристику, константы футизны равны: rij = n2 = п .

В этом случае при t °° (3.5) имеет вид

и„2

Р0 = lim Р = U0 10= - . (3.6)

t - » R

Отношения порогового значения подведенной мощности Р0 к номи-¡альной Рн определяет величину запаса прочности пробоя по мощности эезистора:

f = - ■ (3.7)

Р„

Действительный запас прочности определяется отношением

Р0

Ь = — . (3.8)

где Рр -мощность рабочего режима резистивной пленки.

Следовательно, действительный запас прочности по мощности мо-кет служить критерием надежности резисторов, узла радиотехнического функционального устройства. Кроме того, знание функции (3.5) тозволяет минимизировать энергопотребление резистора.

Предложена методика снятия ампер-секундной характеристики про-

- и -

боя резистора, и описана соответствующая схема измерения данных. Здесь же показано, что константы вольт-секундной или ампер-секундной характеристики резистора определяются преобразованием нелинейной зависимости (3.3) к линейному виду.

С учетом (3.3) предложено соответствующее пороговой характеристике описание теплового режима резистора по средней температуре

где А - пороговая величина, определяемая режимом пробоя; В - постоянная; ^ - номинальное время нагруженного состояния.

Выражение (3.9) показывает, что температурный режим резистора может быть описан и через электрическое сопротивление.

Введение понятия о средней температуре резистора позволяет судить об адекватном режиме работы резистора [4. 6, 17], который представлен полученным нами выражением:

Согласно этому выражению для каждого типа резистора имеется оптимальное соотношение между величинами приращения температуры ДТ, коэффициентом теплоотдачи а и площадью поверхности Б . Поэтому возможно обеспечение режима работы резистора по его номинальным параметрам. Таким образом, открываются новые существенные возможности для дальнейших промышленных усовершенствований резисторов при изготовлении радиотехнических функциональных узлов и устройств.

Исследования физико-химических свойств резистора, выполненные

и

(3.9)

1

Р0=-ДТ а Б = сопвг .

0.24

(3.10)

в диссертационной работе, позволили выделить свойства управляемости отдельными параметрами резистора [1], например, особенности изменения сопротивления резистора от температуры можно использовать при разработке динамических систем с внутренней тепловой обратной связью.

При этом показано, что сопротивление резистора можно описать выражением

И = + -:- и2=й0+1Шг . (3.11)

к5 Б + с ш

Здесь 1?0 - номинальное сопротивление; а - температурный коэффициент сопротивления; К! , Б - коэффициенты теплоотдачи и площадь поверхности резистора, соответственно; с - удельная теплоемкость резистора; и - приложенное к резистору напряжение; ш - масса резистора.

Согласно <3.11) приращение сопротивления резистора зависит от напряжения по квадратичному закону. Чтобы уменьшить эту зависимость, варьируя величинами а, С, ш. К, Б необходимо конструировать резистор со значительно увеличенным коэффициентом К.

В качестве примера реализуемости адаптивных свойств резистора в диссертации рассмотрены усилитель с тепловой обратной связью и стабилизатор тока с дифференциальным резистором. Данный метод может быть использован в создании адаптивных функциональных узлов и устройств за счет изготовления резисторов с разнополярными ТКС.

Четвертая глава посвящена разработке технологии плазмен-но-электролитической подгонки тонкопленочных резисторов и обсужде-

нию результатов экспериментов,связанных с исследованием структуры, субструктуры и фазового состава, а также получению электрофизических параметров керметных пленок.

Технологическая установка групповой плазменно-электролитичес-кой подгонки и покрытия поверхности тонкопленочных резисторов защитным изоляционным слоем предназначена для подгонки в номинал резисторов в сторону увеличения. Технологический процесс подгоню при этом сопровождается формированием на поверхности резистороЕ защитного изоляционного слоя. Кроме того обеспечивается сохранение стабильности электрофизических параметров (ЭФП) тонкопленочных резисторов плоской и цилиндрической формы.

Характерными элементами технологической установки являются: электролитическая ванна , склеянная из диэлектрического материала (органическое стекло толщиной от 8 до 10 мм), источник постоянного тока анодирования .катод, изготовленный из листовой нержавеющей стали толщиной 3-5 мм, погруженный в электролит. Расстояние между анодом и катодом составляет 70 мм. Анодом установки является группа подгоняемых плоских резисторов, размещенных на плате, которая прикрепляется к вибраторам . Расстояние до платы .то есть подгоняемых резисторов выбирается с учетом образования электролитной плазмы. Как правило, это расстояние составляет 2 - 3 мм.

Электромагнитные вибраторы жестко закреплены со стенкой электролитной ванны и служат для передачи вибрации к плате с подгоняемыми резисторами с целью поддержания плазмы и удаления из ее зоны пузырьков газа, образуемых в процессе подгонки. Параметры и передаточная функция вибратора выбираются из этих условий.

Установка групповой подгонки тонкопленочных резисторов автоматически управляется электронной системой управления , содержащей в

своем составе источник постоянного тока анодирования, регуляторы тока , измерительные мосты с нуль-органом и источник постоянного тока измерения. Минусовая шина источника тока анодирования соединена с катодом установки, а плюсовая шина через каждый регулятор тока анодирования - с входной шиной анода с первым входом каждого измерительного моста с нуль-органом, являющимся первым выводом каждого подгоняемого резистора.

Таким образом, в контуре: источник анодного тока, регулятор анодного тока, подгоняемый резистор , соединенный с анодом , электролитная плазма, электролит и катод, течет ток плазмен-но-электролитического анодирования. Одновременно через подгоняемый резистор течет измерительный ток. Каждый измерительный мост с нуль-органом содержит образцовые резисторы.переменный резистор и нуль-орган. Подгоняемый резистор подключается в соотвествующее плечо мостовой схемы для контроля величины сопротивления. Переменным резистором задают конечную величину сопротивления подгоняемого резистора. С учетом допустимой мощности рассеивания на подгоняемый резистор подключается источник постоянного тока измерения. Затем источником анодирования, регулятором тока через подгоняемый резистор устанавливается рабочий ток анодирования.

Электролитная плазма в технологическом процессе подгонки поддерживается электромагнитными вибраторами, соединенными с ванной , на которые закрепляется плата.

Окончание процесса подгонки резистора инициируется наличием нулей на всех разрядах цифрового нуль-органа и автоматическим отключением постоянного тока анодирования регулятором, протекающего через подгоняемый резистор .

В процессе подгонки через каждый подгоняемый резистор течет

ток, равный сумме токов измерения и анодирования, что позволяет совместить во времени процессы анодирования и измерения, а также повысить производительность и точность подгонки величины сопротивления пленочных резисторов в номинал. Точность подгонки резисторов в номинал, в основном, определяется точностью измерения мостовой схемы.Эти результаты получены на стандартном оборудовании и по известным и разработанным автором методикам,которые показали что:

- структура пленок состоит из "пластинок окислов средним размером 22.5 мкм, и металлических зерен размерами 0,08 мкм.

- субструктура окислов явно аморфна, а металлическая фаза состоит из кристаллитов размером, близким к толщине пленрк.

- значения электрофизических параметров керметных пленок как до и после анодирования измерялись на стандартном оборудовании, и приведены их табличные данные.

Фазовый состав пленок оценивался с помощью электронограмм. Определение расстояния между кольцами кристаллических фаз и идентификация их устанавливалась по стандартной методике с использованием специальных справочников в данной области.

Размеры зерен металла - темные пятна и окисной фазы - светлые пятна, измерялись на микроскопе.

Проведенные экспериментальные исследования по подгонке керметных резисторов и методика обработки экспериментальных данных подтверждают возможность автоматизации технологического процесса подгонки керметных резисторов.

В таблице приводятся результаты статистической обработки экспериментальных данных, проведенных для ста резисторов до подгонки и после подгонки в номинал 1.8 кОм. Введены следующие обозначения: пЖ и эН - среднее значение и среднеквадратичное отклонение

сопротивления. тТКС и эТКС - среднее значение и среднеквадратичное отклонение температурного коэффициента сопротивления резистора, ..

Параметры тЕ , эй , тТКС . ЭТКС .

кОм кОм 1/оС 1/оС

До подгонки 0.948 0,054 0,016 0,003

После подгонки 1,856 0,014 0,010 0,001

Из результатов обработки экспериментальных данных видно существенное повышение качества резисторов после подгонки:

1. Сопротивление резистора увеличилось в 2 раза:

2. Разброс сопротивлений резистора уменьшился в 4 раза;

3. Среднее значение ТКС уменьшилось в 1,6 раза.

4. Разброс значений ТКС относительно среднего значения уменьшился в 3 раза.

Аналогичные результаты получены при подгонке сопротивлений резисторов в номинал 2,2 кОм и 5,6 КОМ.

Предложенный метод исследования температурных режимов резисторов с помощью термографа позволяет производить разбраковку резисторов по свечению,который внедрен в ПО ЦКБ "ФОТОН".

Заключение

1.Доказана пригодность и полезность использования плазмен-но-электролитического анодирования для подгонки керметных ТП резисторов.

2. Разработана лабораторная установка для плазменно-электро-литической подгонки ТП керметных резистивных элементов, обеспечивающая подгонку и многократное повышение величины сопротивления

резистивного элемента до требуемого значения, и предложена физическая модель процесса анодирования.

3. Разработанный метод ПЭА подгонки керметных резисторов и принятая методика обработки экспериментальных данных позволяет разработать автоматизированную технологию, с увеличением номиналов на один порядок и более.

4. Представлены наиболее вероятные электро-химические реакции плазменно-электролитического анодирования керметных резистивных пленок и проанализированы механизмы образования плазмы на границе электролит - поверхность пленки.

5. Предложены варианты электрической схемы замещения установки ПЭ подгонки. Установлены функции изменения тока анодирования и изменения заряда электролитической ячейки.

6. Построена математическая модель распределения температуры по длине резистора, получены выражения для определения величины тепловых сопротивлений резистивной пленки по данным эксперимента.

7. Построена математическая модель пороговой характеристики по электрическому пробою и разработан способ определения константы крутизны пороговых характеристик резисторов.

8. Обоснована методика определения коэффициента запаса прочности резистора при учете удельных энергетических характеристик.

9. Предложена математическая модель определения средней температуры теплового режима резистора на основе пороговой вольт-секундной характеристики.

10. Обоснована необходимость определения относительного соотношения распределения между величинами приращения температуры и площади поверхности резистора, исходя из постоянства величины пороговой мощности рассеяния.

11. Разработана модель функционирования резистора и предложен способ определения пороговой мощности резистора - неизменной при различных температурах, размерах площадей поверхности и теплоотда-чах резистора. Показаны возможности увеличения пороговой мощности рассеяния резистора, за счет технологического процесса подгонки и увеличения коэффициента теплопередачи защитного изоляционного слоя.

12. Даны определяющие подходы и предложения к применению и исследованию адаптивных свойств резисторов.

13. Установлено, что структура термообработанной керметной пленки неоднородна и состоит из нескольких фаз:

- из матрицы мелкозернистой пленки маталла и более крупных островков различной формы окислов;

- средние размеры кристаллов хрома от 0.03 до 0,09 мкм и "островков" окислов около 22,5 мкм:

- средний диаметр зерен хрома, осажденного на стеклянную под-

о

ложку, составил 1000-1500 А и мало зависел от температуры;

- керамическая масса (М8) осаждается на стеклянную подложку в

о

виде пластинок со средним диаметром 30 000 - 70 000 А.

14. Анализ нетермообработанных резистивных пленок показал наличие гало окислов:

- слои, термообработанные при температуре 440 °С в течение 2-х часов, позволяют выявить присутствие кристаллической фазы хрома;

- увеличение температуры термообработки до 460 °С при времени термообработки 30 мин приводит к резкому увеличению интенсивности колец хрома;

- термообработка при 600 °С в течении 30 мин приводит к обра-

зованию Сг203, находящегося в мелкокристаллическом состоянии.

15. Разработанный способ отбраковки резисторов с помощью термографа внедрен на ПО ЦКБ "ФОТОН".

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих научных трудах:

1. Юнусов Д.М., Габидуллин З.Г. К анализу возможных адаптационных структур в электронно-спусковых устройствах.- В кн. "Сб.асп.раб.Физика, Казань, Изд-во КГУ, 1973, С. 125-128.

2. Габидуллин З.Г., Юнусов Д.М. Фактор времени при электрическом пробое резистора .- В кн. "Сб.асп.раб.", Физика, Казань, ИЗД-BO КГУ. 1973. С. 50-56.

3. Аверьянов Е.Е., Юнусов Д.М. Исследование температурных режимов тонкопленочных резисторов .-В кн. "Сб.асп.раб.", Физика, Казань. ИЗД-ВО КГУ. 1974, С. 88-93.

4. Аверьянов Е.Е., Габидуллин З.Г., Юнусов Д.М. Об адекватности, режима работы резистора .- В кн. "Сб.асп.раб.". Физика, Казань, Изд-во КГУ, 1974, С.93-96 .

5. Ахмеров У.Ш., Юнусов Д.М., Аверьянов Е.Е.,Ахтямов P.A. Исследование электрических свойств и структуры тонких пленок металло-керамических композиций.- В кн. Научно-техническая конференция пс микроэлектронике. Тезисы докладов, Казань: изд-во КАИ, 1974, С. 6.

6. Юнусов Д.М., Аверьянов Е.Е., Габидуллин З.Г. Исследования структуры и фазового состава тонких пленок металлокерамически* композиций .- В кн. : "Сб.асп.раб.", Физика, Казань,Изд-во КГУ. 1976 . С. 25-28 .

7. Аверьянов Е.Е., Юнусов Д.М. Диагностика дефектов в высоко-

эмных пленках. - Казань, 1976, Кн. Деп. в ВИНИТИ, Опубл. в РЖ "Коррозия и защита от коррозии", 1977, N 3, С. 129.

8. Габидуллин З.Г., Юнусов Д.М. О распределении температуры' по длине тонкопленочного резистора. . - В кн. : "Сб.асп.раб.", Физика. Казань.Изд-во КГУ, 1977 , С. 86-88.

9. Аверьянов Е.Е., Юнусов Д.М. Подгонка и доводка номиналов тонкопленочных резисторов плазменно-электролитическим анодированием // Тезисы докладов IX Всесоюзн. научно-техн. конференции по микроэлектронике.- Казань : изд-во КАИ, 1980. С. 195.

10. Аверьянов Е.Е., Юнусов Д.М. Применение плазменно-электро-литического анодирования для увеличения сопротивления цилиндрических резисторов//Анодное окисление металлов.-Казань , : изд-во КАИ, 1983. С. 22-24.

11. Аверьянов Е.Е., Юнусов Д.М. .Егорова С.П. Устройство групповой формовки резистивного слоя цилиндрических заготовок резисторов анодированием. А. с.Ы 1101905 СССР. Опубл. 07.07.84.Бюлл." N 25.

12. Юнусов Д.М. Получение высокоомных резисторов методом плаз-менно-электролитического анодирования // Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества электронной аппаратуры и приборов.- М.: Радио и связь, 1984. - С. 78-79.

13. Аверьянов Е.Е.,Волкова В.Л., Егорова С.П.. Юнусов Д.М. Получение тонкопленочных резисторов методами подгонки номиналов в широком диапазоне.- Деп. N 235 ХП-Д84 от 23.03.84 г.

14. Габидуллин З.Г., Юнусов Д.М. 0 средней температуре теплового режима резистивной пленки // Межвуз. сб. Комплексная микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры.-Казань : изд-во КАИ, 1986.- С. 54-55.

15. Габидуллин З.Г., Юнусов Д.М. 0 многообразии математических

моделей проектируемого изделия // Актуальные проблемы математического моделирования и автоматизированного проектирования в машиностроении.- Тез. докл. Международной научно-техн. конф. "Модель-проект 95", Казань, 1995,- С. 144-147.

16. Сафиуллин Н.З., Юнусов Д.М., Ахмадеез М.М. Применение плазменно-электролитического анодирования в процессе производства тонких пленок // Тезисы докладов Междунар.научно-техн.конф. "Молодая наука - новому тысячелетию".- Набережные Челны, 1936.- С. 116.

17. Юнусов Д.М., Сафиуллин Н.З., Габидуллин З.Г. Схема замещения установки плазменно-электролитического анодирования // Электронное приборостроение.- Научно-практический сборник. Выпуск 5,-Казань, КГТУ им.А.Н.Туполева.- Консорциум "Микроэлектроника", 1998.-С.67-71.

18. Габидуллин З.Г., Юнусов Д.М. Бионика и некоторые методологические вопросы теории диструктурирования // Материалы симпозиума по методологическим вопросам бионики.- Казаны Изд-во Каз. ун-та, 1978, С. 147-151.

19. Габидуллин З.Г., Юнусов Д.М., Сафин Ф.М. Об адаптивных свойствах тонкопленочного резистора // Комплексная минитюризация РЭА И ЭВА.- Межвуз.сб,- Казань, 1985, С. 55-58.