טכנולוגיית פילם דק מדויק

מאת &lrm;Vishay Intertechnology, Inc.

2021-08-24

מאמר זה נועד לסייע למתכנני מעגלים ולמהנדסי רכיבים לשפר את הבנתם בטכנולוגיית פילם דק. מאמר זה הוא מדריך להבנת השימוש בטכנולוגיית פילם דק והיתרונות המשמעותיים שהיא מעניקה באמינות, גודל וביצועים.

איור 1‏: תמונה של טכנולוגיות פילם דק הזמינות מבית Vishay. (מקור התמונה: Vishay)

סוגי פילמים

בדרך כלל פילמים מותזים בעובי של בערך 500 אנגסטרום. מבחר מסכות עם שונות ברוחב הקו ובמרווחי הקווים משמש לייצור מגוון של ערכי התנגדות. התנגדות היריעה יכולה להיות בתחום של Ohms‏ 50‏ לריבוע עד Ohms‏ 2,000 לריבוע. לכל פילם יש מטרה ספציפית. ככלל, ככל שהתנגדות היריעה נמוכה יותר כך הביצועים החשמליים הכוללים טובים יותר. חברת Vishay‏ היא הספקית והיצרנית היחידה של כל סוגי הפילמים.

ניכרום (NiCr‏) - לפילם הנפוץ ביותר זה יש את המפרט החשמלי הטוב ביותר במונחים של TCR‏ אבסולוטי. התנגדויות היריעה הנפוצות הן של 50‏, 100 ו- 200 אוהם לריבוע.

Tamelox‏ - סגסוגת קניינית של פילם דק מבית Vishay; הסגסוגת משלבת את היתרונות של ניכרום וטנטלום ניטריד המשפרים את לינאריות ה- TCR.

טנטלום ניטריד (TaN2‏) - כאשר הוא משוקע ומעובד כראוי נוצרת סגסוגת אטומה לרטיבות. הביצועים החשמליים אינם טובים כמו אלו של ניכרום. משמש ביישומים שבהם הנגדים פועלים בהספק נמוך (< 20%), ללא התחממות-עצמית ולחות יחסית גבוהה (80%).

סיליקון כרום (SiCr‏) - לחומר זה יש התנגדות יריעה גבוהה ביותר (3,000‏ ~ 2,000) והוא משמש ליצירת התנגדויות גבוהות בשטח קטן. המפרטים החשמליים כגון עקיבות TCR‏ אבסולוטית, יציבות לטווח ארוך ומקדמי המתח, הם טובים יותר לעומת טכנולוגיית פילם עבה.

פסיבציה - SPM - שיטות פסיביציה מיוחדות - מאפשרות כעת בקרת פסיביציה משופרת בתנאי סביבה קשים (ראו הדף הטכני של SPM).

מבנה משולב של פילם דק

מעגל משולב הוא הקבצה של אלמנטים שנוצרים ומחוברים זה לזה על מצע משותף ליצירת רשת פונקציונלית. רשת נגדים משולבת מוגדרת באופן דומה כהקבצה של אלמנטי התנגדות שנוצרו ומחוברים זה לזה על מצע משותף. כמו בייצור מוליכים-למחצה, האלמנטים מיוצרים על ידי שיקוע על המצע, או ראקציה איתו, והתבניות מיוצרות על ידי דימות פוטוליתוגרפית ולאחריה הסרה סלקטיבית של חומרים לא-רצויים. הנגדים ברשת נתונה, היות והם קטנים למדי ובקירבה רבה, נחשפים לתנאים כמעט זהים במהלך העיבוד. בדומה, כל רשת על הפרוסה או על המצע חשופה לאותם תנאים למעשה. מכיוון שכמה פרוסות סיליקון מעובדות יחד, בו-זמנית ובאותו הציוד, מתקבלת אחידות על פני כל האצווה - למאות או אלפי יחידות בודדות. יתרון נוסף של מבנה משולב הוא תקינותם של החיבורים, שהם מטבעם אמינים יותר מאשר חיבורים בודדים בין רכיבים בדידים.

איור 2‏: תרשים של פרוסת אלומינה עם טוהר גבוה המראה מבנה משולב של פילם דק. (מקור התמונה: Vishay)

יתרונות המבנה המשולב של פילם דק

התאמה הדוקה ביותר של כל האלמנטים ברשת, המבטיחה עקיבת טמפרטורה הדוקה לאורך כל החיים
רשתות רבות-אלמנטים קטנות ביותר עם צפיפות גבוהה החוסכות שטח על לוחות המעגלים המודפסים
מבנה הרמטי שהוא פרקטי במגוון של פורמטים עכשוויים סטנדרטיים
מאפיינים עקיבים ועקביים, בין חלק-לחלק ובין אצווה-לאצווה
השראות נמוכה ביותר
אמינות יוצאת-דופן - פחות חיבורים בודדים
ללא אפקטים תרמו-אלקטריים
עלויות מותקנות לא יותר מאשר בדידים - לעיתים קרובות אפילו פחות

אמינות החיברורים

חקרי אמינות של הצבא וסוכנויות אחרות הראו כי בהינתן שכל הגורמים האחרים הם שווים, אמינות ההרכבה היא ביחס הפוך למספר ה"חיברורים מעשה ידי אדם". זו הסיבה שמעגלים משולבים הם יותר אמינים מאשר הרכבה של טרנזיסטורים בדידים, ואותו דבר נכון גם לגבי רשת של נגדים משולבים לעומת בדידים. זה נקרא לעיתים "אמינות אינהרנטית".

תחום ההתנגדויות

טכנולוגיית פילם דק משתמשת בבנייה פוטוליתוגרפית מדויקת של תבניות המעניקה למתכננים מגוון רחב של ערכי התנגדות בשטח הקטן ביותר האפשרי. זה מעניק את אפשרות הבחירה בין הקטנה למינימום של גודל הרכיב לבין הגדלת מספר אלמנטי ההתנגדות באותו שטח. ההתנגדות הכוללת שניתן להשיג בשטח נתון מוכתבת בעיקר על ידי עמידות היריעה של חומר הפילם והתבנית. בפועל, עם זאת, השטח המקסימלי המנוצל מוגבל עקב המקום הנדרש עבור פדי סיומות, מוליכים פנימיים, מאפייני חיתוך מיוחדים ומגבלות מערך-הפינים.

חומרים התנגדותיים של פילם דק מכסים תחום התנגדויות יריעה רגיל של 50 עד 2,000 אוהם לריבוע, כשהתוצאה היא תחום התנגדויות עבור נגדים בודדים ממספר אוהמים ועד לכמה מגה-אוהם. הדיוק הגבוה ביותר נמצא בדרך כלל בתחום של 250 אוהם עד 100 קילו-אוהם.

תמונה של תחום ההתנגדויות הנקבע בעיקר על ידי גאומטריית התבנית על הפרוסה איור 3‏: תחום ההתנגדויות נקבע בעיקר על ידי גאומטריית התבנית על הפרוסה. (מקור התמונה: Vishay)

התנגדות נמוכה ביותר

כאשר אלמנטים בעלי התנגדות נמוכה משולבים ברשתות מדויקות, יש להביא בחשבון את ההתנגדות הקטנה אך הבלתי-נמנעת של המוליכים והתבניות המוליכות על השבב ובמארז. ניתן להקטין למינימום את האפקטים של מוליכים אלו, אך לא לבטל אותם לחלוטין, על ידי תכנון, עיבוד, בחירת מארז והרכבה מתאימים. עם זאת יש להקדיש תשומת לב מיוחדת להגדרת המפרט, במיוחד בכל הקשור לטולרנסים מציאותיים של ההתנגדות והעקיבות, ולשיטת המדידה שלהם.

תמונה של תחום ההתנגדויות הנקבע בעיקר על ידי גאומטריית התבנית על הפרוסה איור 4‏: להתנגדות המוליכים הפנימיים יש השפעה גדולה על ערכי ההתנגדות הכוללים. (מקור התמונה: Vishay)

טולרנס ההתנגדות

מערכות לייזר מודרניות מסוגלות להתאים נגדים לטולרנסים הדוקים ביותר באופן מוחלט או יחסי: 0.01% ו- 0.005% בהתאמה. יתר על כן, יצרן אחראי יוסיף למעשה "פס הגנה" לחיתוך כך שהמפרט הפנימי יהיה הדוק עוד יותר מהמפרט הסופי.

ככל שהטולרנס הנדרש יהיה הדוק יותר,יש צורך לתכנן את הנגד בזהירות רבה יותר כדי להשיג התפלגות הדוקה, עמוק בתוך גבולות הטולרנס, ועם מהירות חיתוך עם יחס עלות-תועלת מיטבי. אחת הדרכים להשיג זאת היא לספק גיאומטריות חיתוך מיוחדות. מאפיינים אלה מפחיתים את רגישות הנגד לכמות החומרים המוסרים על ידי הלייזר, ומאפשרים השגת רמות דיוק גבוהות יותר. מאפיינים אלו משתמשים בשטח מצע נוסף, שלפעמים דורש פשרות בין העלות לביצועים. אחד המאפיינים המייחדים את טכנולוגיית הפילם הדק המודרנית עבור שימוש ברשתות מדויקות הוא היציבות החשמלית והמכנית של הפילמים. זה חשוב מכיוון שנגדים חתוכים היטב חייבים לעמוד בתנאי הרכבה שהם לפעמים עתירי מאמצים ללא סחיפה משמעותית. זה מדגיש שוב את היתרונות האינהרנטיים של מבנה משולב על פני נגדים בדידים נפרדים, שכן כל שינוי שיתרחש יהיה משותף לכל הנגדים ברשת, ובכך ישמור על היחסים בדיוק כפי שהם בזמן החיתוך.

תמונה של דרישות טולרנס מחמירות יותר היכולות לגרום להשתמש באזור נוסף איור 5‏: דרישות טולרנס מחמירות יותר יכולות לגרום להשתמש באזור נוסף. (מקור התמונה: Vishay)

מקדם הטמפרטורה של ההתנגדות (TCR‏)

מקדם הטמפרטורה של ההתנגדות הוא המדד לשינוי ההתנגדות כפונקציה של טמפרטורת הסביבה. הוא מוגדר כשינוי של ההתנגדות ליחידת שינוי הטמפרטורה ומבוטא בדרך כלל כמספר חלקים למיליון למעלת צלזיוס (ppm/°C‏). זו התכונה שלעיתים קרובות לפיה נגדים מתאפיינים או מובדלים. מבחינה היסטורית, נגדים בדידים, כולל אלה העשויים מפילם, דורגו באצוות לפי ערך ה- TCR שלהם. השימוש המאוחר יחסית בשיקוע בהתזה לבקרת הרכב הפילם, ביחד עם שיפורים נלווים בעיבוד, הביאו למוצרי פילם דק הנקראים "דור שלישי" עם ערכי TCR שהם פחות מ- ppm/°C‏ 10‏ אבסולוטי באופן עקבי.

תמונה של TCR שהוא מדד לקצב שבו הנגד משתנה עם עלייה או ירידה בטמפרטורה איור 6‏: ה- TCR הוא מדד לקצב שבו הנגד משתנה עם עלייה או ירידה בטמפרטורה. (מקור התמונה: Vishay)

ה- TCR נקבע בדרך כלל באופן ניסויי על ידי מדידת ההתנגדות במספר טמפרטורות וחישוב קצב השינוי על פני מרווח הטמפרטורות המתאים, לדוגמה 25°C+ עד C‏ִ°‏125‏+. אם ההתנגדות משתנה באופן לינארי עם הטמפרטורה, ה- TCR הוא קבוע, ללא קשר למרווח הטמפרטורות. עם זאת, כאשר הוא אינו לינארי, כמו במקרה של סגסוגות הניקל/כרום הנפוצות, ה- TCR מתבטא כשיפוע הקו המחבר בין שתי נקודות בעקומת ההתנגדות לעומת הטמפרטורה, לדוגמה 25°C+ ו- C‏ִ°‏125‏+. במילים אחרות, זהו ה- TCR הממוצע על פני המרווח. ככל שהקשר הוא יותר לא-לינארי, כך קירוב הממוצע גרוע יותר.

חיוני בהחלט בציון ה- TCR שגם מרווח הטמפרטורות יצוין בבירור.

ההליך המתואר ב- MIL-STD-202 שיטה 304 מיוחס לרוב כתקן למדידת TCR. בשיטה זו, ערכי TCR ממוצעים מחושבים עבור סדרת המרווחים בין 25°C+ ו- 55°C- ובין 25°C+ ו- C‏ִ°‏125‏+. הערך הגבוה ביותר נרשם כ- TCR. זה משקף את תחום הפעולה הצבאי המלא אך עשוי לגרום למפרט-יתר עבור רכיבים בעלי מרווח טמפרטורות פעולה שונה או צר יותר.

תמונה של דוגמאות ל- TCR עבור שיפועים מתקבלים שונים איור 7‏: דוגמאות ל- TCR עבור שיפועים מתקבלים שונים. (מקור התמונה: Vishay)

באמצעות הבנה של ההשפעות של הרכב הסגסוגת והיכולת לבקר בקפידה את העיבוד, ניתן "להתאים" את עקומת ההתנגדות מול הטמפרטורה כדי לייצר ערכי TCR שהם א) שליליים על כל התחום, ב) חיוביים על כל התחום, או ג) שליליים בקצה הנמוך, חיוביים בקצה הגבוה, עם תחום "אפס TCR" שטוח יחסית בתחום סביב טמפרטורת החדר. ניתן להשתמש בזה עבור ציוד הפועל בקרבת טמפרטורת החדר או הדורש קיזוז טמפרטורה אחר.

עקיבות (Tracking‏)

רוב היישומים שבהם משתמשים ברשתות פילם דק מדויקות תלויות בהשגה ושמירה על ערכי התנגדות יחסית קרובים. לכן, שינויים יחסיים בהתנגדויות בתוך הרשת, הנקראים "עקיבות", הם חשובים ביותר. רשתות פילם דק מצטיינות בעקיבות. ישנם מספר היבטים שונים של עקיבות שחשוב להבין ולהבדיל ביניהם.

עקיבות (Tracking‏) TCR‏ - עקיבות TCR מוגדרת כהבדל בין ה- TCR של זוג נגדים על פני מרווח טמפרטורות נתון. השגת עקיבות TCR בנגדים בדידים היא קשה ומכבידה מאוד על תהליך הייצור כשרוצים להגיע לגבול TCR‏ אבסולוטי הדוק ביותר. בניגוד לכך, המבנה המשולב של רשתות פילם דק מבטיח עקיבות TCR הדוקה ביותר מכיוון שהנגדים מיוצרים כקבוצה אחת בתנאי תהליך זהים כמעט. יתר על כן, הנגדים הם קטנים וקרובים על משטח של מצע משותף עם מוליכות תרמית גבוהה, השומר אותם בטמפרטורה זהה או קרובה בזמן הפעולה.

ובכל זאת, יתכנו הבדלים בעיבוד ובחומר העלולים ליצור הבדלים קטנים אך ברי-מדידה בערכי ה- TCR של נגדים שכנים על אותה פרוסה. משתני העיבוד העלולים להשפיע על זה כוללים שיקוע פילם לא-אחיד, פגמים במצע, שיפועים תרמיים במהלך הטיפול בחום (Annealing‏) ומאמצים לא-אחידים. התכן עצמו יכול גם כן לשחק תפקיד. עם זאת, על ידי שימוש בבקרת תהליכים וציוד וטכניקות מדידה המתקדמים ביותר, ניתן לשלוט על עקיבות ה- TCR עד כדי עשיריות בודדות של חלקים-למיליון לכל מעלת צלזיוס, בהינתן מעגל, תצורת שבב ומארז נכונים.

גורם המביא לכך שעקיבות TCR גבוהה יותר לכאורה מהעקיבות ה"אמיתית" הוא הימצאותו של מוליך מסעף (Tap)משותף בעל התנגדות ברת-מדידה (r).

כאשר (TCR (r הוא ה- TCR של חומר המוליך הנפוץ, בדרך כלל מתכת. לדוגמה: נגד של 1 קילו-אוהם בעל TCR של ppm/°C‏ 8.9 המחובר לנגד של 2 קילו-אוהם עם TCR של ppm/°C‏ 8.5 ומוליך יציאה משותף בעל התנגדות של 0.1 אוהם עם (TCR (r של ppm/°C‏ 4,000 יציג עקיבות TCR‏.

משוואה 2

התרומה החיצונית של המוליך המשותף (0.2 במקרה לעיל) נעלמת במקרה שיצוין ויימדד יחס קריטי בהתאם לחלוקת המתח ולא יחס ההתנגדות.

תמונה של דוגמאות של פילוגי עקיבות עבור נגדים עם מרווחים צמודים ורחבים איור 8‏: דוגמאות של פילוגי עקיבות עבור נגדים עם מרווחים צמודים ורחבים. (מקור התמונה: Vishay)

תמונה של כלל האצבע עבור עקיבות של רשתות משולבות לעומת נגדים בדידים איור 9‏: כלל האצבע עבור עקיבות של רשתות משולבות לעומת נגדים בדידים. (מקור התמונה: Vishay)

עקיבות ההתנגדות תחת מיתוג הספק

ישנם מעגלים הפועלים באופן שבו הזרם ממותג בין מופעל וכבוי על נגד אחד, המותאם לנגד ייחוס הנושא זרם קבוע. במקרה זה, למרות שהנגדים עשויים להיות בעלי TCR זהה והמצע עשוי להיות בטמפרטורת סביבה אחידה, ההתנגדויות יהיו שונות בערכן כתוצאה מהתחממות-עצמית. (למען האמת, אין זו דרישת "עקיבות" אמיתית ככל שהנגדים לעניין זה נתונים למאמצים שונים.) הבדל זה יישלט על ידי ה- TCR האבסולוטי של שני הנגדים. ביישומים אלה, שאינם יוצאי-דופן, הנגדים צריכים להיות בעלי TCR אבסולוטי נמוך ככל האפשר באזור טמפרטורת הפעולה, והנגדים צריכים להיות מתוכננים קרוב ככל האפשר אחד לשני כדי להקטין למינימום את הפרשי הטמפרטורות ביניהם.

תמונה של דוגמה לייצור הספק לא-שווה בנגדים תואמים איור 10‏: דוגמה לייצור הספק לא-שווה בנגדים תואמים. (מקור התמונה: Vishay)

יחסי מתחים

נגדים משמשים לעתים כמחלקי מתח. במקרה זה, וכאשר מדובר בטולרנסים מדויקים, נכון יותר להתמודד עם יחסי המתחים מאשר עם יחסי ההתנגדויות. ישנם שלושה היבטים חשובים של יחסי מתחים שיש להבין בהשוואה ליחסי התנגדויות. אלו הם יחס המתחים עצמו, הטולרנס של יחסי המתחים והעקיבות של יחסי המתחים.

תמונה של יחסי מתחים שאינם תלויים בהתנגדות מוליכים משותפים איור 11‏: יחסי מתחים שאינם תלויים בהתנגדות מוליכים משותפים. (מקור התמונה: Vishay)

באופן אידיאלי, ירידת המתח על פני זוג נגדים נקבעת על פי יחס ערכי ההתנגדות: (R1/(R1 + R2. כאשר ערכי ההתנגדות אינם שווים, יחס המתחים יהיה שונה מזה המחושב מערכי ההתנגדות לכאורה (הנמדדים) בגודל הנשלט על ידי ההתנגדות של המוליכים המשותפים. סטייה זו יכולה להיות משמעותית למדי, במיוחד עם נגדים בעלי ערך נמוך.

עבור נגד של 10 קילו-אוהם בטור עם נגד של 1 קילו-אוהם, עם מוליך משותף מסוג "מסעף (Tap)" עם התנגדות של 100 מילי-אווהם, שני היחסים יהיו שונים ב- ppm‏ 75‏:

משוואה 3

עבור נגד של 1 קילו-אוהם בטור עם נגד של 100 אוהם, התנגדות מסעף (Tap) של 100 מילי-אוהם תייצר הפרש ביחסים המתאימים של יותר מ- ppm‏ 800‏.

זה ממחיש את החשיבות של ציון פרמטר הפעולה הנכון.

תמונה של טולרנס יחס מתחים ומשוואות עקיבות יחס מתחים איור 12‏: טולרנס יחס מתחים ומשוואות עקיבות יחס מתחים. (מקור התמונה: Vishay)

עם זאת, כאשר התנגדות המוליך המשותף (r) ניתנת למדידה, עקיבות TCR היא לכאורה גבוהה יותר מהעקיבות ה"אמיתית", כפי שהוצג קודם לכן, ועקיבות יחס המתחים נמוכה יותר. עקיבות יחס המתחים היא תמיד נמוכה יותר (כלומר, טובה יותר) לעומת עקיבות TCR‏.

יציבות

האפקטים המתוארים בסעיפים הקודמים הם הפיכים: השינויים אינם קבועים ויעלמו כאשר הטמפרטורה תחזור לנקודת ההתחלה. עם זאת, ישנם אפקטים בלתי-הפיכים. כפי שנדון קודם לכן, רוב רשתות הנגדים המדויקות משמשות באופן יחס. הנגדים יוצרו עם טולרנסים הדוקים והונדסו בקפידה עבור עקיבות בתוך טולרנסים התחלתיים הדוקים אלה בהקשר של ההתנגדות או יחסי המתחים. אבל זה חסר משמעות אלא אם כן ניתן לשמר על טולרנסים אלו לאורך כל חיי הרשת. זה דורש יציבות פילם מקסימלית. ראוי לציין כי חידושים אחרונים בחומרים ותהליכים הביאו לשיפורים ביציבות של פילמים דקים לרמות חסרות-תקדים, המתקרבות לאלה שניתן היה להשיג בעבר רק בעזרת רדידים.

בדיקות יציבות לטווח ארוך של סגסוגות ניקל/כרום הראו באופן חד משמעי שקצב שינוי ההתנגדות עם הזמן הוא פונקציה חד-ערכית של טמפרטורת המצע. זוהי דרך מתמטית לקבוע שהטמפרטורה היא המשתנה היחיד - בין אם היא נגרמת מעומס ההספק או פשוט מהסביבה. יתר על כן, בניסוי נקבע כי היציבות הנמדדת בטמפרטורה גבוהה יותר ניתנת לאקסטרפולציה בביטחון עבור טמפרטורות נמוכות יותר וזמנים ארוכים יותר בהתאם למשוואות קינטיקה קלאסיות.

ראוי לחשוב על השינויים הקבועים בזוג נגדים תואמים כ"עקיבות היציבות". בניגוד לעקיבות ה- TCR, כאשר עקיבות צמודה אינה תלויה ב- TCR האבסולוטי , עקיבות היציבות תלויה במידה מסוימת ביציבות האבסולוטית. ככל שצמד הנגדים יציב יותר, כך הם ישתנו פחות בערך האבסולוטי וביחס בין אחד לשני. גם כאן יתרונות המבנה המשולב ניכרים: לכל הנגדים ברשת יש שינויים דומים במהלך החיים, ויחסי ההתנגדות משתנים הרבה פחות מהערכים האבסולוטיים.

תמונה של היציבות המושפעת מהגיל של הרכיבים איור 13‏: היציבות מושפעת מהגיל של הרכיבים. (מקור התמונה: Vishay)

דירוג ההספק

מכיוון שבאופן כללי לא משתמשים ברשתות מדויקות של פילם דק ביישומי הספק גבוה, שיטות לקביעת דירוג ההספק המקסימלי אינן קריטיות כמו ברשתות למטרות-כלליות. עם זאת, יש להגדיר אתהגבולות והדבר נעשה בצורה הטובה ביותר על ידי קביעת גבולות הטמפרטורה העליונות.

טמפרטורת הספק אפס (המכונה לפעמים טמפרטורת הפעולה המקסימלית) היא הטמפרטורה המקסימלית שבה ניתן להפעיל את החלק, למשך זמן מוגדר (בדרך כלל 1,000 שעות), ללא שינוי חריג (המוגדר בדרך כלל ביחס לטולרנס הראשוני), המבוטא באחוזים. עבור רשת פילם דק הדורשת שמירה על טולרנס של %‏0.1‏, טמפרטורת הספק אפס זו תהיה 150°C+. בטמפרטורה זו, הנגד עשוי להציג שינוי בסדר גודל של ppm‏ 500 אבסולוטי או ppm‏ 100‏ ביחס לנגדים אחרים ברשת. אם הטולרנס הראשוני המקסימלי היה %‏0.01‏, טמפרטורת הספק אפס מתאימה יותר תהיה C‏ִ°‏125‏+. רמות אלה מיועדות עבור חלקים במארזים סגורים הרמטית. אם המארזים אינם סגורים הרמטית, החלקים יקבלו דירוג טמפרטורה נמוך יותר.

תמונה של עקומה טיפוסית של ירידת הערך המקסימלי (Derating‏) איור 14‏: עקומה טיפוסית של ירידת הערך המקסימלי (Derating‏). (מקור התמונה: Vishay)

דירוג הספק מלא - ההספק הנומינלי הוא בדרך כלל ההספק הנדרש להעלאת טמפרטורת פני השטח של החלק מעל טמפרטורת סביבה כלשהי, בדרך כלל 70°C‏+, לטמפרטורת הספק אפס. זה מבוטא בהספק וואט מלא. עקומת ירידת הערך המקסימלי (Derating‏) משמשת לקביעת הגבולות בטמפרטורות ביניים.

יש להתייחס באופן מיוחד לדירוג הנגדים הבודדים בתוך הרשת מכיוון שטמפרטורת פני השטח הסופית של הנגד הבודד תשתנה במידה רבה אם הנגדים האחרים ברשת נמצאים תחת הספק. למרות שקשה להכליל, תכנון נכון של הרשת יביא בחשבון את השינויים הפוטנציאליים הללו על ידי הסדרים המספקים צפיפות הספק אחידה.

כפי שצוין לעיל, למרות שרמות ההספק ברשתות מדויקות עם טולרנס הדוק יותר מוגדרות בדרך כלל נמוך יותר, מכיוון שממדי השבבים הם קטנים, צפיפות ההספק יכולה להיות גבוהה. רמת תכנון טיפוסית היא של ^2‏W/in‏ 25 עבור רשתות מדויקות ביותר, אך פילמים דקים מסוגלים לשמור על רמות גבוהות ביותר של צפיפות הספק - עד כדי ²W/in‏ 200 - מבלי לסכן את תקינותם. כשיקול אחרון, יש להתייחס לעובדה שמארזים הם שונים ביותר בעמידות התרמית.

מקדם המתח של ההתנגדות ורעש זרם

שני מאפיינים אלה, העשויים להיות חיסרון רציני למדי בנגדים העשויים מחומרים מרוכבים כגון קרמט (Cermet‏) (קרמיקה-מתכת) או פולימרים, ברשתות מדויקות של פילם דק ניתן בדרך כלל להתעלם מהם מכיוון שהגדלים הם כה קטנים. זהו אחד היתרונות העיקריים של חומרי פילם דק מונוליתיים.

מקדם המתח של ההתנגדות הוא שינוי של יחידה אחת של ההתנגדות לכל שינוי של יחידה אחת במתח, והוא מבוטא ב- ppm/volt‏. זהו מדד להתנהגות הלא-אוהמית, ובפילמים דקים הוא מגיע לרמות הניתנות לזיהוי רק בתחום של מגה-אוהם, שם הוא נמדד ב- ppm/V‏ 0.1 בערך.

רעש זרם מתאפיין ונמדד באמצעות מכשור סטנדרטי שפותח על ידי חברת Quantek‏. עבור פילמים דקים, ערך טיפוסי יהיה נמוך מ- dB‏ 35‏-.

אפקטים תרמואלקטריים

מתחים תרמואלקטריים עלולים להיווצר אם סיומות הנגדים הן בטמפרטורות שונות. זו יכולה להיות בעיה משמעותית עם נגדים בדידים, שבהם יכולים להתקיים גרדיינטים תרמיים על פני הממדים הגדולים יחסית. ברשתות פילם דק, כל הנגדים נמצאים באותה הטמפרטורה או בסמוך לה, כתוצאה מגודלם הקטן ומאפקטי התפשטות החום של המצע המוליך תרמית. אפקטים תרמואלקטריים על פילמים דקים הם < µV/°C‏ 0.1‏ טיפוסית.

היענות התדר של נגדים

עבור תדרים הגדולים מ- MHz‏ 100‏ יש לשקול את מרבית הנגדים במונחים של מעגל אקוויוולנטי עם השראות וקיבוליות פרזיטיות, ראו איור 15. היענות אימפדנס טיפוסית מוצגת באיור 16. היענות האימפדנס תלויה בגודל הנגד, בשיטת החיתוך, בערך החלק ובסוג הסיומת.

תמונה של מעגל אקוויוולנטי עם השראות פרזיטית איור 15‏: את מרבית הנגדים יש לשקול במונחים של מעגל אקוויוולנטי עם השראות וקיבוליות פרזיטיות עבור תדרים הגדולים מ- MHz‏ 100‏. (מקור התמונה: Vishay)

תמונה של היענות אימפדנס פנימי עבור נגד Flip Chip‏ 0402‏ איור 16‏: היענות אימפדנס פנימי עבור נגד Flip Chip‏ 0402‏ עם חיתוך חישת קצה מיוחד. (מקור התמונה: Vishay)

לשיקול הגודל יש חשיבות משמעותית עבור הפחתת האימפדנס הפרזיטי. ככל שהגודל קטן יותר, ביצועי החלק קרובים יותר לאלו של נגד אידיאלי. יש חשיבות גם לסגנונות החיתוך.

ניתן לחתוך נגדי פילם דק בעיצובים גיאומטריים שונים, ראו איור 17. על ידי שמירה על מרכוז-תכן מלבני (מאוזן) בין פדי המגע, לעומת סגנונות אחרים כגון סרפנטינה או חיתוך בצורת L‏, ניתן לשפר את ביצועי ההתקן.

תמונה של נגדי פילם דק אותם ניתן לחתוך בעיצובים גיאומטריים שונים איור 17‏: ניתן לחתוך נגדי פילם דק בעיצובים גיאומטריים שונים. (מקור התמונה: Vishay)

ראו הקישורים להלן עבור נגדי פילם דק

רשתות עם מוליכים

שבבי הרכבה-משטחית

חור-עובר

מיאון אחריות: דעות, אמונות ונקודות מבט המובעות על ידי מחברים שונים ו/או משתתפי פורום באתר אינטרנט זה לא בהכרח משקפות את הדעות, האמונות ונקודות המבט של חברת DigiKey או את המדיניות הרשמית של חברת DigiKey.