Susumu: Dünnschicht-Widerstands-Netzwerk Stabil, präzis, kompakt und hochintegriert

Glaspassivierung bei Dünnschicht-Widerständen Grafik: Susumu/Endrich Bauelemente

Endrich Bauelemente hat sein Vertriebsprogramm um die Präzisionswiderstände der RM-Serie des japanischen Herstellers Susumu erweitert. Sie bieten Toleranzen bis ±0,05 Prozent und Temperaturkoeffizienten bis ±5 ppm.

Für die Untertageförderindustrie werden die Netzwerke, wie auch die Einzelchip-Widerstände in Zukunft auch mit Goldkontaktierung angeboten.

In Sachen Präzision in Form von engen Toleranzen und niedrigen Temperaturkoeffizienten sind Widerstände der Dünnschichttechnologie denen der Dickschichttechnologie um Faktoren voraus. Dies liegt hauptsächlich in der Auswahl der Materialien begründet: NiCr (Nickel-Chrom) oder TaN (Tantalnitrid) an Stelle von RuO2 (Rutheniumoxid), wie es bei Dickschichtern verwendet wird. Außerdem bewirkt der Verarbeitungsprozess eine größtmögliche Ebenmäßigkeit und Gleichförmigkeit der Widerstandschichten.

So werden Dickschichtwiderstände im Siebdruckverfahren produziert, indem eine Paste auf Substrat aufgebracht wird. Bei den Dünnschichtwiderständen geht das Material durch einen Sputtering-Prozess (PVD – physical vapor deposition). Dabei werden die Basismaterialien, wie etwa Ni, oder Cr in die Gasphase überführt, wo sie anschließend als Niederschlag auf einem Substrat eine hauchdünne jedoch sehr homogene »Dünnschicht« ausbilden. Als Pionier auf dem Gebiet der Dünnschichtwiderstände, wendet Susumu dieses Verfahren seit über 50 Jahren erfolgreich an.

Wie wird die Stabilität erreicht?
 
Dünne Schichten bringen aber auch Gefahren mit sich. So sind die kleiner 1µm dicken Schichten anfällig für Umwelteinflüsse wie etwa sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen, Schadgase und hauptsächlich (Luft)-Feuchtigkeit. Gerade Langzeitstabilität ist bei Dünnschichtwiderständen aber besonders wichtig. Eine bewährte Methode, die Dünnschicht vor diesen Umwelteinflüssen zu schützen ist das Aufbringen einer Glaspassivierung mittels CVD (chemical vapor deposition) (Si2O3).

Diese Schutzschicht wird in einem chemischen Prozess, bei dem eine strukturelle Bindung der Materialien erfolgt, vor dem Eintrimmen der Ohmwerte aufgebracht. Durch diese Si2O3 Schicht hindurch, werden die Widerstände nachträglich mit Hilfe von YAG Lasern, die das Material der NiCr Schicht oxidieren, getrimmt. Auf diese Weise ist Susumu in der Lage, verschiedene Stabilitätsklassen anzubieten, wie etwa RR – Standardzuverlässigkeit, RG – Automobiltauglichkeit sowie URG – die allerhöchste Zuverlässigkeitsstufe.

Eine Übersicht der zu erwartenden Werteveränderung (Drift) nach einem 1000 Stunden langen 85°C/85% r.H. Alterungstests (THB – temperature, humidity, bias) bei den verschiedenen Stabilitätsklassen veranschaulicht die Tabelle.