Schwerpunkte

Dünn- und Dickschichtwiderstände

Selbst bei >200 °C höchst funktionssicher

01. Dezember 2014, 14:14 Uhr   |  Von Dominique Vignolo


Fortsetzung des Artikels von Teil 2 .

Verhalten von Dünnschicht-Widerstandsnetzwerken bei hohen Temperaturen

Bild  4: Load -Life bei 250°C (an drei verschiedenen Chargen mit unterschiedlicher Resistivität durchgeführt)
© Vishay Sfernice

Bild 4: Load -Life bei 250°C (an drei verschiedenen Chargen mit unterschiedlicher Resistivität durchgeführt)

In früheren Studien stellte Vishay fest, dass die Leistung von Hochtemperatur-Dünnschicht-Chip-Widerständen vom Verfahren abhängig ist, mit dem die Geräte hergestellt werden. Laut experimentellen Daten beträgt die Load-Life-Stabilität von Hochtemperatur-Dünnschicht-Chip-Widerständen 0,35 % – nach 2.000 Stunden bei 220 °C und Nennleistung. Ein neuer Test wurde durchgeführt, um das Verhalten von hochpräzisen Hochtemperatur-Chip-Arrays zu bestätigen.

Untersuchung der Load-Life-Stabilität

Die Messungen erfolgten zu verschiedenen Zeiten bei 70 °C an verschiedenen Chargen mit unterschiedlichen Resistivitätsmerkmalen über einen Zeitraum von mehr als 2.000 Stunden. Die Testergebnisse zeigen ein konstantes Verhalten bei Standard-Chip-Arrays mit einer durchschnittlichen Load-Life-Abweichung von 0,05 % nach 2.000 Stunden.

Die Messung des Hochtemperatur-Dünnschicht-Chip-Arrays passierte bei 230 °C an zwei verschiedenen Chargen mit zwei unterschiedlichen Resistivitätsmerkmalen über einen Zeitraum von mehr als 8.000 Stunden. Daraus ergab sich eine typische Abweichung von ca. 0,15 % nach 8.000 Stunden. Die Bauteile wurden nach 2.000 Stunden stabiler.

Aus den obigen Test lässt sich die Schlussfolgerung ziehen, dass:
- der Einsatz von Hochtemperatur-Dünnschicht-Chip-Arrays die Load-Life-Stabilität um fast ein Drittel verbessert, und diese nach 8.000 Stunden durchschnittlich 0,15 % im Gegensatz zu 0,35 % bei diskreten Hochtemperatur-Chip-Widerständen beträgt;
- das Herstellungsverfahren einen direkten Einfluss auf das Verhalten der Bauteile hat, die Load-Life-Abweichung jedoch unabhängig von den Resistivitätsmerkmalen konstant bleibt.

Langfristige Stabilitätsdaten

In vorherigen Studien konnte Vishay nach einem Testzeitraum von 8.000 Stunden langfristige Stabilitätsdaten präsentieren. Nach weiteren Tests stehen nun Daten von mehr als 20.000 Stunden zur Verfügung. Weil einige Leiterplatten versagten (bei 215 °C und 230 °C), wurden die Messungen abgebrochen. Die Abweichung infolge der Temperaturveränderungen von einer Kurve zur nächsten ist durchaus bemerkenswert. Die Kurven folgen demselben Verlauf und stabilisierten sich erstmals nach 1.000 Stunden und ein zweites Mal nach 10.000 Stunden.

Wie zuvor erwähnt, lässt sich die Load-Life-Abweichung der Bauteile durch Steuerung der Sperrschichttemperatur auf der Widerstandsschicht minimieren.

Die Frage, die Hersteller den Konstrukteuren beantworten müssen, lautet: Inwieweit beeinflusst die Nennleistung die Abweichung im Laufe der Zeit? Im Zuge von Vergleichstests bei 220 °C und 230 °C mit und ohne Last wurde die Auswirkung der Lasten auf die Leistung geprüft. Zugleich sollten Konstrukteure eine Regel zur Schätzung der Load-Life-Abweichung ohne Last bei einer bestimmten Temperatur auf der 20.000-Stunden-Stabilitätskurve erhalten.

Das Verhalten von Dünnschichttechnologie bei sehr hohen Temperaturen (270 °C)

Es wird ein zunehmend höherer Betriebstemperaturbereich von bis zu 250 °C mit Last benötigt, was eine Sperrschichttemperatur von 270 °C auf Resistivitäts-Schichtebene mit sich bringt. Mit diesem Ziel vor Augen erfolgte der Test einer neuen Dünnschichttechnologie (siehe Bild 4).

Seite 3 von 4

1. Selbst bei >200 °C höchst funktionssicher
2. Einfluss des Temperaturkoeffizienten
3. Verhalten von Dünnschicht-Widerstandsnetzwerken bei hohen Temperaturen
4. Untersuchungen hinsichtlich der Load-Life-Stabilität

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