Тонкопленочные резисторы являются элементами гибридных тонкоплёночных микросхем, а также согласующими элементами в микросборках, где они присутствуют в виде резистивных матриц (резистивных "сборок") на отдельной миниатюрной подложке, представляющей собой компонент микросборки. В обоих случаях резисторы изготавливаются на основе общей резистивной плёнки одновременно, т.е. по интегральной технологии.

Для осаждения тонких резистивных плёнок используют стандартные резистивные сплавы в виде порошков (для термовакуумного напыления) или дисков-мишеней (для распыления ионной бомбардировкой). Сплавы представляют собой силициды хрома, никеля, железа и двойные или тройные системы на их основе. Содержание кремния от 15 до 95 % обеспечивает широкий диапазон удельных сопротивлений. Конкретные марки резистивных сплавов характеризуются рекомендуемыми значениями удельного поверхностного сопротивления R_сл [Ом], допустимой удельной мощностью рассеивания Р₀ [Вт/см2], температурным коэффициентом сопротивления a [K^-1] и коэффициентом старения g_ст. Параметры некоторых сплавов для получения тонкопленочных резисторов приведены в табл. 7.

Таблица 7. Электрофизические свойства резистивных металлосилицидных сплавов.

С учетом выводов из электропроводящей тонкой пленки структуру резистора можно рассматривать как двухслойную. При этом возможны три технологических варианта формирования резисторов (см. структуру и топологию резисторов на рис. 26).

1. Фотолитографический: напыление сплошной резистивной плёнки, напыление сплошной проводящей пленки, фотолитография по проводящей плёнке, фотолитография по резистивной плёнке (рис. 26,б).
2. Трафаретный: напыление резистивных элементов через трафарет, напыление проводящих элементов через трафарет (рис. 26,а).
3. Комбинированный: напыление сплошной резистивной плёнки, напыление проводящих элементов через трафарет, фотолитография по резистивной плёнке (рис. 26,б).

Трафаретный вариант, хотя и является более производительным и дешёвым, заметно уступает фотолитографическому по разрешающей способности (а_min) и точности (D_п), что следует из сравнительной таблицы.

Уширение проводящего вывода на величину В с каждой стороны призвано не допустить изменение сопротивления резистора из-за погрешности совмещения резистивного и проводящего рисунков.

При проектировании группы интегральных резисторов возникает задача определения рабочих размеров l и а для каждого резистора с таким расчётом, чтобы суммарная площадь, занимаемая резисторами, была минимальна. Исходными данными для проектирования являются: номинальные значения сопротивлений резисторов R_i; мощность рассеивания Р_i; предельные допустимые отклонения сопротивления ±g_Ri; температурный диапазон эксплуатации t°_min…t°_max.

В целом методика расчёта сводится к следующему.

1. Определяется оптимальное значение удельного поверхностного сопротивления R_сл=R₀. Искомое значение лежит внутри ряда сопротивлений, выстроенного по возрастающей, т.е. R₁, R₂,…R_m, (R₀), R_m+1…R_N. Исходя из соотношения , можно сказать, что R₀ делит группу из N резисторов на две группы, отличающиеся формой (рис. 27): 1-я группа имеет R_i < R₀ и соответственно l<а; 2-я группа имеет R_i > R₀ и соответственно l>а. С учётом выбранного варианта технологии и данных сравнительной таблицы назначают меньшие (критические) размеры резисторов минимальными.

Суммарную площадь резисторов можно представить суммарным числом квадратов, которое необходимо свести к минимуму:

Аналитический способ нахождения R₀ невозможен, т.к. кроме R₀ неизвестно значение m, т.е. интервал, в котором находится R₀.

Алгоритм решения задачи машинным способом представлен на рис. 28. Он основан на раздель-ном вычислении первой и второй сумм при значениях R_сл=R_i, сравнении двух результатов и выявлении интервала, в котором находится R₀. Далее вступает в действие аналитический расчёт. Алгоритм учитывает также случай, когда R₀=R_i.

С погрешностью, не превышающей несколько процентов, оптимальное значение Rсл может быть определено по выражению:

(46)

2. Выбор марки резистивного сплава. По найденному значению R₀ выбирают марку резистивного сплава так, чтобы R₀ удовлетворяло рекомендованному диапазону значений R_сл. При наличии двух и более вариантов марок сплавов следует ориентироваться на большее значение Р₀, меньшие значения a и g_ст. При окончательном выборе марки сплава становятся известными конкретные значения Р₀, a и g_ст.

3. Корректировка критических размеров резисторов с учётом мощности рассеивания. Мощность Р_i, рассеиваемую резистором, можно рассчитать следующим образом:

Для резисторов 1-й группы , для резисторов 2-й группы , откуда новые значения критических размеров с учётом мощности рассеивания:

Для резисторов 1-й группы	(46)
Для резисторов 2-й группы	(46)

4. Корректировка критических размеров с учётом заданной точности. Предельное допустимое отклонение сопротивления резистора можно представить в виде суммы предельных относительных погрешностей, связанных с технологией и эксплуатацией резисторов:

(49)

Первые три слагаемых (погрешности длины и ширины резистора, а также погрешность удельного поверхностного сопротивления) связаны с изготовлением резисторов, последние два (температурная погрешность и коэффициент старения плёнки) - с эксплуатацией. Коэффициент старения g_ст берётся непосредственно из паспортных данных выбранной марки сплава.

Температурная погрешность т.е. температурный коэффици ие температуры (из заданного температурного диапазона) от комнатной.ент сопротивления (из паспорта) умножается на наибольшее отклонен

Обозначив сумму технологических погрешностей через g_техн., можно записать:

(50)

где где l_i и a_i - номинальная длина и ширина резистора; D_l и D_a - абсолютные предельные погрешности длины и ширины (берутся из сравнительной таблицы вариантов технологии); g_Ro- составляет 2% для ТВН и 1% для РИБ.

Из (50) для 1-й группы резисторов (с учётом того, что ) можно получить новые значения критических размеров:

(51)

для 1-й группы:

(52)

5. Окончательный выбор критических (меньших) размеров резисторов. Из трёх значений, установленных для каждого резистора в пп.1,3 и 4, выбирают наибольший.

6. Вычисление вторых (больших) размеров для каждого резистора выполняется исходя из основного соотношения , т.е. для 1-й группы резисторов , для 2-й группы - .

Здесь не рассматривается следующий этап конструкторской разработки, который заключается (для резистивных матриц) в плотной компоновке резисторов в учётом топологических норм (минимально допустимых зазоров между соседними резисторами и их выводами, расстояний от кромки микроплаты, размеров контактных площадок под микросварку и т.п.). При этом стремятся получить минимальную площадь микроплаты.

Для приближения выводов высокоомного резистора друг к другу и сокращения длины связей в микросхеме конструктор может отступить от прямолинейной конфигурации резистора и ввести в неё два или более изгибов под прямым углом. При этом следует учитывать два обстоятельства:

1. При любой конфигурации резистора входной и выходной токи должны быть ориентированы в одну сторону. В противном случае предусмотренные уширения выводов не будут выполнять своих функций и погрешность совмещения проводящего и резистивного слоёв вызовут дополнительную погрешность сопротивления. Следует заметить, что для полупроводниковых резисторов указанное правило не имеет смысла.

2. Участок изгиба имеет пониженное сопротивление в сравнении с линейным участком той же длины (по средней линии), что требует корректировки длины резистора в сторону её увеличения. Так Г-образный участок, включающий три квадрата (рис. 29,б) вместо 3R_сл имеет сопротивление 2,55R_сл, а П-образный, включающий пять квадратов, вместо 5R_сл имеет сопротивление 4R_сл. Это явление объясняется тем, что плотность тока на изгибах оказывается более высокой у внутреннего контура резистора, в результате чего электрическая длина резистора (по средней плотности тока) уменьшается.

Наиболее сложную конфигурацию представляет собой меандр, который используется для уменьшения габаритов резистора и упрощения последующей коммутации, хотя занимаемая резистором площадь при этом возрастает. Как следует из рис. 29,а, геометрическими параметрами резистора-меандра являются: ширина резистивной полоски а, шаг звеньев меандра t (под звеном подразумевается Г-образная часть меандра), ширина резистора В и длина L. Поскольку L@nt, где n - число звеньев, В@l/n, где l- длина исходного прямолинейного резистора, то

(53)

Для получения однозначного решения обычно принимают t=2a и L=B, т.е. меандр вписывают в квадрат, что обеспечивает минимальные габаритные размеры. Тогда

(54)

где l и а - длина и ширина предварительно спроектированного резистора линейной конфигурации.

Далее сопротивление резистора-меандра представляют в виде суммы сопротивлений П-образных, Г-образных и линейных участков, из которой затем определяют необходимую длину линейных участков l_i. Например, для резистора на рис. 29 , где R - заданное сопротивление резистора.