Wybrane właściwości elektryczne i stabilność elementów biernych wbudowanych w płytki obwodów drukowanych

Transkrypt

1 Andrzej DZIEDZIC 1, Adam KŁOSSOWICZ 1, Paweł WINIARSKI 1, Karol NITSCH 1, Tomasz PIASECKI 1, Grażyna KOZIOŁ 2, Wojciech STĘPLEWSKI 2 Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki (1), Instytut Tele- i Radiotechniczny (2) Wybrane właściwości elektryczne i stabilność elementów biernych wbudowanych w płytki obwodów drukowanych Streszczenie. Znaczną część powierzchni układów na płytkach obwodów drukowanych zajmują elementy i podzespoły bierne. Ich miniaturyzacja bazująca na standardowych elementach do montażu powierzchniowego wyczerpuje się. W artykule zaprezentowano możliwość wzrostu gęstości upakowania w oparciu o technologie wielowarstwowe. Omówiono wykonywanie elementów biernych (rezystorów cienkowarstwowych, kondensatorów) wbudowanych w płytki obwodów drukowanych i ich wybrane właściwości elektryczne oraz stabilność długoczasową. Abstract. Significant part of circuits area on printed circuit boards is occupied by passives. Their further miniaturization based on typical components for Surface Mount Technology is exhausted. This paper presents possibility of interconnection density increase based on multilayer technologies. The fabrication of passives (thin-film resistors, capacitors) embedded into printed circuit boards and their chosen electrical properties and long-term stability are described. (Chosen electrical properties and stability of passive components embedded in printed circuit boards). Słowa kluczowe: płytka obwodu drukowanego, rezystor cienkowarstwowy, kondensator, stabilność długoczasowa, odporność impulsowa. Keywords: printed circuit board, thin-film resistor, capacitor, long-term stability, pulse durability. Wstęp Współczesne układy elektroniczne są coraz bardziej zróżnicowane i funkcjonalne. Stąd ważne jest opracowanie coraz doskonalszych technik wytwarzania i implantowania elementów w układach np. przez wbudowywanie elementów biernych w płytki obwodów drukowanych (PCB Printed Circuit Boards). Jest to zagadnienie istotne, gdyż we współczesnych układach liczba elementów biernych wielokrotnie przewyższa liczbę elementów aktywnych. Dlatego umiejscowienie znacznej części podzespołów biernych wewnątrz podłoża pozwala na około dwukrotne zmniejszenie powierzchni układu i poprawia jego właściwości elektryczne - np. skrócenie ścieżek przewodzących istotnie zmniejsza pojemności i indukcyjności pasożytnicze. Zastosowanie elementów wbudowanych prowadzi też do zmniejszenia liczby elementów do montażu i znacznej redukcji liczby połączeń lutowanych. Realizacja elementów testowych Obiektem badań były rezystory i kondensatory na powierzchni i wbudowane w płytki wielowarstwowe. Rezystory wykonano w technologii Ohmega-Ply [1-4]. Informacje zawarte w ogólnie dostępnych publikacjach i materiałach źródłowych [1, 4-7] wskazują, że jakość rezystorów formowanych tą metodą dorównuje rezystorom dyskretnym. Również parametry cewek planarnych pozwalają na ich aplikację np. we wbudowanych filtrach biernych [8, 9]. Dlatego wiele firm stosuje wbudowane elementy bierne w układach telekomunikacyjnych, w elektronice lotniczej, czy też urządzeniach pomiarowych. Ograniczeniem tej technologii jest niemożliwość uzyskania dużych wartości rezystancji. Lecz jej elastyczność pozwala na umieszczenie rezystorów w dowolnym obszarze płytki obwodu drukowanego (jako rezystorów powierzchniowych lub zagrzebanych), a bardzo małe rozmiary umożliwiają zmniejszenie zajętości płytki rezystorami do 5 10% całej powierzchni. W procesie Ohmega-Ply (rys.1), który jest metodą subtraktywną: a) na folię miedzianą (grubości 9, 17,5 lub 35 µm) nakłada się elektrochemicznie cienką amorficzną warstwę fosforku niklu NiP (o grubości od 0,05 do 1 µm), b) taką folię dwuwarstwową laminuje się do podłoża, np. do laminatu FR-4 (materiał rezystywny znajduje się między folią miedzianą a podłożem), c) metodą fotolitografii tworzona jest mozaika ścieżek, którą następnie trawi się (zastosowanie roztworu trawiącego jednocześnie Cu i NiP umożliwia usunięcie dwóch warstw w jednym procesie), d) trawione są obszary ścieżki odsłaniające rezystory o zaplanowanych wymiarach, e) opcjonalnie można nałożyć warstwę ochronną. Rys.1. Proces technologiczny Ohmega-Ply [1] W płytki obwodów drukowanych można wbudowywać także polimerowe rezystory grubowarstwowe [10-13], które posiadają nieco gorsze parametry użytkowe niż rezystory cienkowarstwowe - ich wytwarzanie to proces addytywny, bardziej przyjazny środowisku i nie ma tutaj ograniczenia wartości rezystancji realizowanej w układzie. Wykonanie kondensatorów wbudowanych w płytki obwodów drukowanych jest możliwe np. dzięki cienkim warstwom dielektrycznym (o grubości 8-24 µm) o stałej dielektrycznej z zakresu 4-30, umieszczonym między przewodzącymi foliami Cu o grubości typowej dla PCB [12-16]. Natomiast laminacja dwuwarstwowych folii rezystywnoprzewodzących (np. Ohmega-Ply ) do specjalizowanego cienkowarstwowego laminatu dielektrycznego (np. FaradFlex ) w połączeniu z metodą subtraktywną pozwala wbudowywać w PCB filtry RC [1, 14, 17]. Struktury rezystorów i kondensatorów testowych wykonano na laminacie FR-4. Do wytwarzania warstw rezystywnych wykorzystano folie NiP o rezystancji powierzchniowej 25 lub 100 Ω/kw, których grubość wynosi odpowiednio 0,4 lub 0,1 μm. Dla każdego wariantu wykonano struktury zawierające mozaiki ścieżek rezystywnych o 4 szerokościach: 0,25, 0,5, 1 oraz 1,5 mm. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 87 NR 10/

2 Przy ustalonej szerokości rezystory miały długość 1, 2 lub 4 kwadratów. Daje to 12 kombinacji topologicznych rezystorów typu prostokąt. Ścieżki przewodzące i pola kontaktowe stanowiła folia Cu o grubości 17,5 µm. Wbudowywanie elementów realizowano zabezpieczając je warstwami RCC (Resin Coated Copper jest to folia miedziana pokryta półutwardzoną żywicą epoksydową o grubości ok µm; pokrycie to łączy się z podłożem w procesie laminacji, w której żywica pełni rolę spoiwa; po procesie laminacji folia miedziana jest wytrawiana) lub warstwami LDP (Laser Drillable Pre-Preg jest to warstwa żywicy epoksydowej wzmocnionej siatką z włókna szklanego; oznacza, że użyto podwójnej warstwy typu 106; dzięki wykorzystaniu regularnej siatki materiał typu 106 jest wytrzymały mechanicznie, a mikrootwory, wykonane np. metodą ablacji laserowej, charakteryzują się dużą precyzją) rysunki 2 i 3. Rys.2. Struktura rezystora cienkowarstwowego na laminacie (bez pokrycia lub z pokryciem warstwą RCC lub LDP 2 106) Rys.3. Rezystory cienkowarstwowe 2 0,5 mm 2 (od lewej: bez pokrycia, pokryte warstwą LDP 2x106 i pokryte warstwą RCC) Natomiast do wykonania kondensatorów zagrzebanych (o powierzchni od 0,9 0,9 mm 2 do mm 2 ) wykorzystano materiały firmy Oak-Mitsui - BC24M (o powierzchniowej gęstości pojemności, C j = pf/cm 2 ) i BC12TM, dla którego C j = pf/cm 2 [14]. Na kondensatory nabudowano warstwę RCC. Charakteryzacja rezystorów cienkowarstwowych powierzchniowych i wbudowanych wpływ rozmiarów rezystora i materiału pokrycia na rezystancję powierzchniową Zależność rezystancji powierzchniowej rezystorów od rozmiarów struktury i materiału pokrycia ilustrują wyniki zawarte w tabelach 1 i 2. Tak dla folii o R równej 25 Ω/kw, jak i 100 Ω/kw rzeczywista wartość rezystancji powierzchniowej dla rezystorów niezabezpieczonych jest o kilka procent większa od wartości nominalnej. Może mieć to związek z grubością lub rezystywnością folii NiP. Rozrzut tej wartości jest na poziomie od 3% do 7% wartości średniej i nie zależy od długości ani od szerokości warstwy rezystywnej. Można stwierdzić, że także średnia wartość rezystancji powierzchniowej nie zależy od rozmiarów struktury. Tym samym efekt rozmiarowy (zależność rezystancji powierzchniowej od współczynnika kształtu rezystora) jest w przypadku tych struktur pomijalny. Ma to istotne znaczenie, gdyż upraszcza proces projektowania tego typu elementów. Natomiast pokrycie rezystorów z obu folii warstwami RCC lub LDP prowadzi do istotnej zmiany rezystancji powierzchniowej dla warstwy 25 Ω/kw jest to wzrost o około 14% przy obu pokryciach, dla warstwy 100 Ω/kw obserwuje się przyrost rezystancji rzędu 8-10% przy pokryciu LDP i prawie tę samą wartość R przy pokryciu rezystora o szerokości 0,5 mm i większej warstwą RCC. Pokrycie warstwą RCC powoduje nieco większy rozrzut wartości rezystancji struktur. Tabela 1. Wpływ rozmiarów rezystora i materiału pokrycia struktury na wartość rezystancji powierzchniowej struktur (warstwa o nominalnej R = 25 Ω/kw) Warstwa 25 Ω/kw Liczba Rozmiar Pokrycie kwadratów [mm 2 ] brak LDP2 106 RCC 0,25 0,25 26,68 32,98 32,11 1 0,5 0,5 26,60 31,97 31, ,19 31,23 30,39 1,5 1,5 26,64 31,32 29,30 5 0,25 26,48 31,87 31, ,5 26,74 31,56 30, ,40 30,46 30,05 3 1,5 26,43 30,85 29,66 1 0,25 27,43 31,45 31, ,5 27,04 30,98 30, ,08 30,97 30,01 6 1,5 27,19 31,34 29,37 Tabela 2. Wpływ rozmiarów rezystora i materiału pokrycia struktury na wartość rezystancji powierzchniowej struktur (warstwa o nominalnej R = 100 Ω/kw) Warstwa 100 Ω/kw Liczba Rozmiar Pokrycie kwadratów [mm 2 ] brak LDP2 106 RCC 0,25 0,25 108,75 121,66 115,37 1 0,5 0,5 105,65 115,64 108, ,81 102,29 1,5 1,5-112,22 101,64 5 0,25 106,96 119,01 113, ,5 106,02 115,55 107, ,66 103,71 3 1,5-110,16 101,86 1 0,25 110,25 118,08 113, ,5 107,84 114,06 107, ,50 112,04 104,00 6 1,5 105,58 112,83 104,13 Odporność impulsowa rezystorów foliowych - powierzchniowych i wbudowanych Wszystkie warianty topologiczno-technologiczne struktur rezystorów poddano narażeniom impulsowym. Test polegał na przepuszczeniu przez element dwóch identycznych impulsów elektrycznych o czasie trwania t imp = 1 ms, okresie T = 1 s i amplitudzie zależnej od typu rezystora. Po tych impulsach mierzono rezystancję elementu, zwiększano amplitudę o około 2% i powtarzano narażenie aż do momentu zniszczenia rezystora (rezystor uznawano za zniszczony, jeżeli w trakcie narażeń jego rezystancja zmieniła się o więcej niż 10% wartości początkowej lub gdy uległ on przepaleniu). Minimalne niszczące natężenie pola elektrycznego E, minimalną niszczącą powierzchniową gęstość mocy p S oraz minimalną niszczącą objętościową gęstość mocy p V wyznaczano z poniższych zależności: (1) (2) (3) (4) U BURN E l 2 U Pmin_ dest R Pmin_ dest ps l w Pmin_ dest pv l w t BURN po 40 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 87 NR 10/2011

3 gdzie U BURN amplituda impulsu niszczącego rezystor; P min_dest moc wydzielona w rezystorze w trakcie zniszczenia; l, w, t długość, szerokość i grubość rezystora; R po rezystancja rezystora przed zniszczeniem. Wartości minimalnej niszczącej powierzchniowej gęstości mocy p S, dla wszystkich wariantów topologicznokonstrukcyjnych, wykonanych z folii 25 Ω/kw i 100 Ω/kw zaprezentowano na rysunkach 4 i 5. Pokazują one, że wartości p S rosną przy zmniejszaniu się długości i szerokości rezystora i są wyraźnie większe dla rezystorów pokrytych warstwami RCC i LDP Z uwagi na zal. (1)-(4) podobne prawidłowości występują dla E i p V. Wartości p S rezystorów z folii 25 Ω/kw są około 4-5 razy większe niż dla rezystorów z folii 100 Ω/kw ale dla obu folii rezystywnych uzyskuje się bardzo zbliżone wartości p V, co należy wiązać z jednorodną strukturą folii rezystywnych (niezależną od ich grubości). testowanych rezystorów wykorzystano pomiary in-situ umożliwiające obserwację kinetyki procesu starzenia (pomiar w warunkach narażeń środowiskowych). Rys.6. Minimalne niszczące natężenie pola elektrycznego rezystor 0,5 0,25 mm 2 Rys.4. Minimalna niszcząca powierzchniowa gęstość mocy p S warstwy 25 Ω/kw Określono także wpływ czasu trwania impulsu (z zakresu aż 6 dekad od 10 µs do 10 s) na odporność impulsową rezystorów foliowych powierzchniowych i wbudowanych w płytki obwodów drukowanych. Badano struktury z warstw 100 Ω/kw o rozmiarach 0,5 0,25 mm 2 i 2 1 mm 2 (2 kw.) bez pokrycia, z pokryciem RCC i z pokryciem LDP Przykładowe wyniki zaprezentowano na rysunku 6. Można stwierdzić, że przy wydłużaniu czasu trwania impulsu odporność impulsowa (scharakteryzowana przez wartości E, p S, p V ) zmniejsza się liniowo w układzie log-log aż do czasu impulsu rzędu 0,1-1 sekunda po czym następuje stabilizacja, pozwalająca oszacować parametry obciążenia przy pracy ciągłej. Rys.5. Minimalna niszcząca powierzchniowa gęstość mocy p S warstwy 100 Ω/kw Stabilność długoczasowa Większość badań stabilności długoczasowej opiera się na tzw. metodzie ex-situ (przetrzymanie struktur w podwyższonej temperaturze, często z dodatkowymi narażeniami środowiskowymi i przerwanie procesu starzenia na czas pomiaru prowadzonego w temperaturze pokojowej). Natomiast do określenia stabilności Badano rezystory o wymiarach 1 1 mm 2 lub 4 1 mm 2, wykonane z folii NiP 25 Ω/. Część struktur pokryto warstwą ochronną LDP 2x106 lub RCC. Do narażeń temperaturowych wykorzystano regulowaną płytę grzejną HP-801 z kontrolerem ATM121. Ze względu na rezystancję termiczną podłoża FR-4 sterowanie stolikiem oraz kontrola temperatury odbywały się za pośrednictwem dwóch termorezystorów Pt100 montowanych na powierzchni płytki testowej, w celu zapewnienia wymaganej wartości oraz odpowiedniej stabilności temperatury procesu. Do pomiarów rezystancji wykorzystano sondy pomiarowe klasy drugiej o stykach igły powlekanych złotem. Pomiar rezystancji odbywał się za pośrednictwem systemu akwizycji danych Agilent HP 34970A. Multimetr podłączono do komputera PC za pomocą konektora RS-232. Konfigurację urządzenia oraz rejestrację wyników prowadzono za pomocą programu Agilent BenchLink Data Logger 3. Dla każdego z 8 kanałów stosowano dwupunktowy pomiar rezystancji z rozdzielczością 6,5 cyfry i dziesięciominutowym odstępem między kolejnymi pomiarami. Dla każdej struktury przeprowadzono narażenia w temperaturze 100, 130 lub 160 C w czasie minimum 30 godzin. Przykładowe wyniki procentowych zmian rezystancji ΔR/R 0 w funkcji czasu procesu przedstawiono na rysunku 7. Na osi czasu zastosowano skalę logarytmiczną, aby dokonać analizy obserwowanych zmian wykorzystując informacje dostępne w literaturze [18-20]. Zmiany rezystancji podczas procesu starzenia w każdym przypadku były dodatnie i zwiększały się wraz ze wzrostem temperatury procesu. Po 70 godzinach w temperaturze 160 C nie przekraczały one 2%. W każdej temperaturze rezystory bez pokrycia wykazywały mniejsze zmiany niż struktury pokryte warstwą LDP 2x106. W niższej temperaturze (100 C, 130 C) elementy pokryte warstwą RCC wykazują największy dryft, natomiast w 160 C najmniejszy. Średnie zmiany rezystancji po czasie 30 godzin przedstawiono na rysunku 8. Otrzymane wyniki wskazują, że zmiany rezystancji w funkcji czasu i temperatury mogą być aproksymowane poniższym wyrażeniem R n E (5) A t exp R k T 0 które zakłada obecność (dominację) jednego mechanizmu starzenia. Wyznaczono wartości wykładnika n dla każdego badanego wariantu struktury oraz parametru procesu wyniki przedstawiono w tabeli 3. Większość wyników wskazuje wartość n bliską 0,5. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 87 NR 10/

4 160 C 4 kwadraty, rezystory bez pokrycia R1 R2 R5 R6 Tabela 3. Wartości wykładnika n dla rezystorów 1 1 mm 2 lub 4 1 mm 2 z folii NiP 25 Ω/kw w zależności od temperatury procesu starzenia bez pokrycia LDP 2x106 RCC 1 kw. 4 kw. 1 kw. 4 kw. 1 kw. 4 kw ,56 0,57 0,47 0,44 0,38 0,45 T[ C] 130 0,46 0,43 0,43 0,39 0,56 0, ,39 0,64 0,59 0,73 0,67 0,54 rezystory bez pokrycia 1kw 4kw czas [h] 160 C 4 kwadraty, pokrycie LDP 2x106 R1 R2 R5 R6 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 1/T 10 3 [1/K] struktury pokryte warstwą LDP 2x czas [h] 160 C 4 kwadraty, pokrycie RCC R1 R2 R5 R6 1kw 4kw 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 1/T 10 3 [1/K] struktury pokryte warstwą RCC czas [h] Rys.7. Względne zmiany rezystancji rezystorów 4 1 mm 2 z folii NiP 25 Ω/kw starzonych w temperaturze 160 C 1kw 4kw 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 1/T 10 3 [1/K] Rys.9. Wykresy Arrheniusa dla rezystorów 1 1 mm 2 i 4 1 mm 2 z folii NiP 25 Ω/kw po 30 godzinach starzenia w 100 C, 130 C lub 160 C Rys.8. Względne zmiany rezystancji po 30 godzinach procesu starzenia wysokotemperaturowego w funkcji temperatury starzenia 42 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 87 NR 10/2011

5 Podstawowe parametry elektryczne i stabilność długoczasowa kondensatorów wbudowanych w płytki obwodów drukowanych Pomiary właściwości elektrycznych kondensatorów wbudowanych wykonano analizatorem impedancji Agilent 4294A stosując metodę spektroskopii impedancyjnej. Dzięki specjalnie skonstruowanym elektrodom pomiarowym pomiary widm impedancji przeprowadzono w zakresie częstotliwości od 1 khz do 110 MHz. Dla każdego dielektryka i każdej z 6 analizowanych powierzchni struktur mierzono parametry 18 kondensatorów. Przeprowadzono kolejno pomiary struktur niestarzonych (0), przetrzymanych przez 150 h w temperaturze 100 C (1), przetrzymywanych przez 150 h w podwyższonej temperaturze (60 C) i wilgotności względnej (95% RH) (2) i ponownie narażonych na podwyższoną temperaturę h, 140 C (3). Wpływ narażeń starzeniowych na zmiany widm impedancyjnych będzie przedmiotem odrębnej publikacji. Natomiast poniżej skupiono się na parametrach kondensatorów określonych dla ustalonej częstotliwości pomiarowej (f = 1 MHz). Wartość pojemności (tab. 4 i 5) odbiega od wynikającej z karty katalogowej zastosowanych dielektryków. W wypadku dielektryka BC12TM (zawierającego wypełniacz podwyższający stałą dielektryczną) są to rozbieżności -10% przy dużych powierzchniach kondensatora i -20% przy małych. Dla dielektryka BC24M jest to około -4% dla dużych struktur i +6% dla małych. Współczynnik stratności (D) jest na akceptowalnym poziomie 1,3% w kondensatorach z dielektrykiem BC12TM i 2% przy zastosowaniu dielektryka BC24M. Nieznacznie on wzrasta wraz ze zmniejszaniem rozmiaru planarnego. Takie wyniki sugerują, że przed projektowaniem tego typu kondensatorów nie należy się tylko opierać na danych katalogowych, lecz przetestować technologię w będących do dyspozycji warunkach. Ale znacznie istotniejszy wydaje się być niewielki rozrzut statystyczny uzyskiwanych parametrów odchylenie średnie kwadratowe pojemności jest na poziomie 1% dla dużych struktur i 3% dla małych. Tabela 4. Parametry kondensatorów z dielektrykiem BC12TM (dla f = 1 MHz) Rozmiar Dielektryk BC12TM struktury C [pf] δ Cproj D [mm 2 ] proj. wyk. 0,9 0,9 5,265 4,224-19,8 0,0152 1,75 1,75 19,91 17,14-13,9 0,0147 2,5 62,5 145, , ,5 145,8-10,3 0, ,5 162,5 145,5-10,5 0, ,3 0,0126 Tabela 4. Parametry kondensatorów z dielektrykiem BC24M (dla f = 1 MHz) Rozmiar Dielektryk BC24M struktury C [pf] δ Cproj D [mm 2 ] proj. wyk. 0,9 0,9 1,458 1,547 6,1 0,0211 1,75 1,75 5,513 5,515 0,1 0,0213 2, ,00 43,67-2,9 0, ,00 43,39-3,6 0, ,5 45,00 43,44-3,5 0, ,8 339,3-3,8 0,0193 Względne zmiany pojemności ( C) oraz jej odchylenia standardowe po kolejnych narażeniach temperaturowych lub temperaturowo-wilgotnościowych zebrano na rysunku 10. Widoczny jest początkowy spadek pojemności (bardziej zauważalny dla elementów małych rozmiarów), wzrost po narażeniach wilgotnościowo-temperaturowych i ponowny spadek po wygrzaniu w podwyższonej temperaturze. Można to powiązać ze zmianą zawartości wody w warstwie dielektryka, która z kolei prowadzi do zmian przenikalności elektrycznej materiału. Oba rodzaje dielektryka zachowują się podobnie zaś odchylenia standardowe wartości pojemności pozostają praktycznie na tym samym poziomie. Rys.10. Wpływ kolejnych narażeń środowiskowych na względne zmiany pojemności kondensatorów wbudowanych z dielektrykiem BC12TM lub BC24M Wyniki podobnej analizy współczynnika strat kondensatorów przedstawia rysunek 11. Zaobserwować można nieco większe niż przy pojemności zmiany wartości średniej współczynnika strat kondensatorów i znacznie większe zmiany odchyleń standardowych tego parametru. Może na to wpływać pogorszenie jakości otworów przelotowych w PCB i zwiększająca się rezystancja styku między sondami pomiarowymi a warstwą korodującej metalizacji pól kontaktowych na płytce obwodu drukowanego. Podsumowanie Stosując elementy bierne (cienkowarstwowe rezystory foliowe, kondensatory) wbudowane w płytki obwodów drukowanych należy się liczyć z trudnością z doregulowywaniem takich elementów do wartości wymaganych w układach (systemach) elektronicznych, w których przewiduje się je zastosować. Dlatego w prezentowanych badaniach dużą uwagę zwrócono na odtwarzalność parametrów oferowanych w kartach katalogowych. Pokazano, że parametry te odbiegają o kilka-kilkanaście procent od oferowanych przez producenta materiałów wyjściowych. Powoduje to konieczność przetestowania ich przez potencjalnego wytwórcę wielowarstwowych płytek obwodów drukowanych z wbudowanymi podzespołami biernymi we własnym zakresie. Ale bardzo istotny jest stosunkowo niewielki rozrzut wartości parametrów tych elementów. Ponadto, jak pokazały badania odporności impulsowej i stabilności PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 87 NR 10/

6 długoczasowej, jakość wbudowanych cienkowarstwowych rezystorów foliowych i kondensatorów jest porównywalna z typowymi elementami do montażu powierzchniowego. Dlatego wykonywane na życzenie wielowarstwowe płytki drukowane z wbudowanymi w nie podzespołami biernymi mogą być interesującą alternatywą dla producentów miniaturyzowanych układów elektronicznych, także w odniesieniu do małych i średnich przedsiębiorstw krajowych branży elektronicznej. Rys.11. Wpływ kolejnych narażeń środowiskowych na względne zmiany współczynnika stratności kondensatorów wbudowanych z dielektrykiem BC12TM lub BC24M Badania wykonano w ramach projektu rozwojowego: Technologia doświadczalna wbudowywania elementów rezystywnych i pojemnościowych wewnątrz płytki drukowanej Program POIG, Priorytet 1, Działanie 1.3. Wsparcie projektów B+R, Poddziałanie Projekty Rozwojowe - umowa UDA-POIG /08-00 z dnia r., nr projektu: POIG /08 oraz w ramach działalności statutowej Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej (zlec W12 i W12). LITERATURA [1] (Ohmega Technologies Inc. website) [2] Bhattacharya S.K., Tummala R.R., Next generation integral passives: materials, processes, and integration of resistors and capacitors on PWB substrates, J. Mater. Sci.: Mater. in Electronics, 11 (2000), [3] Hackiewicz H., Kozioł G., Technologie wbudowywania rezystorów w wielowarstwowe płytki drukowane, Elektronika, 43/11 (listopad 2002), [4] Józenków T., Dziedzic A., Borecki J., Kozioł G., Electrical and stability properties of thin-film resistors embedded in printed circuit boards, Elektronika, 48/12 (grudzień 2007), [5] Ulrich R.K., Schaper L.W. (editors), Integrated Passive Component Technology, Wiley Interscience IEEE Press, 2003 [6] Jackson M., Pecht M., Soon Book Lee, Sandborn P., Integral, Embedded, and Buried Passive Technology, CALCE, Univ. of Maryland (USA), 2003, 148 p. [7] Stęplewski W., Borecki J., Kozioł G., Araźna A., Dziedzic A., Markowski P., Influence of selected constructional and technological factors on tolerance and stability of thin-film resistors embedded in PCBs, Elektronika, 52/3 (marzec 2011), [8] O Reilly S., Duffy M., McCloskey P., Ott T., O Donnell K., O Mathuna C., Characterisation of embedded filters in advanced printed wiring boards, Microelectron. Reliab., 41 (2001), [9] Bąk M., Dudek M., Dziedzic A., Chosen electrical and stability properties of surface and embedded planar PCB inductors, Proc. 31 st Int. Spring Seminar on Electronics Technology, Budapest (Hungary), May 2008, [10] Dziedzic A., Grubowarstwowe rezystywne mikrokompozyty polimerowo-węglowe, Oficyna Wydawnicza Pol. Wrocławskiej, Wrocław 2001, 152 s. [11] Dziedzic A., Electrical and structural investigations in reliability characterisation of modern passives and passive integrated components, Microelectronics Reliab., 42 (2002), [12] Jillek W., Yung W.K.C., Embedded components in printed circuit boards: a processing technology review, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 25 (2005), [13] Ostmann A., Neumann A., Sommer P., Reichl H., Buried components in printed circuit boards, Adv. Microelectronics, 32/3 (May/June 2005), [14] (Oak-Mitsui Technologies webside) [15] Hackiewicz H., Kozioł G., Technologie wbudowywania kondensatorów w wielowarstwowe płytki drukowane, Elektronika, 43/11 (listopad 2002), [16] Alam M.A., Azarian M.H., Osterman M., Pecht M., Temperature and voltage ageing effects on electrical conduction mechanism in epoxy-batio 3 composite dielectric used in embedded capacitors, Microelectron. Reliab., 51 (2011), [17] Lee H.F., Chan C.Y., Tang C.S., Embedding capacitors and resistors into printed circuit boards using a sequential lamination technique, J. Materials Processing Technology, 207 (2008), [18] Coleman M., Ageing mechanisms and stability in thick film resistors, Proc. 4th European Hybrid Microelectronics Conference 1983, Copenhagen, [19] Au C.L., Anderson W.A., Schmitz D.A., Flassayer J.C., Collins F.M., Stability of tantalum nitride thin film resistors, J. Mater. Res., 5 (1990), [20] Kuehl R.W., Stability of thin film resistors prediction and differences base on time-dependent Arrhenius law, Microelectronics Reliab., 49 (2009), [21] Nitsch K., Zastosowanie spektroskopii impedancyjnej w badaniach materiałów elektronicznych, Of. Wydawnicza Pol. Wrocławskiej, Wrocław 1999, 115 s. Autorzy: prof. dr hab. inż. Andrzej Dziedzic, Politechnika andrzej.dziedzic@pwr.wroc.pl; inż. Adam Kłossowicz, Politechnika @student.pwr.wroc.pl; inż. Paweł Winiarski, Politechnika @student.pwr.wroc.pl; prof. dr hab. inż. Karol Nitsch, Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, ul. Z. karol.nitsch@pwr.wroc.pl; dr inż. Tomasz Piasecki, Politechnika tomasz.piasecki@pwr.wroc.pl; dr inż. Grażyna Kozioł, Instytut Telei Radiotechniczny, ul. Ratuszowa 11, Warszawa, grazyna.koziol@itr.org.pl; mgr inż. Wojciech Stęplewski, Instytut Tele- i Radiotechniczny, ul. Ratuszowa 11, Warszawa, E- mail: wojciech.steplewski@pwr.wroc.pl 44 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 87 NR 10/2011