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薄膜抵抗変化の抵抗増加の判断について

2019/07/27 11:40

多結晶金属合金薄膜抵抗の熱処理前後の抵抗変化を測定しています。多結晶金属合金薄膜は、厚さ10nmでSi基板上のCVD酸化膜に挟まった構造になっており、Al配線、Auワイヤーを介してリード端子（鉛フリーはんだめっき付）につなげています。その後、リード端子以外はエポキシ樹脂で封ししました。抵抗値200Ω、500Ω、1000Ωの3種類で断面積は同じで長さで抵抗値を調整しています。
質問ですが、大気雰囲気で180℃5時間の熱力処理後、常温で抵抗値を測定すると3種類の抵抗値がそれぞれ約2%高くなりました。即ち、200Ω→204Ω、500Ω→510Ω、1000Ω→1020Ω程度になりましたが、同時にリードの酸化が起きている事が確認され抵抗増加が多結晶金属合金薄膜の抵抗増加なのか、リードの酸化によるものか区別できなくなって困っています。リードの酸化なら異なる抵抗値に関係なく同じ抵抗値が増加すると考えていますがどうでしょうか。また、測定系のバラツキは一定量あると考えられますが、抵抗値に依存して測定系のバラツキも大きくなるのでしょうか

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2019/07/27 12:20
回答No.1

実施されている抵抗測定が４端子測定系であれば
基本リード酸化の影響は無視できるかと思います。
測定系ばらつきは４端子測定系でFETヘッドアンプ載せていれば
温度オフセット特性以外それほど心配しなくても良いかと思いますが
（当然電源ONから１時間程度経ってから測定します。）
測定電流がｐAなどのオーダーになれば測定系のバラツキも
無視できない領域になってしまうと思います。

金属化合物薄膜の挙動は様々ですので
ご質問内容からでは推測できず軽々しい回答は控えさせて頂きますが
エポキシ封止ストレスだけでも抵抗値に偏差が出ることはありますので
一度高純度シリコーンゲルポッティングを行ってからの封止で
試されて見てはいかがでしょうか。

補足

ご回答有難う御座います。
数Ω程度の場合は4端子測定を行いますが、今回は抵抗値が数百Ωですので4端子測定は行っていません。また、抵抗測定は、1mA印加時の電圧測定で計算しました。電流印加後、100msec待って測定し、連続2回行いました。その2回測定での抵抗値は、10mΩ桁でばらつきました。

2019/07/27 16:30

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その他の回答 （4件中 1～4件目)

2019/07/27 15:08
回答No.4

＞リードの酸化によるものか区別できなく

問答無用でリードの酸化による抵抗増加を実測するだけの話でしょ？
推定ではリードの酸化による抵抗変化はミリオーム単位と思うが？

多結晶金属合金薄膜抵抗体でなく普通の銅板とかにリード線貼り付けて
熱処理炉に入れるだけじゃん？

それとも実測できない理由でもあるのでしょうか？
実測するのに莫大な経費が掛かるとか？
実測するのは別会社なので指令系統的にムリとか？
質問者さんは多重派遣、熱処理炉運転員も別系統の多重派遣とか良くある話

大気雰囲気なら熱処理炉なんて大げさなものでなくとも
半田ゴテで十分再現可能なんだけど？

勤務先でなく自宅ででも再現実験可能だよ　＜ 今日中に結果出せるよ

補足

ご回答ありがとう御座います。
おっしゃるとおりリードの酸化による抵抗増加値はご指摘の方法で実測できます。既にサンプルは準備できていますので、同じ環境で測定する予定です。

2019/07/27 17:12

お礼する質問者
2019/07/27 13:32
回答No.3

>>測定系のバラツキ
電気系の測定は、多くの場合「レンジの○％」という形で測定精度を掲げる測定機が多いです。よって、もし200Ω、500Ω、1000Ωでそれぞれ測定レンジを切り替えているなら、抵抗値に依存して測定の精度が低下するとはいえます。

ただ測定のばらつきというのはそんなに安定して出ないものなので、同一ワークを複数回測定しても値が変化しないなら、測定誤差は除外してもいいのではないかとおもいます。
逆に204Ω、198Ω、205Ω、195Ωのようにばらつくなら、測定側の精度問題が懸念されます。

お礼する質問者
2019/07/27 12:53
回答No.2

＞リードの酸化によるものか区別できなくなって困っています。
記載なさった現象から推測すると、多結晶金属合金薄膜抵抗の抵抗値が変化している可能性が高そうに思います。
リード線の断面及び長さはどの程度なのでしょうか？例えば、リード線の抵抗値が20Ω増加するとしたら、リード線の断面厚さがどれほど減少（酸化による断面欠損）するか試算してみれば、ある程度見通しを立てられるのではないでしょうか。

＞測定系のバラツキは一定量あると考えられますが、抵抗値に依存して測定系のバラツキも大きくなるのでしょうか
測定系の原理次第ですね。バラツキと書いていらっしゃいますが、測定値の不確かさと表記した方が適切なように思います。繰り返し再現性の問題であれば、複数回繰返し測定して統計処理すれば、バラツキは圧縮できます。最も注意が必要なのは、抵抗値200Ω、500Ω、1000Ωの測定において、全部を同一レンジで測っているかどうかと思います。

補足

ご回答有難う御座います。
リードは2mm径で長さは5cm程度です。表面に鉛フリー半田でめっきしています。めっき厚は分りません。そのリードは測定器とワニ口クリップでつなぎますので酸化膜が破れている考えていましたが、すずが鉛よりも酸化し易いと聞きましたので心配になりました。
抵抗測定は、1mA印加時の電圧測定で計算しました。電流印加後、100msec待って測定し、連続2回行いました。その2回測定での抵抗値は、10mΩ桁でばらつきました。測定レンジは自動で切り替わりますが、電流印加測定ですので同じレンジだと思います。

2019/07/27 16:42

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