一种基于TaN薄膜的高功率集成电阻器的制作方法

本实用新型涉及电阻器，尤其涉及一种基于TaN薄膜的高功率集成电阻器。

背景技术：

微波匹配负载广泛应用于微波电路和组件中起着吸收不需要的微波功率、保护系统的作用。目前，基于厚膜技术的微波匹配负载电阻已经广泛被使用在微波电路中，然而随着电了系统工作频率升高，厚膜技术的微波匹配负载由于趋肤效应而不能应用于更高的频率，此时基于薄膜技术的薄膜匹配负载电阻更适合在高频的宽频应用领域，使用薄膜匹配负载电阻由于具有白钝化、低电阻温度系数等优点，成为薄膜型匹配负载器件的首选。然而，现有技术在薄膜匹配负载电阻方面，特别是在高频大功率的薄膜匹配负载器件方面，研究较少，更未见有产品出现，因此函需开发设计薄膜匹配负载器件，进而满足业内对高频大功率薄膜匹配负载的应用需求。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针现有技术的不足，提供一种具有优良的功率承载能力，进而满足大功率应用需求的集成电阻器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。

一种基于TaN薄膜的高功率集成电阻器，其包括有基板，所述基板上设有第一金属电极、第二金属电极和TaN薄膜，所述TaN薄膜呈半圆环状，所述第二金属电极开设有半圆形的凹口，所述TaN薄膜的外圆边缘与所述凹口的内圆边缘相贴合，以令所述TaN薄膜与第二金属电极电性连接，所述第一金属电极包括有第一竖直支臂、水平支臂、第二竖直支臂和半圆形支臂，所述第一竖直支臂和第二竖直支臂分别设于水平支臂的两侧，且所述第一竖直支臂和第二竖直支臂均垂直于水平支臂，所述半圆形支臂设于第二竖直支臂远离水平支臂的一端，且所述第二竖直支臂垂直于半圆形支臂的直径边，所述半圆形支臂外圆边缘与TaN薄膜的内圆边缘相贴合，以令所述TaN薄膜与第一金属电极电性连接。

优选地，所述第一竖直支臂、水平支臂、第二竖直支臂和半圆形支臂一体成型。

优选地，所述基板是尺寸为10mm*10mm的陶瓷基板。

优选地，所述TaN薄膜的外圆直径和凹口的内圆直径均为8mm，所述TaN薄膜的内圆直径和半圆形支臂的外圆直径均为1.5mm。

优选地，所述第二金属电极、TaN薄膜和半圆形支臂形成宽度为5mm的长方形。

本实用新型公开的高功率集成电阻器中，作为负载电阻的TaN薄膜呈半圆环形，而TaN薄膜的两侧分别设置了相应形状的第一金属电极和第二金属电极，进而实现电极匹配，本实用新型结合实测与调整，对金属电极匹配结构进行了优化，在满足宽频带范围微波性能的同时，满足大功率应用需求。

附图说明

图1为本实用新型高功率集成电阻器的结构示意图。

图2为本实用新型高功率集成电阻器的电压驻波比仿真测试曲线图。

图3为本实用新型高功率集成电阻器的功率负载测试曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作更加详细的描述。

本实用新型公开了一种基于TaN薄膜的高功率集成电阻器，如图1所示，其包括有基板1，所述基板1上设有第一金属电极2、第二金属电极3和TaN薄膜4，所述TaN薄膜4呈半圆环状，所述第二金属电极3开设有半圆形的凹口5，所述TaN薄膜4的外圆边缘与所述凹口5的内圆边缘相贴合，以令所述TaN薄膜4与第二金属电极3电性连接，所述第一金属电极2包括有第一竖直支臂6、水平支臂7、第二竖直支臂8和半圆形支臂9，所述第一竖直支臂6和第二竖直支臂8分别设于水平支臂7的两侧，且所述第一竖直支臂6和第二竖直支臂8均垂直于水平支臂7，所述半圆形支臂9设于第二竖直支臂8远离水平支臂7的一端，且所述第二竖直支臂8垂直于半圆形支臂9的直径边，所述半圆形支臂9外圆边缘与TaN薄膜4的内圆边缘相贴合，以令所述TaN薄膜4与第一金属电极2电性连接。

上述高功率集成电阻器中，作为负载电阻的TaN薄膜4呈半圆环形，而TaN薄膜4的两侧分别设置了相应形状的第一金属电极2和第二金属电极3，进而实现电极匹配，本实用新型结合实测与调整，对金属电极匹配结构进行了优化，在满足宽频带范围微波性能的同时，满足大功率应用需求。

关于具体的实现过程，本实施例在设计TaN薄膜匹配负载器件时，首先根据负载的承受功率计算出电阻膜的尺寸，预留一定的功率裕量，以延长器件满功率负荷时的工作寿命，然后设计阻抗匹配电路，基板的厚度对匹配负载在工作频率内的阻抗变化有很大影响，因此选择合适的基板厚度，可以降低匹配的复杂度，达到小型化的目的，计算出匹配负载的输入阻抗后，可以采用简化实频数据法来设计阻抗匹配电路，其方法是直接选取工作频率范围内的若干有代表性的阻抗点，在smith圆图中用不同特性阻抗的微带传输线进行匹配，使得电压驻波比小于一定的值，从而确定匹配网络的结构，进而对匹配结构进行优化，满足宽带范围内的微波性能。

本实施例中，所述第一竖直支臂6、水平支臂7、第二竖直支臂8和半圆形支臂9一体成型。

作为一种优选方式，所述基板1是尺寸为10mm*10mm的陶瓷基板。所述TaN薄膜4的外圆直径和凹口5的内圆直径均为8mm，所述TaN薄膜4的内圆直径和半圆形支臂9的外圆直径均为1.5mm。

本实施例中，所述第二金属电极3、TaN薄膜4和半圆形支臂9形成宽度为5mm的长方形。进一步地，所述第一竖直支臂6的宽度为2mm，所述水平支臂7的宽度为1mm，所述第二竖直支臂8的宽度为2mm。

本实施例中，采用安捷伦N5234a矢量网络分析仪对所制作的匹配负载器件进行了微波性能测试，测试前进行了SOLT校准。为了测试器件的功率特性，采用DH1716直流稳压电源对匹配负载器件加载指定的直流功率，加载功率过程中，采用TM-902数字点温计测试TaN电阻薄膜表面温度，并用吉时利2400表和2182表来测试加载功率时TaN薄膜的电流和电压，从而计算出电阻变化。

关于测试结果，请参照图2，进行电压驻波比仿真与测试之后可知，在频率30GHz-35GHz范围内电压驻波比小于1.3，从而满足设计要求。其中，所制备的器件与仿真结果均基本一致，但是仍存在一定的误差，其原因主要有三点:一是因为匹配负载的基板厚度加工精度不能精确控制，经过仿真验证，基板厚度变化对电压驻波比影响较大，从而引起测试结果与仿真结果不一致。二是匹配电极太小，最小达到0.1mm的宽带，丝网印刷电极后，银浆在固化前难免变形，进而引起仿真与测试误差。三是掩膜对准过程中，肉眼难免产生偏差，因此存在对准误差。为了提高器件的成品率，可以通过三种方法进行改善:一是在设计基板厚度时选择一个合适的厚度，使厚度的变化对仿真结果基本不产生影响。二是对于匹配网络的选择，可以使用稍复杂的网络来减少对高特性阻抗的传输线的使用，减少工艺的复杂度。三是可以利用光刻工艺来制备匹配电极和电阻膜，减小对准误差。

请参照图3，为电阻器加载功率时，从电阻器负载表面的最高温度和电阻值测试结果图可以看出，开始加载功率100W时，电阻膜表面的温度急剧上升，lOmin后，温度逐步趋于平坦，最高温度达到1070C，没有超过1250C。一般认为TaN薄膜在1250C下可以正常工作，不会被烧毁，因此，表明所制作的负载能承受100W的功率而不会被烧毁。电阻的测试结果表明，加载功率前后，TaN薄膜直流电阻从50.352变化到51S2，相对变化率为1.4％，表明加载功率对器件的电阻值影响不大。

以上所述只是本实用新型较佳的实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本实用新型所保护的范围内。