СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗИСТИВНОЙ ПЛЕНКИ Российский патент 2000 года по МПК H01C7/00 H01C17/02 H05B3/12 

Изобретение относится к электротехнике, а конкретно к составам для получения толстых резистивных пленок, содержащих кремний и металл, и может быть использовано для изготовления толстопленочных резисторов, а также пленочных электронагревателей.

Известны составы для получения пленочных резисторов, содержащие металлы и их смеси и сплавы (см. Материалы для производства изделий электронной техники. Москва. "Высшая школа". 1987, с. 99-100). При этом в качестве металла используют преимущественно тугоплавкие, благородные и другие дефицитные металлы, их смеси и сплавы. Однако получение пленочных резисторов из указанных составов требует сложной и дорогостоящей вакуумной технологии. В частности, получение металлосилицидных пленок требует применения специальных сплавов кремния с металлами или металлосилицидов и дорогостоящей вакуумной технологии.

Известен состав для изготовления толстопленочного резистора, содержащий токопроводящий порошок и модифицирующую добавку (см.Патент Японии N 3-19681, МКИ H 01 C 17/06, 7/00, опубл. 04.03.87). В известном составе токопроводящий порошок (силицид) и модифицирующую добавку (невосстанавливаемое стекло) расплавляют для получения покрытия силицида стеклом, а затем полученную фритту подвергают измельчению с целью получения порошкообразного материала для нанесения резистивного слоя с последующим спеканием. В силу этого известный состав требует сложной энергоемкой технологии получения, что ограничивает его применение.

Наиболее близкой к заявляемому составу является паста для нанесения толстопленочного резистора, содержащая порошок алюминия (см. патент Японии N 2-40201, H 01 C 7/00, опубл. 25.04.86). В известной пасте образование резистивной пленки осуществляется рутением и свинцом, а алюминий и кремний служат для стеклообразования, формируясь в оксиды при спекании. Применение чистых порошков металлов, включая рутений, ограничивает применение известной пасты. В толстой резистивной пленке основным токопроводящим компонентом является оксид рутения. Применение пасты требует специальной подложки, что ограничивает ее применение.

Заявляемое изобретение решает задачу получения толстой резистивной пленки, содержащей кремний и алюминий, созданием состава, при нанесении которого на кремнеземсодержащую подложку при обжиге на воздухе формируется резистивная пленка, используемая в качестве основы толстопленочного резистора или токопроводящей пленки пленочного электронагревателя. Получаемая пленка характеризуется высокими прочностными свойствами, высокой адгезией к подложке и влагостойкостью, хорошими электрофизическими свойствами. Решение поставленной задачи и достижение указанных технических результатов обеспечивается тем, что в состав для получения резистивной пленки, включающий порошок алюминия, дополнительно введен азотнокислый натрий или азотнокислый калий, а компоненты состава взяты при следующем соотношении, в массовых процентах.

Азотнокислый натрий или азотнокислый калий - 7-80
Порошок алюминия - 20-93
Согласно изобретению формирование резистивной пленки на кремнеземсодержащей подложке из слоя дисперсных алюминия и азотнокислого натрия (калия) происходит следующим образом. При обжиге порошок алюминия расплавляется и, взаимодействуя, по-видимому, с расплавом соли азотнокислого натрия (калия) и продуктами ее разложения, восстанавливает кремний из кремнеземсодержащей подложки. В результате реакции восстановления формируется толстая резистивная пленка, состоящая в основном из кристаллических и поликристаллических частиц алюминия и кремния. В зависимости от состава подложки, условий обжига в состав пленки может входить стеклофаза и кристаллы оксида алюминия, получающиеся из материала подложки и за счет окисления алюминия. Конкретный состав примесей в резистивной пленке определяется составом подложки, соотношение количеств алюминия и кремния определяется количеством последнего в подложке, пористостью подложки, количеством восстановителя - алюминия, температурой и временем обжига. Реакция восстановления кремния алюминием идет от поверхности вглубь подложки. В результате этого получаемая резистивная пленка имеет высокую адгезионную прочность (наблюдается когезионное разрушение по слою подложки), высокие прочностные свойства, стойкость к истиранию, атмосферо- и влагостойкость и не изменяет своих электрофизических свойств при длительном воздействии влаги.

Количественные пределы компонентов заявляемого состава определяются возможностью получения однородной сплошной бездефектной пленки. При превышении или недостатке компонента состава по отношению к заявляемому соотношению резистивная пленка либо не образуется, либо содержит дефекты сплошности и однородности. Важнейшим условием получения резистивной пленки является наличие в подложке не менее 5 мас. % кремнезема.

Заявляемый состав используется в виде:
- смеси порошков алюминия и хлорида аммония;
- в виде пасты, при добавлении к порошкообразному составу временного связующего;
- в виде суспензии порошка алюминия в растворе хлорида аммония.

Состав приготавливают: перемешиванием порошков до однородной массы: получением раствора хлорида аммония и введением в него порошка алюминия до однородной массы; смешиванием порошков компонент и связующего до однородной массы.

Нанесение состава осуществляется на воздухе намазыванием, окунанием, распылением и т.п. до достижения однородного слоя заданной толщины.

При нанесении из суспензии слой перед обжигом может быть подвергнут сушке. При нанесении слоя из пасты слой подвергают термообработке с целью выгорания органики. Обжиг заготовок осуществляют при температурах 800-1100^oC в течение 20-120 минут.

В таблице приведены примеры заявляемого состава (NN 3-9) и примеры по обоснованию выбора его граничных значений (NN 1, 2, 10, 11).

Составы наносились на подложки в виде смесей порошков слоем 0,2-0,3 мм. Для получения составов использовали порошок алюминия по ГОСТ 6058-73, азотнокислый натрий по ГОСТ 4168-66, азотнокислый калий по ГОСТ 4144-79.

В качестве подложек использовали плитку для пола по ГОСТ 6787-80, керамические фасадные плитки по ГОСТ 13996-84, плитки, полученные формованием оксида алюминия с добавками алюмоборосиликатного стекла и т.п.

Обжиг заготовок (подложек со слоем) осуществляли на воздухе при температуре 850^oC в течение 60 минут.

Свойства толстых резистивных пленок приведены в таблице.

Сформированные пленки имели толщину 80-100 мкм. При попытках отслаивания пленок наблюдалось разрушение по материалу подложки.

По примеру N 7 были изготовлены пленочные электронагреватели со следующими параметрами: площадь 380 см², номинальная мощность 35 Вт, рабочее напряжение переменного тока 220 В, удельное электросопротивление 1500 Ом/квадрат, температурный коэффициент сопротивления - 1,9•10^-3 C^-1. Рабочая температура 70^oC.

Нагреватели эксплуатировались в течение 1000 часов на воздухе и в течение 100 часов в воде. После испытаний изменений электрофизических и физико-механических свойств толстых резистивных пленок не обнаружено.

Изобретение относится к составам для получения толстых резистивных пленок, используемых в толстопленочных резисторах и пленочных электронагревателях. Пленку, обладающую высокой адгезионной прочностью и влагостойкостью, получают обжигом заготовки, состоящей из кремнеземсодержащей подложки и слоя, нанесенного из заявляемого состава, содержащего 7-80 мас.% азотнокислого натрия или азотнокислого калия и 20-93 мас.% порошка алюминия. Технический результат заключается в достижении высоких прочностных свойств пленки, высокой адгезии ее к подложке и влагостойкости, хороших электрофизических свойств. 1 табл.

Состав для получения резистивной пленки, включающий порошок алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит азотнокислый натрий или азотнокислый калий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Азотнокислый натрий или азотнокислый калий - 7 - 80
Порошок алюминия - 20 - 93