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.- М.: 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 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. Заявляемый состав обеспечивает также возможность получения охарактеризованной резистивной пленки на кремнеземсодержащих подложках разных типов, различающихся по составу и температурному коэффициенту линейного расширения, на основе широкодоступных сырьевых материалов.

Решение поставленной задачи и достижение указанных технических результатов обеспечивается тем, что в состав для получения резистивной пленки, включающий порошок алюминия, дополнительно введен хлорид аммония, а компоненты состава взяты при следующем соотношении, мол.%:
Порошок алюминия - 65-97
Хлорид аммония - 3-35
Согласно изобретению формирование резистивной пленки на кремнеземсодержащей подложке из слоя дисперсных алюминия и хлорида аммония происходит следующим образом. При обжиге порошок алюминия расплавляется и, взаимодействуя, по-видимому, с расплавом соли хлорида аммония 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 и кремния. В зависимости от состава подложки, условий обжига в состав пленки могут входить стеклофаза и кристаллы оксида алюминия, получающиеся из материала подложки и за счет окисления алюминия. Подбором материала подложки могут быть получены резистивные пленки, не содержащие оксидов щелочных металлов. 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, она атмосферо- и влагостойка 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.%.

Заявляемый состав используется в виде:
- смеси порошков алюминия и хлорида аммония;
- пасты при добавлении к порошкообразному составу временного связующего;
- 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 компонентов 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 мин.

В таблице приведены примеры заявляемого состава (N 3-8) и примеры, обусловливающие выбор компонентов заявляемого состава (примеры N 1, 2, 9, 10).

Составы наносились на подложки в виде смесей порошков слоем 0,2-0,25 мм. Нанесение осуществили на следующие подложки: N 1 - плитку для пола по ГОСТ 6787-80; N 2 - формованную обожженную подложку состоящую из 80 мас.% Al₂O₃ и 20% боя химического стекла состава, мас.%:
SiO₂ - 75
Na₂O - 6,8
K₂O - 0,4
CaO - 1,1
BaO - 3,4
Al₂O₃ - 5,7
Fe₂O₃ - 0,1
B₂O₃ - 7,5
Для получения составов использовали порошок алюминия по ГОСТ 6058-73, хлорид аммония по ГОСТ 3773-60. Обжиг осуществляли при температуре 950^oC в течение 120 мин.

Свойства толстых резистивных пленок приведены в таблице.

Резистивные пленки, сформированные из заявляемого состава, имели толщину 70-80 мкм при площади до 380 см². Пленки имели высокие адгезионные и прочностные свойства.

После эксплуатации резистивной пленки, полученной по примеру N 5 в течение 400 ч на воздухе и в течение 400 ч в воде при использовании подложки с пленкой в качестве электронагревателя для воздуха и воды не установлено изменений электрофизических и физико-механических свойств в пленке.

Параметры нагревателя: номинальная мощность 15 Вт, номинальное напряжение 30 В постоянного тока, удельное электросопротивление 25,0 Ом/квадрат, рабочая температура 200^oC в воздушной среде, площадь 2х3 см².

Изобретение относится к составам для получения толстых резистивных пленок, применяемым в толстопленочных резисторах и пленочных электронагревателях. Пленку, обладающую высокой адгезионной прочностью, получают на кремнеземсодержащих подложках обжигом слоя, нанесенного из состава, содержащего 3-35 мол.% хлорида аммония и 65-97 мол.% порошка алюминия. Техническим результатом является получение пленки, характеризующейся высокими прочностными свойствами, высокой адгезией к подложке и влагостойкостью, хорошими электрофизическими свойствами. 1 табл.

Состав для получения резистивной пленки, включающий порошок алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлорид аммония, а его компоненты взяты при следующем соотношении компонентов, мол.%:
Хлорид аммония - 3 - 35
Порошок алюминия - Остальное