МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ Российский патент 2008 года по МПК H01C17/00 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении высокоомных тонкопленочных резисторов с прецизионными характеристиками.

Известен резистивный материал для изготовления тонкопленочных резисторов [1], содержащий хром, железо, алюминий, диоксид кремния и окись алюминия (алунд) при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%:

хром - 10-80;

железо - 3-20;

алюминий - 8-25;

диоксид кремния - 8-50;

окись алюминия (алунд) - остальное.

Этот материал обеспечивает получение тонкопленочных резисторов с удельным поверхностным сопротивлением 1-10 кОм и ТКС±50×10^-6 1/°С в диапазоне температур от +20 до +125°С, а в диапазоне от -60 до +20°С ТКС±150×10^-6 1/°С. Рассматриваемый материал имеет существенный недостаток. На базе этого материала невозможно в серийном производстве получать резистивные пленки с удельным поверхностным сопротивлением 2-14 кОм и малым значением ТКС±15×10^-6 1/°C в диапазоне температур от +20 до +125°С, а в диапазоне температур от -60 до +20°С ТКС±15-25×10^-6 1/°С. Выход годных резисторов с ТКС±50×10^-6 1/°С составляет не более 20-30%, что является явно недостаточным для серийного производства прецизионных резисторов, кроме того, ТКС данного материала имеет нелинейную зависимость в области отрицательных температур.

Наиболее близким к заявляемому материалу по совокупности признаков является резистивный материал для изготовления тонкопленочных резисторов [2], содержащий хром, железо, алюминий, диоксид кремния, окись алюминия (алунд) и титан при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%:

хром - 3-28;

железо - 6-14;

алюминий - 9-13;

диоксид кремния - 30-52;

титан - 10-14;

окись алюминия (алунд) - остальное.

Этот резистивный материал выбран за прототип.

Недостатком известного резистивного материала является то, что он предназначен для изготовления резисторов с большими значениями температурного коэффициента сопротивления (ТКС)±50×10^-6 1/°С и нелинейностью его зависимости в области отрицательных температур от -60 до +20°С (ТКС±150×10^-6 1/°С). Получение же низких значений ТКС порядка ±15×10^-6 1/°С в диапазоне температур от 20°С до 125°С и с более линейной его зависимостью в диапазоне температур от -60 до +20°С (ТКС±15-25×10^-6 1/°С), необходимых для изготовления высокоомных прецизионных тонкопленочных резисторов на основе этого резистивного материала, невозможно, как и в предыдущем случае.

Задачей изобретения являлось создание резистивного материала, обеспечивающего получение высокоомных прецизионных тонкопленочных резисторов с ТКС±15×10^-6 1/°С с более линейной зависимостью ТКС от температуры в диапазоне от +20°С до +125°С и в диапазоне температур от -60 до +20°С (ТКС±15-25×10^-6 1/°С).

Техническим результатом данного изобретения является создание дешевого резистивного материала оптимального состава, гарантирующего требуемые значения ТКС и R, получаемых проводящих пленок резисторов.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что резистивный материал для изготовления тонкопленочных резисторов, содержащий хром, железо, алюминий, диоксид кремния, титан, окись алюминия (алунд), дополнительно содержит окись магния и диоксид церия при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%:

хром - 5-9;

железо - 10,5-15;

алюминий - 7-9;

диоксид кремния - 38-48;

титан - 21,4-27;

окись алюминия (алунд) - 1-2,6;

окись магния - 0,5-3;

диоксид церия - 1-4.

Сущность изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата. В заявляемом изобретении два отличительных от прототипа признака - это новые ингредиенты: окись магния и диоксид церия, а также другое количественное содержание титана и окиси алюминия (алунд). Эти отличительные признаки в совокупности с остальными существенными признаками изобретения, представляющие собой конкретные выбранные концентрации компонентов: хрома, железа, алюминия, диоксида кремния, титана, окиси алюминия, окиси магния и диоксида церия позволяют достичь требуемого технического результата, т.е. получить высокоомные пленки сопротивлением от 2 кОм до 14 кОм с выходом годных по ТСК±15×10^-6 1/°С в диапазоне температур от +20 до +125°С и ТКС±15-25×10^-6 1/°С в диапазоне температур от -60 до +125°С не менее 50-60%. Таким образом, по сравнению с прототипом был существенно снижен ТКС до ±15×10^-6 1/°С и получена его более линейная зависимость от температуры в диапазоне температур от -60 до +125°С. Это наглядно подтверждает наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом.

Ниже приводятся конкретные примеры, подтверждающие возможность существования изобретения и доказывающие возможность получения указанного в предыдущем разделе технического результата. Для изготовления тонкопленочных резисторов на основе предлагаемого резистивного материала было приготовлено три смеси с различным содержанием исходных компонентов (см. таблицу). Для приготовления этих смесей порошки хрома (марка ПХ1С), железа (марка ПЖ4М), титана (марка ПТОМ), диоксид кремния (марка ЧДА), окись алюминия (алунд), окись магния (марка ЧДА) и диоксид церия (марка ЦеО-Л) предварительно просеивались через набор сит и в дальнейшем использовались только фракции с размером частиц не более 60 мкм. Просев порошка алюминия (марка АСД-4) не проводился. Взвешенные в соответствии с указанными в таблице процентными соотношениями компоненты резистивного материала (по 100 г каждой смеси) ссыпались в фарфоровые ступки, смешивание компонентов проводилось в среде этилового спирта. На 100 г смеси добавлялось 70-80 г этилового спирта. После тщательного перемешивания в течение 20-30 минут и получения однородной густой массы резистивный материал высушивался в термостате в течение 1 часа. По окончании сушки приготовленные смеси резистивного материала тщательно растирались до полного удаления комков и пересыпались в стеклянные бюксы.

Получение пленок из резистивных материалов проводилось в установке вакуумно-термического напыления УВН-61П-2М при вакууме 10^-4-10^-5 мм рт.ст.

В кассету камеры напыления вертикально помещались два вольфрамовых испарителя, один из которых чистый без резистивного материала, а другой с нанесенным на него резистивным материалом. На испаритель длиной 55 см наносилось около 770 мг резистивного материала из спиртовой суспензии вручную с помощью кисточки.

Вокруг испарителей размещались цилиндрические керамические основания ТШ-IIб-25 (МЛТ-0,5 Вт), нанизанные на металлические спицы, которые вращаются вокруг своей оси и одновременно вокруг испарителей, чтобы достичь равномерного формирования пленки. На каждую спицу нанизывается 50 шт. керамических оснований ТШ-IIб-25 (МЛТ-0,5 Вт). В одной кассете устанавливается 60 спиц, общее количество получаемых после напыления резистивного материала заготовок составляет 3000 шт.

Процесс напыления каждой из подготовленной смеси резистивного материала проводился следующим образом: первоначально обезгаживался испаритель с нанесенным составом, для чего через него пропускался ток 30А в течение 5 мин, затем проводился подогрев подложек керамических оснований за счет подогрева чистого вольфрамового испарителя без состава. Через испаритель пропускался ток 30А в течение 10 мин, после этого на подогретые керамические подложки проводилось напыление резистивного материала, для чего на 60 с ток на испарителе с составом поднимался до 64А, делалась выдержка 30 с и нагрев испарителя выключался.

Отжиг полученных заготовок резисторов проводился на воздухе в установках СНОЛ-М. Сначала подбиралась оптимальная температура отжига в диапазоне 500-600°С, при которой получаются наименьшие значения ТКС резистивных пленок.

После термообработки заготовки резисторов армировались контактными узлами, раскалибровывались по группам номиналов, нарезались на станке нарезки с образованием спиральной изолирующей канавки для увеличения величины сопротивления заготовок. Изготавливались резисторы в диапазоне 1-10 МОм, затем проводилась импульсная тренировка и окраска.

Для определения процента выхода годных резисторов с ТКС±15×10^-6 1/°C проводилась раскалибровка резисторов на автоматической системе «ТКС-72». Результаты полученного выхода годных резисторов, изготовленных на базе различных процентных соотношений компонентов предлагаемого резистивного материала, приведены в таблице.

Простота получения предлагаемого резистивного материала и процесс его напыления на керамические основания дают возможность его использования без дополнительных затрат в любом серийном производстве тонкопленочных резисторов.

В таблице приведены примеры изготовленных смесей с различным содержанием исходных компонентов.

ТаблицаИсходные компоненты в резистивном материалеПроцентное содержание компонентов резистивного материала, мас.%Номер смеси123ПрототипХром5953-28Железо13,510,5156-14Алюминий8,59719-13Диоксид кремния4842,53830-52Окись алюминия12,62ОстальноеТитан22,521,42710-14Окись магния0.513-Диоксид церия143-Удельное сопротивление, кОм/квадрат3-53-105-71-30Процент выхода годных резисторов с ТКС±15×10^-6 1/°С при Токр. ср. = +20-125°С, %506050-Процент выхода годных резисторов с ТКС±15-25×10^-6 1/°С при Токр. ср. = -60+20°С, %506050-Процент выхода годных резисторов с ТКС±50×10^-6 1/°С при Токр. ср.=+20+125°С, %10010010070-80Процент выхода годных резисторов с ТКС±150×10^-6 1/°С при Токр. ср.=-60+20°С, %10010010070-80

Таким образом, результаты, приведенные в таблице, показывают преимущества предлагаемого резистивного материала при изготовлении высокоомных тонкопленочных резисторов с прецизионными характеристиками по сравнению с прототипом. Резистивный материал обеспечивает получение высокоомных пленок сопротивлением от 2 кОм до 14 кОм с выходом годных резисторов по ТКС±15×10^-6 1/°С не менее 50-60% с более линейной зависимостью ТКС от температуры по сравнению с материалом прототипа в диапазоне температур от -60 до +20°С (ТКС±15×10^-6 1/°С).

Литература

1. Авторское свидетельство СССР №834778, кл. Н01C 7/00, 1981.

2. Ряхин В.Ф. «Материал для изготовления тонкопленочных резисторов». Патент №2036521 от 15.02.1993 г.

Использование: преимущественно для изготовления высокоомных тонкопленочных резисторов с прецизионными характеристиками. Материал для изготовления тонкопленочных резисторов содержит хром, железо, алюминий, диоксид кремния, титан и окись алюминия (алунд), характеризуется тем, что он дополнительно содержит окись магния и диоксид церия при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%: хром - 5-9; железо - 10,5-15; алюминий - 7-9; диоксид кремния - 38-48; титан - 21,4-27; окись алюминия (алунд) - 1-2,6; окись магния - 0,5-3; диоксид церия - 1-4. Резистивный материал обеспечивает получение высокоомных прецизионных тонкопленочных резисторов с ТКС±15×10^-6 1/°С с более линейной зависимостью ТКС от температуры в диапазоне от +20 до +125°С и ТКС±15-25×10^-6 1/°С в диапазоне температур от -60 до +20°С. 1 табл.

Материал для изготовления тонкопленочных резисторов, содержащий хром, железо, алюминий, диоксид кремния, титан, окись алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит окись магния и диоксид церия при следующем количественном соотношении, мас.%:

хром 5÷9железо 10,5÷15алюминий 7÷9диоксид кремния 38÷48окись алюминия 1÷2,6титан 21,4÷27окись магния 0,5÷3диоксид церия 1÷4