Способ изготовления прецизионных тонкопленочных резисторов Советский патент 1993 года по МПК H01C17/00 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления тонкопленочных резисторов с прецизионными характеристиками и имеющими TKC±10-10 61/°C.

Цель изобретения - повышение термостабильности резисторов.

Цель достигается тем, что способ включает в себя осаждение в вакууме на керамические подложки керметных резистивных. материалов на основе Cr, Fe, A, Ti, Si02, отжиг на воздухе отдельных выборов из партии в течение 1 ч при нескольких температуpax в интервале 500-540°С, армирование заготовок после их охлаждения до комнатной температуры контактными узлами и определение ТКС, выбор по полученным данным оптимальной температуры отжига, обеспечивающий наибольший процент выхода годных резисторов с ТКС ±10-10 5 1/°С, отжиг на воздухе в этом режиме всей партии заготовок, охлаждение до комнатной температу- ры, формирование контактных узлов, термотреиировку резисторов при температуре 420-470°С в течение 0,5-12 ч, выборочный контроль ТКС резисторов.

ю

СП

Резистивный керметный материал используется в производстве практически всех основных типов тонкопленочных прецизионных резисторов (С2-29В, С2-12, С2-36, С2-23 и др.) - составы , на основе этих составов обеспечивается получение широкого диапазона исходных удельных поверхностей сопротивлений ре- зистивных пленок - от 25 до 400 Ом/а .

Пример 1. Для проверки эффективности способа было подготовлено две смеси составов 491 и 492 со следующими соотношениями компонентов, %:

Состав 49-1Состав 492 Сг-55- Сг-44 Fe-8 Fe-5 AI-11 Ti-10 Т.-ТО . SI02-14 $102-30 Различное содержание диэлектрика (SiО) в этих составах позволяет управлять величиной получаемого удельного сопротивления формируемых резистивных пле- . нок.

Осаждение керметных составов 491 и 492 на керамические цилиндрические подложки проводилось путам напыления их в вакууме с вольфрамовых испарителей при токе 64±2А, Напыление проводилось при вакууме 8-3 мм рт.ст, в установке УВЕ- 81 П-2М (типа Озон). Весь технологический процесс осаждения керметного состава на подложки проводился в соответствии с действующим серийным технологическим процессом. Затем проводился подбор оптимальной температуры отжига пленок. Для этого из каждой партии загото- йок резисторов (по 300 шт. каждая) бралась выборка образцов по 30 шт. и проводилась термообработка при температурах 500,520, 540°С в течение 1 ч (по 10 шт. на каждую температуру). После этого все заготовки из выборок армировались контактными колпачками с выводами, проводилась нарезка спиральной изолирующей канавки, после чего определялось их ТКС. Оптимальная температура отжига определялась по наибольшему проценту заготовок из выборки, имеющих ТКС ±1.0.10 61/°С. Так, для состава 491 - это была температура 500°С, при которой получилось 70% заготовок с ТКС ±1( /°С. а для состава 492-520°С(80% заготовок с ТКС±10 6 1/QC). После определения оптимальной температуры отжига каждая из партий 491, 492 составов проходила отжиг в этих режимах. После этого партии охлаждались до комнатной температуры и проводился выборочный контроль ТКС. Затем проводилась термостабилизация заготовок в различных режимах в соответствии с табл.1. После окончания процесса термостабилизации заготовки охлаждались до комнатной температуры. Из

каждого изготовленного варианта бралась выборка по 10, проводилось армирование контактными узлами и нарезка спиральной изолирующей канавки. Затем определялся ТКС. Как видно из результатов, представленных в табл.1, изобретение по сравнению с прототипом позволяет увеличить % выхода годных резисторов с ТКС±10 10 1/°С, в то время как выход годных за указанные режимы термотренировки приводит к снижению % выхода годных резисторов с требуемыми значениями ТКС.

После выборочного контроля по ТКС все варианты изготовленных партий резисторов армировались на автомате армировки

контактными узлами (колпачок с выводом), лакировались лаком АС-536 для защиты резистивных пленок от внешнего воздействия, раск алибровывэлись по группам номиналов на автомате АГМ-3, нарезались

на станке НПУ-ЗМ с образованием спираль- ной изолирующей канавки для увеличения величины сопротивления резисторов. Затем

проводилась окраска изготовленных образцов эмалью ЭП-921) (3 слоя). Изготовленные таким образом резисторы проходили испытания для определения теплостойкости сформированных резистивных пленок при воздействии повышенной температуры окружающей среды (+155°С в течение 2000

ц), а также на некоторых вариантах дополнительно проверялась стабильность резисторов при испытаниях на долговечность (2000 ч) под электрической нагрузкой.

Как видно из результатов испытаний,

представленных в табл.1 рёзистивные пленки, изготовленные по изобретению с дополнительной термотренировкой в интервале температуре 420-470°С в течение 0,5-6 ч имеют лучшую стабильность при испытаниях на теплостойкость (Т +155°С, t 2000 ч), чем резисторы, изготовленные по способу- прототипу и способу-аналогу. Термотренировка в некоторых режимах позволяет в 6 раз уменьшить количество образцов с неудовлетворительной стабильностью, превышающей уровень ±0,05%. Это достигается за Счет решения вопроса повышения теплостойкости резистивных пленок путем дополнительной их термотренировки в указанных

режимах. При этом % выхода годных по ТКС±10-10 1/°С почти во всех случаях лучше уровня, достигнутого при изготовлении резисторов по способу-прототипу, или находится на таком же уровне. Т.е. полученные

результаты наглядно показывают достижение цели изобретения.

Кроме того, как следует из результатов табл.1, предлагаемый способ обеспечивает также в 2 раза улучшение уровня стабильности при испытаниях резисторов под электрической нагрузкой на долговечность (2000 ч).

Как видно из примеров 1-3, при изменении времени термотренировки от 1 до 3 ч достигается практически одинаковый результат по улучшению стабильности пленок 491 состава. Аналогичная картина получена и для пленок состава 492 (30% диэлектрика), где эффективность способа практически одинакова при времени термотренировки 2 и 6 ч (примеры 7 и 9).

Что касается минимально допустимого времени термотренировки, то его необходимо ограничить 0,5 ч. Если сравнить результаты испытаний с термотренировкой при температуре 460°С в течение 0,5 и 2,0 ч, то наблюдается резкое снижение стабилизирующего эффекта при времени 0,5 ч (примеры 8 и 9). Так, если при термотренировке в течение 2 ч ни один резистор не вышел за допуск ±0,05% при испытаниях на теплостойкость, то при времени 0,5 ч уже 40% имели значение коэффициентов, превышающих требуемый уровень, и результаты практически мало отличались от прототипа, где было 50% таких образцов. Кроме того, дальнейшее снижение времени, например до 15 или 10 мин, не обеспечит равномерного прогрева образцов всей партии заготовок (3000 шт.), По этой причине отжиг практически любых резистизных пленок проводится при времени не менее 1 ч.

Как видно из табл.1, ограничение верхнего предела температуры термотренировки 470°С вполне закономерно, так как при этой температуре (пример 10) уже 40% резисторов имеют превышение требуемого уровня стабильности (у прототипа - 50%), т.е. эта температура по существу является критической и, следовательно, предельно допустимой. И подтверждением тому служит результат термотренировки при более высокой температуре - 490° (пример 14), когда уже 60% резисторов превышает требуемый уровень стабильности.

Что касается запредельного режима по минимальному значению температуры термотренировки, то из табл.1 видна четкая зависимость снижения положительного эффекта предлагаемого способа при уменьшении температуры с 450 до 440 и 420°С (пример 4-6). Кроме того, при минимально допустимой температуре 420°С % выхода

годных резисторов с ТКС±10-10 6 1/°С составляет 80%, т.е. на уровне прототипа. Дальнейшее же уменьшение температуры до 400°С (запредельный режим - пример 5 15) приводит к тому, что уже выход годных резисторов с ТКС±10 10 1/°С ниже, чем у прототипа, т.е. не достигается цель изобретения. Более низкотемпературная термотренировка - 350°С (пример 16) не

0 обеспечивает достижение цели изобретения с точки зрения повышения стабильности.

Таким образом, полученные результаты экспериментов показывают, что цель может

5 быть достигнута при проведении режима термотренировки при температуре 420- 470°С в течение не менее 0,5 ч. Наилучшие результаты, которые могут быть рекомендованы для практической реализации, получа0 ются при термотренировке при температуре 450-460°С.

Пример 2. Для подтверждения положительного эффекта, достигаемого от использования, был опробован еще один

5 резистивный материал на основе Cr, Fe, AI, Ti, SiOa наиболее высокоомной-модификации, содержащий 40% диэлектрической фазы, %:. Сг 34

0Fe 6

А 10 Ti 10 Si02 40 Оптимальная температура отжига для

5 пленок этого состава - 540°/1 ч. Подбор режима отжига осуществляется по аналогии с описанием примера .1. Сопротивление ре- зистивных пленок - 300-400 Ом/Q . Исходя из результатов примера 1, где показано., что

0 наилучшей температурой термотренировки является 450-460°С, и в настоящем примере термотренировка проводилась только при температуре 460°С, а время варьировалось от 2 до 12 ч.

5 Результаты испытаний резисторов приведены в табл.2. Эти результаты еще раз подтверждают высокую эффективность изобретения в повышении стабильности преци- зионных резисторов по сравнению с

0 аналогом.

Таким образом, способ изготовления прецизионных тонкопленочных резисторов на основе резистивных керметных составов 5 Cr, Fe, AI. Ti, Si02 с различным процентным содержанием компонентов обеспечивает значительное повышение теплостойкости резистивных пленок с р от 25 до 400 OM/Q и за счет этого улучшает стабильность прецизионных резисторов при испытаниях на длительное время (2000 ч). При этом процент выхода годных резисторов с требуемыми значениями ТКС±10.10 1/°С или остается на уровне прототипа, или в боль- шинстве случаев увеличивается до 90- 100%.

Формула изобретения

Способ изготовления прецизионных тонкопленочных резисторов, включающий осаждение е вакууме на поверхности партии керамических подложек пленочных ре- зистивных материалов на основе хрома, железа, титана, алюминия и двуокиси крем- ния с потениемпартии метайлйзирован- ных заготовок резисторов, отжиг на воздухе несколькихвыбранных из партии подложек в течение 1 ч при различных температурах в интервале 500-540°С, охлаждение получен- ных заготовок До комнатной температуры, формирование контактных узлов резисторов, определение величин полученных значений стабильности и температурного коэффициента сопротивления, выбор по полученным данным оптимальной температуры отжига, обеспечивающей получение резисторов с заданными значениями стабильности и температурного коэффициента сопротивления, отжиг на воздухе в выбранном режиме всей партии металлизированных заготовок резисторов, охлаждение заготовок до комнатной температуры, формирование контактных узлов резисторов, выборочный контроль величины температурногокоэффициента сопротивления полученных тонкрпленочных резисторов о т - : л-ичв;к}Щ-йй с.я; те,.4т.ог с;целью.швыше- ния термостабильности резисторов, перед выборочным контролем величины температурного коэффициента сопротивления осуществляют термдтрёнирЬвку резисторов при температуре 420-470°0 в течение 0,5- 12ч. .- . / ; ,:.--. .;;. .. ;.- .; t а в я и ц I:

Таблица 2

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления прецизионных тонкопленочных резисторов. Цель изобретения-повышение термостабильности - достигается тем, что способ включает в себя осаждение в вакууме на партию керамических подложек пленочных резистивных материалов на основе хрома, железа, алюминия, титана, двуокиси кремния, отжиг на воздухе нескольких выработок из партии в течение 1 ч при различных температурах в интервале 500-540°С, охлаждение заготовок до комнатной температуры, формирование контактных узлов резисторов, определение величин получен ных значений ТКС и стабильности, выбор по полученным данным оптимальных значений температуры отжига, обеспечивающих пол- учениезаданных значений ТКС и стабильности, отжиг на воздухе в выбранных режимах всей партии заготовок резисторов, формирование контактных узлов, термотренировку резисторов при температуре от 420 до 470°С в течение 0,5 до 12 ч, выборочный контроль ТКС резисторов. 2 табл. ел с