Резистивный материал для изготовления тонкопленочных резисторов


H01C7 - Нерегулируемые резисторы, имеющие один или несколько слоев или покрытий; нерегулируемые резисторы из порошкообразного токопроводящего или порошкообразного полупроводникового материала с диэлектриком или без него (состоящие из свободного, т.е.незакрепленного, порошкообразного или зернистого материала H01C 8/00; резисторы с потенциальным или поверхностным барьером, например резисторы с полевым эффектом H01L 29/00; полупроводниковые приборы, чувствительные к электромагнитному или корпускулярному излучению, например фоторезисторы H01L 31/00; приборы, в которых используется сверхпроводимость H01L 39/00; приборы, в которых используется гальваномагнитный или подобные магнитные эффекты, например резисторы, управляемые магнитным полем H01L 43/00; приборы на твердом теле для выпрямления, усиления, генерирования или переключения без потенциального или

Владельцы патента RU 2369934:

ОАО "НПО ЭРКОН" (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных резисторов с прецизионными характеристиками. Материал содержит хром, железо, алюминий, диоксид кремния, титан, окись алюминия, никель и диоксид церия при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%: хром - 11÷31, железо - 7,5÷11,2, алюминий - 4,3÷9,8, диоксид кремния - 17,5÷41,7, титан - 5,6÷12,6, окись алюминия - 1,2÷2,7, никель - 3,2÷17,6, диоксид церия - 0,6÷1,3. Дополнительное введение в резистивный материал никеля и диоксида церия в указанном количестве обеспечивает получение тонкопленочных резисторов с удельным поверхностным сопротивлением от 1000 до 5000 Ом и ТКС (температурным коэффициентом сопротивления) ± 15×10-6 град-1 с увеличением процента выхода годных резисторов до 80-100 в диапазоне температур от 20 до 125°С. При этом в диапазоне температур от -60 до +20°С резисторы имеют более линейную зависимость ТКС от температуры, равную ± 25×10-6 град-1 со стабильностью ± 0,05% в течение 2000 ч при номинальной нагрузке при температуре окружающей среды 85°С, что является техническим результатом изобретения. 1 табл.

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при изготовлении 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 резистивный материал выбран за аналог.

Данный резистивный материал предназначен для получения тонкопленочных резисторов с удельным поверхностным сопротивлением от 1000 до 10000 Ом.

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 до 125°С и с более линейной его зависимостью в диапазоне температур от -60 до +20°С (TKC ±15-25×10-6 1/°C), необходимых для изготовления высокоомных прецизионных тонкопленочных резисторов на основе этого резистивного материала, невозможно. Выход годных резисторов с ТКС ± 50×10-6 1/°С составляет не более 20-30%, что является явно недостаточным для серийного производства прецизионных резисторов.

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.

Данный резистивный материал предназначен для получения тонкопленочных резисторов с удельным поверхностным сопротивлением от 1000 до 30000 Ом.

Основным недостатком данного резистивного материала является то, что он предназначен для изготовления резисторов со значениями ТКС ± 50×10-6 1/°С в диапазоне температур от 20 до 125°С, а в области минусовых температур от -60 до 20°С ТКС этих материалов равен ±150×10-6 1/°С. Получение же низких значений ТКС ± 15×10-6 1/°С в диапазоне температур от 20 до 125°С и ТКС ± 25×10-6 1/°С в диапазоне температур от -60 до +125°С со стабильностью ±0,05% в течение 2000 ч при номинальной нагрузке при температуре окружающей среды 85°С, необходимых для производства прецизионных тонкопленочных резисторов, на основе этого резистивного материала невозможно.

Задачей изобретения являлось создание резистивного материала, обеспечивающего получение пленок с удельным поверхностным сопротивлением от 1000 до 5000 Ом с выходом годных резисторов по ТКС ± 15×10-6 1/°С 80-100% в диапазоне температур от 20 до 125°С и с ТКС ± 25×10-6 1/°С 70-100% в диапазоне температур от -60 до +20°С, со стабильностью ±0,05% в течение 2000 ч при номинальной нагрузке при температуре окружающей среды 85°С.

Техническим результатом данного изобретения является создание дешевого резистивного материала оптимального состава, гарантирующего требуемые ТКС и R, что дает возможность его использования без дополнительных затрат в серийном производстве тонкопленочных резисторов.

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

хром 6,5-25,5
железо 8,5-15,2
алюминий 5,9-14,6
титан 10,8-15,7
диоксид кремния 32,5-55,5
окись алюминия 0,8-5,0
никель 1,7-18,4
диоксид церия 1,3-4,6.

Сущность изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата. В заявляемом изобретении отличительный от прототипа признак - это новые ингредиенты: никель и диоксид церия. Этот отличительный признак в совокупности с остальными существенными признаками изобретения, представляющими собой конкретные выбранные концентрации компонентов: хрома, железа, алюминия, титана, диоксида кремния, окиси алюминия, никеля, диоксида церия, а также отсутствие такой энергетически емкой и длительной по времени (до 12 ч) операции, как термотренировка резисторов, позволяют достичь требуемого технического результата, т.е. получить пленки сопротивлением от 1000 до 5000 Ом с выходом годных резисторов по ТКС ± 15×10-6 1/°С не менее 80-100% в диапазоне температур от 20 до +125°С и с ТКС ±25×10-6 1/°С 70-100% в диапазоне температур от -60 до +20°С, со стабильностью ±0,05% в течение 2000 ч при номинальной нагрузке при температуре окружающей среды 85°С.

Таким образом, по сравнению с прототипом и аналогом были получены прецизионные тонкопленочные резисторы с поверхностным сопротивлением от 1000 до 5000 Ом с выходом годных резисторов по ТКС ± 15×10-6 1/°С не менее 80-100% в диапазоне температур от 20 до +125°С и с ТКС ± 25×10-6 1/°С 70-100% в диапазоне температур от -60 до +20°С, со стабильностью ±0,05% в течение 2000 ч при номинальной нагрузке при температуре окружающей среды 85°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 были приготовлены три смеси с различным содержанием исходных компонентов (см. таблицу). Для приготовления этих смесей порошки хрома (марка ПХ1С), железа (марка ПЖ4М), титана (марка ПТОМ), диоксида кремния (марка ЧДА), никеля (марка ПНЭ-1) предварительно просеивались через набор сит и в дальнейшем использовались только фракции с размером частиц не более 60 мкм. Просев порошков алюминия (марка АСД-4) и диоксида церия (марка ЦеО-Л) не проводился. Взвешенные в соответствии с указанными в таблице процентными соотношениями компоненты резистивного материала (по 100 грамм каждой смеси) ссыпались в фарфоровые ступки. Смешивание компонентов проводилось в среде этилового спирта. На 100 грамм смеси добавлялось 70-80 грамм этилового спирта. После тщательного перемешивания в течение 20-30 мин 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. 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 проводится следующим образом: первоначально обезгаживался испаритель с нанесенным составом, для чего через него пропускался ток 20А 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 450-550°С, при которой получаются наименьшие значения ТКС резистивных пленок. Для этого из партии (3000 шт.) термообрабатывали по 10 шт.заготовок при определенной температуре. В выбранном оптимальном режиме проводили термообработку всей партии заготовок.

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 от 500 кОм до 2,5 МОм. Затем проводилась импульсная тренировка и окраска.

Для определения процента выхода годных резисторов по ТКС 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.

Таким образом, результаты, приведенные в таблице, показывают преимущества предлагаемого резистивного материала по сравнению с прототипом и аналогом.

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

Таблица
Процентное содержание компонентов резистивного
Исходные компоненты материала, мас.%
в резистивном Номер смеси
материале 1 2 3 Прототип
Хром 6,5-18 9,0-20 14,0-25 3-28
Железо 9,2-15,2 8,7-14,7 8,5-14,5 6-14
Алюминий 6,6-14,6 6,4-14,4 5,9-13,9 9-13
Диоксид кремния 35,5-55,5 34,4-54,4 32,5-52,5 30-52
Титан 11,7-15,7 11,4-15,4 10,8-14,8 10-14
Окись алюминия 1,0-5,0 0,9-4,9 0,8-4,8 остальное
Никель 18,4-3,1 10,3-2,2 6,2-1,7
Диоксид церия 1,3-2,1 2,1-2,4 3,8-4,6
Удельное сопротивление кОм/квадрат 3,0-5,0 1,0-2,0 1,2-2,3 1,0-30
Процент выхода годных резисторов с ТКС ± 15×10-6 1/°С при Токр.ср=20-125°С, % 80-90 90-100 90-100 -
Процент выхода годных резисторов с ТКС ± 50×10-6 1/°С при Токр.ср=20-125°С, % 100 100 100 90-100
Процент выхода годных резисторов с ТКС ± 25×10-6 1/°C при Токр.ср.=-60- +20°С, % 70-80 80-100 70-90 -
Процент выхода годных резисторов с ТКС ± 150×10-6 1/°C при Токр.ср.=-60- +20°С, % 100 100 100 90-100

Литература

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

2. Патент №2036521 от 15 февраля 1993 г.

Резистивный материал, содержащий хром, железо, алюминий, диоксид кремния, титан, окись алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит никель и диоксид церия при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%:

хром 6,5÷25,5
железо 8,5÷15,2
алюминий 5,9÷14,6
титан 10,8÷15,7
диоксид кремния 32,5÷55,5
окись алюминия 0,8÷5,0
никель 1,7÷18,4
диоксид церия 1,3÷4,6



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области электротехники, в частности к материалу и изготовлению из него тонкопленочных резисторов с прецизионными характеристиками. .
Изобретение относится к области электротехники, в частности к композиционному резистивному материалу, который может быть использован при изготовлении нагревательных элементов для местного обогрева в технических и бытовых условиях.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для изготовления электропроводящих покрытий резистивных нагревательных элементов.
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных резисторов с прецизионными характеристиками. .
Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении низкоомных тонкопленочных резисторов с прецизионными характеристиками.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных микросборок, а более конкретно для проектирования и изготовления тонкопленочных резисторов на диэлектрических подложках.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к резистивному материалу для изготовления проводящего слоя низкоомных резисторов и резистивных элементов схем, работающих в низкоомном диапазоне.

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

Изобретение относится к электронной технике, в частности к резисторостроению. .

Изобретение относится к разрядникам для защиты от перенапряжений

Изобретение относится к области электротехники и касается ограничителя перенапряжений, который содержит, по меньшей мере, один варисторный блок (1), один концевой соединительный элемент (3), один усиливающий элемент (9), который прочно закрепляет варисторный блок (1) на концевом соединительном элементе (3) благодаря силе натяжения, и, по меньшей мере, один фиксирующий элемент (27), который прочно закрепляет усиливающий элемент (9) на концевом соединительном элементе (3) благодаря силе натяжения, причем фиксирующий элемент (27) содержит, по меньшей мере, один край (29), который врезается в усиливающий элемент (9)

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к конструкции высокоомных поликремниевых резисторов, и может быть использовано как в качестве дискретных приборов, так и в качестве элемента при создании больших и сверхбольших интегральных схем различного назначения

Изобретение относится к микроэлектронике, а более конкретно к технологии изготовления высокоомных поликремниевых резисторов, и может быть использовано в производстве поликремниевых резисторов как в качестве дискретных элементов, так и в составе интегральных схем

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении обжатого узла

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для изготовления электропроводящих покрытий, пленочных нагревательных элементов

Изобретение относится к способу определения параметров размыкателя для разрядника защиты от перенапряжения, причем переключающее движение размыкателя происходит с помощью переключающего язычка, который посредством постоянно действующей пружинной силы направлен в направлении, противоположном удерживающей силе, созданной при помощи защитного припоя

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных резисторов с прецизионными характеристиками

Наверх