способ изготовления толстопленочных резисторов

Формула изобретения

Способ изготовления толстопленочных резистивных элементов путем восстановления в локальном объеме, включающий последовательное нанесение методом трафаретной печати на изолирующую подложку резистивного и проводниковых слоев, их сушку и вжигание в воздушной атмосфере, отличающийся тем, что сначала наносят первый проводниковый слой, поверх него наносят резистивный слой, а затем поверх резистивного слоя второй проводниковый слой, при этом для формирования проводниковых слоев используют пасту, включающую агент-восстановитель или вещество, разлагающееся при вжигании с образованием такого восстановителя, а для формирования резистивного слоя - пасту, содержащую порошок стекла или стеклокерамической композиции и органическое связующее.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам изготовления толстопленочных резисторов, не содержащих драгоценных металлов, путем восстановления в локальном объеме и может быть использовано в электронной, радиотехнической и других смежных отраслях промышленности.

Известны способы изготовления толстопленочных резисторов, проводящая фаза в которых образуется в процессе вжигания в результате восстановления агентом-восстановителем функционального стеклосвязующего, содержащего один или несколько высших оксидов элементов переменной валентности, и представляет собой оксид низшей валентности, свободный металл или их сочетание [1]

В ряде случаев восстановительные условия для формирования проводящей фазы могут быть созданы путем вжигания резистора в атмосфере, содержащей водород или другие газообразные восстановители. Основной недостаток указанного метода, кроме необходимости использования дорогостоящего оборудования, состоит в том, что термообработка в восстановительной атмосфере может привести к ухудшению характеристик других толстопленочных элементов, сформированных на подложке.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ изготовления толстопленочных резисторов, согласно которому вжигание резистивных паст осуществляют в воздушной атмосфере, но в их состав вводят агент-восстановитель, обеспечивающий восстановительную среду в процессе вжигания в локальном объеме формируемого толстопленочного резистора [2]

Резистивная паста состоит из смеси порошков стекла и агента-восстановителя, и органического связующего. В качестве стекла используют алюмоборатное стекло, которое может содержать также оксиды кадмия, свинца, натрия и цинка и обязательно содержит от 2 до 30 мис. оксида из группы высших оксидов молибдена, вольфрама, церия, марганца и железа.

В качестве агента-восстановителя, содержание которого в пасте составляет от 0,25 до 30 мас. используют преимущественно бор. Резистивный слой наносят на подложку обычными методами толстопленочной технологии и вжигают при температуре 600-900^oC.

Восстановительная среда, создающаяся в процессе вжигания в локальном объеме формируемого резистора благодаря наличию в пасте агента-восстановителя, способствует переходу металла, содержащегося в стекле, из высшей в более низкие степени окисления, что, в свою очередь приводит к повышению электропроводности резистивного слоя до требуемой величины.

Однако этот способ имеет существенный недостаток: в сформированном резистивном слое в значительном количестве содержится оксид бора (или другие продукты окисления восстановителя), что снижает надежность резистора в результате ухудшения его влагостойкости.

Технический результат изобретения, состоит в повышении надежности толстопленочных резисторов за счет улучшения их влагостойкости.

Результат достигается тем, что резистор изготавливается традиционными методами толстопленочной технологии, включающими последовательное нанесение методом трафаретной печати на изолирующую подложку проводниковых и резистивного слоев, их сушку и вжигание в воздушной атмосфере, причем сначала наносят первый проводниковый слой, поверх него наносят первый проводниковый слой, поверх него наносят резистивный слой, а затем, поверх резистивного слоя второй проводниковый слой, при этом для формирования проводниковых слоев используют проводниковую пасту, включающую агент-восстановитель (бор, алюминий и др.) или вещество, разлагающееся при вжигании с образованием такого восстановителя (борид никеля и др.), а для формирования резистивного слоя пасту, содержащую порошок стекла или стеклокерамической композиции и органическое связующее.

В процессе вжигания содержащийся в противолежащих проводниковых слоях восстановитель создает восстановительную среду в локальном объеме, включающем как проводниковые слои, так и находящийся между ними резистивный слой.

Стекло или стеклокерамическая композиция, содержащиеся в резистивном слое, имеют в своем составе вещества, способные к восстановлению (оксиды переходных металлов в высшей степени окисления или их соединения). В результате их восстановления при вжигании в резистивном слое образуется электропроводящая фаза.

В отличие от способа-прототипа агент-восстановитель вводится не в пасту для формирования резистивного слоя, а в пасту для формирования проводниковых слоев. Благодаря этому сформированный резистивный слой не содержит продуктов окисления восстановителя.

Существовавший ранее уровень развития техники не позволял изготавливать толстопленочные резисторы, не содержащие драгоценных металлов, вжигаемые на воздухе, удовлетворяющие значительно возросшим в последние годы требованиям по влагостойкости. Причиной этого являлось высокое содержание в резистивном слое продуктов окисления восстановителя. Эта проблема решена в изобретении за счет того, что восстановитель вводится не в состав пасты для резистивного слоя, а в состав пасты для проводниковых слоев, благодаря чему в сформированном резистивном слое не содержатся продукты окисления восстановителя.

Пример 1. На подложках из стали 15Х25Т, изолированных ситаллоцементом СЭ-3, изготавливали толстопленочные резисторы по способу согласно изобретению. Резистивную пасту изготавливали путем перемешивания порошка функционального стекла, содержащего оксид молибдена (VI), и органического связующего (4% раствора этилцеллюлозы в терпинеоле). При изготовлении проводниковых слоев применяли проводниковую пасту на основе боридов никеля марки "0750" ТУ АУК 0.029.022. Резисторы изготавливали в виде конденсаторной структуры с электродами квадратной формы площадью 4 кв.мм. Отдельные слои наносили методом трафаретной печати и высушивали при температуре 150^oC, С целью достижения требуемой толщины резистивного слоя нанесение резистивной пасты осуществляли несколько раз. После печати и сушки нижнего электрода последовательно наносили и сушили 2 слоя резистивной пасты и вжигали слои в конвейерной печи при температуре 750^oC. Далее аналогичным образом наносили и сушили еще 2 слоя резистивной пасты и верхний электрод, и вжигали слои в конвейерной печи при той же температуре. Сопротивление резисторов измеряли омметром.

Для определения надежностных характеристик резисторов проводили испытания на влагостойкость: выдерживали изготовленные резисторы в камере влаги при относительной влажности 93% и температуре 40^oC в течение 10 сут и вновь измеряли их сопротивление.

Пример 2. По технологическому процессу, описанному в примере 1, изготавливали толстопленочные терморезисторы. Для приготовления резистивной пасты использовали порошок стекла (патент RU, N 2004508, C 03 C 10/02, 1993), при кристаллизации которого образуется титанат бария. Для изготовления проводниковых слоев применяли проводниковую пасту на основе борида никеля марки "ППБ" ТУ 06608-84. Температура вжигания слоев составляла 800^oC.

Пример 3. Изготавливали толстопленочные резисторы по способу прототипа. Использовали материалы, описанные в примере 1, но при приготовлении пасты для резистивного слоя добавляли порошок бора в качестве восстановителя. Резистивный слой резисторов имел форму квадрата со стороной 10 мм. После печати, сушки и вжигания контактных площадок наносили, высушивали и вжигали резистивный слой.

Результаты испытаний в таблице показывают, что заявляемый способ, в отличие от способа прототипа, позволяет повысить надежность толстопленочных резисторов, вжигаемых в воздушной атмосфере, проводящая фаза в которых образуется в результате создания восстановительной среды в локальном объеме формируемого резистора.

Применение заявляемого способа и технологии толстопленочных ГИС позволит повысить их качество и дает основание ожидать существенный экономический эффект от его внедрения.