Способ изготовления прецизионных тонкопленочных резисторов

(5 РЕТЕНИ АВТО одогия Минск,ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Особое конструкторское бюро Производственного обьединения "Эркон"(56) Электронная техника, Сер.б, материалы, вып.5, 1972, с.33-40,Гурский Л.И, и др, Структура, топи свойства пленочных резисторов."Наука и техника", 1987, с. 78,Кулык Е.В, и др. Влияние механическихнапряжений, приложенных извне на временную стабильность тонкопленочных резисторов из сплава СТ, ВестникЛьвовского политехнического института, Р)г161, 1982.Авторское свидетельство СССРМ 1119515, кл. Н 01 С 17/00, 1985.(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ(57) Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовИзобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления тонкопленочных резисторов с прецизионными характеристиками и имеющими ТКС ч10 6 1/ С.Цель изобретения - повышение термостабильности резисторов.Цель достигается тем, что способ включает в себя осаждение в вакууме на керамические подложки керметных резистивных материалов на основе Сг, Ре, А, Т 1, 302, отжиг на воздухе отдельных выборов из партии в течение 1 ч при нескольких температуления прецизионных тонкопленочных резисторов, Цель изобретения - повышениетермостабильности - 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 втечение 1 ч при различных температурах в интервале 500 - 540 С, охлаждение заготовок до комнатной температуры, формирование контактных узлов резисторов, определение величин полученных значений ТКС и стабильности, выбор по полученным данным оптимальных значений температуры отжига, обеспечивающих получение заданных 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. рах в интервале 500-540 С, армирование заготовок после их охлаждения до комнатной температуры контактными узлами и определение ТУС, выбор по полученным данным оптимальной температуры отжига, обеспе-. чива 1 ощий наибольший процент выхода годных резисторов с ТКС .ф.10 10 1/С, отжиг на воздухе в этом режиме всей партии заготовок, охлаждение до комнатной температуры, формирование контактных узлов, термотренировку резисторов при температуре 420-470 С в течение 0,5-12 ч, выборочный контроль ТКС резисторов.Резистионый керметный материал используется в производстве практически всех основных типов тонкопленочных пре- цизионных резисторов (С 2-29 В, С 2-12, С 2-36, С 2-23 и др.) - составы Ъ 491, на основе этих составов обеспечивается получение широкого диапазона исходных удельныа поверхностей сопротивлений резистионых пленок - ат 25 да 400 Ом/: .П р и м е р 1, Для проверки эффективности способа было подготовлено две смеси составов 491 и 492 со следующими соотношениями компонентов, %:Состав 491 Состав 492 Сг - 5 Гэ Сг=е - 8 =е - 5А - 12 А - 11Т - О Т - 10 ЯО - 14 Я 02 30Различное содеркание диэлектрика (ЙОг) в этих составах позволяет управлять величиной получаемого удельного сопротивления формируемых резистионых пленок.Осаждение керметных составов 491 и 492 на керамические цилиндрические подлокй проводилось путем напыления их в вакууме с вольфрамовых испарителей при таке 64.2 А. йапыление проводилось при вакууме 8-3 10" мм рт,ст, в установке УВЕ 61 ЛМ (типа "Озон" ). Весь технологический процесс осаждения керметного состава иа подложки проводился в соответствии с действующим серийным технологическим процессом. Затем проводился подбор оптимальной температуры отжига пленок. Для этого из каждой партии заготовок резисторов(по 300 шт, каждая) бралась аварка образцов по 30 шт. и проводилась термооб работка при температурах 500,520, 5400 С в течение 1 ч (по 10 шт. на каждуо температуау), После этого осе заготовки из выборок армировались контактными колпачками с выводами, проводилась нарезка спиоальной изолирующей канавки, после чего определялось их ТКС. Оптимальная температура отжига определялась по наибольшему проценту заготовок из выборки, имеющих ТКС й 1 0 10 б 1/ С, Так, для состава 491 - эта была температура 500 С, при которой получилось 70 заготовок с ТКС +1010 01/0 С, а для состава 492 - 520 С(80% заготовок с ТКСчб 1/С). После определения оптимальной температуры откига каждая из партий 491, 492 составов проходила отжиг в этих режимах, Послеэтого партии ахлаждалйсь до комнатной температурь и проводился выборочный контроль ТКС. Затем проводилась термостабилизация заготовок о различных режимах о соответствии с табл,1, После оконцания процесса термостабилизации заготовки охлаждались до комнатной температуры. Иэ 5 каждого изготовленного варианта браласьвыборка по 10, проводилось армирование контактными узлами и нарезка спиральной изолирующей канавки. Затем определялся ТКС, Как видно иэ результатов, представ- "О ленных в табл.1, изобретение по сравнениюс прототипом позволяет увеличить бвыхода годных резисторов с ТКС .10 ф 10 1/С, в то время как выход годных за укаэанные режимы термотренировки приоодит к сни жению выхода годных резисторов с требуемыми значениями ТКС.После выборочного контроля поТКС осеварианты изготовленных партий резисторов армировались на автомате армираоки контактными узлами (колпачок с выводом), лакиравались лаком АСдля защиты резистионых пленок от онешнега воздействия, расалиброоыоались па группам наминалов на автомате АГМ-З, нарезались на станке НПУ-ЗМ с образованием спиральной изолирующей канавки для увеличения оеличины сопротивления резисторов, Затем проводилась окраска изготовленных образцов эмалью ЭГ) (3 слоя). Изготовлен ные таким образом резисторы проходилииспытания для определения тепластойкости сформированных резистивных пленок при воздействии повышенной температуры окружаащей среды (+155 С о течение 2000 35 ч), а такке на некоторых вариантах дополнительно проверялась стабильность резисторов при испытаниях на долговечность (2000 ч) под электрической нагрузкой.Как видно из результатоо испытаний, 40 представленных в табл,1 резистивные пленки, изготовленные па изобретениа с дополнительной термотренировкой о интероале температуре 420-470 С о течение 0,5-6 ч имеют лучшую стабильность при испытани ях натеплостойкость(Т =+155 С,1 = 2000 ч),чем резисторы, изготовленные по способу. прототипу и способу-аналогу. Термотрени-.ровка в некоторых режимах позволяет о 6 раз уменьшить количество образцов с неу давлетварительной стабильностью, превышающей уровень +0,05%. Эта достигается эа Счет решения вопроса повышения тепло- стойкости реэистивных пленок путем дополнительной их термотренировки в укаэанных 55 режимах. При этом Овыхода годных поТКСй 10 10 1/С почти оо всех случаях луч ше уровня, достигнутого при изготовлении резисторов па способу-прототипу, или находится на таком ке уровне, Т,е, полученные5 10 15 20 25 30 35 40 50 аналогом. 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 иэ 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 6 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 О при испытаниях на тепло- стойкость, то привремени 0,5 ч уже 40% имели значение коэффициентов, превышающих требуемый уровень, и результаты практически мало отличались от прототипа, где было 50 О таких образцов. Кроме того, дальнейшее снижение времени, например до 15 или 10 мин, не обеспечит равномерного прогрева образцов всей партии заготовок (3000 дат,), По этой причине отжиг практически любых резистивных 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 400 резисторов имеют превышение требуемого уровня стабильности (у прототипа - 50 О), 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 ОС (пример 4-6). Кроме того, при минимально допустимой температуре 420 С % выхода годных резисторов с ТКС+10 10 1/С составляет 80 , т,е. на уровне прототипа. Дальнейшее же уменьшение температуры до 400 С (запредельный режим - пример 15) приводит к тому, что уже выход годных резисторов с ТКС.ф.10 10 1/ОС ниже, чем у прототипа, т.е. не достигается цель изобретения, Более низкотемпературная термотренировка - 350 С (пример 16) не обеспечивает достижение цели изобретения с точки зрения повышения стабильности,Таким образом, полученные результаты экспериментов показывают, что цель может 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, получаются при термотренировке при температуре 450-460 С.П р и м е р 2. Для подтверждения положительного эффекта, достигаемого от использования, был опробован еще один резистивный материал на основе Сг, Ее, А 1, Т, 902 наиболее высокоомной модификации, содержащий 40 оь диэлектрической фазы, Я. Сг 34Ее 6А 1 10Т 10302 40Оптимальная температура отжига для пленок этого состава - 540 /1 ч. Подбор режима отжига осуществляется по аналогии с описанием примера 1. Сопротивление резистивных пленок - 300 - 400 Омlо, Исходя из результатов примера 1, где показано, что наилучшей температурой термотренировки является 450-460 С, и в настоящем примере термотренировка проводилась толькопри температуре 460 С, а время варьировалось от 2 до 12 ч. Результаты испытаний резисторов приведены в табл.2, Эти результаты еще раз подтверждают высокую эффективность изобретения в повышении стабильности прецизионных резисторов по сравнению с Таким образом, способ изготовления прецизионных тонкопленочных резисторов на основе резистивных керметных составов Сг, Ее, А 1, Т 1, 302 с различным процентным содержанием компонентов обеспечивает значительное повышение теплостойкости резистивных пленок с р от 25 до 400 Ом/П и за счет этого улучшает стабильность пре1812561 Тэолике 7 8цизионных резисторов при испытаниях на ров, определение величин полученных энадлительное время (2000 ч). При этом про- чений стабильности и температурного коэфцент выхода годных резисторов с требуе- фициента сопротивления, выбор по мыми значениями ТКС 0.10,10 1/С или полученным данным оптимальной темпера- остается йа уровне прототипа, или в боль- с) туры отжига, обеспечивающей получение шинтве случаев увеличивается до 90- . резисторов с заданными значениями ста, бильности и температурного коэффициентаФ о рмула и зоб рета ния . сопротйвления, отжиг на воздухе в выбранном режиме всей партии металлизированСпособ изготовления прецизионных 10 ных заготовок резисторов, охлаждение тбнкопленочных резисторов, включающий заготовок до комнатной температуры, фороса)кденйе,а вакууме на поверхйости пар-мирьвание контактных узлов резисторов,тии керамических подложтек г)леночных.ре- выборочный контроль величины темперазистивных материалов на основе хрома; турньго коэффициента сопротивления полжелеза, титайа, алюминия и двуокиси крем) ученных тонкопленочййх резисторов, о тния с поиучевием партии Металлизирован- л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышеных заготовь резисторов, отжиг на воздухе ния термостабильности резисторов, перед несколькиавмбранных иэ партии подложек выборочным контролем величины темпера- в течение 1 м ще различных температурах в турного коэффициента сопротивления осу- интервалебООС,охла)кдениейолучен ществляют термтренйровку резисторов ных заготавок До ко)О)натной температуры; при температуре 420-470 С в течение 03- формирование контактных узлов реэисто ч.ц1 ВРеклио тамгамдслитеиив реэистороеие теилостодкоств ереличе Т1550с 4 2000 ц Р0Среднее Е реэ рое,виэч.ко. ииелвихэееицпослеиэиеиеи, ис 1 вт,сопл иэиеиеисеваОМЙ в ТКСх 10 М С(а(о.оех) Рекии териртреиироаки Ф еиходеэвтотовохс ТКО 210 хт 1 а.е 17 ес Ноцрреви от.состава Средиие эиачеиилкорориаиеитов иэивциеиир солретиалеиРосла Исвютаиио реэисторое иа долговвццеста Ори лоции. иаГруекв (РфРити сц 2000 ц, ТмЕЭС)оС с ц5004600017 О, 020 0,014491П 50дцелектр.) П 1 ци 450 ььо 420 ььо 460 О,О 19 0,019 492 520,(30 ди 1 цэлектр.) 0,035 " 0 О,оьо 40 00 а,оь оОо а,аье 40 460 470 2,0 -9+Ь2,0 9 - +9ПрототелО: -26 Оо 5-: 22Ацэлосао -2 - 22Еэлраделыед левки1,0 О151,0 -17 - 2З,ф 24 - Е 9 10,036 11 491 12 492 700,05660 ЕО О,ОЬУ . 50 500 520 13491 Ео о,о 51 6 а О,ОЗ 7 5 оо Еа оо 566060 0,052 14 49 15 : 491 1660 а,озь 490 4 ао 350 500 ц,60 цисиэилв1 2 В1,о 2,0 з,о З,о 2,а 3,0 6,0 0510 1812561 Таблица 2 Корректор Е,Пап акта аказ 1576 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 гарина, 10 одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро П С Т тавитель В,Садо ред М,Моргентал