CN103022628A - 片式膜衰减器薄膜制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种片式膜衰减器薄膜制作方法，包括丝网制作、印刷表电极、印刷背电极、印刷电阻体、印刷阻挡层、激光调阻、裂片、端涂、电镀等工艺，本制作方法能够大幅度减少安装面积，重量，器件数量等，且缩小了体积，特别是生产出的衰减器具有设计灵活、性能稳定、高频性能好、装配方便、可靠性高、特性阻抗与衰减量精度高等特点。

Description

片式膜衰减器薄膜制作方法

技术领域

本发明属于衰减器的制作方法，具体涉及一种片式膜衰减器薄膜制作方法。 

背景技术

衰减器是一类用在传输系统中降低信号电平，而不使信号产生显著畸变的无源网络。它可以用于对信号源去藕，目的是为了调节电路的传输电平，或用以缓冲阻抗变换的影响，有时也为了改善阻抗匹配。目前，衰减器已经极为广泛地应用于无线电测试仪器、仪表、传输线、标准衰减器及邮电、通讯、信号载波、电视、计算机等系统之中。电阻型厚膜衰减器具有设计灵活、性能稳定、高频性能好、装配方便、可靠性高、特性阻抗与衰减量精度高等特点。 

片式膜衰减器与传统组合多个片式电阻器构成的衰减器相比较，能够大幅度减少安装面积、重量、器件数量等。电路上的焊点少，提高了衰减器的可靠性。电极成C字型的贴面安装型，便于自动化安装，能在从低频到高频的宽频带中使用。其基本结构与一般的薄膜式电阻器一样，精度高、性能稳定、可靠性高。 

电子信息整机设计人员如果采用“T”型结方法，难选用电阻器元件，而且因元件参数指标不一致阻值精度可能是正偏差或负偏差，降低了整机技术指标，近年来，广大整机设计人员正从“T”型结过渡到使用厚薄膜电阻型衰减器和组合衰减器，使仪器仪表和电子信息设备的重量轻、体积小、性能更优良。由于组合衰减器的电阻值范围是非常标准的，如果采用分立元件将不可避免地带来温度系数不一致的现象，影响特性阻抗和衰减量精度。因此，有必要设计一种全新的制作工艺方法来成批量制作大电流、电功率、耐高温、耐高压的衰减器系列。 

发明内容

针对上述现有技术中的不足之处，本发明旨在提供一种片式膜衰减器薄膜制作方法，能够大幅度减少安装面积，重量，器件数量等，且缩小了体积，特别是生产出的衰减器具有设计灵活、性能稳定、高频性能好、装配方便、可靠性高、特性阻抗与衰减量精度高等特点。 

本发明的技术方案：一种片式膜衰减器薄膜制作方法，其包括丝网制作、印刷表电极、印刷背电极、印刷电阻体、印刷阻挡层、激光调阻、裂片、端涂、电镀，具体制作方法如下： 

1）、选取陶瓷基片：在100～120℃下将陶瓷基片表面均匀涂抹黄蜡，在0.2～0.5MPa压力下水冷冷却；研磨；抛光，要求陶瓷基片厚度大于等于0.37毫米；清洗；烘干待用； 

2）、在陶瓷基片上印刷表、背电极，850℃烧成； 

3）、溅射：选用上海交大低阻镍铬靶、中阻镍铬铝靶或北京合纵纯钽靶作为溅射电阻体的靶材，以离子溅射方式，时间为6～40分钟，阳极电压为40～65伏，加速栅电压为75～155伏，中和电压为4～6伏，基片加热温度为0～300℃条件下进行溅射电阻体；采用分步溅射与分步热处理； 

4）、光刻：进行涂胶；在80～100℃的烘箱中烘烤28～34分钟，或者在92～115℃热板上烘烤80～100秒；15秒±5秒时间的曝光；刻蚀；去胶；最后放入110～130℃的烘箱中烘干3～7分钟； 

5）、热处理：在280～600℃下热处理，时间为达到设定温度后恒温0.5～5小时；然后室内放置20分钟； 

6）、激光调阻：采用逐次逼近法对三个电阻从不同方向上切割调阻，其中对调阻精度小于B级的产品采用P型直接调至目标阻值；对调阻精度为B级及以上的产品，先按P型粗调进行切割，然后于185～215℃烘箱中热储存6～24小时，储存后的产品按S型精调至目标阻值； 

7）、按常规方式依次进行一次裂片；涂银；二次裂片；电镀。 

进一步的，所述抛光时，在抛光皮上喷有洗洁精与水体积比为1：20的洗洁精稀释液以清洁陶瓷基片；无尘纸擦拭干净。 

所述抛光后的陶瓷基片通过周转花篮放入水壶中，并用电磁炉在风扇通风条件下微热10～20分钟，取出陶瓷基片放入140～160℃烘箱内烘烤3～6分钟。 

在溅射工序中，采用直接溅射镍和上海交大低阻镍铬靶材方式；采用溅射和辅助溅射中阻镍铬铝靶和镍硅靶材方式；采用光刻工艺溅射镍电极层。 

本发明的有益效果：采用本制作方法的薄膜工艺，提高了产品的精度、可靠性和稳定性，所制作的片式膜衰减器与组合多个分立片式电阻器构成的衰减器相比较，能够大幅度减少安装面积，重量，器件数量等，缩小了体积，且不 会因为温度的变化，带来特性阻抗和衰减量精度的改变；电阻温度系数低，低噪声，工作频段较宽。 

总结来说，本薄膜制作方法制作的片式膜衰减器具有设计灵活、性能稳定、高频性能好、装配方便、可靠性高、特性阻抗与衰减量精度高等特点。 

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明。 

一种片式膜衰减器薄膜制作方法，其包括丝网制作、印刷表电极、印刷背电极、印刷电阻体、印刷阻挡层、激光调阻、裂片、端涂、电镀，具体制作方法如下： 

首先，采用专用的高频仿真软件，指导材料的选型和电阻体的图形及尺寸设计，具有一定的工艺指导意义。然后进行对阳图的设计：在固定的衰减量和输入/输出阻抗下，将从较易实现的T型与∏型结构进行，而同一类型下，电阻体可以设计成独立式与非独立式，根据最终产品的实验结果，确定最优的图形形式，然后按常规方法进行丝网制作。 

研磨抛光：研磨抛光顺序：把粘贴工件放置在加热炉上进行加温，加热炉温度调节到100～120℃，用刀片清洁粘贴工件工作表面上的杂物及蜡沉积物；将黄蜡均匀地涂抹在基片所要粘的位置上，把基片放置在粘贴工件上，依次用刮刀轻按基片表面，使每个基片与黄蜡完全接触，将粘贴工件放入压力机上进行平整表面，该压力控制在0.2～0.5MPa以内，同时水冷开启，直到粘贴工件冷却，取出工件，关闭水冷阀，用刀片清理粘贴工件背面，确保研磨机真空台吸附稳定，将工件放入研磨机，基片进行研磨，若表面出现有未研磨的部分，应继续研磨，并适当调整减薄参数，直到基片表面能全部研磨为止；取三个研磨好的粘贴工件，按常规方法进行抛光50～120分钟。抛光时间结束前1分钟，在抛光皮上喷少量洗洁精稀释液(其中，洗洁精与水体积比1：20)以清洁基片，用无尘纸将基片表面擦拭干净。抛光完成后，在抛光液滴管内通入清水清洗管道，用自来水清洗抛光盘，压重块放置于指定位置，取下基片放入花篮，周转花篮放入水壶，用电磁炉在风扇通风条件下微热10分钟～20分钟，冲洗花篮和基片上的残留物，放入140～160℃烘箱3～6分钟，测量基片厚度应满足≥0.37mm。 

印制表、背电极：用待印基片印刷1片，检查基片的图形位置，图形应符要求，测量所印刷好电极的干燥膜厚，应符合电极干燥膜厚要求才能印刷，如不符合要求，则应调整印刷参数，直至干燥膜厚符合要求方可印刷；背电极、表电极、低温包封、低温标志等在基片中央的印刷图形应符合要求，边沿印刷图形不能到基片的竖向沟槽，表、背电极印刷后进行850℃烧成，低温包封浆料、低温标志浆料印刷毕、低温端涂浆料后，进行200℃烧成。为保证印刷图形完整和图形位置正确，每隔50片～100片应检查图形状况，发现图形不完整有缺陷时，用无尘纸擦洗印刷丝网底部，使底部干净；根据衰减量和阻抗，而进行理论计算的阻值及膜层质量，与实验的性能指标的对应。 

溅射：根据产品型号、规格、基片号选取溅射电阻体的靶材及电极靶材(Ni靶)，具体选用上海交大低阻镍铬靶（SJZ-1）、中阻镍铬铝靶（SJZ-3）、北京合纵纯钽靶（Ta）作为溅射电阻体的靶材，检查后安装到靶台上，同时将准备好的基片装于基片架上；采用离子溅射方式，时间为6～40分钟，阳极电压为40～65伏，加速栅电压为75～155伏，中和电压为4～6伏，基片加热温度为0～300℃，采用直接溅射镍靶和上海交大低阻镍铬靶材的方式，采用溅射+辅助溅射中阻镍铬铝靶和镍硅靶材的方式，采用光刻工艺溅射镍电极层，需溅射层作为电极层，溅射阻值为800～10K。分步溅射+分步热处理：因为阻值差异性较大，激光调阻的余量不够时，需进行分次溅射，先沉积热处理温度较高的膜层并热处理后，印刷阻挡层后在溅射沉积处理温度较低的电阻膜层；不同靶材溅射的电阻体膜层有相应最佳的热处理工艺；利用上海交大低阻镍铬靶材和中阻镍铬铝靶材进行溅射沉积电阻体膜层，并对其进行热处理，使膜层性能更加稳定。由于衰减量较低时，需采用“分步溅射+分步热处理”的方法来制作电阻体，即：阻值差异性较大，激光调阻的余量不够时，需进行分次溅射，先沉积热处理温度较高的膜层并热处理后，印刷阻挡层后在溅射沉积处理温度较低的电阻膜层。 

光刻：将匀胶机腔体内外已固化的光刻胶用丙酮擦拭干净，准备好GP18紫外正性光刻胶，设置匀胶机转速，将基片放在匀胶机的吸片台上，开启匀胶机，用胶头滴管将光刻胶通过匀胶机上方的滴胶口均匀地滴在基片上，待匀胶完毕将基片放入花篮；基片背面匀胶和前烘，将匀胶后的基片连同周转花篮一起放入80～100℃的烘箱中烘28～34min，或在95～115℃热板上烘80～100s；根据规格和目标阻值范围选择合适的掩模板，并进行掩模板对准；曝光时间为 15s±5s；选择合适的腐蚀液进行腐蚀，腐蚀时间以腐蚀干净为准。并进行喷淋清洗去除表面残留腐蚀液，用氮气枪吹干产品表面；用化学纯丙酮溶液去除产品表面残余的胶(如果湿法去胶不干净还可用等离子去胶机去除表面残余的胶)；用去离子水喷淋清洗产品并用氮气枪吹干产品表面，然后放入110～130℃的烘箱中烘干3～7min。 

热处理：将产品均匀的排列放置在夹具中后放入热处理设备中，产品均匀的排列放置在载物盘中，摆放方式和面向要一致，缺口标记面向上，根据产品的阻值和初测的电阻温度系数，热处理温度为280～600℃，时间为达到设定温度后恒温0.5～5h，将产品取出室内放置20min后，测量每批次产品电阻正温度系数（TCR+值）。将产品放置在加热平台上30min～40min后测量阻值。 

激光调阻：按常规方法进行激光调阻。激光调阻需要专用的探针卡，以及能够实现不同方向上切割调阻的控制软件，并采用逐次逼近法分别对三个电阻进行调阻；对调阻后的产品印刷包封层及专门制作的标志；对调阻精度小于B级（±0.1%）的产品采用P型直接调到目标阻值。试调一片产品，按要求修改调阻参数，测量调阻后阻值并检查调阻图形，调整相应参数，使阻值满足精度要求，图形符合要求，按调整好的参数进行自动修阻，自动修阻中途自检抽样率为1%，检查调阻阻值和调阻图形，调阻图形应符合要求。对调阻精度B级（含B级）以上的产品，先粗调按P型进行切割，原始阻值与目标阻值为1～50倍的调到目标阻值阻的-6%～-0.5%，原始阻值与目标阻值为50倍以上的调到目标阻值阻的-6%～-1%；把粗调完成的产品放入185～215℃烘箱中热储存6小时～24小时。储存后的产品按S型进行精调，精调。由于与片式固定电阻器的单一矩形电阻形状相比，衰减器因较为复杂的图形，给激光调阻方面带来一定的难度，所以需要专用的探针卡，以及能够实现不同方向上切割调阻的控制软件，并采用“逐步逼近法”对其专门的电阻图形进行调阻。 

按常规方法进行封前外观检查；按照常规方法进行一次裂片和涂银、二次裂片；因为衰减器特殊的内部联系方式，选择合适的钢珠及电镀电流进行电镀，以得到合适镀层保证产品的质量。 

最后，按照常规方法进行外观检查、筛选、编带和包装。 

与组合多个分立片式电阻器构成的衰减器相比较，能够大幅度减少安装面积，相对于0603型三只片式膜固定电阻器构成的结型衰减电路，约减少贴装面 积66%。贴装次数由3次减少到1次，降低了贴装成本。三只独立的电阻器变成一只复合型器件，显然在产品体积上缩小了近70%以上的重量，提高了产品的精度、可靠性和稳定性。 

采用薄膜工艺，提高了产品的精度、可靠性和稳定性。根据我们现有的薄膜生产工艺，片式膜固定电阻器精度可以达到±0.1%、±0.05%，甚至±0.01%，而制作出的片式膜衰减器的衰减精度提高到±0.3dB以上，直流阻抗精度将提高到±0.5%以上。该片式膜衰减器采用分布参数设计，相对于三只电阻构成的结型衰减电路，在高频性能方面具有明显的优势。 

所制得的电阻衰减器在温度-55℃～+125℃范围内阻值变化至少小于50ppm/℃，所以不会因为温度的变化带来特性阻抗和衰减量精度的改变；低噪声，工作频段较宽，频率覆盖DC～10GHz，只是在不同频率下衰减精度有所不同，低频率比高频率下的衰减精度要好。 

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 

Claims (4)

1.一种片式膜衰减器薄膜制作方法，其特征在于，包括丝网制作、印刷表电极、印刷背电极、印刷电阻体、印刷阻挡层、激光调阻、裂片、端涂、电镀，具体制作方法如下：

1）、选取陶瓷基片：在100～120℃下将陶瓷基片表面均匀涂抹黄蜡，在0.2～0.5MPa压力下水冷冷却；研磨；抛光，要求陶瓷基片厚度大于等于0.37毫米；清洗；烘干待用；

2）、在陶瓷基片上印刷表、背电极，850℃烧成；

3）、溅射：选用上海交大低阻镍铬靶、中阻镍铬铝靶或北京合纵纯钽靶作为溅射电阻体的靶材，以离子溅射方式，时间为6～40分钟，阳极电压为40～65伏，加速栅电压为75～155伏，中和电压为4～6伏，基片加热温度为0～300℃条件下进行溅射电阻体；采用分步溅射与分步热处理；

4）、光刻：进行涂胶；在80～100℃的烘箱中烘烤28～34分钟，或者在92～115℃热板上烘烤80～100秒；15秒±5秒时间的曝光；刻蚀；去胶；最后放入110～130℃的烘箱中烘干3～7分钟；

5）、热处理：在280～600℃下热处理，时间为达到设定温度后恒温0.5～5小时；然后室内放置20分钟；

6）、激光调阻：采用逐次逼近法对三个电阻从不同方向上切割调阻，其中对调阻精度小于B级的产品采用P型直接调至目标阻值；对调阻精度为B级及以上的产品，先按P型粗调进行切割，然后于185～215℃烘箱中热储存6～24小时，储存后的产品按S型精调至目标阻值；

7）、按常规方式依次进行一次裂片；涂银；二次裂片；电镀。

2.根据权利要求1所述的片式膜衰减器薄膜制作方法，其特征在于：所述抛光时，在抛光皮上喷有洗洁精与水体积比为1：20的洗洁精稀释液以清洁陶瓷基片；无尘纸擦拭干净。

3.根据权利要求1所述的片式膜衰减器薄膜制作方法，其特征在于：所述抛光后的陶瓷基片通过周转花篮放入水壶中，并用电磁炉在风扇通风条件下微热10～20分钟，取出陶瓷基片放入140～160℃烘箱内烘烤3～6分钟。

4.根据权利要求1所述的片式膜衰减器薄膜制作方法，其特征在于：在溅射工序中，采用直接溅射镍和上海交大低阻镍铬靶材方式；采用溅射和辅助溅射中阻镍铬铝靶和镍硅靶材方式；采用光刻工艺溅射镍电极层。