CN103184415A - 靶材、电阻薄膜、薄膜电阻件、电路板及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于制备电阻薄膜的靶材、利用靶材制备的电阻薄膜、利用该电阻薄膜形成的薄膜电阻件及将薄膜电阻应用于线路板的电路板，还涉及靶材、薄膜电阻件和电路板的制造方法。所述靶材包括组分A和组分B，所述组分B占靶材质量的0.1％～10％，组分B的电阻率为组分A电阻率的10倍以上；组分A选自以下材料中一种或多种：Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物，组分B选自以下材料中不同于组分A的一种或多种：环氧类树脂、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物。本发明的靶材具有更大的电阻率，采用该靶材制备的电阻薄膜具有更优的方阻范围和均匀性。

Description

靶材、电阻薄膜、薄膜电阻件、电路板及制造方法

技术领域

本发明涉及电子器件领域，尤其涉及一种用于制备电阻薄膜的靶材、电阻薄膜、薄膜电阻件及将电阻薄膜应用于线路板以形成内埋有薄膜电阻电路板，还涉及靶材、电阻薄膜、薄膜电阻件和电路板的制造方法。

背景技术

目前薄膜电阻材料大都是采用电镀、溅射或者覆镀等方式进行制备，其采用的材料各不相同，但用于PCB板中的薄膜电阻材料大都采用NiP/NiCr/NiCrAlSi/CrSiO等，厚度大都在10μm以下，其最基本的衡量标准为方阻的大小，所谓方阻是指长宽相等的电阻的阻值大小，方阻大小是随着薄膜厚度的减小而增大的，随着薄膜厚度的减小其均匀性也随之变差，目前市场上的薄膜电阻材料产品其方阻大小至250欧姆/□时，均匀性≤10％，厚度在0.1μm以下，这就限制了更大方阻的电阻材料的制备。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种电阻薄膜和用于制备电阻薄膜的靶材，其靶材比之现有的靶材具有更大的电阻率；利用此种靶材制备的电阻薄膜比之现有的靶材具有更优的方阻率范围和均匀性。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电阻薄膜制备用靶材，所述靶材为烧结体，所述靶材中含有组分A和组分B，所述组分B占靶材质量的0.1％～10％，组分B的电阻率为组分A电阻率的10倍以上；所述组分A选自以下材料中一种或多种：Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物；所述组分B选自以下材料中不同于组分A的一种或多种：环氧类树脂、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物。

其中，所述组分A为NiCr或NiCrAlSi。

其中，所述组分A为NiCr，所述组分B为环氧树脂，且所述组分B的质量分数为1％；或所述组分A为TaN，所述组分B为碳化硼，且所述组分B的质量分数为0.5％；或所述组分A为ZnO，所述组分B为氧化铝，且所述组分B的质量分数为1％；或所述组分A为WC，所述组分B为氮化硼，且所述组分B的质量分数为5％。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电阻薄膜制备用靶材的制造方法，将组分A和组分B的粉末混合均匀，使所获得的混合粉末定型为所需形状，在小于所述组分A和组分B熔点的温度下烧结形成均相混合物；其中，组分B占总质量的0.1％～10％，组分B的电阻率为组分A电阻率的10倍以上，所述组分A选自以下材料中一种或多种：Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物；所述组分B选自以下材料中不同于组分A的一种或多种：环氧类树脂、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电阻薄膜制备用靶材的制造方法，将组分A和组分B的粉末在真空状态下加热熔炼至熔融态，使两组分均匀混合，再通过浇铸或者压延成型；其中，组分B占总质量的0.1％～10％，组分B的电阻率为组分A电阻率的10倍以上，所述组分A选自以下材料中一种或多种：Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物；所述组分B选自以下材料中不同于组分A的的一种或多种：硅化物、氧化物、氮化物、碳化物。

其中，所述组分B为碳化钨、碳化硅、氮化硼、二氧化硅。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电阻薄膜，所述电阻薄膜为物理气相沉积体，电阻薄膜含有：组分A与组分B，所述组分B占电阻薄膜质量的0.1％～10％，组分B的电阻率为组分A电阻率的10倍以上；所述组分A选自以下材料中一种或多种：Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物；所述组分B选自以下材料中不同于组分A的一种或多种：环氧类树脂、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物。

其中，所述组分A为NiCr或NiCrAlSi。

其中，所述组分A为NiCr，所述组分B为环氧树脂，且所述组分B的质量分数为1％；或所述组分A为TaN，所述组分B为碳化硼，且所述组分B的质量分数为0.5％；或所述组分A为ZnO，所述组分B为氧化铝，且所述组分B的质量分数为1％；或所述组分A为WC，所述组分B为氮化硼，且所述组分B的质量分数为5％。

其中，所述电阻薄膜的厚度为5nm～4000nm。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种薄膜电阻件，包括支撑体和形成于所述支撑体表面上的电阻薄膜，所述电阻薄膜为上述的电阻薄膜。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种利用上述的靶材制造如上所述的薄膜电阻件的制造方法，其特征在于：包括步骤：

S101：将所述支撑体烘烤加热去除水分和杂质气体；

S102：利用等离子体对支撑体进行清洗，对支撑体进行表面清洁和表面粗糙化处理；

S103：将所述靶材通过物理气相沉积的方式于支撑体上形成预定厚度的电阻薄膜；

S104：将步骤S103中得到的半成品冷却至室温后退火处理。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电路板，包括基材层、薄膜电阻、铜层，所示薄膜电阻含有：组分A与组分B，所述组分B占薄膜电阻质量的0.1％～10％，组分B的电阻率为组分A电阻率的10倍以上；所述组分A选自以下材料中一种或多种：Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物；所述组分B选自以下材料中不同于组分A的一种或多种：环氧类树脂、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物。

其中，所述组分A为NiCr或NiCrAlSi。

其中，所述组分A为NiCr，所述组分B为环氧树脂，且所述组分B的质量分数为1％；或所述组分A为TaN，所述组分B为碳化硼，且所述组分B的质量分数为0.5％；或所述组分A为ZnO，所述组分B为氧化铝，且所述组分B的质量分数为1％；或所述组分A为WC，所述组分B为氮化硼，且所述组分B的质量分数为5％。

其中，所述基材层为PCB基材，所述PCB基材包括环氧树脂基材、BT基材，ABF基材、陶瓷基体、PI基材、PTFE基材；与所述电阻薄膜层相接触的铜层和PCB基材的表面粗糙度小于3μm。

其中，所述薄膜电阻的厚度为5nm～4000nm。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种上述的电路板的制造方法，包括步骤：

S201：将所述靶材通过物理气相沉积的方式在铜层上沉积预定厚度的电阻薄膜；

S202：将沉积有电阻薄膜的铜层层压到基材层上，且电阻薄膜位于铜层与基材层之间；

S203：将需要保留的电阻薄膜所对应的铜层用干膜或光刻胶盖住，采用蚀刻液去除未覆盖部分的铜层和电阻薄膜以最终形成薄膜电阻，然后去除干膜或光刻胶；

S204：将需要保留的铜层用干膜或光刻胶盖住，将未覆盖部分的铜层蚀刻去除；

S205：去除干膜或光刻胶。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种上述的电路板的制造方法，包括步骤：

S301：将所述靶材通过物理气相沉积的方式于基材层上形成预定厚度的电阻薄膜；

S302：将需要保留的电阻薄膜用干膜或光刻胶盖住，通过化学蚀刻或者干法刻蚀去除未被覆盖的电阻薄膜以形成薄膜电阻；

S303：去除干膜或光刻胶，在薄膜电阻上沉积铜层；

S304：将需要保留的铜层用干膜或光刻胶盖住，将未覆盖部分的铜层蚀刻去除；

S305：去除干膜或光刻胶。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的薄膜电阻材料一般只采用金属或合金或其氧化物、氮化物和碳化物制备，导致方阻的阻值范围小，而为了获得较大方阻时薄膜的均匀性差，本发明首先提供一种用于制备电阻薄膜的靶材，其主要成分为金属或合金或其氧化物、氮化物和碳化物，并添加一定分量(即：质量分数)的选自环氧类树脂、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物的组分，且添加的组分电阻率为前一组分(即：主要成份)的10倍以上，与仅由现有的电阻材料组成的靶材相比，利用该靶材制备的电阻薄膜在相同厚度下具有更大的电阻率，对应的电阻薄膜的方阻值更大，且利用本发明的靶材制备的电阻薄膜，其能达到更大的方阻值上限，更重要的是，利用本发明靶材，在制作更大方阻值的电阻薄膜过程中能够确保电阻薄膜的均匀性和稳定性。

附图说明

图1是本发明的电阻薄膜的形成过程示意图；

图2是本发明的薄膜电阻件的制造方法；

图3是本发明的薄膜电阻件的工艺过程；

图4是本发明的电路板的结构示意图；

图5是本发明电路板的一种制造方法；

图6是根据图5的制造方法各步骤中电路板的状态示意图；

图7是本发明电路板的另一种制造方法；

图8是根据图7的制造方法各步骤中电路板的状态示意图；

图9a为具体实施方式所述作为支撑体的铜箔A的表面形貌的扫描电子显微镜图片；

图9b为具体实施方式所述铜箔A作为支撑体所制得的薄膜电阻件的表面形貌的扫描电子显微镜图片；

图10a为具体实施方式所述作为支撑体的铜箔B的表面形貌的扫描电子显微镜图片；

图10b为具体实施方式所述铜箔B作为支撑体所制得的薄膜电阻件的表面形貌的扫描电子显微镜图片；

图11a为具体实施方式所述作为对比的化学镀方式晶粒大小的扫描电子显微镜图片(20000倍最小比例尺200nm)；

图11b为具体实施方式所述作为对比的电镀方式晶粒大小的扫描电子显微镜图片(20000倍最小比例尺300nm)；

图11c为具体实施方式所述物理气相沉积晶粒大小的扫描电子显微镜图片(30000X比例尺200nm)。

图中：1、基材层；2、电阻薄膜；3、铜层；4、干膜；5、干膜；6、薄膜电阻

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

一、靶材及其制备方法

本发明主要是采用在电阻材料中掺杂非金属材料的方法获得改进后的靶材，其中非金属材料的电阻率是电阻材料电阻率的10倍以上，通过该方法制得的靶材，可以使得利用该靶材制作的薄膜电阻具有更大的电阻率。所谓电阻材料的成分为A，其是现有用于制作电阻薄膜的材料，成分A一般选自以下材料中的一种或多种：Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物。为获得相同的方阻，若在方阻值为B的电阻材料中添加不同的非金属材料，则非金属材料的电阻率越高，添加的该电阻率高的非金属材料的量就越少；若在方阻值为B的电阻材料中添加相同的非金属材料，电阻材料电阻率越低，该非金属材料的添加量就越高。例如，假使为获得1000的方阻，往方阻值为200的电阻材料中同时添加1和2两种非金属材料，如果1的电阻率是2的很多倍时，那么经添加1和2后的电阻材料中1的含量比2的含量要少；往两份方阻值都为200的电阻材料中分别添加1和2两种非金属材料，且1的电阻率低于2的电阻率，则1在填加1后的电阻材料中的含量要比2在电阻材料中添加2后的含量高。本发明的靶材与仅由现有的电阻材料组成的靶材相比，利用该靶材制备的电阻薄膜在相同厚度下具有更大的电阻率，对应的电阻薄膜的方阻值更大，且利用本发明的靶材制备的电阻薄膜，其能达到更大的方阻值上限，更重要的是，利用本发明靶材，在制作更大方阻值的电阻薄膜过程中能够确保电阻薄膜的均匀性和稳定性。

基于上述分析，本发明提供一种电阻薄膜制备用靶材，该靶材为烧结体，所述靶材中含有组分A和组分B，所述组分B占靶材质量的0.1％～10％，组分B的电阻率为组分A电阻率的10倍以上；所述组分A选自以下材料中一种或多种：Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物；所述组分B选自以下材料中不同于组分A的一种或多种：环氧类树脂、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物。

以下举例说明组分A和组分B的成分及配比：

所述组分A为NiCr，所述组分B为环氧树脂，且所述组分B的质量分数为1％；

或所述组分A为TaN，所述组分B为碳化硼，且所述组分B的质量分数为0.5％；

或所述组分A为ZnO，所述组分B为氧化铝，且所述组分B的质量分数为1％；

或所述组分A为WC，所述组分B为氮化硼，且所述组分B的质量分数为5％。

靶材采用上述组分A材料和组分B材料混合成型，该混合物靶材的制作方法包括粉体烧结成型、真空熔铸成型和挤压成型，以获得各组分均匀分布的靶材。

粉体烧结成型是指粉体原料经过成型、加热到低于熔点的温度，发生固结、气孔率下降、收缩加大、致密度提高、晶粒增大，成为坚硬的烧结体，从而获得靶材的方法。

真空熔铸成型是指在真空环境下金属或者非金属达到其熔融状态后混合，在一特定模具中形成靶材的方法。

挤压成型是指原料在多向不均匀应力作用下，从部分原料模具孔口或者缝隙挤出使之横截面积增大获得所需形状的制作方法。

以下介绍靶材的制造方法：

1、当薄膜电阻材料中所添加的非金属材料(组分B)熔点较低或者容易碳化时，即：当组分A的熔点较高，组分A还未熔融时，组分B已经碳化或分解，则一般采用以下方法制造靶材。

首先采用机械粉碎法或者其他粉末获得方法制得组分A与组分B的粉末颗粒，其中组分B的种类与质量比例按上述的薄膜电阻材料选择，然后通过搅拌或者其他方式进行混合，获得混合均匀的粉末混合物，然后在小于两者熔点的温度下烧结，其烧结过程中会产生如下反应：

在烧结过程中材料粉末会因为分子或者原子的吸引，在加热作用下，粉末体之间产生颗粒粘结，经过物质迁移使粉末体产生强度并导致致密化与再结晶的过程，并且在烧结过程中薄膜电阻材料气孔率会减小，晶粒尺寸、密度与材料强度会随之增大。

在烧结时将粉末混合物放入我们所需的模具中定型成所需的形状，烧结后从而获得所需要的靶材。

这种方法适用于组分B为环氧树脂、熔点较低或者容易碳化的硅化物、氧化物、氮化物、碳化物或者其混合物。

在该方法中，需要获得各组分材料的粉末，粉体的获得可采用还原法、雾化法、电解法、机械粉碎法、羰基法、直接化合法等方式获得。

以下介绍几种粉体获得方法。

还原法-利用还原剂夺取金属氧化物粉末中的氧，而使金属被还原成粉状；

雾化法-将熔融金属雾化成细小液滴，在冷却介质中凝固成粉末；

电解法-在金属盐水溶液中通以直流电、金属离子即在阴极上放电析出，形成易于破碎成粉末状的沉积层；

机械粉碎法-主要通过压碎、击碎和磨削等作用将固态物质碎化成粉末；

羰基法-将某些金属(铁、镍等)与一氧化碳合成为金属羰基化合物，在热分解为金属粉末与一氧化碳；

直接化合法-在高温作用下使碳、氮、硼、硅直接与难熔金属化合制得粉末。

2、当薄膜电阻材料中所添加的非金属材料(组分B)熔点较高并存在熔融态时，即：当组分A熔融时，组分B未碳化或分解，则一般采用以下方法制造靶材。

利用真空熔炼的方式，在真空炉中加入所需的组分A与组分B，在真空状态下加热熔炼，两组分在真空环境下成为熔融态，在熔融态中均匀混合，然后将其浇铸到模具之中或通过压延成型获得所需的靶材。当然，也可以在熔融状态中均匀混合的过程中进行进一步的纯度提炼，以提升后续制作出的靶材的纯度。

以下通过两个具体的实施例来说明。

实施例1，在电阻材料(组分A)中掺杂环氧树脂的靶材形成方法

电阻材料选用NiCr合金，其中NiCr合金粉末通过机械粉碎法或者雾化法等获得，NiCr合金中Ni与Cr的重量比例4∶1；环氧树脂也通过机械粉碎法获得其粉末。然后将NiCr合金粉末和环氧树脂粉末混合均匀后在150℃温度下烧结制得靶材；经过元素分析，其各组分分布均匀。当然组分A可以在Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物中任意选择，例如可以选用常用的NiCrAlSi、CrSiO、NiP、TaN等。

实施例2，在电阻材料(组分A)中掺杂氮化物、碳化物、硅化物的靶材形成方法

在电阻材料中掺杂碳化钨、碳化硅、氮化硼、二氧化硅等高熔点非金属材料时，首先采用直接化合法获得非金属材料粉末，然后采用真空熔炼法，将掺杂物与电阻材料均匀混结，然后通过浇铸或者压延成型获得靶材。

二、电阻薄膜及其制备

本发明还提出一种利用上述靶材制作的电阻薄膜，主要是在电阻材料(组分A)中添加0.1％～10％(质量)的非金属材料(组分B)，其中电阻材料选自以下材料中的一种或多种：Al、Ni(镍)、Zn、Ti(钛)、V(钒)、Mn、Fe、Ta(钽)、Mo(钼)、Ru(钌)、Cr(铬)、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物；非金属材料选自以下材料中至少一种：环氧类树脂、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物。在该电阻薄膜中，电阻材料为主要成分，并且这些电阻材料也是现有的常用作制备电阻薄膜的靶材的材料，当然现有的靶材中并未添加非金属材料，也即现有的电阻薄膜中也未添加非金属材料，而在本发明中，在主要成分电阻材料中添加了0.1％～10％(质量)的非金属材料，由于非金属材料的电阻率大，因此提高了电阻薄膜的电阻率，但是如果非金属材料所占的比重过大，可能导致利用靶材制作薄膜电阻的过程中成膜、加热稳定性变差，因此本发明人通过反复的实验验证得出，非金属材料所占的重量百分比不得超出10％。本发明的电阻薄膜与仅由现有的电阻材料组成的电阻薄膜相比，电阻薄膜在相同厚度下具有更大的电阻率，且电阻薄膜的方阻值更大，且电阻薄膜的阻值能达到更大的方阻值上限。

基于上述分析，本发明提出一种电阻薄膜，所述电阻薄膜为物理气相沉积体，电阻薄膜含有：组分A与组分B，所述组分B占电阻薄膜质量的0.1％～10％，组分B的电阻率为组分A电阻率的10倍以上；

所述组分A选自以下材料中一种或多种：Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物；

所述组分B选自以下材料中不同于组分A的一种或多种：环氧类树脂、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物。

图1示出了靶材的形成及靶材通过物理气相沉积的方式形成电阻薄膜的过程，首先是组分A与组分B混合烧结形成靶材，然后通过物理气相沉积形成电阻薄膜，物理气相沉积方式包括蒸发镀、磁控溅射、电弧镀、离子镀及分子束外延等薄膜沉积技术。

优选地，组分A选用NiCr或NiCrAlSi。

电阻薄膜的厚度为5nm～4000nm，可以获得方阻值高达10000欧姆/□的电阻薄膜。

以下提供几个具体的实施例来说明本发明的电阻薄膜。

电阻薄膜实施例1

先在NiCr中添加1％质量分数的环氧树脂以制作出靶材，再采用该靶材及磁控溅射设备制备电阻薄膜，所制得的电阻薄膜在相同厚度的条件下，方阻为NiCr不添加环氧树脂的4～5倍，如我们所做试验中膜厚为100nm厚度时，NiCr方阻为60欧姆左右，但相同靶材中添加1％的环氧树脂后其方阻增大至270欧姆左右，在40℃、95％RH湿度测试240h，方阻变化率ΔR≤±1％，电阻温度系数TCR为80PPM/℃，流程稳定性≤10％。

电阻薄膜实施例2

先在TaN中添加0.5％质量分数的碳化硼以制作出靶材，再采用该靶材及蒸发镀膜设备制备出电阻薄膜，所制得的电阻薄膜在相同厚度的条件下，方阻为TaN不添加碳化硼的3～4倍，且电阻薄膜性能要优于不添加碳化硼的TaN薄膜很多，实际试验的结果为：不添加碳化硼的TaN的电阻温度系数TCR为-50PPM/℃，流程稳定性≤15％，在40℃、95％RH湿度测试240h，方阻变化率ΔR≤±1.5％；添加碳化硼后，电阻温度系数TCR为-10PPM/℃，流程稳定性≤5％，在40℃、95％RH湿度测试240h，方阻变化率ΔR≤±0.5％。

电阻薄膜实施例3

先在ZnO中添加1％质量分数的氧化铝以制作出靶材，再采用该靶材及磁控溅射设备制备电阻薄膜，所制得的电阻薄膜在相同厚度的膜厚条件下，方阻为ZnO不添加氧化铝的4～5倍，不添加氧化铝的ZnO的电阻温度系数TCR为80PPM/℃，流程稳定性≤15％，40℃、95％RH湿度测试240h，方阻变化率ΔR≤±1.5％；添加氧化铝后其电阻温度系数TCR≤30PPM/℃，流程稳定性≤10％，40℃、95％RH湿度测试240h、方阻变化率ΔR≤±1％。

电阻薄膜实施例4

先在碳化钨(WC)中添加5％质量分数的氮化硼以制作出靶材，再采用该靶材及磁控溅射设备制备电阻薄膜，所制得的电阻薄膜在相同厚度的膜厚条件下，方阻值为WC不添加氮化硼的方阻值的30～32倍，且电阻薄膜性能要优于不添加氮化硼的电阻薄膜很多，如不添加氮化硼的WC的电阻温度系数TCR在3000PPM/℃，流程稳定性≤40％，40℃、95％RH湿度测试240h，方阻变化率ΔR≤±10％；添加碳化钨后的电阻薄膜的电阻温度系数TCR为500PPM/℃，流程稳定性≤15％，40℃、95％RH湿度测试240h，方阻变化率ΔR≤±5％；并且其薄膜硬度得到了极大提升。

上述四个实施例组分A和组分B的质量比和电阻率综合如下表所示。

上述4个实施例采用物理气相沉积方法所制得的电阻薄膜的晶粒大小小于300nm，而利用其他方式所制得的电阻薄膜则无此优势，如图11a～图11c所示。

三、薄膜电阻件及其加工方法

本发明还提出一种利用本发明的电阻薄膜形成薄膜电阻件的结构，所述薄膜电阻件：包括支撑体和形成于所述支撑体表面上的电阻薄膜。

参阅图2和图3，本发明还提出一种利用上述的靶材制作薄膜电阻件的方法，其工艺流程为：

S101：将所述支撑体烘烤加热去除水分和杂质气体；

S102：利用等离子体对支撑体进行清洗，对支撑体进行表面清洁和表面粗糙化处理；

S103：将所述靶材通过物理气相沉积的方式于支撑体上形成预定厚度的电阻薄膜；

S104：将步骤S103中得到的半成品冷却至室温后退火处理。

其中，支撑体可以是金属箔也可以是其他刚性的具有一定厚度能够支撑电阻薄膜的材料，步骤S101中烘烤加热主要是针对支撑体容易吸水或者杂气的材质，去除支撑体中含有的水分或者杂气，对于部分容易氧化的支撑体则需要在惰性气体保护氛围下烘烤，烘烤温度与时间根据支撑体的特性选择，步骤S102等离子清洗段主要利用等离子体对支撑体进行清洗，其中等离子体为Ar气被离子化产生，其主要对支撑体进行表面清洁和表面粗糙化处理，电阻薄膜表面形貌取决于其支撑体的表面形貌，即电阻薄膜的表面形貌与支撑体的表面形貌相同，附图9a～10b所示的扫描电子显微镜图片可以证明该观点。步骤S103薄膜沉积是利用物理气相沉积技术，包括但不限于磁控溅射、蒸发镀、离子镀、电弧镀等方式，电阻薄膜厚度根据需要在5nm～4000nm之间，其镀膜参数根据镀膜厚度与靶材材质具体进行确定，步骤S103之后通过冷却段，主要是防止薄膜电阻件因镀膜所产生的高温在空气中氧化，因此需要冷却到室温后将加工后的支撑体取出，进行退火处理，退火温度根据混合物靶材材质进行确定，退火主要是降低材料之间的应力与使电阻材料再结晶，提高其稳定性。

根据上述方法所制得的薄膜电阻件的性能与现有的应用于PCB厂商的薄膜电阻件性能对比如下，其中薄膜均匀性通过元素分析得出：

以下介绍采用磁控溅射法制备薄膜电阻件的过程：

采用磁控溅射方法制备薄膜电阻件，支撑体选择为铜箔，镀膜前离子清洗参数为2000V电压下、400mA进行离子源轰击60S，离子轰击对表面的蚀刻量在80nm左右，然后采用直流溅射、恒流控制模式、电流14A、溅射进气量1000SCCM、真空度1.5Pa，冷却后进行退火处理，退火温度为200℃，退火时间1h，氮气保护氛围下进行，从而获得薄膜电阻件；在本实施例中，采用磁控溅射的方式，可以获得高附着强度、高均匀性的薄膜电阻件。在本实施例的加工参数与退火温度条件下，磁控溅射所制得的薄膜结晶取向有55％以上为111型结构，其余为100型结构和其他方向，所谓111型与100型结构是指膜层中的晶粒生长方向，晶粒生长方向相同则性能越好，111代表晶粒生长的空间方向相同，100型代表空间方向的不同；三个数位可认为是分别代表即x、y、z三个方向，0和1则代表空间方向不同或相同。111型结构越多，则该薄膜电阻件的性能越好，本实施例中有55％以上为111型结构，因此该薄膜电阻件的性能优于现有技术的薄膜电阻件。

四、电路板及其加工方法

本发明中的电阻薄膜还可以应用于电路板的加工，实现将电阻薄膜埋设于电路板内以实现内埋薄膜电阻的目的，且该电路板内埋设的薄膜电阻具有薄膜稳定性高，相同厚度条件下其方阻值更大，且可实现更大方阻值的优点。

图4给出了一种利用本发明的靶材制作出的具有内埋薄膜电阻的电路板的结构示意图，该电路板包括基材层1、形成于所述基材层1上的薄膜电阻6、覆盖于所述薄膜电阻6预定位置的铜层3；形成于基材层1和铜层3之间的薄膜电阻6厚度为5nm～4000nm。其中所述薄膜电阻的成份与本发明中电阻薄膜的成份相同，具体如何通过本发明靶材形成电阻薄膜，然后再将该电阻薄膜加工成薄膜电阻实现电路板内埋薄膜电阻的方法，请见后续电路板的加工方法。此外，可以理解的是，本发明示意图示意出的仅是电路板的某一基材层的一面设置有薄膜电阻的情况，可以理解为该电路板为单层板或多层板，且进一步的，还可于该基材层的另一面也设置有薄膜电阻。

在实际应用中，铜层具有一面为光面和另一面为毛面的表面形貌，其中铜层毛面沉积所述电阻薄膜，铜层毛面的表面粗糙度Ra小于3μm。

基材层为PCB基材，PCB基材种类包括但不限于环氧树脂、BT(BT树脂指双马来酰亚胺-三嗪树脂，为目前应用于IC载板的一种特殊材料)、ABF(Ajinomoto Bulid-up film，为Ajimomoto公司研发的用于增层法的一种薄膜，其因与铜的结合力高被目前PCB厂家采用)、陶瓷基体、PI(聚酰亚胺)、PTFE(聚四氟乙烯)等。与所述电阻薄膜相接触的PCB基材的表面粗糙度小于3μm。

在制作该电路板时，所述靶材通过物理气相沉积的方式于铜层的毛面或者PCB基材表面上形成预定厚度的电阻薄膜，然后进行后续的加工以获得最终的电路板。

参阅图5以及图6，提供上述的电路板的一种制作方法，该方法包括薄膜电阻形成于基材层的步骤，该步骤包括：

S201：将所述靶材通过物理气相沉积的方式在铜层3上沉积上预定厚度的电阻薄膜2；

S202：将沉积有电阻薄膜2的铜层3层压到基材层1上，且电阻薄膜2位于铜层3与基材层1之间；

S203：将需要保留的电阻薄膜2所对应的铜层3用干膜4盖住，采用蚀刻液去除未覆盖干膜部分的铜层3和电阻薄膜2以最终形成薄膜电阻6，然后去除干膜4；该步骤中干膜4也可以用光刻胶替代；

S204：将需要保留的铜层3用干膜5盖住，利用能够蚀刻掉铜层3但不与薄膜电阻6反应的蚀刻液将未覆盖干膜部分的铜层3蚀刻去除；该蚀刻液例如可选为氨水溶液；

S205：去除干膜5。

上述是在单层PCB板的基材层的一个面上形成薄膜电阻的加工方法，当然，所述薄膜电阻也可形成于所述单层PCB的基材层的另一个相对表面。此外，所述PCB可以为多层板，其某一层基材层或多个基材层的一面或两面都设置有所述薄膜电阻。无论是单层PCB板或多层PCB板，其薄膜电阻的形成于基材层的过程都相同。

参阅图7和图8，本发明还提供电路板的另一种加工方法，该加工方法包括薄膜电阻形成于基材层的步骤，该步骤包括：

S301：将所述靶材通过采用物理气相沉积的方式于基材层上1上形成预定厚度的电阻薄膜2；

S302：将需要保留的电阻薄膜2用干膜4盖住，通过化学蚀刻或者干法刻蚀去除未被覆盖的电阻薄膜以形成薄膜电阻6；该步骤中，干膜4可以用光刻胶替代；

S303：去除干膜4，在薄膜电阻6上沉积铜层3；

S304：将需要保留的铜层3用干膜5盖住，将未覆盖干膜部分的铜层蚀刻去除；此步骤中，干膜5可以用光刻胶替代；

S305：去除干膜5。

上述是在单层PCB板的基材层的一个面上形成薄膜电阻的加工方法，当然，也可采用同样方法于所述单层PCB的基材层的另一个相对表面上形成所述薄膜电阻。此外，所述PCB可以为多层板，其某一层基材层或多个基材层的一面或两面都设置有所述薄膜电阻。无论是单层PCB板或多层PCB板，其薄膜电阻形成于基材层的过程都相同。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (19)

1.一种电阻薄膜制备用靶材，其特征在于，所述靶材为烧结体，所述靶材中含有组分A和组分B，所述组分B占靶材质量的0.1％～10％，组分B的电阻率为组分A电阻率的10倍以上；

所述组分A选自以下材料中一种或多种：Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物；

所述组分B选自以下材料中不同于组分A的一种或多种：环氧类树脂、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物。

2.根据权利要求1所述的电阻薄膜制备用靶材，其特征在于：所述组分A为NiCr或NiCrAlSi。

3.根据权利要求1所述的电阻薄膜制备用靶材，其特征在于：所述组分A为NiCr，所述组分B为环氧树脂，且所述组分B的质量分数为1％；

或所述组分A为TaN，所述组分B为碳化硼，且所述组分B的质量分数为0.5％；

或所述组分A为ZnO，所述组分B为氧化铝，且所述组分B的质量分数为1％；

或所述组分A为WC，所述组分B为氮化硼，且所述组分B的质量分数为5％。

4.一种电阻薄膜制备用靶材的制造方法，其特征在于，将组分A和组分B的粉末混合均匀，使所获得的混合粉末定型为所需形状，在小于所述组分A和组分B熔点的温度下烧结形成均相混合物；

其中，组分B占总质量的0.1％～10％，组分B的电阻率为组分A电阻率的10倍以上，

所述组分A选自以下材料中一种或多种：Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物；

所述组分B选自以下材料中不同于组分A的一种或多种：环氧类树脂、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物。

5.一种电阻薄膜制备用靶材的制造方法，其特征在于，将组分A和组分B的粉末在真空状态下加热熔炼至熔融态，使两组分均匀混合，再通过浇铸或者压延成型；

其中，组分B占总质量的0.1％～10％，组分B的电阻率为组分A电阻率的10倍以上，

所述组分A选自以下材料中一种或多种：Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物；

所述组分B选自以下材料中不同于组分A的的一种或多种：硅化物、氧化物、氮化物、碳化物。

6.根据权利要求5所述的电阻薄膜制备用靶材的制造方法，其特征在于：所述组分B为碳化钨、碳化硅、氮化硼、二氧化硅。

7.一种电阻薄膜，其特征在于，所述电阻薄膜为物理气相沉积体，电阻薄膜含有：组分A与组分B，所述组分B占电阻薄膜质量的0.1％～10％，组分B的电阻率为组分A电阻率的10倍以上；

所述组分A选自以下材料中一种或多种：Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物；

所述组分B选自以下材料中不同于组分A的一种或多种：环氧类树脂、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物。

8.根据权利要求7所述的电阻薄膜，其特征在于：所述组分A为NiCr或NiCrAlSi。

9.根据权利要求7所述的电阻薄膜，其特征在于：所述组分A为NiCr，所述组分B为环氧树脂，且所述组分B的质量分数为1％；

或所述组分A为TaN，所述组分B为碳化硼，且所述组分B的质量分数为0.5％；

或所述组分A为ZnO，所述组分B为氧化铝，且所述组分B的质量分数为1％；

或所述组分A为WC，所述组分B为氮化硼，且所述组分B的质量分数为5％。

10.根据权利要求7-9任一项所述的电阻薄膜，其特征在于：所述电阻薄膜的厚度为5nm～4000nm。

11.一种薄膜电阻件，其特征在于：包括支撑体和形成于所述支撑体表面上的电阻薄膜，所述电阻薄膜为权利要求7-10任意一项所述的电阻薄膜。

12.一种利用权利要求1所述的靶材制造如权利要求11所述的薄膜电阻件的制造方法，其特征在于：包括步骤：

S101：将所述支撑体烘烤加热去除水分和杂质气体；

S102：利用等离子体对支撑体进行清洗，对支撑体进行表面清洁和表面粗糙化处理；

S103：将所述靶材通过物理气相沉积的方式于支撑体上形成预定厚度的电阻薄膜；

S104：将步骤S103中得到的半成品冷却至室温后退火处理。

13.一种电路板，其特征在于：包括基材层、薄膜电阻、铜层，所示薄膜电阻含有：组分A与组分B，所述组分B占薄膜电阻质量的0.1％～10％，组分B的电阻率为组分A电阻率的10倍以上；

所述组分A选自以下材料中一种或多种：Al、Ni、Zn、Ti、V、Mn、Fe、Ta、Mo、Ru、Cr、Si及它们的合金、氧化物、氮化物和碳化物；

所述组分B选自以下材料中不同于组分A的一种或多种：环氧类树脂、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物。

14.根据权利要求13所述的电路板，其特征在于：所述组分A为NiCr或NiCrAlSi。

15.根据权利要求13所述的电路板，其特征在于：所述组分A为NiCr，所述组分B为环氧树脂，且所述组分B的质量分数为1％；

或所述组分A为TaN，所述组分B为碳化硼，且所述组分B的质量分数为0.5％；

或所述组分A为ZnO，所述组分B为氧化铝，且所述组分B的质量分数为1％；

或所述组分A为WC，所述组分B为氮化硼，且所述组分B的质量分数为5％。

16.根据权利要求13所述的电路板，其特征在于：所述基材层为PCB基材，所述PCB基材包括环氧树脂基材、BT基材，ABF基材、陶瓷基体、PI基材、PTFE基材；

与所述电阻薄膜层相接触的铜层和PCB基材的表面粗糙度小于3μm。

17.根据权利要求13-16任一项所述的电路板，其特征在于：所述薄膜电阻的厚度为5nm～4000nm。

18.一种如权利要求13至17任一项所述的电路板的制造方法，其特征在于：包括步骤：

S201：将所述靶材通过物理气相沉积的方式在铜层上沉积预定厚度的电阻薄膜；

S202：将沉积有电阻薄膜的铜层层压到基材层上，且电阻薄膜位于铜层与基材层之间；

S203：将需要保留的电阻薄膜所对应的铜层用干膜或光刻胶盖住，采用蚀刻液去除未覆盖部分的铜层和电阻薄膜以最终形成薄膜电阻，然后去除干膜或光刻胶；

S204：将需要保留的铜层用干膜或光刻胶盖住，将未覆盖部分的铜层蚀刻去除；

S205：去除干膜或光刻胶。

19.一种如权利要求13至17任一所述的电路板的制造方法，其特征在于：包括步骤：

S301：将所述靶材通过物理气相沉积的方式于基材层上形成预定厚度的电阻薄膜；

S302：将需要保留的电阻薄膜用干膜或光刻胶盖住，通过化学蚀刻或者干法刻蚀去除未被覆盖的电阻薄膜以形成薄膜电阻；

S303：去除干膜或光刻胶，在薄膜电阻上沉积铜层；

S304：将需要保留的铜层用干膜或光刻胶盖住，将未覆盖部分的铜层蚀刻去除；

S305：去除干膜或光刻胶。

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