CN104120336B - 一种薄膜电阻、溅射靶材、带电阻金属箔及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种薄膜电阻，其含有50％～96％(重量)的Fe，2％～30％(重量)的Al，2％～20％(重量)的N。本发明采用较常见的Fe、Al、N作为薄膜电阻的原材料，并通过控制各成分的重量比例使得制得的薄膜电阻的电阻率覆盖范围广。相对于现有技术，本发明的薄膜电阻材料成本更低、对环境影响更小。本发明还公开一种溅射靶材、带电阻金属箔和制备上述薄膜电阻的方法。

Description

一种薄膜电阻、溅射靶材、带电阻金属箔及制备方法

技术领域

本发明涉及一种电阻，尤其涉及一种薄膜电阻、溅射靶材、带电阻金属箔及制备方法。

背景技术

薄膜电阻是指采用真空蒸镀、直流或交流溅射、化学沉积等方法制成的厚度一般在0.5～11μm的膜式电阻。薄膜电阻多用于形成印刷电路板中的嵌入式电阻。

现有的薄膜电阻，主要有以下几类：1、电阻原材料为含有镍和磷的合金，通过电镀法获得薄膜形态；2、电阻原材料为含有镍、铬的合金，通过磁控溅射获得薄膜形态；3、电阻原材料为含有镍、铬、铝、硅的合金，或还含有少量的稀土元素，通过磁控溅射获得薄膜形态；4、多层电阻材料，其中各层材料为钽、氮化钽、鈦、氮化钛、钨、氮化钨中的一种或多种。

上述现有的薄膜电阻都包含有镍、钽或稀土等贵金属，某些薄膜电阻甚至还包含有铬等毒重金属材料使得现有的薄膜电阻成本较高且对环境不友好。另外，镍、钽、铬等金属都属于比较耐腐蚀的金属，在进行图形蚀刻加工时会有一定难度。由于上述选材的限制使得现有的薄膜电阻的电阻率覆盖范围有限，特别是不容易获得较大阻值的电阻。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提出一种成本低廉，且可以覆盖较宽的电阻率范围的薄膜电阻。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种薄膜电阻，含有50％～96％(重量)的Fe，2％～30％(重量)的Al，2％～20％(重量)的N。

进一步地，所述薄膜电阻含有65％(重量)的Fe，20％(重量)的Al，15％(重量)的N。

进一步地，所述薄膜电阻厚度为0.05μm至5μm。

本发明还提供一种带电阻金属箔，包含金属箔和附于金属箔上的如上所述的薄膜电阻。

本发明还提供一种溅射靶材，所述溅射靶材上含有50％～96％(重量)的Fe，2％～30％(重量)的Al。

进一步地，所述溅射靶材含有65％(重量)的Fe，20％(重量)的Al。

本发明还提供一种制造薄膜电阻的方法，包括步骤：

S1：制备溅射靶材，所述溅射靶材上含有50％～96％(重量)的Fe，2％～30％(重量)的Al；

S2：将薄膜电阻所需附着的基材放入镀膜腔内，而后对镀膜腔抽真空使得镀膜腔的气压低于3乘10^-3帕；

S3：向镀膜腔内充入氩气和氮气的混合气体使得镀膜腔内的气压稳定在0.1～3.0帕；

S4：沉积薄膜，使得薄膜电阻的厚度在0.05-5μm范围内。

进一步地，步骤S3中氩气与氮气的体积比值为1.5～25。

进一步地，步骤S4中，通过控制沉积时间和沉积功率来控制薄膜电阻的厚度。

进一步地，所述基材为玻璃、陶瓷、塑料、金属或高分子材料。

本发明采用Fe、Al、N作为薄膜电阻的原材料，并通过控制三种元素的重量使得制得的薄膜电阻的电阻率覆盖范围广。相对于现有技术，本发明的薄膜电阻材料成本更低、对环境影响更小。

附图说明

图1为制造薄膜电阻的方法流程图。

具体实施方式

本发明提供一种薄膜电阻，含有50％～96％(重量)的铁(Fe)，2％～30％(重量)的铝(Al)，2％～20％(重量)的氮(N)。优选地，薄膜电阻含有65％(重量)的Fe，20％(重量)的Al，15％(重量)的N。

由于Al与N的化学反应活性高于Fe与N的化学反应活性，因此电阻材料中的Fe元素大部分为金属性原子，而部分Al则与N形成共价键。在微观图像里，Fe原子聚集在一起形成许多Fe原子簇，Al与N形成的化合物则包裹在Fe原子簇周围。在电阻材料通电时，电子主要通过Fe原子、Fe原子簇和少量没有形成共价键的Al原子进行传导，而位于导电的Fe、Al原子之间的Al-N化合物在电子传输通道上形成能垒，妨碍电子通过，从而降低整个材料的导电性。通过调节Fe、铝金属原子与Al-N化合物的相对含量，可以实现在较大范围内调节电阻材料的电阻率。相对于现有技术，本发明的薄膜电阻材料成本更低、对环境影响更小。

本发明还提供一种带电阻金属箔，包含金属箔和附于金属箔上的如上文所述的薄膜电阻。薄膜电阻厚度为0.05～5μm，铜箔厚度为5～70μm。

本发明还提供一种溅射靶材，溅射靶材上含有50％～96％(重量)的Fe，2％～30％(重量)的Al。优选地，溅射靶材上含有65％(重量)的Fe，20％(重量)的Al。

上述薄膜电阻可以通过真空磁控溅射镀膜、化学气相沉积、超声喷雾热解、溶胶凝胶等方法实现大面积、大批量的工业化制备。其中真空磁控溅射镀膜的成膜质量高、工艺复现性好，成为较优选的制备方法。

请参照图1，图1为本发明采用真空磁控溅射法制备薄膜电阻的步骤流程图。图1中，薄膜电阻的制备方法包括：

S1：制备溅射靶材，所述溅射靶材上含有50％～96％(重量)的Fe，2％～30％(重量)的Al。

将溅射靶材安装到磁控溅射设备的靶座上。

在利用真空磁控溅射法制备薄膜电阻时，需先制备溅射靶材。溅射靶材的Al和Fe元素可来自于FeAl合金靶材或数个纯铝靶材和纯Fe靶材。

优选地，溅射靶材上含有65％(重量)的Fe，20％(重量)的Al。

S2：将薄膜电阻所需附着的基材放入镀膜腔内，而后对镀膜腔抽真空使得镀膜腔的气压低于3乘10^-3帕。

基材需清洗干净并烘干，然后再放进磁控溅射设备的镀膜腔内，并打开抽气系统对镀膜腔进行抽气。

基材根据需要进行选取，可采用已知的各种基材，例如金属材料、陶瓷材料、塑料、玻璃、高分子材料，例如纤维增强树脂等。

S3：向镀膜腔内充入氩气和氮气的混合气体使得镀膜腔内的气压稳定在0.1～3.0帕。

优选地，氩气与氮气的体积比值为1.5～25。

S4：沉积薄膜，使得薄膜电阻的厚度在0.05-5μm范围内。

待镀膜腔内的气压稳定在0.1～3.0Pa时，打开溅射电源开始沉积薄膜，通过控制沉积时间和沉积功率来控制薄膜电阻的厚度，使得薄膜电阻的厚度在0.05μm至5μm范围内。

制得的薄膜电阻含有50％～96％(重量)的铁(Fe)，2％～30％(重量)的铝(Al)，2％～20％(重量)的氮(N)。

依上述方法，通过调节溅射靶材的Fe、Al重量比和混合溅射气体中氩气、氮气的体积比，共制得9种薄膜电阻，通过在室温下测试该9种薄膜电阻的方块电阻值，结果如表1所示。其中，薄膜电阻厚度由台阶仪测得，方块电阻值由四探针台测得。

实施例1～9的测试结果表明，薄膜电阻厚度越厚，薄膜电阻的方块电阻越小；Al和N的相对含量越高，方块电阻也越大。因此，本发明涉及的薄膜电阻，其阻值范围可以通过调节的薄膜电阻厚度和Al、N的相对含量加以控制。

表1

本发明涉及的电阻材料可以在玻璃、陶瓷、塑料、金属基材上形成薄膜，尤其可以在工程塑料、纤维增强树脂、金属箔等基材上形成薄膜，形成薄膜的方式除了上述的真空磁控溅射沉积薄膜方法，还有真空离子束溅射沉积薄膜方法、真空蒸发镀膜方法。上述的薄膜电阻实际上属于Fe、Al、N的合金，其中主要成分是金属Fe，很容易通过化学方法蚀刻或去除，尤其可以通过常用的酸性三价铁离子蚀刻液蚀刻或去除。通过印制电路板工艺，可以实现薄膜电阻的图形化，薄膜电阻可以按设计分离成特定形状、独立的小块。鉴于所述薄膜电阻材料可覆盖较宽电阻范围且容易蚀刻，使得其可以作为埋入式电阻材料在印制电路板领域获得应用。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种薄膜电阻，其特征在于，含有50％～96％(重量)的Fe，2％～30％(重量)的Al，2％～20％(重量)的N。

2.根据权利要求1所述的薄膜电阻，其特征在于，含有65％(重量)的Fe，20％(重量)的Al，15％(重量)的N。

3.根据权利要求1或2所述的薄膜电阻，其特征在于，所述薄膜电阻厚度为0.05μm至5μm。

4.一种带电阻金属箔，其特征在于，包含金属箔和附于金属箔上的如权利要求1～3任一项所述的薄膜电阻。

5.一种制造薄膜电阻的方法，其特征在于，包括步骤：

S1：制备溅射靶材，所述溅射靶材上含有50％～96％(重量)的Fe，2％～30％(重量)的Al；

S2：将薄膜电阻所需附着的基材放入镀膜腔内，而后对镀膜腔抽真空使得镀膜腔的气压低于3×10^-3帕；

S3：向镀膜腔内充入氩气和氮气的混合气体使得镀膜腔内的气压稳定在0.1～3.0帕；

S4：沉积薄膜，使得薄膜电阻的厚度在0.05-5μm范围内。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S3中氩气与氮气的体积比值为1.5～25。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S4中，通过控制沉积时间和沉积功率来控制薄膜电阻的厚度。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基材为玻璃、陶瓷、金属或高分子材料。