CN107993782A - 一种低电阻温度系数的复合薄膜电阻及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低电阻温度系数的复合薄膜电阻及其制备方法，包括玻璃或陶瓷基底、负电阻温度系数材料层、正电阻温度系数材料层、金属电极层以及钝化保护层；所述负电阻温度系数材料层设于玻璃或陶瓷基底与正电阻温度系数材料层之间；所述正电阻温度系数材料层上表面设有金属电极层以及非金属电极层区域的钝化保护层。该复合薄膜电阻采用负电阻温度系数材料层、正电阻温度系数材料层双层复合薄膜结构，能够灵活调节电阻温度系数，使其具有低电阻温度系数；该结构采用薄膜工艺，薄膜图形精度高，体积更小；具有正温度系数的材料层覆盖具有负电阻温度系数的材料层，可以有效提高电阻稳定性，兼顾薄膜电阻的高精度与低温度系数。

Description

一种低电阻温度系数的复合薄膜电阻及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合薄膜电阻的技术领域，尤其涉及一种低电阻温度系数的复合薄膜电阻及其制备方法。
背景技术
薄膜电阻(thin-film resistor，TFR)是一种具有的高阻值跟踪精度和微小体积的芯片式薄膜电阻(电阻网络)，通常用类蒸发的方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成，具有阻值精高度、电阻温度系数小、噪声小和长期稳定性好等优点，精度最高可达±0.01％，温度跟踪系数最高可达±0.02％，适用于电子通讯、航天、航空、医疗设备器件等领域。
在很多产品，尤其是一些仪器仪表、衡器产品上常常需要具有很好的温度稳定性(阻值随温度变化而变化的大小)。对于如何实现薄膜电阻的低电阻温度系数，一直是行业内的技术难题。精密薄膜电阻的材料多采用合金材料，不同的成分比例与制备条件会导致其具有不同的电阻温度系数。目前常用的精密薄膜电阻材料包括CrSi、NiCr、TaN等，但是单一材料的电阻温度系数往往较高，并且其数值也有正负之分，其阻值稳定性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低电阻温度系数的复合薄膜电阻及其制备方法，通过将两种合金材料合并使用，利用两种合金材料相反的电阻温度系数属性，可以有效克服单一电阻材料的缺点，实现低电阻温度系数，并通过在表面涂覆钝化保护层，实现其产品对周围环境的耐受性，提高长期稳定性。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种低电阻温度系数的复合薄膜电阻，包括玻璃或陶瓷基底、负电阻温度系数材料层、正电阻温度系数材料层、金属电极层以及钝化保护层；所述负电阻温度系数材料层设于玻璃或陶瓷基底与正电阻温度系数材料层之间；所述正电阻温度系数材料层上表层设有金属电极层以及非金属电极层区域的钝化保护层。
进一步的，所述负电阻温度系数材料层为TaN电阻材料层。
进一步的，所述正电阻温度系数材料层为NiCr合金电阻材料层。
进一步的，所述NiCr合金电阻为Ni60Cr40合金电阻、Ni70Cr30合金电阻的一种。
进一步的，所述金属电极层为W90Ti10/Au电极层、Cu/Ni/Au电极层的一种
进一步的，所述玻璃或陶瓷基底为微晶玻璃、石英玻璃、氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氧化铍陶瓷的一种。
进一步的，所述钝化保护层为SiO2保护层。
低电阻温度系数的复合薄膜电阻的制备方法，包括以下步骤：
1)在干净的玻璃或者陶瓷基底上，依次沉积负电阻温度系数材料层、正电阻温度系数材料层和金属电极层，得到复合薄膜电阻；对复合薄膜电阻进行热处理；
2)对步骤1)热处理后的复合薄膜电阻的金属电极层进行刻蚀，得到预期图形；再对正电阻温度系数材料层进行刻蚀得到预期线条图案；调整负电阻温度系数材料层、正电阻温度系数材料层的面积，得到温度系数≤±10ppm/℃的低温度系数薄膜电阻；
3)在步骤2)得低温度系数薄膜电阻上表面制备钝化保护层，通过光刻法刻蚀露出金属电极层，得到低电阻温度系数的复合薄膜电阻。
进一步的，所述金属电极层的刻蚀为光刻、湿法腐蚀的方法；所述正电阻温度系数材料层的刻蚀为光刻、离子刻蚀的方法；所述负电阻温度系数材料层、正电阻温度系数材料层的面积调整通过离子刻蚀和激光调阻的方法；所述钝化保护层制备通过PECVD沉积的方法。
复合薄膜电阻的基底为玻璃或陶瓷；基底上为负电阻温度系数材料层，其上设置正温度系数材料层，正温度系数材料层全部或者部分覆盖负电阻温度系数材料层；正温度系数材料层上表面设有金属电极层以及非金属电极层区域的钝化保护层。
本发明的优点是：①该电阻结构采用负电阻温度系数材料层、正电阻温度系数材料层的双层复合薄膜结构，能够灵活调节电阻温度系数，使其具有低电阻温度系数；
②该结构采用薄膜工艺，薄膜图形精度高，体积小；
③双层复合薄膜结构，具有正温度系数的材料层覆盖具有负电阻温度系数的材料层，可以有效提高电阻稳定性，兼顾薄膜电阻的高精度与低温度系数。
附图说明
图1为本发明低电阻温度系数的复合薄膜电阻结构材料的结构示意图。
1-玻璃或陶瓷基底、2-负电阻温度系数材料层、3-正电阻温度系数材料层、4-金属电极层、5-钝化保护层。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
一种低电阻温度系数的复合薄膜电阻，结构包括微晶玻璃基底，TaN电阻材料层与Ni60Cr40合金电阻材料层，W90Ti10/Au电极层，以及SiO2保护层。所述TaN电阻材料层设于微晶玻璃基底与Ni60Cr40合金电阻材料层之间；所述Ni60Cr40合金电阻材料层上表层设有W90Ti10/Au电极层以及非W90Ti10/Au电极层区域的SiO2保护层。其制备方法包括以下步骤：
1)选用尺寸为50.8mm×50.8mm×0.3mm的微晶玻璃基片，清洗干净后，通过磁控溅射的方法，依次沉积负电阻温度系数的TaN电阻材料层、正电阻温度系数的Ni60Cr40合金电阻材料层与W90Ti10/Au金属电极层；
2)将步骤1)制得薄膜电阻放入300℃烘箱，热处理3h；
3)通过光刻和湿法腐蚀的方法，制作出金属电极区域图形；
4)通过光刻和离子刻蚀的方法，将Ni60Cr40合金材料层制作出电阻线条图案；
5)将步骤4)得到的基片装入夹具，测得薄膜电阻的温度系数为-18～-13.4ppm/℃；
6)通过离子刻蚀和激光调阻的方法，减小TaN电阻材料层的面积，测试温度系数约为-4.6～-2.1ppm/℃；
7)利用PECVD在该基板正面沉积SiO2保护层，通过光刻的方法，露出W90Ti10/Au电极层区域。
该所述的低电阻温度系数的复合薄膜电阻结构的基底为微晶玻璃，基底上为TaN电阻材料层，其上设置Ni60Cr40合金电阻材料，Ni60Cr40合金电阻材料部分覆盖TaN合金电阻材料；所述TaN与Ni60Cr40合金电阻材料层上设置W90Ti10/Au金属电极区域和SiO2保护层区域。
实施例2
一种低电阻温度系数的复合薄膜电阻，结构包括氧化铝陶瓷基底，TaN电阻材料层与Ni70Cr30合金电阻材料层，Cu/Ni/Au电极层，以及SiO2保护层。所述TaN电阻材料层设于氧化铝陶瓷基底与Ni70Cr30合金电阻材料层之间；所述Ni70Cr30合金电阻材料层上表层设有Cu/Ni/Au电极层以及非Cu/Ni/Au电极层区域的SiO2保护层。其制备方法包括以下步骤：
1)选用尺寸为50.8mm×50.8mm×0.254mm，纯度为99.6％的氧化铝陶瓷基片，清洗干净后，通过磁控溅射的方法，依次沉积好具有负电阻温度系数的TaN电阻材料层与具有正电阻温度系数的Ni70Cr30合金电阻材料层和Cu/Ni/Au金属电极层；
2)将步骤1)制得薄膜电阻放入200℃烘箱，热处理6h；
3)通过光刻和湿法腐蚀的方法，制作出金属电极区域图形；
4)通过光刻和离子刻蚀的方法，将Ni70Cr30合金材料层制作出电阻线条图案；
5)将步骤4)得到的基片装入夹具，测得薄膜电阻的温度系数为5.7～10.4ppm/℃；
6)通过离子刻蚀和激光调阻的方法，减小Ni70Cr30合金电阻材料层的面积，测试温度系数为3.2～6.8ppm/℃；
7)利用PECVD在该基板正面沉积SiO2保护层，通过光刻的方法，露出Cu/Ni/Au金属电极层区域。
该所述的低电阻温度系数的复合薄膜电阻结构的基底为氧化铝陶瓷基底，基底上为TaN电阻材料层，其上设置Ni70Cr30合金电阻材料，Ni70Cr30合金电阻材料部分覆盖TaN合金电阻材料；所述TaN与Ni70Cr30合金电阻材料层上设置Cu/Ni/Au金属电极区域和SiO2保护层区域。
本发明的原理在于：当制备温度系数为负值的复合薄膜电阻时，其制备方法如下：
1)在清洗干净的玻璃或者陶瓷基底上，依次沉积负电阻温度系数材料层、正电阻温度系数材料层和金属电极层；
2)将该复合薄膜电阻进行热处理，然后制作出金属电极区域图形；
3)将正电阻温度系数材料层制作出需要的线条图案；
4)减小负电阻温度系数材料层面积或者同时减小正电阻温度系数材料层和负电阻温度系数材料层的面积，得到电阻温度系数≤±10ppm/℃的低温度系数的薄膜电阻；
5)在金属电极区域以外的区域涂覆钝化保护层。
当制备温度系数为正值的复合薄膜电阻时，其制备方法如下：
1)在清洗干净的玻璃或者陶瓷基底上，依次沉积负电阻温度系数材料层、正电阻温度系数材料层和金属电极层；
2)将该复合薄膜电阻进行热处理，然后制作出金属电极区域图形；
3)将具有正电阻温度系数的材料层制作出需要的线条图案；
4)减小具有正电阻温度系数的材料层面积或者同时减小具有正电阻温度系数的材料层和负电阻温度系数的材料层的面积，得到电阻温度系数≤±10ppm/℃的低温度系数的薄膜电阻；
5)在金属电极区域以外的区域涂覆钝化保护层。
上述仅为本发明具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种低电阻温度系数的复合薄膜电阻，其特征在于：包括玻璃或陶瓷基底、负电阻温度系数材料层、正电阻温度系数材料层、金属电极层以及钝化保护层；所述负电阻温度系数材料层设于玻璃或陶瓷基底与正电阻温度系数材料层之间；所述正电阻温度系数材料层上表层设有金属电极层以及非金属电极层区域的钝化保护层。
2.根据权利要求1所述的低电阻温度系数的复合薄膜电阻，其特征在于：所述负电阻温度系数材料层为TaN电阻材料层。
3.根据权利要求1所述的低电阻温度系数的复合薄膜电阻，其特征在于：所述正电阻温度系数材料层为NiCr合金电阻材料层。
4.根据权利要求3所述的低电阻温度系数的复合薄膜电阻，其特征在于：所述NiCr合金电阻为Ni60Cr40合金电阻、Ni70Cr30合金电阻的一种。
5.根据权利要求1所述的低电阻温度系数的复合薄膜电阻，其特征在于：所述金属电极层为W90Ti10/Au电极层、Cu/Ni/Au电极层的一种。
6.根据权利要求1所述的低电阻温度系数的复合薄膜电阻，其特征在于：所述玻璃或陶瓷基底为微晶玻璃、石英玻璃、氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氧化铍陶瓷的一种。
7.根据权利要求1所述的低电阻温度系数的复合薄膜电阻，其特征在于：所述钝化保护层为SiO2保护层。
8.制备如权利要求1所述的低电阻温度系数的复合薄膜电阻的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）在干净的玻璃或者陶瓷基底上，依次沉积负电阻温度系数材料层、正电阻温度系数材料层和金属电极层，得到复合薄膜电阻；对复合薄膜电阻进行热处理；
2）对步骤1）热处理后的复合薄膜电阻的金属电极层进行刻蚀，得到预期图形；再对正电阻温度系数材料层进行刻蚀得到预期线条图案；调整负电阻温度系数材料层、正电阻温度系数材料层的面积，得到温度系数≤±10ppm/℃的低温度系数薄膜电阻；
3）在步骤2）得低温度系数薄膜电阻上表面制备钝化保护层，通过光刻法刻蚀露出金属电极层，得到低电阻温度系数的复合薄膜电阻。
9.根据权利要求8所述的低电阻温度系数的复合薄膜电阻的制备方法，其特征在于：所述金属电极层的刻蚀为光刻、湿法腐蚀的方法；所述正电阻温度系数材料层的刻蚀为光刻、离子刻蚀的方法；所述负电阻温度系数材料层、正电阻温度系数材料层的面积调整通过离子刻蚀和激光调阻的方法；所述钝化保护层制备通过PECVD沉积的方法。
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