CZ308757B6 - Způsob výroby rezistoru pro výkonové aplikace - Google Patents
Způsob výroby rezistoru pro výkonové aplikace Download PDFInfo
- Publication number
- CZ308757B6 CZ308757B6 CZ2020110A CZ2020110A CZ308757B6 CZ 308757 B6 CZ308757 B6 CZ 308757B6 CZ 2020110 A CZ2020110 A CZ 2020110A CZ 2020110 A CZ2020110 A CZ 2020110A CZ 308757 B6 CZ308757 B6 CZ 308757B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- resistor
- electrically conductive
- ceramic substrate
- printed
- process step
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 21
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 16
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 11
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 claims description 10
- 238000009966 trimming Methods 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 abstract description 15
- 238000007639 printing Methods 0.000 abstract description 14
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 14
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 210000003296 saliva Anatomy 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
- H05K1/0263—High current adaptations, e.g. printed high current conductors or using auxiliary non-printed means; Fine and coarse circuit patterns on one circuit board
- H05K1/0265—High current adaptations, e.g. printed high current conductors or using auxiliary non-printed means; Fine and coarse circuit patterns on one circuit board characterized by the lay-out of or details of the printed conductors, e.g. reinforced conductors, redundant conductors, conductors having different cross-sections
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
- H01C17/06—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
- H01C17/06—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
- H01C17/065—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thick film techniques, e.g. serigraphy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
- H01C17/06—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
- H01C17/065—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thick film techniques, e.g. serigraphy
- H01C17/06506—Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits
- H01C17/06513—Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the resistive component
- H01C17/06526—Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the resistive component composed of metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/003—Thick film resistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/06—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material including means to minimise changes in resistance with changes in temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/16—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor
- H05K1/167—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor incorporating printed resistors
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/12—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
- H01C17/22—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for trimming
- H01C17/24—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for trimming by removing or adding resistive material
- H01C17/242—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for trimming by removing or adding resistive material by laser
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
- H05K1/092—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
- H05K1/097—Inks comprising nanoparticles and specially adapted for being sintered at low temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
- H05K2201/03—Conductive materials
- H05K2201/0332—Structure of the conductor
- H05K2201/0335—Layered conductors or foils
- H05K2201/0338—Layered conductor, e.g. layered metal substrate, layered finish layer or layered thin film adhesion layer
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/10—Using electric, magnetic and electromagnetic fields; Using laser light
- H05K2203/107—Using laser light
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/11—Treatments characterised by their effect, e.g. heating, cooling, roughening
- H05K2203/1126—Firing, i.e. heating a powder or paste above the melting temperature of at least one of its constituents
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/14—Related to the order of processing steps
- H05K2203/1476—Same or similar kind of process performed in phases, e.g. coarse patterning followed by fine patterning
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/17—Post-manufacturing processes
- H05K2203/171—Tuning, e.g. by trimming of printed components or high frequency circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/12—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
- H05K3/1216—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns by screen printing or stencil printing
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/12—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
- H05K3/1283—After-treatment of the printed patterns, e.g. sintering or curing methods
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/12—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
- H05K3/1283—After-treatment of the printed patterns, e.g. sintering or curing methods
- H05K3/1291—Firing or sintering at relative high temperatures for patterns on inorganic boards, e.g. co-firing of circuits on green ceramic sheets
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/14—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using spraying techniques to apply the conductive material, e.g. vapour evaporation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
Abstract
K výrobě rezistoru na keramickém substrátu se využívá technologie AerosolJet tisk, čímž se zjednodušuje proces výroby spojením vypalování rezistoru a vypalováním elektricky vodivých motivů na keramickém substrátu na pouhé jediné vypalování při teplotách v rozmezí od 650 °C do 960 °C v jednotné atmosféře.
Description
PATENTOVÝ SPIS (19)
ČESKÁ REPUBLIKA
ÚŘAD PRŮMYSLOVÉHO VLASTNICTVÍ
| (21) | Číslo přihlášky: | 2020-110 |
| (22) | Přihlášeno: | 03.03.2020 |
| (40) | Zveřejněno: (Věstník č. 17/2021) | 28.04.2021 |
| (47) | Uděleno: | 17.03.2021 |
| (24) | Oznámení o udělení ve věstníku: (Věstník ě. 17/2021) | 28.04.2021 |
(11) Číslo dokumentu:
308 757 (13) Druh dokumentu: B6 (51)Int. Cl.:
H01C17/06 (2006.01)
H05K 3/12 (2006.01)
H05K 3/10 (2006.01) (56) Relevantní dokumenty:
US 2019217529 A,; WO 2019109088 A,; US 2015197063 A,; US 2010181871 A,; WO 2015082179 A,.
(73) Maj itel patentu:
Západočeská univerzita v Plzni, Plzeň, Jižní
Předměstí, CZ (72) Původce:
doc. Ing. Jan Řeboun, Ph.D., Rokycany, Plzeňské
Předměstí, CZ doc. Ing. Aleš Hamáček, Ph.D., Chotěšov, CZ
Ing. Radek Soukup, Ph.D., Plzeň, Východní
Předměstí, CZ
Ing. Jih Hlína, Předmíř, CZ
Ing. Silvan Pretl, Ph.D., Plzeň, Východní
Předměstí, CZ
Ing. Robert Vík, Ph.D., Město Touškov, CZ
Ing. Jih Navrátil, Klatovy, Klatovy II, CZ (74) Zástupce:
PatentCentrum Sedlák & Partners s.r.o., Okružní
2824, 370 01 České Budějovice, České Budějovice (54) Název vynálezu:
Způsob výroby rezistoru pro výkonové aplikace (57) Anotace:
K výrobě rezistoru na keramickém substrátu se využívá technologie AerosolJet tisk, čímž se zjednodušuje proces výroby spojením vypalování rezistoru a vypalováním elektricky vodivých motivů na keramickém substrátu na pouhé jediné vypalování při teplotách v rozmezí od 650 °C do 960 °C v jednotné atmosféře.
Způsob výroby rezistoru pro výkonové aplikace
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu výroby rezistoru ze slitiny mědi a niklu pro výkonové aplikace kompatibilního s měděnými propojovacími motivy.
Dosavadní stav techniky
Výkonová elektronika je v dnešní době velice intenzivně rozvíjejícím se technickým oborem, jehož zaměřením je efektivní řízení toku elektrického výkonu, který se používá k napájení širokého spektra spotřebičů. Úkolem výkonových aplikací spadajících pod tento technický obor je přeměna, řízení a úprava elektrického výkonu prostřednictvím elektrického zařízení, přičemž přeměna znamená změnu alespoň jedné charakteristické veličiny výkonového systému pomocí elektronických spínacích součástek bez výrazně vyššího ztrátového výkonu. Ukázkou technického řešení modulu týkajícího se výkonové elektroniky je, např. obsah dokumentu CZ 32915 Ul.
Zařízení výkonové elektroniky lze zpravidla obecně popsat technickými znaky, mezi které patří nosný substrát, jenž poskytuje nosnou oporu elektronickým součástkám, a navíc může sloužit k vedení ztrátového tepla, dále elektronické součástky, jejichž úkolem je splnit cíl výkonové aplikace, a jako neposlední v řadě elektricky vodivé motivy, jež jsou vytvořeny na alespoň jedné z ploch substrátu a slouží jako propojovací dráhy elektrické energie mezi elektronickými součástkami.
Jedním z přístupů, jak vyrábět moduly pro výkonové aplikace je pomocí tisku. Elektricky vodivý motiv nebo pasivní elektronické součástky jsou natištěny metodou InkJet přímo na plochu substrátu. Příkladem takového řešení je vynález z dokumentu WO 2006/076607 Al, který prezentuje výrobu elektroniky pomocí tisku.
Nedostatkem dosavadního stavu techniky je absence tištěných rezistorů s nízkým teplotním součinitelem odporu, neboť jsou známé tištěné tlustovrstvé rezistory zpravidla tvořeny materiálem, který je nevhodný pro výpal v redukční či inertní atmosféře, jenž je potřeba uskutečnit pro vypálení měděných vodivých motivů. Z těchto důvodů vzniká problém s náročným několika krokovým procesem výroby, jenž je komplikován vzájemným vyloučením výpalu vodivých motivů a pasivních elektronických součástek v oxidační, nebo v inertní, vypalovací atmosféře. Výpal v jednom typu atmosféry poškozuje ty součásti výkonového modulu, které potřebují výpal ve druhém typu atmosféry.
Výše uvedený problém se snaží řešit vynález z dokumentu US 4316920 B, který prezentuje metodu výroby tlustovrstvých rezistorů a jejich výpal na měděných vodivých motivech. Nevýhody vynálezu spočívají v tom, že je proces výroby opět zdlouhavý a procesně náročný, že použité materiály obsahují pojivové částice, které mají vliv na chování elektronické součástky při průchodu elektrického proudu a při působení odpadního tepla.
Úkolem vynálezu je vytvořit způsob výroby rezistoru pro výkonové aplikace, jenž by umožňoval vyrábět rezistory s elektricky vodivými měděnými motivy jediným výpalem, jenž by umožňoval vyrábět rezistory s nízkým teplotním součinitelem odporu, a jenž by umožňoval vyrábět rezistory s čistým prvkovým složením bez přítomnosti pojiv, a který by byl rychlý, vhodný pro nasazení v masové výrobě a který by byl ekonomicky výhodný.
- 1 CZ 308757 B6
Podstata vynálezu
Vytčený úkol je vyřešen vytvořením způsobu výroby rezistoru pro výkonové aplikace podle níže uvedeného vynálezu.
V rámci způsobu výroby rezistoru pro výkonové aplikace se na keramickém substrátu modulu výkonové elektroniky vytvoří elektricky vodivé motivy a alespoň jedna pasivní elektronická součástka.
Podstata vynálezu spočívá v následujících postupových krocích:
a) na keramický substrát se natisknou polotovary elektricky vodivých motivů pastou či inkoustem na bázi dispergovaných měděných částic,
b) na keramický substrát se technologií AerosolJet s inkoustem na bázi dispergovaných částic mědi a niklu, nebo z konstantami, natiskne alespoň jeden polotovar rezistoru,
c) polotovary se vypálí v inertní atmosféře při teplotě v rozmezí od 650 °C do 960 °C, přičemž postupové kroky a) a b) jsou z hlediska pořadí libovolně zaměnitelné.
Mezi největší přínosy vynálezu patří zkrácení a zjednodušení procesu výroby, v rámci kterého je možné polotovary měděných elektricky vodivých motivů a polotovary rezistorů vypalovat současně za stejných teplotních a chemických podmínek. Nejenom, že je proces výroby rychlejší, ale rovněž se ušetří náklady za energie a náklady za plyn pro navození inertní atmosféry. Navíc umožnění výpalu od teploty 650 °C vede ktomu, že se částice v polotovarech rezistorů slinou, čímž výsledné produkty vykazují dostatečnou pevnost, přilnavost a požadovanou elektrickou vodivost bez přidaného pojivá, což je výhodné, neboť absence pojivá neovlivňuje elektrické vlastnosti produktů.
Dalším z přínosů vynálezu je libovolná zaměnitelnost postupových kroků a) a b), která vede k tomu, že je možné navrhovat komplikované motivy a návrhy výkonových aplikací, které dříve nepřicházely v úvahu, a navíc libovolnost postupových kroků a) a b) vede k efektivnějšímu nasazení v masové výrobě, neboť jeden tiskací stroj nemusí čekat na dokončení práce druhého tiskacího stroje, ale mohou pracovat současně, s tím, že se rozpracované výrobky posléze prohodí. Výhoda zaměnitelnosti pramení z technologie AerosolJet, která umožňuje aplikovat aerosol s částicemi mědi a niklu, nebo konstantami, ze vzdálenosti až 5 mm, aniž by docházelo k roztěkání polotovaru, přičemž kvalitně překryje nerovnosti tvořené elektricky vodivými motivy, či případně jinými elektronickými součástkami.
Další výhodou vynálezu je skutečnost, že tiskem pomocí AerosolJet vznikne rezistor, který má malou tloušťkou a velkou styčnou plochu spojenou se substrátem, čímž je tak zajištěn kvalitní odvod ztrátového tepla, které vzniká průchodem proudu přes takto připravený rezistor. Rezistor vyrobený podle vynálezu se tedy během své činnosti nepřehřívá.
V rámci vynalezeného způsobuje výhodné, pokud se během postupového kroku a) použije sítotisk. Tato technologie tisku dokáže pokrýt velké plochy v krátkém čase, což je ideální pro záměr vynálezu, neboť elektricky vodivé motivy zabírají z pohledu plochy mnohem více obsahu než rezistory.
Dále může být v rámci vynalezeného způsobu výhodné, pokud inkoust v rámci postupového kroku b) obsahuje částice mědi a niklu v poměru od 45 % do 55 % niklu. Takto vhodně zvolený poměr obsahu částic vede při spékání v rámci postupového kroku c) ke vzniku slitiny konstantan, která
-2 CZ 308757 B6 má vynikající provozní charakteristiky v elektronických aplikacích díky nízkému teplotnímu součiniteli odporu.
Rovněž může být v rámci vynalezeného způsobu výhodné, pokud se během postupového kroku b) použijí nanočástice. Nanočástice se velice dobře slinují, navíc při dopadu na plochu substrátu, či při dopadu na polotovar elektricky vodivých motivů, dobře přilnou a nepotřebují další pojivá. Je rovněž nezpochybnitelné, že díky jemnosti nanočástic je vznik defektů v polotovaru rezistoru způsobených nehomogenitou dopadové plochy velice ojedinělým jevem.
Jako poslední, ale neméně výhodné, může být v rámci vynálezu to, že se přesná nominální hodnota odporu rezistoru po postupovém kroku c) nastaví laserovým trimováním. Ačkoliv technologie AerosolJet umožňuje natisknout rezistor s relativně přesnou tloušťkou, je možné nominální hodnotu odporu ještě zpřesnit pomocí laserového trimování, a to zejména u snímacích odporů a tzv „shunt“ odporů.
Mezi výhody vynálezu se řadí levná a rychlá výroba vhodná pro masové nasazení, dále přesnost a stabilita takto vyrobených výrobků, kvalita elektrických parametrů, díky absenci pojiv v rezistorech. Navíc v případě použití nanočástic v inkoustu výrobu zlevňuje to, že není nutné do inkoustu vyrábět přímo nanočástice konstantami, které by se zdlouhavě, draze a složitě získávaly mletím, ale že je možné chemicky připravit nanočástice mědi a niklu, které se při vypalování od 650 °C slinou do formy konstantami.
Objasnění výkresů
Uvedený vynález bude blíže objasněn na následujících vyobrazeních, kde:
obr. 1 znázorňuje způsob výroby tištěného výkonového rezistoru pomocí odporového inkoustu obsahujícího Cu a Ni nanočástice, které jsou natištěny na substrát až po tisku elektricky vodivých motivů, obr. 2 znázorňuje způsob výroby tištěného výkonového rezistoru pomocí odporového inkoustu obsahujícího konstantanové nanočástice s poměrem 45:55 (Ni:Cu), které jsou natištěny na substrát před tiskem elektricky vodivých motivů.
Příklad uskutečnění vynálezu
Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení vynálezu na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde popsána.
Za pomoci vynálezu byly dále uvedeným postupem vyrobeny testovací moduly pro výkonovou elektroniku.
Na keramický substrát 1 byly natištěny polotovary elektricky vodivých motivů pastou 2, či inkoustem 2, na bázi dispergovaných měděných částic 4. Dále se na keramický substrát 1 technologií AerosolJet s inkoustem 3 na bázi dispergovaných částic 4 a 5 mědi a niklu, nebo z částic 8 konstantami, natiskly polotovary rezistorů. Pořadí, v jakém byly polotovary natištěny, bylo libovolné. Posléze se polotovary vypálili v inertní atmosféře, aby z polotovarů vznikly vypálené vrstvy 9, 10. 11 tvořící rezistory a elektricky vodivé motivy.
Moduly měly keramické substráty 1 o rozměrech 10 cm x 10 cm. Elektricky vodivé motivy byly navrženy pro zkušební přenosy odlišných hladin elektrického výkonu, včetně návrhu elektrod
-3 CZ 308757 B6 pro napojení rezistorů vyrobených vynalezeným způsobem. Elektricky vodivé motivy byly měděné a byly tisknuty pomocí technologie sítotisku.
K výrobě rezistorů byly použity inkousty 3 pro nasazení v technologii AerosolJet se známým poměrem obsahu částic 4 a 5 Ni a Cu a se známým rozmezím rozměru použitých částic. Složky inkoustu tvoří částice kovů a stabilizační kapalina, která zabraňuje shlukování částic kovů, a která se po tisku odpaří. Tloušťka rezistorů byla postupně volena z rozmezí od 500 nm do 10 pm. Polotovary rezistorů byly natištěny na substrát 1 vzorku před tiskem elektricky vodivých motivů, a dále byly polotovary rezistorů natištěny na substrát 1 vzorku po tisku elektricky vodivých motivů. Posléze byly všechny polotovary rezistorů společně vypáleny v inertní atmosféře dusíku, přičemž vypalovací teplota byla na termostatu nastavena na 950 °C.
Při kontrole zkušebně vyrobených rezistorů bylo zjištěno následující:
| číslo inkoustu | obsah Cu [%] | obsah Ni [%] | rozměry částic | homogenita struktury rezistorů | teplotní součinitel odporu [lO^K1] |
| 1 | 50 | 50 | jednotky nm | homogenní | 0,08 |
| 2 | 50 | 50 | desítky nm | homogenní | 0,08 |
| 3 | 45 | 55 | jednotky nm | homogenní | 0,10 |
| 4 | 45 | 55 | desítky nm | homogenní | 0,10 |
| 5 | 55 | 45 | jednotky nm | homogenní | 0,05 |
| 6 | 55 | 45 | desítky nm | homogenní | 0,05 |
Dále byl vyzkoušen inkoust 7 s nanočásticemi 8 konstantami, jenž byl tvořen složkami Ni a Cu s poměrem 45:55 (Ni:Cu). Konstantan byl pro použití v inkoustu 7 namletý na mix nanočástic 8 s velikostí v řádech jednotek a desítek nanometrů. Při strukturálním zkoumání rezistorů byla struktura posouzena, jako homogenní, a naměřený teplotní součinitel odporu byl 0,00005 K1.
Dále byly provedeny úspěšné experimenty s úpravou odporu rezistorů pomocí odebírání materiálu laserovým trimováním pro vznik vrstvy 12, kdy byla změněna hodnota odporu testovacího rezistorů ze 652 mO na 680 mfl.
Průmyslová využitelnost
Způsob výroby rezistorů pro výkonové aplikace podle vynálezu nalezne uplatnění v masové produkci elektronických součástek a modulů pro výkonovou elektroniku.
-4 CZ 308757 B6
Claims (5)
1. Způsob výroby rezistoru pro výkonové aplikace v rámci kterého, se na keramickém substrátu modulu výkonové elektroniky vytvoří elektricky vodivé motivy a alespoň jedna pasivní elektronická součástka, vyznačující se tím, že je tvořen postupovými kroky:
a) na keramický substrát se natisknou polotovary elektricky vodivých motivů pastou či inkoustem na bázi dispergovaných měděných částic,
b) na keramický substrát se technologií AerosolJet s inkoustem na bázi dispergovaných částic mědi a niklu, nebo z konstantami natiskne alespoň jeden polotovar rezistoru,
c) polotovary se vypálí v inertní atmosféře při teplotě v rozmezí od 650 °C do 960 °C, přičemž postupové kroky a) a b) jsou z hlediska pořadí libovolně zaměnitelné.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že v rámci postupového kroku a) se použije sítotisk.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že v rámci postupového kroku b) obsahuje inkoust částice mědi a niklu v poměru od 45 % do 55 % niklu.
4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že v rámci postupového kroku b) se použijí nanočástice.
5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že přesná nominální hodnota odporu rezistoru se po postupovém kroku c) nastaví laserovým trimováním.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020110A CZ2020110A3 (cs) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | Způsob výroby rezistoru pro výkonové aplikace |
| PCT/CZ2020/050055 WO2021175347A1 (en) | 2020-03-03 | 2020-08-20 | Method of producing a resistor for power applications |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020110A CZ2020110A3 (cs) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | Způsob výroby rezistoru pro výkonové aplikace |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ308757B6 true CZ308757B6 (cs) | 2021-04-28 |
| CZ2020110A3 CZ2020110A3 (cs) | 2021-04-28 |
Family
ID=75584566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2020110A CZ2020110A3 (cs) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | Způsob výroby rezistoru pro výkonové aplikace |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2020110A3 (cs) |
| WO (1) | WO2021175347A1 (cs) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100181871A1 (en) * | 2009-01-20 | 2010-07-22 | Palo Alto Research Center Incorporated | Sensors and actuators using piezo polymer layers |
| WO2015082179A1 (de) * | 2013-12-04 | 2015-06-11 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. | Verfahren zum ausbilden einer elektrisch leitfähigen struktur auf einem kunststoffsubstrat |
| US20150197063A1 (en) * | 2014-01-12 | 2015-07-16 | Zohar SHINAR | Device, method, and system of three-dimensional printing |
| WO2019109088A1 (en) * | 2017-12-01 | 2019-06-06 | Jabil Inc. | Apparatus, system and method of providing a conformable heater system |
| US20190217529A1 (en) * | 2016-06-15 | 2019-07-18 | Centre National De La Recherche Scientifique | Method and apparatus for manufacturing a mechatronic system by three-dimensional printing |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4316920A (en) * | 1980-07-03 | 1982-02-23 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Thick film resistor circuits |
| US7524528B2 (en) * | 2001-10-05 | 2009-04-28 | Cabot Corporation | Precursor compositions and methods for the deposition of passive electrical components on a substrate |
| US20060159838A1 (en) * | 2005-01-14 | 2006-07-20 | Cabot Corporation | Controlling ink migration during the formation of printable electronic features |
-
2020
- 2020-03-03 CZ CZ2020110A patent/CZ2020110A3/cs unknown
- 2020-08-20 WO PCT/CZ2020/050055 patent/WO2021175347A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100181871A1 (en) * | 2009-01-20 | 2010-07-22 | Palo Alto Research Center Incorporated | Sensors and actuators using piezo polymer layers |
| WO2015082179A1 (de) * | 2013-12-04 | 2015-06-11 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. | Verfahren zum ausbilden einer elektrisch leitfähigen struktur auf einem kunststoffsubstrat |
| US20150197063A1 (en) * | 2014-01-12 | 2015-07-16 | Zohar SHINAR | Device, method, and system of three-dimensional printing |
| US20190217529A1 (en) * | 2016-06-15 | 2019-07-18 | Centre National De La Recherche Scientifique | Method and apparatus for manufacturing a mechatronic system by three-dimensional printing |
| WO2019109088A1 (en) * | 2017-12-01 | 2019-06-06 | Jabil Inc. | Apparatus, system and method of providing a conformable heater system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2020110A3 (cs) | 2021-04-28 |
| WO2021175347A1 (en) | 2021-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69737053T2 (de) | Chip-Widerstand und Verfahren zu dessen Herstellung | |
| US9353445B2 (en) | Methods for thick films thermoelectric device fabrication | |
| EP1107325A2 (en) | Multilayer piezoelectric element and method of producing the same | |
| EP2680278B1 (en) | Mounting structure for electronic components | |
| US3411947A (en) | Indium oxide resistor composition, method, and article | |
| CN109427427B (zh) | 厚膜电阻体组合物和包含其的厚膜电阻糊剂 | |
| TWI423273B (zh) | Rheostat elements | |
| Kim et al. | Electrochemical migration behavior of silver nanopaste screen-printed for flexible and printable electronics | |
| JP3611160B2 (ja) | 厚膜抵抗体ペースト | |
| KR20090027353A (ko) | 프로브카드용 기판 및 이의 제조방법 | |
| CZ308757B6 (cs) | Způsob výroby rezistoru pro výkonové aplikace | |
| JP6331936B2 (ja) | 銅−ニッケル厚膜抵抗器およびその製造方法 | |
| Modi et al. | Direct writing of polymer thick film resistors using a novel laser transfer technique | |
| JP5215914B2 (ja) | 抵抗体膜の製造方法、抵抗体膜、及び抵抗器 | |
| CN108154982B (zh) | 一种芯片式固定电阻及其制作方法 | |
| US3414641A (en) | Method of fabricating resistor compositions | |
| JPH04300249A (ja) | 窒化アルミニウムヒータ用抵抗体及び抵抗ペースト組成物 | |
| CN107533877A (zh) | 厚膜导体形成用Cu膏组合物及厚膜导体 | |
| KR100821514B1 (ko) | 무납 스포트-용접용 전극 페이스트 및 그 제조방법 | |
| Jagtap et al. | Environmentally sustainable composite resistors with low temperature coefficient of resistance | |
| JP2007095469A (ja) | チップ型ヒューズ素子及びその製造方法 | |
| JP2007189040A (ja) | 抵抗体ペースト、抵抗体、及び前記抵抗体を用いた回路基板 | |
| Swiecinski et al. | Aerosol jet printing of two component thick film resistors on LTCC | |
| Hlina et al. | Behaviour of printed resistors compatible with thick film copper technology | |
| Nowak et al. | Analysis of electromigration phenomenon in thick-film and LTCC structures at elevated temperature |