DE2321985A1

DE2321985A1 - Verfahren zum herstellen von dickschicht-widerstaenden

Info

Publication number: DE2321985A1
Application number: DE19732321985
Authority: DE
Inventors: Alan C Antes; James R Drehle; Blair H Harrison; James D Hayes
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1972-05-05
Filing date: 1973-05-02
Publication date: 1973-11-15
Also published as: CA980886A; GB1391375A; JPS4961699A; JPS551686B2

Description

Hewlett-Packard Company

15O1 Page Mill Road

Palo Alto

California 94304

Case 721 27. April 1973

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON DICKFILM-WIDERSTÄNDEN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Dickfilm-Widerständen.

Ein derartiges Verfahren kann beispielsweise dazu verwendet werden, um einen termisch arbeitenden Druckkopf mit mehreren Widerstandselementen herzustellen,welche Zeichen auf einem hitzeempfindlichen Aufzeichnungsmaterial ergeben, wenn sie einem kurzen elektrischen Impuls ausgesetzt sind.

Die nach dem Stand der Technik hergestellten Widerstandselemente wurden üblicherweise auf einem Halbleiter-Trägerkörper durch Dünnschichtverfahren, hergestellt. Dabei ergab sich ein dünnes Element, welches dem Abrieb durch das Aufzeichnungsmaterial ausgesetzt war, wenn dieses an dem Druckkopf vorbei gelangt. Dieser Abrieb verursacht im Laufe der Zeit Änderungen der Grundeigenschaften der Widerstände, welche zu einer abnehmenden Druckgualität führen. Zusätzlich wurden die Widerstandselemente üblicherweise an einer Randfläche des Trägerkörpers angebracht, während ihre Leiter an den Hauptflächen des Trägerkörpers angeordnet wurden. Diese Anordnung ist dann unbefriedigend, wenn eine große Anzahl von WiderStandselementen erforderlich ist, da auf dem Rand des Trägerkörpers nur wenig Platz verfügbar ist, um die Zwischenverbindungen zwischen den Elementen und ihren Leitern

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herzustellen. Auch ist es schwierig, die Oberfläche der Widerstände zu gestalten, die mit dem Rand eines Trägerkörpers verbunden werden. Ein anderes Problem besteht darin, daß die Elemente direkt an dem Trägerkörper befestigt worden sind. Wenn eine Spannung angelegt wurde, entwich ein beträchtlicher Teil der Wärmeleistung in den Trägerkörper, so daß weniger Wärme in dem Element selbst erzeugt wurde. Daher wurde mehr Leistung benötigt, um den Druckvorgang auszuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Dickschicht-Widerstandselementen zu schaffen, welche beispielsweise in termisch arbeitenden Druckköpfen verwendet werden können. Auch.soll ermöglicht werden, daß die Dickschicht-Widerstandselemente einen Widerstandswert und einen Temparaturkoeffizienten aufweisen, der besonderen Anforderungen entspricht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen eines Dickfilm-Widerstandes auf einem Element gelöst,indem eine dielektrische Schicht auf dem Element niedergeschlagen wird, die dielektrische Schicht bei einer erhöhten Temparatur erhitzt wird, eine Schicht aus Widerstandsmaterial auf der dielektrisch^ Schicht niedergeschlagen wird, ohne den Widerstandswert, den Temparaturkoeffizienten des Widerstandswertes, die Stabilität und die Belastbarkeit des Widerstandsmaterials zu ändern, und das Widerstandsmaterial bei einer erhöhten Temparatur in einer neutralen Atmosphäre erhitzt wird.

Vorzugsweise kann eine Schicht aus Glasmaterial auf einem keramischen Trägerkörper mittels der bekannten Siebdrucktechnik aufgebracht werden. Das Glasmaterial wird dann in Luft bei einer erhöhten Temparatur erhitzt. Dann wird ein Widerstands-Leiternetzwerk wiederum in herkömmlicher Siebdrucktechnik aufgebracht. Dann werden die Widerstände

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- 3 erhitzt, geläppt und ausgeglüht.

Bisher war es möglich, Widerstände als Teil von Mehrschicht-Dickfilm-Schaltungen herzustellen, indem die Widerstände nur direkt an dem Trägerkörper angebracht wurden, ohne dabei den Widerstandswert, den Temparaturkoeffizienten des Widerstandswertes, die Langzeitstabilität und die Belastbarkeit des Widerstandsmateriales zu beeinträchtigen. Dabei war aber nur der Widerstandswert und der Temparaturkoeffizient des Widerstandswertes des Basismateriales zugelassen, so daß keine speziellen Bedingungen erfüllt werden konnten. Nunmehr ist es dem gegenüber durch das neue Verfahren möglich, Widerstände über einer Glasschicht im Siebdruckverfahren herzustellen, so daß sie an jeder Schicht einer Mehrschicht-Schaltung angebracht werden können. Auch können nunmehr die verschiedenen Widerstände und ihre entsprechenden Temparaturkoeff izienten verändert werden, ohne die Belastbarkeit des Widerstandsmateriales zu beeinträchtigen.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert, welche im Querschnitt einen nach dem .neuen Verfahren hergestellten Widerstand darstellt.

Ein Trägerkörper 5 hat ein Paar Randflächen und ein Paar Grundflächen, wobei auf einer der Grundflächen ein Muster aus einem oder mehreren Widerstandselementen gebildet werden soll. Dieser Trägerkörper kann aus irgendeinem keramischen Material, beispielsweise Aluminiumoxyd bestehen. Dann wird eine Glasschicht 4 im Siebdruckverfahren auf einer Grundfläche des Trägerkörpers in einem Muster entsprechend dem gewünschten Widerstandsmuster aufgebracht. Die Glasschicht 4 kann ein kristallisationsfähiges, dielektrisches Material aufweisen, das in erster Linie aus Glas und Aluminiumoxyd besteht. Diese Glasschicht dient als Wärmebarriere, wenn der Widerstand als termisches Druckelement verwendet wird. Indem eine derartige Schicht mit einem niedrigen Wärmeleitvermögen verwendet wird,

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steigt die Widerstandstemparatur schnell auf den Druckschwellwert, wenn ein kurzer Stromimpuls zugeführt wird. Jegliche Hitze, welche in die Glasschicht 4 eintritt, wird in den Trägerkörper 5 abgeleitet. Die Aufnahmekapazität für die abgeleitete Wärme kann erhöht werden, indem eine Absorptdonsschicht 6 vorgesehen wird. Die Glasschicht 4 dient auch dazu, den Widerstand zum besseren Kontakt mit dem termischen Aufzeichnungsmaterial während des Druckvorganges anzuheben, so daß die Ausbildung einer Luftbarriere vermieden wird, die den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung herabsetzen würde. Ein derartiges Anheben erleichtert auch den Kontakt mit dem Widerstand, wenn er zum Aufbau eines Potentiometers oder für Heizzwecke verwendet wird. Die Glasschicht kann austrocknen und wird dann in Luft bei einer Temparatur im Bereich von 850° C bis 1100° C je nach dem verwendeten Material und der Heizdauer erhitzt. Als geeignete Heizzeit wurde eine Dauer von mehr als 10 min. bis über 5 h. hinaus herausgefunden, was wiederum von dem verwendeten Material und der Heiztemparatur abhängt. Die Geschwindigkeit der Temparaturzunahme oder -abnähme während des Heizvorganges ist nicht kritisch, solange die Grundregeln bei der Dickfilmherstellung beachtet werden.

Der Strom für das Widerstandselement wird durch ein Leitungselement 2 zugeführt, welches über der Glasschicht 4 und dem keramischen Trägerkörper 5 im Siebdruckverfahren hergestellt wird. Die Verbindung mit Masse erfolgt" über ein Leitungselement 3, welches gleichzeitig mit dem Leitungselement 2 im Siebdruckverfahren hergestellt wird. Das Leiterelement 3 kann mehreren Widerständen gemeinsam dienen, so daß die Vielzahl der elektrischen Verbindungen eingeschränkt wird. Das Material für die Leiter 2 und 3 ist nicht kritisch und kann aus irgendeiner der Legierungsfamilien Gold, Palladium Silber, Platin Gold oder Palladium Gold ausgewählt werden, die üblicherweise in der Dickfilmtechnik verwendet werden. Dann werden die Leiter in der Luft bei Temparaturen von 850 bis 1100 C in bekannter Weise erhitzt.

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Dann wird ein Widerstandselement 1 durch die bekannte Siebdrucktechnik angebracht, wobei so viele Schichten vorgesehen werden können, wie erforderlich ist, um eine gewünschte Widerstandsdicke zu erreichen. Es wurde herausgefunden, daß eine Widerstandsstärke zwischen 0,0125 mm und 0,25 mm geeignet ist für Heizelemente bei der Verwendung in termischen Druckern. Das für das Widerstandselement verwendete Material kann eine Widerstandstinte sein, welche Wismut-Ruthenium-Oxyd enthält. Beim Drucken wird das Widerstandselement^iiner neutralen oder oxydierenden Atmosphäre erhitzt. Um eine flache Widerstandsfläche zu erhalten, kann der erhitzte Widerstand in bekannter Weise geläppt werden. Läppen kann erfolgen, nachdem jede Schicht gedruckt und erhitzt ist, oder nachdem die endgültige Widerstandsschicht erhitzt worden ist. Beim Aufbau eines mehrschichtigen Widerstandes kann das Erhitzen erfolgen, nachdem jede Schicht vervollständigt wurde, oder nachdem die endgültige Schicht vervollständigt wurde. Das Läppen kann verwendet werden, um den Temparaturkoeffizienten des Widerstandes oder den Widerstandswert auf die genauen Bedürfnisse zuzuschneiden, ohne die Belastbarkeit des Widerstand smateriales zu beeinträchtigen.

Nachdem der Widerstandsaufbau vervollständigt worden ist, wird der Widerstand ausgeglüht, wie es in der Diokschichttechnik üblich ist. Dadurch wird das Widerstandsmaterial rekristallisiert, um die nachfolgende Ausbildung von Mikrobrüchen zu verhindern. Ohne das Ausglühen können sich über einen Zeitraum hinweg Mikrobrüche ausbilden, die zu erhöhten Widerstandswerten führen. Schließlich wird eine abriebfeste Schicht 7 vorgesehen, um die relativ empfindlichen Leiter 2 und 3 gegen mögliche Beschädigung zu schützen. Über den Leitern kann ein Glasmaterial im Siebdruck aufgebracht werden, um die Schicht 7 auszubilden.

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Claims

Patentansprüche

J Verfahren zum Herstellen eines Dickschicht-Widerstandes auf einem Element, dadurch g e k e η η zeichnet , daß eine dielektrische Schicht (4) auf dem Element (5) niedergeschlagen wird, die dielektrische Schicht bei einer erhöhten Temparatur erhitzt wird, eine Schicht aus Widerstandsmaterial (T) auf der dielektrischen Schicht niedergeschlagen wird, ohne den Widerstandswert, den Temparaturkoeffizienten des Widerstandswertes, die Stabilität und die Belastbarkeit des Widerstandsmateriales zu ändern, und das Widerstandsmaterial bei einer erhöhten Temparatur in einer neutralen Atmosphäre erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Widerstandsmaterial bei einer erhöhten Temparatur in einer oxydierenden Atmosphäre erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die dielektrische Schicht bei einer Temparatur im Bereich von 850° C bis- 11OO° C und für eine

Zeitdauer erhitzt wird, die größer als 10 min. ist.

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4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net , daß das Element ein keramischer Trägerkörper ist und die dielektrische Schicht auf einer Grundfläche des Trägerkörpers niedergeschlagen wird.

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5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das erhitzte Widerstandsmaterial geläppt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Widerstandsmaterial derart ausgeglüht wird, daß die Ausbildung von Mikrorissen vermieden wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die dielektrische Schicht aus Glas besteht.

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