EA043242B1 - THIN-FILM PLATINUM THERMISTOR ON A GLASS SUBSTRATE AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE - Google Patents

THIN-FILM PLATINUM THERMISTOR ON A GLASS SUBSTRATE AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE Download PDF

Info

Publication number
EA043242B1
EA043242B1 EA202100044 EA043242B1 EA 043242 B1 EA043242 B1 EA 043242B1 EA 202100044 EA202100044 EA 202100044 EA 043242 B1 EA043242 B1 EA 043242B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
layer
thermistor
platinum
substrate
meander
Prior art date
Application number
EA202100044
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Иванович Гончар
Владимир Константинович Фюков
Лариса Евгеньевна Кадина
Original Assignee
Российская Федерация
От Имени Которой Выступает Государственная Корпорация По Космической Деятельности "Роскосмос"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Государственная Корпорация По Космической Деятельности "Роскосмос" filed Critical Российская Федерация
Publication of EA043242B1 publication Critical patent/EA043242B1/en

Links

Description

Изобретение относится к приборостроению, а именно к тонкопленочным терморезисторам и способам их изготовления. Такие тонкопленочные терморезисторы предназначены для дискретных измерителей уровня и могут быть использованы для контроля уровня и массового расхода компонентов топлива при заправке, расходовании и хранении в химической, космической и других областях промышленности.The invention relates to instrumentation, namely to thin-film thermistors and methods for their manufacture. Such thin-film thermistors are designed for discrete level meters and can be used to control the level and mass flow of fuel components during filling, consumption and storage in the chemical, space and other industries.

Прототипом заявленных изобретений является конструктив тонкопленочного терморезистора по фиг. 4, приведенный в патенте на изобретение заявителя RU 2506543 C1 от 10.02.2014, МПК G01F23/00, G01K7/16, под названием Датчик контроля дискретных уровней жидкости с функцией измерения температуры и контроля массового расхода жидкой среды [1]. В [1] (фиг. 4) представлен тонкопленочный платиновый резистор на тонкой теплоизоляционной подложке (далее по тексту терморезистор) прямоугольной формы шириной около 1 мм, на которой в центре размещен пленочный резистор в форме меандра (далее по текст у меандр терморезистора) точечного исполнения, а по краям длинной стороны прямоугольной подложки расположены контактные площадки, которые к меандру терморезистора подведены в виде клиньев, а на свободные от меандра терморезистора и контактных площадок на участки подложки нанесены прямоугольники (которые не обозначены и не раскрыты в [1]). Меандр терморезистора выполнен в точечном исполнении на площади не более 0,3х0,3 мм и толщиной не более 0,15 мкм. Остальные параметры терморезистора [1] не раскрыты и являлись Ноу-Хау заявителя, потому что в изобретении - прототипе - заявлен не сам тонкопленочный терморезистор, а датчик контроля дискретных уровней жидкости с функцией измерения температуры и контроля массового расхода жидкой среды в сборе.The prototype of the claimed inventions is the construction of a thin-film thermistor according to Fig. 4, given in the applicant's patent RU 2506543 C1 dated February 10, 2014, IPC G01F23 / 00, G01K7 / 16, called Sensor for controlling discrete levels of liquid with the function of measuring temperature and controlling the mass flow of a liquid medium [1]. In [1] (Fig. 4) a thin-film platinum resistor is presented on a thin heat-insulating substrate (hereinafter referred to as the thermistor) of a rectangular shape with a width of about 1 mm, on which a meander-shaped film resistor is placed in the center (hereinafter referred to as the meander of the thermistor) of a point design , and along the edges of the long side of the rectangular substrate there are contact pads, which are connected to the thermistor meander in the form of wedges, and rectangles (which are not indicated and not disclosed in [1]) are applied to the sections of the substrate free from the thermistor meander and contact pads. The thermistor meander is made in a point design on an area of not more than 0.3x0.3 mm and a thickness of not more than 0.15 microns. The remaining parameters of the thermistor [1] were not disclosed and were the know-how of the applicant, because in the invention - the prototype - it is not the thin-film thermistor itself that is claimed, but a sensor for controlling discrete levels of liquid with the function of measuring temperature and controlling the mass flow of the liquid medium in the assembly.

Недостатком прототипа [1] является то, что входящий его состав тонкопленочный терморезистор без раскрытия Ноу-Хау заявителя невозможно изготовить, в том числе, и без указания материалов его компонентов, а также без указания конкретных размеров, диапазонов их изменения и технологических режимов.The disadvantage of the prototype [1] is that the thin-film thermistor included in its composition cannot be manufactured without disclosure of the Applicant's Know-How, including without specifying the materials of its components, as well as without specifying specific dimensions, ranges of their change and technological modes.

Способ изготовления тонкопленочных платиновых терморезисторов на стеклянных подложках по устройству - прототипу [1], как и других известных аналогичных устройств, состоит в последовательном напылении на тонкую диэлектрическую подложку адгезивного подслоя и основного слоя (резистивного слоя платины), фотолитографии и травлении с образованием тонкопленочных резисторов.The method for manufacturing thin-film platinum thermistors on glass substrates according to the prototype device [1], as well as other known similar devices, consists in sequential deposition of an adhesive sublayer and the main layer (platinum resistive layer) on a thin dielectric substrate, photolithography and etching to form thin-film resistors.

Недостатком данного способа изготовления тонкопленочных платиновых терморезисторов на стеклянных подложках является то, что травление платины вызывает определенные трудности и для ее травления необходимо применять другие методы, например длительное травление в сильных травителях (царской водке) или применение ионно-плазменного травления, которое требует специального технологического оборудования и дополнительных производственных затрат. Использование технологии обратной фотолитографии с травлением жертвенного слоя из фоторезиста позволяет существенного упростить способ изготовления тонкопленочных платиновых терморезисторов на стеклянной подложке, однако их качество низкое из-за образования так называемой вуали - остатков фоторезистора, а также получаемых неровных краев (границ) пленки из платины.The disadvantage of this method of manufacturing thin-film platinum thermistors on glass substrates is that the etching of platinum causes certain difficulties and for its etching it is necessary to use other methods, for example, long-term etching in strong etchants (aqua regia) or the use of ion-plasma etching, which requires special technological equipment and additional production costs. The use of reverse photolithography technology with etching of the sacrificial layer of photoresist can significantly simplify the method of manufacturing thin-film platinum thermistors on a glass substrate, however, their quality is low due to the formation of the so-called veil - photoresistor residues, as well as the resulting uneven edges (boundaries) of the platinum film.

Недостатки устройства и способа его изготовления по [1] ставят задачи повышения технологичности конструкции, т.е. оптимизации ее размеров и применяемых материалов, а также упрощения технологии изготовления устройства путем совершенствования технологии обратной взрывной фотолитографии жертвенного слоя и основного слоя платины для повышения точности получения геометрических размеров.The disadvantages of the device and the method of its manufacture according to [1] pose the problem of improving the manufacturability of the design, i.e. optimization of its dimensions and materials used, as well as simplification of the manufacturing technology of the device by improving the technology of reverse explosive photolithography of the sacrificial layer and the main platinum layer to improve the accuracy of obtaining geometric dimensions.

Сущность заявленного устройства состоит в том, что тонкопленочный платиновый терморезистор на стеклянной подложке (далее по тексту терморезистор) прямоугольной формы, на которой в центре размещен пленочный резистор в форме меандра (далее по тексту меандр терморезистора), по краям длинной стороны прямоугольной подложки располагаются (находятся) контактные площадки, которые к меандру терморезистора подведены в виде клиньев, меандр терморезистора выполнен в точечном исполнении, на свободные от меандра терморезистора и контактных площадок участки подложки нанесены прямоугольники. При этом размеры прямоугольников терморезистора соразмерны ширине зазоров между полосками меандра терморезистора, а расстояния между ними равны зазорам между полосками меандра терморезистора. Подложка выполнена из тонкого теплоизоляционного покровного стекла толщиной 0,10...0,19 мм, длинной 4...6 мм, шириной 0,6...1,2 мм. Меандр терморезистора занимает площадь (0,20х0,20мм)...(0,4х0,4 мм). Меандр терморезистора, его контактные площадки и прямоугольники выполнены из слоя платины толщиной 0,15...0,25 мкм, а в качестве адгезионного подслоя между стеклянной подложкой и слоем платины применен слой титана толщиной 0,01...0,02 мкм.The essence of the claimed device is that a thin-film platinum thermistor on a glass substrate (hereinafter referred to as the thermistor) is rectangular in shape, on which a meander-shaped film resistor is placed in the center (hereinafter referred to as the meander of the thermistor), along the edges of the long side of the rectangular substrate are located (there are ) contact pads, which are connected to the thermistor meander in the form of wedges, the thermistor meander is made in a point design, rectangles are applied to the areas of the substrate free from the thermistor meander and contact pads. In this case, the dimensions of the thermistor rectangles are commensurate with the width of the gaps between the thermistor meander strips, and the distances between them are equal to the gaps between the thermistor meander strips. The substrate is made of thin heat-insulating cover glass 0.10...0.19 mm thick, 4...6 mm long, 0.6...1.2 mm wide. The meander of the thermistor occupies an area (0.20x0.20mm) ... (0.4x0.4 mm). The thermistor meander, its contact pads and rectangles are made of a 0.15...0.25 µm thick platinum layer, and a 0.01...0.02 µm thick titanium layer is used as an adhesive sublayer between the glass substrate and the platinum layer.

Сущность заявленного способа состоит в том, что способ изготовления тонкопленочных платиновых терморезисторов на стеклянной подложке (в виде тонкой диэлектрической стеклянной пластины из покровного стекла толщиной 0,10...0,19 мм) состоит в последовательном нанесении на тонкую диэлектрическую подложку жертвенного слоя (фоторезиста), проведении фотоэкспонирования, проявлении рисунка жертвенного слоя фоторезиста, напылении адгезивного подслоя и основного слоя - платины - и дальнейшем проведении обратной фотолитографии с удалением жертвенного слоя (фоторезиста) с пленками адгезивного подслоя и основного слоя - платины, и позволяет формировать тонкопленочные термо- 1 043242 резисторы (приводит к образованию тонкопленочных терморезисторов). При этом жертвенный слой формируют из алюминия путем последовательного напыления в вакууме на пластину из покровного стекла жертвенного слоя алюминия толщиной 0,5...1 мкм при температуре 150...200°C и нанесения слоя фоторезиста. Далее проводят фотоэкспонирование фоторезиста с формированием рисунка на слое алюминия, травление жертвенного слоя алюминия и смывку остатков фоторезиста (из поверхности жертвенного слоя алюминия). После чего проводят при температуре 150...200°C последовательное напыление на подложку с рисунком из жертвенного слоя алюминия адгезионного подслоя титана толщиной 0,01...0,02 мкм и основного слоя - платины - толщиной 0,15...0,25 мкм. Осуществляют обратную взрывную фотолитографию жертвенного слоя алюминия с нанесенными на него пленками адгезионного подслоя титана и основного слоя - платины. Проводят отжиг в вакууме при температуре 150...250°C в течение 20...50 мин и разделяют (разрезают) подложку на отдельные терморезисторы, у каждого из которых их контактные площадки покрывают слоем припоя и осуществляют электротренировку каждого терморезистора.The essence of the claimed method lies in the fact that the method of manufacturing thin-film platinum thermistors on a glass substrate (in the form of a thin dielectric glass plate from cover glass with a thickness of 0.10 ... 0.19 mm) consists in sequentially applying a sacrificial layer (photoresist ), carrying out photo exposure, developing the pattern of the sacrificial layer of the photoresist, deposition of the adhesive sublayer and the main layer - platinum - and further carrying out reverse photolithography with the removal of the sacrificial layer (photoresist) with films of the adhesive sublayer and the main layer - platinum, and allows you to form thin-film thermo- 1 043242 resistors (leads to the formation of thin-film thermistors). In this case, the sacrificial layer is formed from aluminum by successive deposition in a vacuum on a cover glass plate of a sacrificial layer of aluminum with a thickness of 0.5...1 μm at a temperature of 150...200°C and applying a photoresist layer. Next, photo-exposure of the photoresist is carried out with the formation of a pattern on the aluminum layer, etching of the sacrificial aluminum layer and washing off the remains of the photoresist (from the surface of the sacrificial aluminum layer). Then, at a temperature of 150 ... 200 ° C, successive deposition is carried out on a substrate with a pattern of a sacrificial aluminum layer of an adhesive sublayer of titanium with a thickness of 0.01 ... 0.02 μm and the main layer - platinum - with a thickness of 0.15 ... 0 .25 µm. Reverse explosive photolithography of the sacrificial aluminum layer is carried out with films of the adhesive titanium sublayer and the main layer - platinum deposited on it. Annealing is carried out in vacuum at a temperature of 150...250°C for 20...50 min and the substrate is divided (cut) into separate thermistors, each of which has their contact pads covered with a solder layer and each thermistor is electrically trained.

Техническим результатом устройства и способа для его реализации является повышение технологичности и снижение затрат при изготовлении (качественных) терморезисторов точечного исполнения, в которых повышена точность их геометрических размеров.The technical result of the device and the method for its implementation is to increase manufacturability and reduce costs in the manufacture of (high-quality) point-type thermistors, in which the accuracy of their geometric dimensions is increased.

Повышение технологичности и снижение затрат при изготовлении терморезисторов достигается тем, что не требуются сильные концентрированные травители, например царская водка, для травления платины, так как происходит быстрое химическое травление только слоя алюминия с удалением вместе с ним адгезионного подслоя из титана и основного слоя - платины.An increase in manufacturability and a reduction in costs in the manufacture of thermistors is achieved by the fact that strong concentrated etchants, such as aqua regia, are not required for etching platinum, since only the aluminum layer is quickly chemically etched, with the removal of the adhesive sublayer of titanium and the main layer of platinum.

Использование прямоугольников расположенных на свободных участках от меандра и контактных площадок выполненых из платины, где размеры прямоугольников терморезистора соразмерны ширине зазоров между полосками меандра терморезистора, а расстоянья между ними равны зазорам между полосками меандра терморезистора позволяет проводить травление жертвенного слоя алюминия (с удалением пленок титана и платины) на всей поверхности подложки одновременно, т.е. удаление всех участков травления за более короткое и одинаковое время, что существенно повышает технологичность производства и снижение его затрат. При этом (при малых, сокращенных сроках травления), края нанесенных на подложку слоев платины более ровные, что дополнительно повышает качество получаемых терморезисторов. Нанесение основного слоя - платины - большей толщины 0,15...0,25 мкм, чем по прототипу (не более 0,15 мкм), приводит к существенному снижению влияния погрешности толщины на сопротивление терморезистора. В свою очередь повышение толщины основного слоя - платины (терморезистора) - приводит к возможности увеличения тока нагрева меандра терморезистора, уменьшению его габаритных размеров, а также к повышению чувствительности. Все это (снижение влияние погрешности толщины на сопротивление терморезистора, увеличения тока нагрева меандра терморезистора, уменьшение его габаритных размеров и повышение чувствительности) дополнительно в конечном итоге также улучшает технологичность производства терморезисторов (заявленных устройства и способа) приводит к снижению стоимости терморезисторов.The use of rectangles located on free areas from the meander and contact pads made of platinum, where the dimensions of the thermistor rectangles are commensurate with the width of the gaps between the thermistor meander strips, and the distances between them are equal to the gaps between the thermistor meander strips, allows etching the sacrificial aluminum layer (with the removal of titanium and platinum films ) on the entire surface of the substrate simultaneously, i.e. removal of all etching areas in a shorter and equal time, which significantly increases the manufacturability of production and reduces its costs. In this case (with short, reduced etching times), the edges of the platinum layers deposited on the substrate are more even, which additionally improves the quality of the resulting thermistors. The application of the main layer - platinum - greater thickness of 0.15...0.25 microns than the prototype (not more than 0.15 microns), leads to a significant reduction in the influence of thickness errors on the resistance of the thermistor. In turn, an increase in the thickness of the main layer - platinum (thermistor) - leads to the possibility of increasing the heating current of the meander of the thermistor, reducing its overall dimensions, as well as increasing sensitivity. All this (reducing the influence of the thickness error on the resistance of the thermistor, increasing the heating current of the thermistor meander, reducing its overall dimensions and increasing the sensitivity) additionally ultimately also improves the manufacturability of the production of thermistors (the claimed device and method) leads to a decrease in the cost of thermistors.

Сущность заявленных устройства и способа его изготовления поясняется графическими материалами.The essence of the claimed device and method of its manufacture is illustrated by graphic materials.

На фиг. 1 представлен вид сверху тонкопленочного платинового терморезистора на стеклянной подложке.In FIG. 1 is a top view of a thin film platinum thermistor on a glass substrate.

На фиг. 2 представлена структура пленочного терморезистора в разрезе поперечного сечения (контактной площадки).In FIG. 2 shows the structure of a film thermistor in a cross-sectional section (contact pad).

На фиг. 3 - часть платы сенсора с припаянным к ней тонкопленочным платиновым терморезистором на стеклянной подложке.In FIG. 3 - part of the sensor board with a thin-film platinum thermistor soldered to it on a glass substrate.

На фиг. 4 представлен сенсор (для датчика) с припаянным на плату заявленным терморезистором.In FIG. 4 shows a sensor (for a sensor) with the claimed thermistor soldered to the board.

На фиг. 5 представлена последовательность операций при стандартной технологии изготовления тонкопленочных терморезисторов, в которых для маски используется позитивный фоторезист, гдеIn FIG. Figure 5 shows the sequence of operations for a standard technology for manufacturing thin film thermistors, in which a positive photoresist is used for the mask, where

а) - подложка с нанесенным слоем жертвенного фоторезиста;a) - a substrate with a layer of sacrificial photoresist applied;

б) - маска из жертвенного фоторезиста после проявления с рисунком жертвенного фоторезиста;b) - a mask of sacrificial photoresist after development with a pattern of sacrificial photoresist;

в) - нанесенные на подложку со слоем из жертвенного фоторезиста (с рисунком) адгезионного подслоя и основного слоя (платины);c) - deposited on a substrate with a layer of sacrificial photoresist (with a pattern) of an adhesive sublayer and a base layer (platinum);

г) - процесс взрывного травления (удаления) жертвенного фоторезиста (рисунка) со слоями адгезионного подслоя и основного слоя (платины);d) - the process of explosive etching (removal) of the sacrificial photoresist (pattern) with layers of the adhesive sublayer and the main layer (platinum);

д) - подложка с нанесенным адгезионным подслоем и основным слоем (платины).e) - a substrate with an applied adhesive sublayer and a main layer (platinum).

На фиг. 6 представлена последовательность операций заявленной технологии изготовления тонкопленочных платиновых терморезисторов с использованием маски из жертвенного алюминия, гдеIn FIG. 6 shows the sequence of operations of the claimed technology for manufacturing thin-film platinum thermistors using a sacrificial aluminum mask, where

а) - подложка с нанесеннымы слоями жертвенного алюминия и фоторезиста;a) - a substrate with applied layers of sacrificial aluminum and photoresist;

б) - маска (рисунок) из жертвенного алюминия после проявления фоторезиста, травления жертвенного слоя алюминия и удаления остатков фоторезиста;b) - a mask (drawing) made of sacrificial aluminum after developing the photoresist, etching the sacrificial aluminum layer and removing the remains of the photoresist;

в) - нанесенные на подложку со слоем (рисунком) жертвенного алюминия слои адгезионного подслоя и основного слоя (платины);c) - applied to the substrate with a layer (pattern) of sacrificial aluminum layers of the adhesive sublayer and the main layer (platinum);

г) - процесс взрывного травления рисунка из жертвенного алюминия со слоями адгезионного подd) - the process of explosive etching of a pattern of sacrificial aluminum with layers of adhesive underlay

- 2 043242 слоя и основного слоя (платины);- 2 043242 layers and base layer (platinum);

д) - подложка с нанесенным адгезионным подслоем и основным слоем (платины).e) - a substrate with an applied adhesive sublayer and a main layer (platinum).

На фиг. 7 - сенсор (для датчика) с припаянными на плату тонкопленочным платиновым терморезистором с тремя резисторами точечного исполнения, расположенными на одной стеклянной подложке с контактными площадками находящимися с противоположных сторон длинной стороны стеклянной подложки (на коротких ее сторонах).In FIG. 7 - sensor (for the sensor) with a thin-film platinum thermistor soldered to the board with three point-type resistors located on the same glass substrate with contact pads located on opposite sides of the long side of the glass substrate (on its short sides).

На фиг. 8 - сенсор (для датчика) с припаянными на плату тонкопленочным платиновым терморезистором с тремя резисторами точечного исполнения, расположенными на одной стеклянной подложке с контактными площадками находящимися на одной короткой стороне стеклянной подложки.In FIG. 8 - sensor (for the sensor) with a thin-film platinum thermistor soldered to the board with three point-type resistors located on the same glass substrate with contact pads located on one short side of the glass substrate.

Заявленное устройство - терморезистор - выполнено на стеклянной подложке (1) прямоугольной формы, с одной стороны которой из пленки платины нанесены: в центре подложки (1) меандр (2) терморезистора, по краям длинной стороны прямоугольной подложки (1) (на ее коротких сторонах) находятся контактные площадки (3), которые к меандру (2) терморезистора подведены в виде клиньев. Меандр (2) терморезистора выполнен в точечном исполнении, на свободные от меандра (2) терморезистора и контактных площадок (3) участки подложки нанесены прямоугольники (4). При этом размеры прямоугольников терморезистора соразмерны ширине зазоров между полосками меандра (2) терморезистора, а расстоянья между ними равны зазорам между полосками меандра (2) терморезистора. Подложка (1) выполнена из тонкого теплоизоляционного покровного стекла толщиной 0,10...0,19 мм, длинной 4...6 мм, шириной 0,6...1,2 мм. Меандр (2) терморезистора занимаем площадь (0,20x0,20 мм)...(0,4х0,4 мм). Меандр (2) терморезистора, его контактные площадки (3) и прямоугольники (4) выполнены из слоя, пленки платины (5) толщиной 0,15...0,25 мкм, а в качестве подслоя между стеклянной подложкой (1) и слоем платины (5) применен адгезионный слой титана (6) толщиной 0,01...0,02 мкм. На фиг. 3 и 4 терморезистор на стеклянной подложке (1) своими покрытыми слоем припоя (например, облуженными) контактными площадками (3) показан припаянным к печатным дорожкам платы (7) сенсора.The claimed device - thermistor - is made on a glass substrate (1) of a rectangular shape, on one side of which is applied from a platinum film: in the center of the substrate (1) a meander (2) of the thermistor, along the edges of the long side of the rectangular substrate (1) (on its short sides ) there are contact pads (3), which are connected to the meander (2) of the thermistor in the form of wedges. The meander (2) of the thermistor is made in a dot design, rectangles (4) are applied to the areas of the substrate free from the meander (2) of the thermistor and contact pads (3). In this case, the dimensions of the thermistor rectangles are commensurate with the width of the gaps between the meander strips (2) of the thermistor, and the distances between them are equal to the gaps between the meander strips (2) of the thermistor. The substrate (1) is made of thin heat-insulating cover glass 0.10...0.19 mm thick, 4...6 mm long, 0.6...1.2 mm wide. The meander (2) of the thermistor occupies an area (0.20x0.20 mm) ... (0.4x0.4 mm). Meander (2) of the thermistor, its contact pads (3) and rectangles (4) are made of a layer of platinum film (5) 0.15...0.25 µm thick, and as a sublayer between the glass substrate (1) and the layer platinum (5) an adhesive layer of titanium (6) with a thickness of 0.01 ... 0.02 microns is applied. In FIG. 3 and 4, the thermistor on a glass substrate (1) is shown soldered to the printed tracks of the sensor board (7) with its solder-coated (for example, tinned) pads (3).

Общеизвестный способ изготовления тонкопленочных платиновых терморезисторов на стеклянных подложках (по ограничительным признакам формулы) схематично представлен на фиг. 5. При этом следует заметить, что по общеизвестной технологии производства, первоначально на одну подложку наносят множество топологий терморезистора, а в конце процесса формирования на одной подложке множества терморезисторов, подложку разделяют (разрезают) по границам каждой топологии и получают множество терморезисторов. Способ состоит в последовательном нанесении на тонкую диэлектрическую подложку (1) жертвенного слоя (фоторезиста) (8) (фиг. 5а)), проведении его фотоэкспонирования и проявлении рисунка жертвенного слоя фоторезиста (8) (фиг. 5б)), напылении адгезивного подслоя (6) и основного слоя - платины (5) (фиг. 5в)) - и дальнейшем проведении обратной фотолитографии с удалением жертвенного слоя (фоторезиста) (8) с пленками адгезивного подслоя (6) и основного слоя - платины (5) (фиг. 5г)), приводящем к образованию тонкопленочных терморезисторов (фиг. 5д)).A well-known method for manufacturing thin-film platinum thermistors on glass substrates (according to the restrictive features of the formula) is schematically presented in Fig. 5. It should be noted that according to the well-known production technology, initially many thermistor topologies are applied to one substrate, and at the end of the process of forming a plurality of thermistors on one substrate, the substrate is divided (cut) along the boundaries of each topology and a plurality of thermistors are obtained. The method consists in successively applying a sacrificial layer (photoresist) (8) (Fig. 5a) on a thin dielectric substrate (1), carrying out its photo exposure and developing the pattern of the sacrificial photoresist layer (8) (Fig. 5b)), spraying an adhesive sublayer ( 6) and the main layer - platinum (5) (Fig. 5c)) - and further reverse photolithography with the removal of the sacrificial layer (photoresist) (8) with films of the adhesive sublayer (6) and the main layer - platinum (5) (Fig. 5d)), leading to the formation of thin-film thermistors (Fig. 5e)).

В заявленном способе, приведенном на фиг. 6 (по ограничительным и отличительным признакам формулы), в качестве тонкой диэлектрической подложки используют большую стеклянную пластину (1) из покровного стекла толщиной 0,10...0,19 мм, размеры которой позволяют расположить (нанести) множество топологий терморезисторов. На стеклянной пластине (1) для каждого терморезистора его топология включает меандр (2) терморезистора, контактные площадки (3), которые к меандру (2) терморезистора подведены в виде клиньев, а также расположенные на свободных от меандра (2) терморезистора и его контактных площадок (3) участки подложки прямоугольники (4), размеры которых строго регламентированы. Так (по отличительным признакам устройства), размеры прямоугольников терморезистора соразмерны ширине зазоров между полосками меандра (2) терморезистора, а расстоянья между ними равны зазорам между полосками меандра (2) терморезистора. Соблюдение этих размеров позволяет проводить взрывную обратную фотолитографию жертвенного слоя на всех участках топологии терморезисторов за одинаковое время (и более короткое время, по сравнению с известными способами), что существенно повышает технологичность изготовления терморезисторов, и повышает их качество. Жертвенный слой формируют из алюминия путем последовательного напыления в вакууме на пластину из покровного стекла (1) жертвенного слоя алюминия (9) толщиной 0,5..1,0 мкм при температуре 150...200°C и нанесения слоя фоторезиста (8) фиг. 6а)). Далее проводят фотоэкспонирование фоторезиста (9) с формированием рисунка на слое алюминия (9), травление жертвенного слоя алюминия (9) и смывку остатков фоторезиста (8) (фиг. 6б)) из слоя алюминия (9). После чего проводят при температуре 150...200°C последовательнее напыление на подложку (1) с рисунком из жертвенного слоя алюминия (9) адгезионного подслоя титана (6) толщиной 0,01...0,02 мкм и основного слоя - платины (5) - толщиной 0,15...0,25 мкм (фиг. 6в)). Осуществляют обратную взрывную фотолитографию жертвенного слоя алюминия (9) с нанесенными на него пленками адгезионного подслоя титана (6) и основного слоя - платины (5) (фиг. 6г)), приводящую к образованию тонкопленочных терморезисторов (фиг. 6д)).In the claimed method shown in FIG. 6 (according to the restrictive and distinguishing features of the formula), as a thin dielectric substrate, a large glass plate (1) made of cover glass with a thickness of 0.10 ... On the glass plate (1) for each thermistor, its topology includes a meander (2) of the thermistor, contact pads (3), which are connected to the meander (2) of the thermistor in the form of wedges, and also located on the thermistor free from the meander (2) and its contact pads. sites (3) sections of the substrate are rectangles (4), the dimensions of which are strictly regulated. So (according to the distinctive features of the device), the dimensions of the thermistor rectangles are commensurate with the width of the gaps between the meander strips (2) of the thermistor, and the distances between them are equal to the gaps between the meander strips (2) of the thermistor. Compliance with these dimensions allows explosive reverse photolithography of the sacrificial layer in all areas of the thermistor topology for the same time (and a shorter time compared to known methods), which significantly increases the manufacturability of thermistors and improves their quality. The sacrificial layer is formed from aluminum by successive vacuum deposition on a cover glass plate (1) of a sacrificial aluminum layer (9) with a thickness of 0.5..1.0 μm at a temperature of 150...200°C and applying a photoresist layer (8) fig. 6a)). Next, photo-exposure of the photoresist (9) is carried out with the formation of a pattern on the aluminum layer (9), etching of the sacrificial aluminum layer (9) and washing off the remains of the photoresist (8) (Fig. 6b)) from the aluminum layer (9). Then, at a temperature of 150 ... 200 ° C, sequential deposition is carried out on the substrate (1) with a pattern of the sacrificial aluminum layer (9) of the adhesive sublayer of titanium (6) with a thickness of 0.01 ... 0.02 μm and the main layer - platinum (5) - 0.15...0.25 µm thick (Fig. 6c)). Reverse explosive photolithography of the sacrificial aluminum layer (9) is carried out with films of the adhesive sublayer of titanium (6) and the main layer - platinum (5) (Fig. 6d)) applied on it, leading to the formation of thin-film thermistors (Fig. 6d)).

Далее проводят отжиг большой стеклянной пластины (1) с образованными на ней терморезисторами в вакууме при температуре 150...250°C в течение 20...50 мин, после чего ее (большую стеклянную пластину) разделяют, например, разрезанием подложки (1) на отдельные терморезисторы. У каждого полученного после разрезания большой стеклянной пластины (1) терморезистора контактные площадки (3) по- 3 043242 крывают слоем припоя. Покрытие слоем припоя контактных площадок (3) каждого терморезистора могут производить на одной (большой) стеклянной пластине перед ее разделением (разрезанием) на отдельные терморезисторы, что дополнительно повышает технологичность производства и снижение его стоимости.Next, a large glass plate (1) with thermistors formed on it is annealed in vacuum at a temperature of 150...250°C for 20...50 min, after which it (the large glass plate) is separated, for example, by cutting the substrate (1 ) to individual thermistors. For each thermistor obtained after cutting a large glass plate (1), the contact pads (3) are covered with a layer of solder. The solder coating of the contact pads (3) of each thermistor can be carried out on one (large) glass plate before it is separated (cut) into separate thermistors, which further increases the manufacturability of production and reduces its cost.

После чего осуществляют (индивидуально) электротренировку каждого терморезистора, например, через припаянные к его контактным площадкам (3) проводам или контактным дорожкам печатной платы по технологии Флип-Чип, например, уже на плате сенсора (по фиг. 3 и 4).After that, each thermistor is (individually) electrically trained, for example, through wires soldered to its contact pads (3) or contact tracks of a printed circuit board using Flip-Chip technology, for example, already on the sensor board (Fig. 3 and 4).

Конкретное исполнение заявленного устройства и способа для его осуществления, которые реализованы и испытаны заявителем, следующее. Подложка выполнена из тонкого теплоизоляционного покровного стекла толщиной 0,17 мм, длинной 5 мм, шириной 1 мм. Меандр терморезистора занимает площадь 0,25x0,25 мм. Ширина полосок резистора меандра составляет 0,04 мм, зазор между полосками меандра также составляет 0,04 мм. Меандр терморезистора, его контактные площадки и прямоугольники выполнены из слоя платины толщиной 0,2 мкм, а в качестве адгезионного подслоя между стеклянной подложкой и слоем платины применен слой титана толщиной 0,015 мкм.The specific execution of the claimed device and method for its implementation, which are implemented and tested by the applicant, is as follows. The substrate is made of a thin heat-insulating cover glass 0.17 mm thick, 5 mm long, and 1 mm wide. The meander of the thermistor occupies an area of 0.25x0.25 mm. The width of the meander resistor strips is 0.04 mm, the gap between the meander strips is also 0.04 mm. The thermistor meander, its contact pads and rectangles are made of a 0.2 µm thick platinum layer, and a 0.015 µm thick titanium layer is used as an adhesive sublayer between the glass substrate and the platinum layer.

Жертвенный слой формируют из алюминия путем напыления в вакууме на пластину из покровного стекла слоя алюминия толщиной 0,75 мкм при температуре 180°C и далее наносят слой фоторезиста. Проводят фотоэкспонирование фоторезиста с формированием рисунка на слое алюминия по известной технологии. Проводят травление жертвенного слоя алюминия и осуществляют смывку остатков фоторезиста из жертвенного слоя алюминия. Далее проводят при температуре 180°C последовательное напыление на подложку с рисунком из жертвенного слоя алюминия адгезионного подслоя титана толщиной 0,015 мкм и основного слоя - платины - толщиной 0,2 мкм. Осуществляют обратную взрывную фотолитографию жертвенного слоя алюминия с нанесенными на него пленками адгезионного подслоя титана и основного слоя - платины. Проводят отжиг в вакууме при температуре 200°C в течение 30 мин. Разрезают подложку (большую стеклянную пластину) на отдельные терморезисторы. У каждого терморезистора контактные площадки покрывают слоем припоя и осуществляют электротренировку каждого терморезистора. Жертвенный слой формируют из алюминия путем напыления в вакууме на пластину из покровного стекла слоя алюминия толщиной 0,75 мкм при температуре 180°C и далее наносят слой фоторезиста. Проводят фотоэкспонирование фоторезиста с формированием рисунка на слое алюминия по известной технологии. Проводят травление жертвенного слоя алюминия и осуществляют смывку остатков фоторезиста из жертвенного слоя алюминия. Далее проводят при температуре 180°C последовательное напыление на подложку с рисунком из жертвенного слоя алюминия адгезионного подслоя титана толщиной 0,015 мкм и основного слоя - платины - толщиной 0,2 мкм. Осуществляют обратную взрывную фотолитографию жертвенного слоя алюминия с нанесенными на него пленками адгезионного подслоя титана и основного слоя - платины. Проводят отжиг в вакууме при температуре 200°C в течение 30 мин. Разрезают подложку (большую стеклянную пластину) на отдельные терморезисторы. У каждого терморезистора контактные площадки покрывают слоем припоя и осуществляют электротренировку каждого терморезистора.The sacrificial layer is formed from aluminum by vacuum deposition on a cover glass plate of a layer of aluminum with a thickness of 0.75 μm at a temperature of 180°C, and then a layer of photoresist is applied. Photo-exposure of the photoresist is carried out with the formation of a pattern on the aluminum layer according to known technology. The sacrificial aluminum layer is etched and the residual photoresist is washed off from the sacrificial aluminum layer. Next, at a temperature of 180°C, successive deposition is carried out on a substrate with a pattern of a sacrificial aluminum layer of an adhesive underlayer of titanium with a thickness of 0.015 μm and the main layer - platinum - with a thickness of 0.2 μm. Reverse explosive photolithography of the sacrificial aluminum layer is carried out with films of the adhesive titanium sublayer and the main layer - platinum deposited on it. Annealing is carried out in vacuum at a temperature of 200°C for 30 min. Cut the substrate (large glass plate) into individual thermistors. For each thermistor, the contact pads are covered with a layer of solder and each thermistor is electrically trained. The sacrificial layer is formed from aluminum by vacuum deposition on a cover glass plate of a layer of aluminum with a thickness of 0.75 μm at a temperature of 180°C, and then a layer of photoresist is applied. Photo-exposure of the photoresist is carried out with the formation of a pattern on the aluminum layer according to known technology. The sacrificial aluminum layer is etched and the residual photoresist is washed off from the sacrificial aluminum layer. Next, at a temperature of 180°C, successive deposition is carried out on a substrate with a pattern of a sacrificial aluminum layer of an adhesive underlayer of titanium with a thickness of 0.015 μm and the main layer - platinum - with a thickness of 0.2 μm. Reverse explosive photolithography of the sacrificial aluminum layer is carried out with films of the adhesive titanium sublayer and the main layer - platinum deposited on it. Annealing is carried out in vacuum at a temperature of 200°C for 30 min. Cut the substrate (large glass plate) into individual thermistors. For each thermistor, the contact pads are covered with a layer of solder and each thermistor is electrically trained.

По заявленным техническим решениям могут быть изготовлены устройства (терморезисторы) с несколькими пленочными резисторами. Например, приведенные на фиг. 7 и 8 устройства терморезисторов с совмещенными резисторами точечного исполнения, расположенными на одной стеклянной подложке.According to the claimed technical solutions, devices (thermistors) with several film resistors can be manufactured. For example, shown in Fig. 7 and 8 devices of thermistors with combined point-type resistors located on the same glass substrate.

Кроме того, контактные площадки таких терморезисторов с совмещенными резисторами точечного исполнения могут находиться как с противоположных сторон подложки, так и с одной стороны подложки, как, например, в аналоге на фиг. 3. Так, на фиг. 7 представлен тонкопленочный платиновый терморезистор с тремя резисторами точечного исполнения, расположенными на одной стеклянной подложке с контактными площадками, находящимися с противоположных сторон длинной стороны стеклянной подложки (на коротких ее сторонах). На фиг. 8 представлен тонкопленочный платиновый терморезистор с тремя резисторами точечного исполнения, расположенными на одной стеклянной подложке с контактными площадками, находящимися на одной короткой стороне стеклянной подложки. При этом терморезисторы по фиг. 7 и 8 припаяны по технологии Флип-Чип на плату сенсора для датчика расхода газа или жидкости.In addition, the contact pads of such thermistors with combined point-type resistors can be located both on opposite sides of the substrate, and on one side of the substrate, as, for example, in the analogue in Fig. 3. Thus, in FIG. 7 shows a thin-film platinum thermistor with three point-type resistors located on the same glass substrate with contact pads located on opposite sides of the long side of the glass substrate (on its short sides). In FIG. 8 shows a thin-film platinum thermistor with three point-type resistors located on the same glass substrate with contact pads located on one short side of the glass substrate. In this case, the thermistors according to Fig. 7 and 8 are soldered using Flip Chip technology to the sensor board for a gas or liquid flow sensor.

Литература.Literature.

1. Патент на изобретение РФ (заявителя): RU 2506543 C1 от 10.02.2014, МПК G01F 23/00, G01K 7/16 под названием Датчик контроля дискретных уровней жидкости с функцией измерения температуры и контроля массового расхода жидкой среды - прототип.1. Patent for the invention of the Russian Federation (applicant): RU 2506543 C1 dated 10.02.2014, IPC G01F 23/00, G01K 7/16 under the name Sensor for controlling discrete levels of liquid with the function of measuring temperature and controlling the mass flow rate of a liquid medium - a prototype.

Claims (2)

1. Тонкопленочный платиновый терморезистор на стеклянной подложке прямоугольной формы, на которой в центре размещен пленочный резистор в форме меандра, по краям длинной стороны прямоугольной подложки расположены контактные площадки, которые к меандру терморезистора подведены в виде клиньев, причем на свободные от меандра терморезистора и контактных площадок участки подложки нанесены прямоугольники, отличающийся тем, что размеры прямоугольников терморезистора 1. A thin-film platinum thermistor on a rectangular glass substrate, on which a meander-shaped film resistor is placed in the center, contact pads are located along the edges of the long side of the rectangular substrate, which are connected to the thermistor meander in the form of wedges, moreover, on the thermistor and contact pads free from the meander sections of the substrate are marked with rectangles, characterized in that the dimensions of the rectangles of the thermistor - 4 043242 соразмерны ширине зазоров между полосками меандра терморезистора, а расстояния между ними равны зазорам между полосками меандра терморезистора, подложка выполнена из тонкого теплоизоляционного покровного стекла толщиной 0,10...0,19 мм, длинной 4...6 мм, шириной 0,6...1,2 мм, меандр терморезистора занимает площадь (0,20x0,20 мм)...(0,4x0,4 мм), меандр терморезистора, его контактные площадки и прямоугольники выполнены из слоя платины толщиной 0,15...0,25 мкм, а в качестве адгезионного подслоя между стеклянной подложкой и слоем платины применен слой титана толщиной 0,01...0,02 мкм.- 4 043242 are commensurate with the width of the gaps between the thermistor meander strips, and the distances between them are equal to the gaps between the thermistor meander strips, the substrate is made of thin heat-insulating cover glass 0.10...0.19 mm thick, 4...6 mm long, wide 0.6 ... 1.2 mm, the thermistor meander occupies an area of (0.20x0.20 mm) ... (0.4x0.4 mm), the thermistor meander, its contact pads and rectangles are made of a platinum layer with a thickness of 0, 15...0.25 µm, and a layer of titanium 0.01...0.02 µm thick is used as an adhesive sublayer between the glass substrate and the platinum layer. 2. Способ изготовления тонкопленочных платиновых терморезисторов на стеклянных подложках, состоящий в последовательном нанесении на тонкую диэлектрическую подложку жертвенного слоя, проведении фотоэкспонирования, проявлении рисунка жертвенного слоя фоторезиста, напылении адгезивного подслоя и основного слоя - платины - и дальнейшем проведении обратной фотолитографии с удалением жертвенного слоя с пленками адгезивного подслоя и основного слоя - платины, позволяющий формировать тонкопленочные терморезисторы, отличающийся тем, что жертвенный слой формируют из алюминия путем последовательного напыления в вакууме на пластину из покровного стекла жертвенного слоя алюминия толщиной 0,5...1 мкм при температуре 150...200°С и нанесения слоя фоторезиста, далее проводят фотоэкспонирование фоторезиста с формированием рисунка на слое алюминия, травление жертвенного слоя алюминия и смывку остатков фоторезиста, после чего проводят при температуре 150...200°С последовательное напыление на подложку с рисунком из жертвенного слоя алюминия адгезионного подслоя титана толщиной 0,01...0,02 мкм и основного слоя - платины - толщиной 0,15...0,25 мкм, осуществляют обратную взрывную фотолитографию жертвенного слоя алюминия с нанесенными на него пленками адгезионного подслоя титана и основного слоя - платины, проводят отжиг в вакууме при температуре 15О...25О°С в течение 20...50 мин и разделяют подложку на отдельные терморезисторы, у каждого из которых их контактные площадки покрывают слоем припоя и осуществляют электротренировку каждого терморезистора.2. A method for manufacturing thin-film platinum thermistors on glass substrates, which consists in sequentially applying a sacrificial layer on a thin dielectric substrate, performing photo exposure, developing a pattern of the sacrificial photoresist layer, deposition of the adhesive sublayer and the main layer - platinum - and then carrying out reverse photolithography with the removal of the sacrificial layer from films of the adhesive sublayer and the main layer - platinum, which makes it possible to form thin-film thermistors, characterized in that the sacrificial layer is formed from aluminum by successive vacuum deposition on a cover glass plate of a sacrificial aluminum layer with a thickness of 0.5 ... 1 μm at a temperature of 150 .. .200°C and applying a layer of photoresist, then the photoresist is photoexposed with the formation of a pattern on the aluminum layer, etching of the sacrificial aluminum layer and washing off the remains of the photoresist, after which successive deposition on the substrate with a pattern from the sacrificial layer is carried out at a temperature of 150...200°C aluminum adhesive sublayer of titanium with a thickness of 0.01 ... 0.02 microns and the main layer - platinum - with a thickness of 0.15 ... layer - platinum, annealing is carried out in vacuum at a temperature of 150 ... 250 ° C for 20 ... 50 minutes and the substrate is divided into separate thermistors, each of which has their contact pads covered with a solder layer and each thermistor is electrically trained.
EA202100044 2020-02-10 2020-12-21 THIN-FILM PLATINUM THERMISTOR ON A GLASS SUBSTRATE AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE EA043242B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020106352 2020-02-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA043242B1 true EA043242B1 (en) 2023-04-28

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6703683B2 (en) Chip resistor and method for manufacturing the same
US4780702A (en) Chip resistor and method for the manufacture thereof
JP2003168601A (en) Chip resistor
EA043242B1 (en) THIN-FILM PLATINUM THERMISTOR ON A GLASS SUBSTRATE AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE
JP4984855B2 (en) Thin film chip resistor, thin film chip capacitor, and thin film chip inductor manufacturing method
WO2000074082A1 (en) Resistive hydrogen sensing element
RU2736630C1 (en) Thin-film platinum thermistor on glass substrate and method of manufacturing thereof
JP7219146B2 (en) Manufacturing method of sulfuration detection sensor
RU2791082C1 (en) Method for producing thin-film platinum thermistors on a dielectric substrate and a thermistor device (options)
US9068913B2 (en) Photolithographic structured thick layer sensor
RU2213383C2 (en) Method for manufacturing thin-film resistors
JP5262159B2 (en) Method for manufacturing thin film chip resistor
EA041721B1 (en) THIN-FILM TITANIUM THERMISTOR ON A FLEXIBLE POLYIMIDE SUBSTRATE AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE
JP2001351801A (en) Chip resistor
RU2736233C1 (en) Thin-film titanium thermistor on flexible polyimide substrate and method of manufacture thereof
JP2006024767A (en) Manufacturing method of chip resistor
JP4281136B2 (en) Chip-type thermistor resistance value correction method
JP4326670B2 (en) Chip resistor manufacturing method
JPH10149946A (en) Manufacturing of capacitor and substrate mounted with capacitor
JP2000077207A (en) Resistance element and method of adjusting resistance of the same
JP2023004230A (en) Sulfidation detection sensor
JP2000091101A (en) Resistor and its manufacture
JP5143386B2 (en) Resistor manufacturing method
JP2015201489A (en) Resistance value measuring method of chip resistor
JP2699924B2 (en) Ceramic substrate and method of manufacturing the same