RU189715U1 - Power Thin Film Resistor - Google Patents

Power Thin Film Resistor Download PDF

Info

Publication number
RU189715U1
RU189715U1 RU2019107338U RU2019107338U RU189715U1 RU 189715 U1 RU189715 U1 RU 189715U1 RU 2019107338 U RU2019107338 U RU 2019107338U RU 2019107338 U RU2019107338 U RU 2019107338U RU 189715 U1 RU189715 U1 RU 189715U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
film
resistive film
resistors
polished
Prior art date
Application number
RU2019107338U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Михайловна Калинина
Original Assignee
Акционерное общество "Финансово-промышленная компания "Энергия"
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 Акционерное общество "Финансово-промышленная компания "Энергия" filed Critical Акционерное общество "Финансово-промышленная компания "Энергия"
Priority to RU2019107338U priority Critical patent/RU189715U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU189715U1 publication Critical patent/RU189715U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C17/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к электронной технике, а именно к производству постоянных резисторов по тонкопленочной технологии, и может быть использована в электронной, радиотехнической и других смежных отраслях промышленности при изготовлении мощных СВЧ резисторов.Сущность полезной модели: мощный тонкопленочный резистор включает диэлектрическую подложку из высокотеплопроводной керамики с полированной лицевой стороной и нанесенную на подложку резистивную пленку с электродными контактами, при этом лицевая сторона диэлектрической подложки отполирована до получения высоты неоднородности не более 0,1 мкм, при этом толщина резистивной пленки составляет не менее удвоенной высоты неоднородности.Технический результат: повышение стабильности сопротивления при длительной эксплуатации. 7 ил.The invention relates to electronic equipment, namely, the production of fixed resistors using thin-film technology, and can be used in electronic, radio engineering and other related industries in the manufacture of high-power microwave resistors. The essence of the utility model: a powerful thin-film resistor includes a dielectric substrate made of high-conductive ceramics with a polished face and a resistive film deposited on a substrate with electrode contacts, while the front side of the dielectric is spoon is polished to a height inhomogeneity not more than 0.1 microns, the thickness of the resistive film is not less than twice the height neodnorodnosti.Tehnichesky possible to increase the resistance stability during prolonged operation. 7 il.

Description

Полезная модель относится к электронной технике, а именно к производству постоянных резисторов по тонкопленочной технологии и может быть использована в электронной, радиотехнической и других смежных отраслях промышленности при изготовлении мощных СВЧ резисторов.The invention relates to electronic equipment, in particular, to the production of fixed resistors using thin-film technology and can be used in electronic, radio engineering and other related industries in the manufacture of high-power microwave resistors.

Производство СВЧ резисторов является высокорастущей областью производства. Направления развития и в целом обзор СВЧ резисторов приводится, например, в статье «Мощные полосковые СВЧ-резисторы Р1-17» (https://cyberleninka.ru/article/v/moschnye-poloskovye-svch-rezistory-r1-17).The production of microwave resistors is a highly growing area of production. The directions of development and the overall review of microwave resistors are given, for example, in the article “Powerful strip strip microwave resistors P1-17” (https://cyberleninka.ru/article/v/moschnye-poloskovye-svch-rezistory-r1-17).

Известен способ изготовления прецизионных чип-резисторов по гибридной технологии (Пат RU2402088), содержащий последовательное формирование на изоляционной подложке на основе толстопленочной технологии электродных контактов, а на основе тонкопленочной технологии - резистивного слоя с последующим ломанием изоляционной подложки на чипы, отличающийся тем, что вначале на шлифованную (тыльную) поверхность изоляционной подложки наносят методом трафаретной печати слой серебряной или серебряно-палладиевой пасты с последующим ее вжиганием, образуя тем самым электродные контакты на тыльной стороне подложки, затем на полированную (лицевую) сторону изоляционной подложки методом вакуумной (тонкопленочной) технологии напыляют резистивный слой, методом фотолитографии и ионного травления осуществляют образование топологии резистивного слоя на подложке, после чего методом трафаретной печати на лицевой стороне подложки поверх резистивного слоя наносят слой низкотемпературной серебряной пасты с последующим ее вжиганием, образуя тем самым электродные контакты на лицевой стороне, после чего методом лазерной подгонки подгоняют величину сопротивления резисторов в номинал, затем методом трафаретной печати наносят на резистивный слой с последующим вжиганием слой низкотемпературной защитной пасты, образуя защитный слой, скрайбируют и ломают пластину изоляционной подложки на ряды (полосы), методом вакуумной (тонкопленочной) технологии из сплава никеля с хромом на торцы рядов напыляют торцевой слой, соединяя при этом электрически между собой электродные контакты лицевой и тыльной сторон подложки, ломают ряды на чипы, гальваническим методом наносят поверх электродов - торцевого, на лицевой и на тыльной сторонах - слой никеля, а поверх слоя никеля гальваническим методом наносят слой припоя (сплав олова со свинцом). Известное техническое решение никак не учитывает и не устанавливает шероховатость поверхности подложки после полирования, а также толщину резистивного слоя, которые, как раскрыто далее, играют существенную роль в стабильной работе резистора.A known method of manufacturing precision chip resistors using hybrid technology (Pat. RU2402088) contains sequential formation of electrode contacts on an insulating substrate based on thick-film technology, and based on thin-film technology, a resistive layer, followed by breaking an insulating substrate on chips. a polished (back) surface of the insulating substrate is applied by screen printing a layer of silver or silver-palladium paste, followed by burning it, thus, electrode contacts on the back side of the substrate, then a resistive layer is sprayed onto the polished (front) side of the insulating substrate using vacuum (thin-film) technology, using a photolithography and ion etching to form a topology of the resistive layer on the substrate, and then using screen printing on the front side substrates on top of the resistive layer put a layer of low-temperature silver paste with its subsequent burning, thereby forming electrode contacts on the front side, along After that, laser resistors are used to customize the resistance value of the resistors in nominal, then screen printing is applied to the resistive layer, followed by burning down a layer of low-temperature protective paste, forming a protective layer, scribing and breaking the insulating substrate plate into rows (stripes), using vacuum (thin-film) technology nickel alloy with chrome on the ends of the rows sprayed the end layer, connecting electrically to each other the electrode contacts of the front and back sides of the substrate, breaking the rows into chips, g lvanicheskim method is applied over the electrodes - of the end, on the front and on the rear sides - nickel layer, and on top of the nickel layer by electroplating a layer of solder (pewter). Known technical solution does not take into account and does not establish the surface roughness of the substrate after polishing, as well as the thickness of the resistive layer, which, as described below, play a significant role in the stable operation of the resistor.

Резистор, полученный по вышеуказанной технологии, включающий в себя изоляционную (диэлектрическую) подложку из [высокотеплопроводной] керамики с полированной лицевой стороной и нанесенную на подложку резистивную пленку с электродными контактами, выбран в качестве прототипа.The resistor obtained by the above technology, which includes an insulating (dielectric) substrate of [high-conductive] ceramics with a polished face and a resistive film deposited on the substrate with electrode contacts, was chosen as a prototype.

Задачей полезной модели являлось повышение стабильности сопротивления при длительной эксплуатации мощных резисторов. The task of the utility model was to increase the stability of resistance during long-term operation of high-power resistors.

Указанная задача решается мощным тонокопленочным резистором, включающим в себя диэлектрическую подложку из высокотеплопроводной керамики и нанесенную на нее резистивную пленку (на основе тантала, или нихрома, или хрома, или их силицидов), в котором, согласно предложению, с целью повышения параметров надежности резистора (стабильности сопротивления при длительной эксплуатации), диэлектрическую положку из высокотеплопроводной керамики (окись алюминия, окись бериллия, нитрид алюминия, и др.) полируют до получения высоты неоднородности не более 0,1 мкм, при этом толщина резистивной пленки должна быть не менее удвоенной высоты неоднородности.This problem is solved by a powerful thin-film resistor, which includes a dielectric substrate made of high-conductive ceramics and a resistive film deposited on it (based on tantalum, or nichrome, or chromium, or their silicides), in which, according to the proposal, to increase the reliability parameters of the resistor ( stability of resistance during long-term operation), dielectric poles of high-conductive ceramics (alumina, beryllium oxide, aluminum nitride, etc.) are polished to obtain non-uniform height more than 0.1 μm, while the thickness of the resistive film must be at least twice the height of the heterogeneity.

Мощный СВЧ резистор представляет собой плоскую прямоугольную керамическую подложку 1 с нанесенной на одну сторону резистивной пленкой 2, контактными площадками 3 и выводами, а на другую сторону слоем металла 4, предназначенного для того чтобы зафиксировать (обеспечить тепловой контакт методом пайки, приклеивания, фиксации на термопасту и т.п.) эту сторону подложки на корпусе 5 или напрямую на теплоотводе 6 (фиг. 1). При подаче электрического напряжения U на контактные площадки, в резистивной пленке 2 начинает протекать электрический ток I. В соответствии с законом Ома этот электрический ток пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению резистивной пленки R (I = U/R). При этом в резистивной пленке начинает выделяться электрическая мощность Р, которая греет резистивный слой и в виде тепла рассеивается в окружающую среду. При этом действуют известные соотношения Р = I2 *R, P = U2/R. The powerful microwave resistor is a flat rectangular ceramic substrate 1 with a resistive film 2, contact pads 3 and pins applied to one side, and a metal layer 4 on the other side designed to fix (to provide thermal contact by soldering, gluing, fixing on thermal paste etc.) this side of the substrate on the housing 5 or directly on the heat sink 6 (Fig. 1). When electrical voltage U is applied to the contact pads, electric current I begins to flow in the resistive film 2. In accordance with Ohm's law, this electric current is proportional to the voltage and inversely proportional to the resistance of the resistive film R (I = U / R). In this case, in the resistive film, electric power P is released, which heats the resistive layer and is dispersed in the form of heat into the environment. In this case, the well-known relations P = I 2 * R, P = U 2 / R act.

Учитывая тот факт, что процесс теплопередачи выделенного в резистивной пленке 2 тепла происходит, в основном, через керамическую подложку 1 в теплоотвод 6, можно утверждать, что теплопередача осуществляется за счет теплопроводности, и применимы выражения для простых инженерных расчетов теплового сопротивления резистора: Rt = (T1 – T2)/P и Rt = D/ (л*S) где Rt – тепловое сопротивление резистора (между резистивной пленкой и обратной стороной подложки), T1 – температура резистивной пленки, T2 – температура подложки со стороны теплоотвода, P – мощность рассеиваемая в резистивной пленке, л – коэффициент теплопроводности материала подложки, D – толщина положки, S – площадь резистивной пленки. Considering the fact that the heat transfer process of heat released in the resistive film 2 occurs mainly through the ceramic substrate 1 to the heat sink 6, it can be argued that heat transfer is due to heat conduction, and the expressions for simple engineering calculations of the thermal resistance of the resistor are applicable: Rt = (Tone - T2) / P and Rt = D / (l*S) where Rt- thermal resistance of the resistor (between the resistive film and the back side of the substrate), Tone- the temperature of the resistive film, T2- substrate temperature from the side of heat sink, P - power dissipated in the resistive film, l - thermal conductivity coefficient of the substrate material, D - positive thickness, S - area of the resistive film.

На фиг. 2 представлены расчетные графики зависимости перепада температур T1 – T2 в зависимости от удельной мощности рассеивания резистора для материала подложки с коэффициентами теплопроводности 180 Вт/м*К (Нитрид алюминия). FIG. 2 shows the calculated graphs of the temperature difference T 1 - T 2 depending on the specific power dissipation of the resistor for the substrate material with a coefficient of thermal conductivity of 180 W / m * K (aluminum nitride).

Большинство производителей мощных СВЧ резисторов (см., например: https://www.erkon-nn.ru/upload/iblock/771/r1_17_rkmu.434110.001_vp_datasheet_ru.pdf или http://www.barryind.com/pdf/Resistors/Power_Flange/RXXXX-400-1X.pdf или http://www.diconex.fr/media/39-0216.pdf) ограничивают температуру теплоотвода и резистивной пленки. Обычные значения 100оС и 155оС соответственно. При этой температуре резистивные пленки ведут себя достаточно стабильно. Однако речь идет о средних значениях температуры на поверхности резистивных пленок. Most manufacturers of powerful microwave resistors (see, for example: https://www.erkon-nn.ru/upload/iblock/771/r1_17_rkmu.434110.001_vp_datasheet_ru.pdf or http://www.barryind.com/pdf/Resistors/ Power_Flange / RXXXX-400-1X.pdf or http://www.diconex.fr/media/39-0216.pdf) limit the temperature of the heat sink and resistive film. The usual values are 100 ° C and 155 ° C, respectively. At this temperature, resistive films behave quite stably. However, we are talking about average values of temperature on the surface of resistive films.

Для примера рассчитана удельная мощность мощного СВЧ резистора Р1-17-250 Вт и получено значение 308 Вт/см2 (фиг. 3). Подставив его в график, можно получить температуру перегрева порядка 50 градусов (фиг. 2). For example, the specific power of the powerful microwave resistor P1-17-250 W is calculated and the value obtained is 308 W / cm 2 (Fig. 3). Substituting it in the graph, you can get an overheating temperature of about 50 degrees (Fig. 2).

Однако опыт разработки мощных СВЧ резисторов особенно с высокой удельной мощностью показал, что недостаточно обеспечить среднюю температуру резистивной пленки порядка 150-155оС. However, the experience of developing powerful microwave resistors, especially with high power density, has shown that it is not enough to provide an average temperature of a resistive film of about 150-155 o C.

Для наглядности ситуации были проведены испытания СВЧ резисторов типа Р1-17-250 Вт, изготовленных на подложках из нитрида алюминия с полированной и шлифованной поверхностью (фиг. 4 и фиг. 5). Высота дефектов не превышала 0,032 мкм в первом случае и 1,776 мкм для шлифованного варианта. Толщина пленки при напылении тантала (для сопротивления 35 – 75 Ом) на установке «Каролина-12Б» достигала 0,2 – 0,25 мкм. Результаты сравнительных испытаний на безотказность (наработка в течение 1000 часов в номинальном режиме Р=250 Вт, температура теплоотвода 100оС) приведены на фиг. 6. Из приведенных данных следует однозначный вывод, что на полированных подложках результаты по стабильности сопротивления значительно лучше.For clarity, tests were conducted microwave resistors type P1-17-250 W, made on substrates of aluminum nitride with a polished and polished surface (Fig. 4 and Fig. 5). The height of the defects did not exceed 0.032 microns in the first case and 1.776 microns for the ground version. The film thickness during the deposition of tantalum (for a resistance of 35 - 75 Ohms) on the installation "Carolina-12B" reached 0.2 - 0.25 microns. Results of comparative tests on the reliability (operating time of 1000 hours at rated speed P = 250 W, 100 ° C heat sink temperature) are shown in FIG. 6. From the above data it follows a clear conclusion that on polished substrates the results on resistance stability are much better.

Результаты испытаний показывают, что на стабильность (скорость окислительного процесса) оказывает дефектность поверхности керамических материалов. Чтобы оценить степень влияния дефекта подложки рассмотрим следующую модель.The test results show that the defectiveness of the surface of ceramic materials affects the stability (the rate of the oxidation process). To estimate the degree of influence of a substrate defect, consider the following model.

Выделим некоторую область в резистивной пленке и представим, что на подложке имеет место дефект в виде выступа 7 (фиг. 1). За счет выступа 7 толщина пленки 2 в этом месте будет меньше, чем в окружающей области, а омическое сопротивление пропорционально толщине пленки. Let us single out some area in the resistive film and imagine that there is a defect in the form of a protrusion 7 on the substrate (Fig. 1). Due to the protrusion 7, the film thickness 2 in this place will be less than in the surrounding area, and the ohmic resistance is proportional to the film thickness.

Для наглядности рассмотрим эквивалентную схему этого участка (фиг. 7). В соответствии с этой схемой и формулой Р = I2 *R видно, что на дефекте подложки будет рассеиваться большая мощность чем в окружающей области. В соответствии с формулой (Td – T1) = P*Rt будет иметь место перегрев в локальной дефектной области (Td) по отношению к средней температуре пленки. Причем локальный перегрев может быть весьма значительным. Если грубо считать, то при увеличении сопротивления локального дефекта в 2 раза, мощность рассеивания на нем возрастает тоже в 2 раза и, следовательно, есть локальный скачок температуры, пропорциональный мощности рассеивания. В рассматриваемом случае температура на локальном дефекте может достигать уже 200оС. При таких температурах процесс окисления материала резистивной пленки 2 идет более интенсивно. Приведенные примеры расчетов носят качественный характер, но позволяют проиллюстрировать природу локальных перегревов. При температурах более 200оС тонкопленочные материалы начинают интенсивно окисляться, что приводит к значительному изменению сопротивления (низкой стабильности резистора в процессе эксплуатации). Поэтому толщина пленки должна быть больше высоты дефекта подложки в два раза и более. Эти соотношения справедливы для мощных СВЧ резисторов с высокой удельной мощностью (современный уровень 250 - 400 Вт/см2). For clarity, consider the equivalent circuit of this area (Fig. 7). In accordance with this scheme and the formula P = I2 *R can be seen that a large power will be dissipated on the substrate defect than in the surrounding area. In accordance with the formula (Td - Tone) = P*Rt there will be overheating in the local defective area (Td) relative to the average temperature of the film. Moreover, local overheating can be very significant. If roughly calculated, then with an increase in the resistance of a local defect by a factor of 2, the power dissipation on it also increases by a factor of 2 and, therefore, there is a local temperature jump proportional to the power dissipation. In this case, the temperature at the local defect can reach as high as 200.aboutC. At such temperatures, the oxidation process of the material of the resistive film 2 is more intense. The above examples of calculations are qualitative in nature, but they allow us to illustrate the nature of local overheating. At temperatures over 200aboutSince thin-film materials begin to oxidize rapidly, which leads to a significant change in resistance (low stability of the resistor during operation). Therefore, the film thickness must be greater than the height of the substrate defect by two times or more. These relations are valid for high-power microwave resistors with high power density (current level 250 - 400 W / cm2).

Claims (1)

Мощный тонкопленочный резистор, включающий диэлектрическую подложку из высокотеплопроводной керамики с полированной лицевой стороной и нанесенную на подложку резистивную пленку с электродными контактами, отличающийся тем, что лицевая сторона диэлектрической подложки отполирована до получения высоты неоднородности не более 0,1 мкм, при этом толщина резистивной пленки составляет не менее удвоенной высоты неоднородности.Powerful thin-film resistor comprising a dielectric substrate of high-conductive ceramics with a polished face and a resistive film deposited on the substrate with electrode contacts, characterized in that the front side of the dielectric substrate is polished to obtain an inhomogeneity height of not more than 0.1 μm, while the resistive film thickness is not less than twice the height of heterogeneity.
RU2019107338U 2019-03-14 2019-03-14 Power Thin Film Resistor RU189715U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019107338U RU189715U1 (en) 2019-03-14 2019-03-14 Power Thin Film Resistor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019107338U RU189715U1 (en) 2019-03-14 2019-03-14 Power Thin Film Resistor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU189715U1 true RU189715U1 (en) 2019-05-31

Family

ID=66792549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019107338U RU189715U1 (en) 2019-03-14 2019-03-14 Power Thin Film Resistor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU189715U1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4929923A (en) * 1989-05-26 1990-05-29 Harris Corporation Thin film resistors and method of trimming
US5119538A (en) * 1990-08-10 1992-06-09 Ranco Incorporated Of Delaware Method of making a temperature sensor
SU1812562A1 (en) * 1990-06-25 1993-04-30 Nii Elektronno Mekh Priborov Process of manufacture of thin-film resistors
SU1686961A1 (en) * 1988-08-08 1995-02-20 А.И. Хренова Test plate for measuring value of evaporated resistors
RU2133514C1 (en) * 1996-02-19 1999-07-20 Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов Thin-film thermistor manufacturing process
RU2208256C2 (en) * 2000-04-18 2003-07-10 Пензенский технологический институт Method for manufacturing thin-film resistor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1686961A1 (en) * 1988-08-08 1995-02-20 А.И. Хренова Test plate for measuring value of evaporated resistors
US4929923A (en) * 1989-05-26 1990-05-29 Harris Corporation Thin film resistors and method of trimming
SU1812562A1 (en) * 1990-06-25 1993-04-30 Nii Elektronno Mekh Priborov Process of manufacture of thin-film resistors
US5119538A (en) * 1990-08-10 1992-06-09 Ranco Incorporated Of Delaware Method of making a temperature sensor
RU2133514C1 (en) * 1996-02-19 1999-07-20 Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов Thin-film thermistor manufacturing process
RU2208256C2 (en) * 2000-04-18 2003-07-10 Пензенский технологический институт Method for manufacturing thin-film resistor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2668087C2 (en) Planar heating element with ptc resistance structure
EP0004787B1 (en) Heated semiconductor bonding tool
JP2002057009A (en) Resistor and method of manufacturing the same
JPH02503969A (en) Low amperage fuse made of metal-organic film and method for manufacturing the same
TWI413146B (en) Fuse for a chip and method for production of the same
KR101408332B1 (en) Semiconductor device
TWI485723B (en) Array type chip resistor and method of manufacturing thereof
US4276535A (en) Thermistor
US10181367B2 (en) Resistor element, method of manufacturing the same, and resistor element assembly
US3995249A (en) Resistors
EP1041586B1 (en) Chip thermistor
RU189715U1 (en) Power Thin Film Resistor
RU2755344C1 (en) Method for obtaining thick-film structures for thermal power generators
JP2016219609A (en) Thermoelectric transducer and power generation device
KR20060034623A (en) Integrally formed bake plate unit for use in wafer fabrication system
JP4760177B2 (en) Thin film chip type electronic component and manufacturing method thereof
JPH10247752A (en) Thermoelectric conversion device and manufacture thereof
JPH1050184A (en) Chip fuse element
US5221819A (en) Ceramic soldering element
US3481843A (en) Technique for anodization of thin film resistors
TWI249750B (en) Thick film thermistor chip and the manufacturing method thereof
JPH0513206A (en) Trimming resistance
JP2004047603A (en) Resistor for current detection and its manufacture
JP2001237304A (en) Ceramic substrate for semiconductor manufacturing/ inspecting device
TW202205316A (en) High-power resistor and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
QB9K Licence granted or registered (utility model)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200113

Effective date: 20200113