RU2159475C2 - Состав для получения резистивной пленки - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к составам для получения толстых резистивных пленок, используемых в толстопленочных резисторах и пленочных электронагревателях. Пленку, обладающую высокой адгезионной прочностью и влагостойкостью, получают обжигом заготовки, состоящей из кремнеземсодержащей подложки и слоя, нанесенного из заявляемого состава, содержащего 7-80 мас.% азотнокислого натрия или азотнокислого калия и 20-93 мас.% порошка алюминия. Технический результат заключается в достижении высоких прочностных свойств пленки, высокой адгезии ее к подложке и влагостойкости, хороших электрофизических свойств. 1 табл.

Description

Изобретение относится к электротехнике, а конкретно к составам для получения толстых резистивных пленок, содержащих кремний и металл, и может быть использовано для изготовления толстопленочных резисторов, а также пленочных электронагревателей.

Известны составы для получения пленочных резисторов, содержащие металлы и их смеси и сплавы (см. Материалы для производства изделий электронной техники. Москва. "Высшая школа". 1987, с. 99-100). При этом в качестве металла используют преимущественно тугоплавкие, благородные и другие дефицитные металлы, их смеси и сплавы. Однако получение пленочных резисторов из указанных составов требует сложной и дорогостоящей вакуумной технологии. В частности, получение металлосилицидных пленок требует применения специальных сплавов кремния с металлами или металлосилицидов и дорогостоящей вакуумной технологии.

Известен состав для изготовления толстопленочного резистора, содержащий токопроводящий порошок и модифицирующую добавку (см.Патент Японии N 3-19681, МКИ H 01 C 17/06, 7/00, опубл. 04.03.87). В известном составе токопроводящий порошок (силицид) и модифицирующую добавку (невосстанавливаемое стекло) расплавляют для получения покрытия силицида стеклом, а затем полученную фритту подвергают измельчению с целью получения порошкообразного материала для нанесения резистивного слоя с последующим спеканием. В силу этого известный состав требует сложной энергоемкой технологии получения, что ограничивает его применение.

Наиболее близкой к заявляемому составу является паста для нанесения толстопленочного резистора, содержащая порошок алюминия (см. патент Японии N 2-40201, H 01 C 7/00, опубл. 25.04.86). В известной пасте образование резистивной пленки осуществляется рутением и свинцом, а алюминий и кремний служат для стеклообразования, формируясь в оксиды при спекании. Применение чистых порошков металлов, включая рутений, ограничивает применение известной пасты. В толстой резистивной пленке основным токопроводящим компонентом является оксид рутения. Применение пасты требует специальной подложки, что ограничивает ее применение.

Заявляемое изобретение решает задачу получения толстой резистивной пленки, содержащей кремний и алюминий, созданием состава, при нанесении которого на кремнеземсодержащую подложку при обжиге на воздухе формируется резистивная пленка, используемая в качестве основы толстопленочного резистора или токопроводящей пленки пленочного электронагревателя. Получаемая пленка характеризуется высокими прочностными свойствами, высокой адгезией к подложке и влагостойкостью, хорошими электрофизическими свойствами. Решение поставленной задачи и достижение указанных технических результатов обеспечивается тем, что в состав для получения резистивной пленки, включающий порошок алюминия, дополнительно введен азотнокислый натрий или азотнокислый калий, а компоненты состава взяты при следующем соотношении, в массовых процентах.

Азотнокислый натрий или азотнокислый калий - 7-80
Порошок алюминия - 20-93
Согласно изобретению формирование резистивной пленки на кремнеземсодержащей подложке из слоя дисперсных алюминия и азотнокислого натрия (калия) происходит следующим образом. При обжиге порошок алюминия расплавляется и, взаимодействуя, по-видимому, с расплавом соли азотнокислого натрия (калия) и продуктами ее разложения, восстанавливает кремний из кремнеземсодержащей подложки. В результате реакции восстановления формируется толстая резистивная пленка, состоящая в основном из кристаллических и поликристаллических частиц алюминия и кремния. В зависимости от состава подложки, условий обжига в состав пленки может входить стеклофаза и кристаллы оксида алюминия, получающиеся из материала подложки и за счет окисления алюминия. Конкретный состав примесей в резистивной пленке определяется составом подложки, соотношение количеств алюминия и кремния определяется количеством последнего в подложке, пористостью подложки, количеством восстановителя - алюминия, температурой и временем обжига. Реакция восстановления кремния алюминием идет от поверхности вглубь подложки. В результате этого получаемая резистивная пленка имеет высокую адгезионную прочность (наблюдается когезионное разрушение по слою подложки), высокие прочностные свойства, стойкость к истиранию, атмосферо- и влагостойкость и не изменяет своих электрофизических свойств при длительном воздействии влаги.

Количественные пределы компонентов заявляемого состава определяются возможностью получения однородной сплошной бездефектной пленки. При превышении или недостатке компонента состава по отношению к заявляемому соотношению резистивная пленка либо не образуется, либо содержит дефекты сплошности и однородности. Важнейшим условием получения резистивной пленки является наличие в подложке не менее 5 мас. % кремнезема.

Заявляемый состав используется в виде:
- смеси порошков алюминия и хлорида аммония;
- в виде пасты, при добавлении к порошкообразному составу временного связующего;
- в виде суспензии порошка алюминия в растворе хлорида аммония.

Состав приготавливают: перемешиванием порошков до однородной массы: получением раствора хлорида аммония и введением в него порошка алюминия до однородной массы; смешиванием порошков компонент и связующего до однородной массы.

Нанесение состава осуществляется на воздухе намазыванием, окунанием, распылением и т.п. до достижения однородного слоя заданной толщины.

При нанесении из суспензии слой перед обжигом может быть подвергнут сушке. При нанесении слоя из пасты слой подвергают термообработке с целью выгорания органики. Обжиг заготовок осуществляют при температурах 800-1100^oC в течение 20-120 минут.

В таблице приведены примеры заявляемого состава (NN 3-9) и примеры по обоснованию выбора его граничных значений (NN 1, 2, 10, 11).

Составы наносились на подложки в виде смесей порошков слоем 0,2-0,3 мм. Для получения составов использовали порошок алюминия по ГОСТ 6058-73, азотнокислый натрий по ГОСТ 4168-66, азотнокислый калий по ГОСТ 4144-79.

В качестве подложек использовали плитку для пола по ГОСТ 6787-80, керамические фасадные плитки по ГОСТ 13996-84, плитки, полученные формованием оксида алюминия с добавками алюмоборосиликатного стекла и т.п.

Обжиг заготовок (подложек со слоем) осуществляли на воздухе при температуре 850^oC в течение 60 минут.

Свойства толстых резистивных пленок приведены в таблице.

Сформированные пленки имели толщину 80-100 мкм. При попытках отслаивания пленок наблюдалось разрушение по материалу подложки.

По примеру N 7 были изготовлены пленочные электронагреватели со следующими параметрами: площадь 380 см², номинальная мощность 35 Вт, рабочее напряжение переменного тока 220 В, удельное электросопротивление 1500 Ом/квадрат, температурный коэффициент сопротивления - 1,9•10^-3 C^-1. Рабочая температура 70^oC.

Нагреватели эксплуатировались в течение 1000 часов на воздухе и в течение 100 часов в воде. После испытаний изменений электрофизических и физико-механических свойств толстых резистивных пленок не обнаружено.

Claims (1)

1. Состав для получения резистивной пленки, включающий порошок алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит азотнокислый натрий или азотнокислый калий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
   Азотнокислый натрий или азотнокислый калий - 7 - 80
   Порошок алюминия - 20 - 93

Images