RU2770908C1 - Method for producing thick-film resistors - Google Patents
Method for producing thick-film resistors Download PDFInfo
- Publication number
- RU2770908C1 RU2770908C1 RU2021138759A RU2021138759A RU2770908C1 RU 2770908 C1 RU2770908 C1 RU 2770908C1 RU 2021138759 A RU2021138759 A RU 2021138759A RU 2021138759 A RU2021138759 A RU 2021138759A RU 2770908 C1 RU2770908 C1 RU 2770908C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- amplitude
- resistors
- burning
- resistive
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
- H01C17/06—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
- H01C17/06—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
- H01C17/065—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thick film techniques, e.g. serigraphy
Abstract
Description
Уровень техники.The level of technology.
Известен способ получения толстопленочных резисторов [1], согласно которому резистор изготавливают традиционными методами толстопленочной технологии, включающими последовательное нанесение методом трафаретной печати на изолирующую подложку проводникового и резистивного слоев, их сушку и вжигание в воздушной атмосфере, причем сначала наносят первый резистивный слой, а затем поверх резистивного слоя второй проводниковый слой, при этом для формирования проводниковых слоев используют проводниковую пасту, включающую агент - восстановитель (бор, алюминий и другие), или вещество, разлагающееся при вжигании с образованием такого восстановителя (борида никеля и др.), а для формирования резистивного слоя пасту, содержащую порошок стекла, или стеклокерамическую композицию и органическое связующее.There is a known method for producing thick-film resistors [1], according to which the resistor is manufactured by traditional methods of thick-film technology, including successive screen printing on an insulating substrate of conductive and resistive layers, their drying and burning in an air atmosphere, and first the first resistive layer is applied, and then over of the resistive layer, the second conductor layer, while to form the conductor layers, a conductive paste is used, including a reducing agent (boron, aluminum, etc.), or a substance that decomposes upon burning to form such a reducing agent (nickel boride, etc.), and to form a resistive a layer of paste containing glass powder, or a glass-ceramic composition and an organic binder.
Недостатком технологии является недостаточно высокий выход годных кристаллов и относительно низкий термический коэффициент сопротивления, обусловленный неоднородным распределением компонентов в теле резистора, сложность технологии.The disadvantage of the technology is the insufficiently high yield of suitable crystals and the relatively low thermal coefficient of resistance due to the inhomogeneous distribution of components in the body of the resistor, the complexity of the technology.
Известен способ изготовления прецизионных чип - резисторов по гибридной технологии, защищенный патентом [2]. Отличием предлагаемого способа является формирование электродных контактов на тыльной стороне подложки, что усложняет технологический процесс и снижает выход годных компонентов за счет неоднородности резистивного слоя.There is a known method of manufacturing precision chip resistors using hybrid technology, protected by a patent [2]. The difference of the proposed method is the formation of electrode contacts on the back side of the substrate, which complicates the technological process and reduces the yield of suitable components due to the inhomogeneity of the resistive layer.
За прототип был взят способ получения толстопленочных резисторов [3], в котором на изолирующей керамической подложке в виде пластины формируются планарные контакты путем нанесения проводниковой пасты методом трафаретной печати на лицевую поверхность подложки. Резистивный слой формируют посредством нанесения высокотемпературной резистивной пасты методом трафаретной печати с последующим вжиганием при ультразвуковом воздействии на расплавленную пасту, при этом отжиг проводят при воздействии ультразвуком частотой 85-100 КГц и амплитуде 0,1-0,5 мкм.The prototype was taken as a method for producing thick-film resistors [3], in which planar contacts are formed on an insulating ceramic substrate in the form of a plate by applying a conductive paste by screen printing on the front surface of the substrate. The resistive layer is formed by applying a high-temperature resistive paste by screen printing, followed by annealing under ultrasonic action on the molten paste, while annealing is carried out when exposed to ultrasound with a frequency of 85-100 kHz and an amplitude of 0.1-0.5 μm.
Существенным недостатком способа является недостаточная однородности резистивных слоев, следствием которой является необходимость подгонки номиналов резисторов при большом разбросе величины их сопротивления, что снижает выход годных и производительность процесса.A significant disadvantage of this method is the lack of homogeneity of the resistive layers, which results in the need to adjust the values of the resistors with a large spread in their resistance, which reduces the yield and productivity of the process.
Техническая задача.Technical task.
Техническим результатом является повышение однородности резистивных слоев и термического коэффициента сопротивления, повышение выхода годных резисторов и производительности процесса за счет предварительного отжига структуры в изменяющемся с определенной амплитудой тепловом поле.The technical result is to increase the uniformity of the resistive layers and the thermal coefficient of resistance, to increase the yield of usable resistors and the productivity of the process due to the preliminary annealing of the structure in a thermal field changing with a certain amplitude.
Решение.Decision.
Для решения поставленной технической задачи прилагается следующее изобретение.To solve the stated technical problem, the following invention is attached.
Способ получения толстопленочных резисторов, включающий нанесение резистивной пасты на поверхность диэлектрической подложки и вжигание слоя при воздействии ультразвуком, отличающийся тем, что с целью повышения производительности процесса и однородности резистивного слоя проводят предварительный отжиг при температуре (700-790)°С при изменении температуры с амплитудой ±5°С в течение 5-7 минут, а затем вжигание при ультразвуковом воздействии частотой (60-70) КГц и амплитудой (0,1-0,3) мкм при температуре (810-850)°С.A method for producing thick-film resistors, which includes applying a resistive paste to the surface of a dielectric substrate and annealing the layer under the action of ultrasound, characterized in that, in order to increase the productivity of the process and the uniformity of the resistive layer, preliminary annealing is carried out at a temperature of (700-790) ° C with a change in temperature with an amplitude ±5°C for 5-7 minutes, and then burning under ultrasonic exposure with a frequency of (60-70) KHz and an amplitude of (0.1-0.3) μm at a temperature of (810-850)°C.
Изготовление толстопленочных резисторов по предлагаемому способу производится следующим образом:The production of thick film resistors according to the proposed method is as follows:
В качестве основы изготавливаемых резисторов используется изолирующая подложка (например, керамическая пластина). Вначале на изолирующей подложке формируются планарные контакты путем нанесения проводниковой пасты методом трафаретной печати на лицевую поверхность подложки (на которой будет сформирован резистивный слой) с последующим вжиганием. Затем формируют резистивный слой посредством нанесения высокотемпературной резистивной пасты методом трафаретной печати с последующим вжиганием при температуре (700-790)°С с изменением температуры с амплитудой ±5°С в течение 5-7 минут, а затем при температуре (810-850)°С при ультразвуковом воздействии частотой (60-70) КГц и амплитуде 0,1-0,3 мкм.As the basis of the manufactured resistors, an insulating substrate (for example, a ceramic plate) is used. First, planar contacts are formed on the insulating substrate by applying a conductive paste by screen printing on the front surface of the substrate (on which the resistive layer will be formed), followed by annealing. Then a resistive layer is formed by applying a high-temperature resistive paste by screen printing, followed by burning at a temperature of (700-790) ° C with a temperature change with an amplitude of ± 5 ° C for 5-7 minutes, and then at a temperature of (810-850) ° With ultrasonic exposure with a frequency of (60-70) KHz and an amplitude of 0.1-0.3 microns.
При воздействии изменяющимся тепловым полем при температуре ниже 700°С эффективность воздействия не обеспечивает существенное повышения однородности слоев (разброс параметров резисторов достигает (50-60)%, при температуре выше 790°С эффективность воздействия не растет (разброс сопротивления резисторов сохраняется в пределах (30-35)%. Амплитуда изменения температуры вжигания на этом технологическом этапе экспериментально определена в ±5°С в качестве оптимального значения для рассматриваемого технологического процесса. После этой технологической операции пластины перемещаются в конвейерной печи в область температуры (810-850)°С, где подвергаются ультразвуковому воздействию частотой (60-70) КГц и амплитудой (0,1-0,3) мкм. При температуре вжигания ниже 810°С в слое резистивной пасты сохраняется неоднородность распределения металлической фазы, что приводит к разбросу параметров резисторов в пределах (30-35)%. Это требует использования дополнительной операции подгонки резисторов. При температуре выше 850°С однородность слоев практически не изменяется, но расход энергии на нагревание и время остывания полученных структур повышает себестоимость их производства. Предварительный отжиг в изменяющемся тепловом поле позволяет снизить частоту ультразвукового воздействия по сравнению с патентом прототипом, что положительно сказывается на экономических показателях производства. Оптимальные диапазоны частот ультразвукового воздействия в предлагаемом способе определены экспериментально. В результате оптимизации установлено, что при частоте ультразвуковых колебаний менее 60 КГц однородность слоев повышается недостаточно (в пределах 40% по разбросу сопротивления), при частотах выше 70 КГц однородность сохраняется на уровне 10%, что обеспечивает высокие технологические показатели по выходу годного.When exposed to a changing thermal field at temperatures below 700°C, the effectiveness of the effect does not provide a significant increase in the uniformity of the layers (the spread of resistor parameters reaches (50-60)%, at temperatures above 790°C, the effectiveness of the impact does not increase (the spread of the resistance of the resistors remains within (30 -35)%.The amplitude of the change in the firing temperature at this technological stage is experimentally determined to be ±5°С as the optimal value for the considered technological process.After this technological operation, the plates are moved in a conveyor furnace to the temperature range (810-850)°С, where are subjected to ultrasonic action with a frequency of (60-70) kHz and an amplitude of (0.1-0.3) μm At a firing temperature below 810 ° C, the inhomogeneity of the distribution of the metal phase remains in the layer of resistive paste, which leads to a spread in the parameters of the resistors within (30 -35)%.This requires the use of an additional resistor trimming operation. Above 850°C, the homogeneity of the layers practically does not change, but the energy consumption for heating and the cooling time of the resulting structures increases the cost of their production. Preliminary annealing in a changing thermal field makes it possible to reduce the frequency of ultrasonic exposure compared to the prototype patent, which has a positive effect on the economic performance of production. The optimal frequency ranges of ultrasonic exposure in the proposed method are determined experimentally. As a result of optimization, it was found that at a frequency of ultrasonic vibrations less than 60 kHz, the homogeneity of the layers does not increase sufficiently (within 40% of the resistance spread), at frequencies above 70 kHz, the uniformity remains at the level of 10%, which ensures high technological performance in terms of yield.
Выбор параметров управляющих ультразвуковых воздействий основан на теории, описанной в [4]. Сущность метода состоит в том, что нагревание переводит высокотемпературные технологические системы в метастабильное состояние, которым можно управлять относительно небольшими воздействиями и осуществлять, например, фазовый переход, приводящий систему в желаемое (требуемое) состояние). Внешние, относительно низкоэнергетические воздействия, позволяют управлять с меньшей инерционностью, быстро и точно достигая желаемого результата. По типу энергия управляющих воздействий может отличаться от источника базовой энергии системы. В применении к сложной гетерогенной системе, какой является толстая пленка, в состав которой входят оксиды (стекло), частицы металла, или сплава, органическая связка, принципиально важными являются кинетические показатели нагревания композита. Разные коэффициенты температуропроводности системы приводят к разной подвижности элементов системы - частицы металла нагреваются быстрее и становятся более подвижными. Небольшие управляющие воздействия помогают частицам металла образовать достаточно прочную пленку в объеме композита (выгода такой консолидации диктуется термодинамикой - энергия консолидированной системы меньше энергии хаотической). Изменяющиеся тепловые и ультразвуковые поля способствую процессу самоорганизации системы, в результате которой связываются частицы примерно одинакового размера что обеспечивает, в дальнейшем, возможность протекания тока с минимальным сопротивлением и обеспечивает минимум токовых шумов прибора.The choice of parameters for controlling ultrasonic actions is based on the theory described in [4]. The essence of the method is that heating transfers high-temperature technological systems into a metastable state, which can be controlled by relatively small influences and, for example, a phase transition can be carried out, bringing the system to the desired (required) state). External, relatively low-energy influences make it possible to control with less inertia, quickly and accurately achieving the desired result. By type, the energy of control actions may differ from the source of the base energy of the system. When applied to a complex heterogeneous system, such as a thick film, which includes oxides (glass), metal or alloy particles, an organic binder, the kinetic indicators of heating the composite are of fundamental importance. Different coefficients of thermal diffusivity of the system lead to different mobility of the elements of the system - metal particles heat up faster and become more mobile. Small control actions help the metal particles to form a sufficiently strong film in the volume of the composite (the benefit of such consolidation is dictated by thermodynamics - the energy of the consolidated system is less than the energy of the chaotic one). Changing thermal and ultrasonic fields contribute to the process of self-organization of the system, as a result of which particles of approximately the same size are bound, which subsequently ensures the possibility of current flow with minimal resistance and ensures a minimum of current noise of the device.
При необходимости осуществляют подгонку резисторов методом удаления части резистивного слоя сфокусированным лучом лазера. Далее формируют дополнительный защитный слой посредством нанесения либо высокотемпературной защитной пасты методом трафаретной печати с последующей сушкой и вжиганием и разделением подложек на чипы.If necessary, the resistors are adjusted by removing part of the resistive layer with a focused laser beam. Further, an additional protective layer is formed by applying either a high-temperature protective paste by screen printing, followed by drying and burning and separation of the substrates into chips.
ПримерExample
В качестве основы резистора использовалась изолирующая подложка из алюмооксидной керамики. Технологический процесс изготовления резисторов включал следующую последовательность операций:An insulating substrate made of alumina ceramics was used as the basis of the resistor. The technological process for manufacturing resistors included the following sequence of operations:
1. Нанесение на лицевую сторону подложки методом трафаретной печати слоя высокотемпературной проводниковой пасты ПП-81. Application of a layer of high-temperature conductive paste PP-8 on the front side of the substrate by screen printing
2. Сушка в ИК - печи при 150°С в течение 20 минут для удаления органической связки2. Drying in an IR oven at 150°C for 20 minutes to remove the organic binder
3. Вжигание в конвейерной печи при температуре до 840°С в течение 10 минут для формирования контактов3. Burning in a conveyor oven at temperatures up to 840°C for 10 minutes to form contacts
4. Формирование резистивного слоя посредством нанесения высокотемпературной резистивной пасты4. Formation of the resistive layer by applying high temperature resistive paste
5. Сушка нанесенного слоя в печи инфракрасного нагрева при температуре 150°С в течение 25 минут5. Drying of the applied layer in an infrared heating oven at a temperature of 150°C for 25 minutes
6. Предварительный отжиг в мультизонной печи при температуре (700-790)°С с колебаниями температуры амплитудой ±5°С в течение 5-7 минут6. Preliminary annealing in a multizone furnace at a temperature of (700-790)°С with temperature fluctuations with an amplitude of ±5°С for 5-7 minutes
7. Вжигание в мультизонной печи при температуре (810-850)°С в течение 5 минут при ультразвуковом воздействии частотой (60-70) КГц амплитудой (0,1-0,3) мкм7. Burning in a multi-zone furnace at a temperature of (810-850) ° C for 5 minutes under ultrasonic exposure with a frequency of (60-70) KHz and an amplitude of (0.1-0.3) microns
8. Формирование защитного слоя посредством нанесения высокотемпературной защитной пасты (ТУ 011000387275) на резистивный слой8. Formation of a protective layer by applying a high-temperature protective paste (TU 011000387275) to the resistive layer
9. Сушка нанесенного защитного слоя в ИК-печи при 150°С в течение 20 минут9. Drying of the applied protective layer in an IR oven at 150°C for 20 minutes
10. Вжигание защитного слоя в мультизонной печи при максимальной температуре 600°С в течение 10 минут10. Burning of the protective layer in a multi-zone furnace at a maximum temperature of 600°C for 10 minutes
11. Подгонка резисторов сфокусированным лазерным пучком (при необходимости)11. Adjustment of resistors with a focused laser beam (if necessary)
12. Контроль сопротивления резисторов проводили по ГОСТ 21342.20-78 «Резисторы. Метод измерения сопротивления». Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) измеряли согласно ГОСТ 21842.15-78. «Резисторы. Метод определения температурной зависимости сопротивления».12. Resistance control of resistors was carried out according to GOST 21342.20-78 “Resistors. Resistance measurement method”. The temperature coefficient of resistance (TCR) was measured according to GOST 21842.15-78. "Resistors. Method for determining the temperature dependence of resistance.
Наработку оценивали + по ГОСТ 25359-82 «Изделия электронной техники. Общие требования по надежности и методам испытаний»The operating time was estimated + according to GOST 25359-82 “Electronic products. General requirements for reliability and test methods"
Надежность резисторов подтверждена испытаниями. Интенсивность отказов в предельно допустимых режимах эксплуатации (Р=Рном, Т=85°С) не более 1-10 1/ч в течение наработки = 30000 часов в пределах срока службы (Тон)=25 лет.The reliability of the resistors is confirmed by tests. The failure rate in the maximum permissible operating modes (R=R nom , T=85°C) is not more than 1-10 1/h during the operating time = 30,000 hours within the service life (T he )=25 years.
Себестоимость производства резисторов снизилась по сравнению с базовым вариантом на 40% за счет кратковременного предварительного отжига в изменяющемся тепловом поле (общее время проведения технологического процесса снизилось на 25% и повышения выхода годных с 72% до 98%.The cost of production of resistors decreased by 40% compared to the base case due to short-term preliminary annealing in a changing thermal field (the total time of the technological process decreased by 25% and an increase in the yield from 72% to 98%.
ЛитератураLiterature
1. Патент РФ №2086027 МПК Н01С 17/06, опубл. 27.07.1997 г.1. RF patent No. 2086027 IPC H01C 17/06, publ. July 27, 1997
2. Патент РФ №2402088, МПК Н01С 17/06, Н01С 17/28, опубл. 20.10.2010 г.2. RF patent No. 2402088, IPC H01C 17/06, H01C 17/28, publ. October 20, 2010
3. Патент РФ №2755943, МПК H01C 17/00, опубл. 23.09.2021 г. 3. RF patent No. 2755943, IPC H01C 17/00, publ. 09/23/2021
4. Косушкин В.Г. Управление ростом кристаллов низкоэнергетическими воздействиями (Монография) Из-во научной литературы Н.Ф. Бочкаревой, 2004. 272 с.4. Kosushkin V.G. Control of crystal growth by low-energy influences (Monograph) From the scientific literature N.F. Bochkareva, 2004. 272 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021138759A RU2770908C1 (en) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | Method for producing thick-film resistors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021138759A RU2770908C1 (en) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | Method for producing thick-film resistors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2770908C1 true RU2770908C1 (en) | 2022-04-25 |
Family
ID=81306358
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021138759A RU2770908C1 (en) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | Method for producing thick-film resistors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2770908C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2086027C1 (en) * | 1994-05-18 | 1997-07-27 | Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Method for manufacturing of thick-film resistors |
US6159386A (en) * | 1996-12-10 | 2000-12-12 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Electrical resistance with at least two contact fields on a ceramic substrate and process for manufacturing the same |
US6309695B1 (en) * | 1998-04-27 | 2001-10-30 | Council Of Scientific & Industrial Research Of Rafi Marg | Process for the preparation of a thick film resistor useful for making strain gauge |
RU2402088C1 (en) * | 2009-11-12 | 2010-10-20 | Закрытое акционерное общество "Каскад-Телеком" | Manufacturing method of precision chip resistors as per hybrid technology |
CN106782965A (en) * | 2016-12-27 | 2017-05-31 | 苏州思创源博电子科技有限公司 | A kind of preparation method of thermosensitive film resistor |
RU2755943C1 (en) * | 2020-09-08 | 2021-09-23 | Общество с ограниченной ответственностью "ФОКОН" | Method for producing thick-film resistors |
-
2021
- 2021-12-23 RU RU2021138759A patent/RU2770908C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2086027C1 (en) * | 1994-05-18 | 1997-07-27 | Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Method for manufacturing of thick-film resistors |
US6159386A (en) * | 1996-12-10 | 2000-12-12 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Electrical resistance with at least two contact fields on a ceramic substrate and process for manufacturing the same |
US6309695B1 (en) * | 1998-04-27 | 2001-10-30 | Council Of Scientific & Industrial Research Of Rafi Marg | Process for the preparation of a thick film resistor useful for making strain gauge |
RU2402088C1 (en) * | 2009-11-12 | 2010-10-20 | Закрытое акционерное общество "Каскад-Телеком" | Manufacturing method of precision chip resistors as per hybrid technology |
CN106782965A (en) * | 2016-12-27 | 2017-05-31 | 苏州思创源博电子科技有限公司 | A kind of preparation method of thermosensitive film resistor |
RU2755943C1 (en) * | 2020-09-08 | 2021-09-23 | Общество с ограниченной ответственностью "ФОКОН" | Method for producing thick-film resistors |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI505435B (en) | A substrate provided with a sensor, and a substrate provided with a sensor | |
US7361865B2 (en) | Heater for heating a wafer and method for fabricating the same | |
US6534751B2 (en) | Wafer heating apparatus and ceramic heater, and method for producing the same | |
RU2755943C1 (en) | Method for producing thick-film resistors | |
US20080017632A1 (en) | Heater For Heating a Wafer and Method For Fabricating The Same | |
US4091144A (en) | Article with electrically-resistive glaze for use in high-electric fields and method of making same | |
RU2770908C1 (en) | Method for producing thick-film resistors | |
JP2008066295A (en) | Heating element circuit pattern, susceptor mounting it, and semiconductor manufacturing device | |
RU2776657C1 (en) | Method for obtaining thick-film resistors | |
RU2770906C1 (en) | Method for producing thick-film resistors | |
JP2001313155A (en) | Disc heater and wafer treatment device | |
JP4596622B2 (en) | Ceramic heater and wafer heating device using the same | |
JP3885265B2 (en) | Manufacturing method of ceramic circuit board | |
JP3847045B2 (en) | Ceramic heater, method for manufacturing the same, and wafer heating apparatus using the same | |
JP2002164291A (en) | Wafer heating equipment | |
JP2002083858A (en) | Wafer heating device | |
JPH11283730A (en) | Disk heater | |
JP2002260832A (en) | Ceramic heater and wafer heating device | |
RU2064700C1 (en) | Thermistor manufacturing process | |
JP2004119741A (en) | Wafer supporting member | |
JPH11251038A (en) | Ceramics heater | |
JP3904813B2 (en) | Ceramic heater and wafer heating device using the same | |
JP2001181050A (en) | Carbon-containing aluminum nitride sintered compact | |
JP2007013210A (en) | Method for manufacturing ceramic substrate | |
JP2003257813A (en) | Wafer heater |