СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ ЧИП-РЕЗИСТОРОВ ПО ГИБРИДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
MANUFACTURING METHOD OF PRECISION CHIP RESISTORS AS PER HYBRID TECHNOLOGY

Изобретение относится к электронной технике, а именно к производству постоянных резисторов, и может быть использовано в электронной, радиотехнической и других смежных отраслях промышленности при изготовлении прецизионных чип-резисторов.
Изготовление прецизионных чип-резисторов основано на использовании толстопленочной либо тонкопленочной технологии [1].
Сущность толстопленочной технологии состоит в нанесении на изоляционную подложку слоя специальной токопроводящей пасты с последующим вжиганием ее в подложку и формированием электродных контактов.
-6
Вследствие простоты изготовления чип-резисторы толстопленочной технологии характеризуются сравнительно невысокой стоимостью их производства при приемлемых для некоторых потребителей значениях технических характеристик. Их основные технические параметры характеризуются следующими величинами: лучшие значения температурного коэффициента сопротивления (ТКС) находятся в пределах ±50·10 1/град; нестабильность параметров у лучших фирм не выходит за пределы ±1% за 1000 часов работы; уровень (ЭДС) шумов в значительной степени зависит от номинала и в ряде случаев при сопротивлении более 1 МОм превышает значение 30 мкВ/В.
-6
При изготовлении чип-резисторов по тонкопленочной технологии резистивный слой образуется путем вакуумного напыления на изоляционную подложку проводящего материала, вследствие чего сложность производства, себестоимость и технические характеристики таких резисторов оказываются значительно выше. Так, значения ТКС находятся в пределах ±(5-10)·101/град; нестабильность параметров не превышает ±0,05% за 1000 часов работы; уровень шумов не превышает значение 1 мкВ/В.
В качестве аналогов предлагаемого изобретения можно отметить такие известные изобретения, как "Способ изготовления толстопленочных резисторов" [2] и "Прецизионный тонкопленочный резистор" [3]. Основные сопоставительные характеристики резисторов-аналогов соответствуют изложенному выше.
За прототип изобретения принят "Способ изготовления бескорпусного резистора" [4], представляющего собой изготовление чип-резисторов по гибридной технологии.
Сущность прототипа состоит в следующем.
Для изготовления резисторов используют изоляционную подложку, в которой образованы множественные первые линейные параллельные надрезы и множественные вторые линейные параллельные надрезы, причем вторые линейные надрезы перпендикулярны первым линейным надрезам.
Вначале посредством нанесения способом печатания толстопленочного пастообразного состава с последующим его спеканием формируют на лицевой (верхней) поверхности подложки верхний электродный контакт, а затем на нижней поверхности подложки формируют соответственно нижний электродный контакт.
Далее путем нанесения тонкопленочного резистивного слоя формируют резистивный элемент на верхней поверхности подложки (основания).
Ломая подложку по первым и вторым надрезам, получают соответствующие чип-резисторы.
Таким образом, прототип, совмещая процессы толстопленочной и тонкопленочной технологий, представляет собой изготовление чип-резистора по гибридной технологии.
Отличительными особенностями прототипа являются:
1) тонкопленочный резистивный слой наносится на изоляционную подложку поверх электродных контактов, покрывая при этом только часть их поверхности, предоставляя для внешних соединений остальную часть поверхности контактов, вследствие чего весьма ослабляются контактные соединения;
2) резистивный слой не покрыт защитным слоем, что обуславливает изменение его характеристик в процессе эксплуатации;
3) электродные контакты не покрыты слоем припоя, что снижает технологичность монтажных работ и эксплуатационную надежность.
Отмеченные особенности обуславливают низкую эксплуатационную надежность получаемого чип-резистора.
Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности прецизионных чип-резисторов.
Поставленная цель достигается предложением способа изготовления прецизионных чип-резисторов по гибридной, сочетающей тонкопленочную и толстопленочную, технологии, отличительной особенностью которого является последовательное выполнение следующих операций:
1) 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;
2) на полированную (лицевую) сторону изоляционной подложки методом вакуумной (тонкопленочной) технологии напыляют резистивный слой;
3) методом фотолитографии и ионного травления осуществляют образование топологии резистивного слоя на лицевой стороне подложки;
4) 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;
5) методом лазерной подгонки резистивного слоя подгоняют величину сопротивления резисторов в номинал;
6) методом трафаретной печати наносят на резистивный слой с последующим вжиганием слой низкотемпературной защитной пасты, образуя защитный слой;
7) скрайбируют и ломают пластину изоляционной подложки на полосы;
8) методом вакуумной (тонкопленочной) технологии на торцы рядов (полос) напыляют из сплава никеля с хромом торцевой слой, соединяя при этом электрически между собой электродные контакты лицевой и тыльной сторон подложки;
9) ломают ряды (полосы) на чипы;
10) гальваническим методом наносят поверх электродных контактов (торцевых) на лицевой и на тыльной сторонах слой никеля;
11) поверх слоя никеля гальваническим методом наносят слой припоя (сплав олова со свинцом).
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ изготовления чип-резисторов по гибридной технологии отличается от прототипа наличием дополнительных действий, а именно:
- образование методом фотолитографии и ионного травления топологии резистивного слоя на подложке;
- нанесение методом трафаретной печати на лицевой стороне подложки поверх резистивного слоя слоя низкотемпературной серебряной пасты с последующим ее вжиганием;
- подгонка методом лазерной подгонки величины сопротивления резисторов в номинал;
- нанесение на резистивный слой с последующим вжиганием слоя низкотемпературной защитной пасты;
- напыление методом вакуумной (тонкопленочной) технологии сплава никеля с хромом на торцы рядов торцевого слоя;
- нанесение поверх электродов (торцевого) на лицевой и на тыльной сторонах гальваническим методом слоя никеля;
- нанесение поверх слоя никеля гальваническим методом слоя припоя, вследствие чего соответствует критерию "новизна".
Сравнение заявляемого способа с другими аналогичными способами показывает, что способы изготовления чип-резисторов толстопленочной, тонкопленочной и гибридной технологий, содержащие формирование электродных контактов и резистивного слоя, известны.
Однако благодаря тому, что в предлагаемом способе изготовления чип-резисторов вводятся такие последовательно выполняемые действия, как:
- образование методом фотолитографии и ионного травления топологии резистивного слоя на подложке;
- нанесение на лицевой стороне подложки поверх резистивного слоя методом трафаретной печати слоя низкотемпературной серебряной пасты с последующим ее вжиганием, образуя тем самым электродные контакты на лицевой стороне;
- подгонка методом лазерной подгонки величины сопротивления резисторов в номинал;
- нанесение на резистивный слой с последующим вжиганием слоя низкотемпературной защитной пасты, образуя защитный слой;
- напыление методом вакуумной (тонкопленочной) технологии сплава никеля с хромом на торцы рядов торцевого слоя, соединяя при этом электрически между собой электродные контакты лицевой и тыльной сторон подложки;
- нанесение поверх электродных контактов (торцевого) на лицевой и на тыльной сторонах гальваническим методом слоя никеля, предотвращающего растворение серебра электродных контактов в припое;
- нанесение поверх слоя никеля гальваническим методом слоя припоя, облегчающего процесс сборки электронных схем,
появляются новые свойства заявляемого способа, проявляющиеся в повышении эксплуатационной надежности даже при эксплуатации изделий в жестких условиях.
Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого "Способа изготовления чип-резисторов по гибридной технологии" критерию "существенные отличия".
Сущность предлагаемого "Способа изготовления чип-резисторов по гибридной технологии" состоит в следующем.
В качестве основы изготавливаемых чип-резисторов используются изоляционные подложки (керамические пластины, например, типа ВК-100) с полированной лицевой и шлифованной тыльной сторонами. 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, 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 электродных контактов (торцевого) на лицевой и на тыльной сторонах слой никеля, а поверх слоя никеля гальваническим методом наносят слой припоя (сплав олова со свинцом).
Использование для образования торцевого слоя, электрически соединяющего верхние и нижние электродные контакты, сплава никеля с хромом обусловлено хорошей адгезией данного сплава как с керамической подложкой, так и с серебром и серебросодержащими сплавами.
Слой никеля, наносимый перед слоем припоя, необходим для предотвращения растворения серебра электродных контактов в припое.
На чертеже показана конструкция чип-резистора, получаемого по предлагаемой технологии, где обозначены:
1 - изоляционная подложка;
2 - электродные контакты толстопленочной технологии на тыльной стороне подложки;
3 - резистивный слой тонкопленочной технологии;
4 - электродные контакты толстопленочной технологии на лицевой стороне подложки;
5 - защитный слой;
6 - торцевой слой из сплава никеля с хромом тонкопленочной технологии;
7 - слой никеля;
8 - слой припоя.
Нанесение верхних (на лицевой стороне подложки) электродных контактов на основе серебряной пасты поверх резистивной пленки, что обеспечивает достижение высокой степени прецизионности при выполнении лазерной подгонки, напыление торцевого слоя из сплава никеля с хромом, электрически соединяющего верхние и нижние (на лицевой и тыльной сторонах подложки соответственно) электродные контакты, покрытие верхних, нижних и торцевых контактов слоем никеля, отделяющим серебро и серебросодержащие сплавы электродных контактов от припоя, покрытие слоя никеля слоем припоя, а резистивного слоя - защитным слоем, все это обуславливает высокую технологичность выполнения монтажных работ, а также образование высококачественных контактов и длительную стабильность параметров чип-резисторов в процессе их эксплуатации.
Таким образом можно сделать вывод, что цель, поставленная перед данным изобретением, - повышение эксплуатационной надежности прецизионных чип-резисторов, достигнута.
Предложенный гибридный способ изготовления чип-резисторов может быть использован в электронной, радиотехнической и других смежных отраслях промышленности при производстве прецизионных чип-резисторов широкой области номиналов.
Сочетание в предложенном гибридном способе изготовления прецизионных чип-резисторов достоинств толстопленочной и тонкопленочной технологий - простота изготовления и высокие технические характеристики - является гарантией его широкого применения на практике.
Технико-экономический эффект, обусловленный применением предложенного способа изготовления прецизионных чип-резисторов, заключается в существенном повышении их эксплуатационной надежности, а следовательно, и в повышении эффективности их применения.
Количественная величина ожидаемого технико-экономического эффекта от использования предложенного способа изготовления прецизионных чип-резисторов гибридной технологии в значительной мере зависит от области его применения и конкретных вариантов исполнения, ее определение возможно только после его практической реализации.
Источники информации
1. Справочник "Резисторы". / Под редакцией И.Я.Четверткова и В.М.Терехова. - М.: Радио и связь, 1991.
2. Патент РФ №2086027, МПК Н01C 17/06. Способ изготовления толстопленочных резисторов. 1997, Бюл. №21.
3. Патент РФ №2123735, МПК Н01C 7/00. Прецизионный тонкопленочный чип-резистор. 1998, Бюл. №35.
4. Патент JP (Япония) №3869273, МПК Н01C 7/06. Способ изготовления бескорпусного резистора. 17.01.2007 г.