Особенности изготовления металлокерамических резистивных элементов

В [1] было показано влияние структуры вулка-низатов каучуков на их диэлектрические свойства. Было так не установлено, что электропроводность наполненных сажей вулканизатов обусловлена образованием цепочечных структур из частичек сани. Различные типы саж характеризуются различной формой и размером частиц и способностью к образованию структур. Но применение наиболее дешевого наполнителя сажи ограничивается тем, что с ним не удается получить электропроводность полимерного материала с р < 1 Ом-см. Использование металлических порошков затрудняется необходимостью тонкого диспергирования металлов, а так же тем, что медь и железо являются катализаторами процесса старения резин. Но использованием металлических наполнителей можно изготовить электропроводящие полимерные материалы с р от 10-1 до 10-2ом.см. Наиболее стабильны полимерные материалы, наполненные коллоидным серебром.

При исследовании неотвержденных смол оказалось, что их электропроводность зависит от количества введенной сажи. Сначала увеличение содержания сажи не оказывает существенного влияния на электропроводность. При достижении концентрации сани, примерно, 30% наблюдается скачкообразное уменьшение удельного сопротивления. При этой концентрации частички сажи приходят в соприкосновение, образуя цепочечные структуры, которые в достаточно толстом слое могут дать единую пространственную сетку, что, по-видимому, является причиной резкого уменьшения электросопротивления.

Фенолформальдегидные смолы по сравнению с эпоксидной при одинаковом содержании сажи обладают лучшей электропроводностью, очевидно из-за химической природы самих смол. Электронномикро-скопические исследования неотвержденных композиции показали, что в фенолформальдегидной смоле сажи распределяется в смеси в виде частиц, обладающих большей удельной поверхностью. Сажевые частицы не имеют резкой границы раздела из-за наличия большого числа мелких частиц сажи, многие из которых по величине лежат ниже разрешающей способности микроскопа. В эпоксидной смоле частицы стремятся иметь минимальную удельную поверхность. Это указывает на лучшую совместимость фенолформальдегидной смолы с сажей. Конечное значение удельного сопротивления зависит не только от содержания сажи, но и от распределения

ее до отверждения, в процессе которого происходят существенные изменения, главным образом, за счет замыкания ранее подготовленных элементов сажевых структур. При термообработке растет число мелких частиц, значит, увеличивается вероятность соприкосновения частиц сажи и образования цепочечных и пространственных структур. Кроме того, при отверждении испаряется растворитель уменьшается объём вследствие поперечного сшивания, что в свою очередь увеличивает электропроводность.

Сейчас в качестве полупроводящих материалов начинает применяться полупроводящая поливинил-хлоридная композиция. Связующим материалом служат широко известные рецепты шланговых пластиков с различными добавками газовой сами или графита. Изучение электрических и механических свойств этих композиций показало, что благодаря совместности поливинилхлоридных пластиков с газовой сажей и графитом, на их основе получаются гомогенные полупроводящие композиции.

ТКС таких композиций в интервале температур от 0 до 60°С всегда положительны. По абсолютной величине они ниже, чем у полупроводниковых полимеров, но выше чем у проводниковых материалов.

Следует отметить, что при получении электропроводящих пластмасс путем прессования тщательно перемещенных порошков чистого полимера и углеродистого или металлического наполнителя, мелкие частички проводника, распределяясь между более крупными частицами диэлектрика при содержании проводника около 30-50%, создают в массе электропроводный скелет. При этом электропроводная добавка не вся участвует в образовании скелета; часть порошка распределяется в массе изолировано от него, и это вызывает излишний расход проводника.

Существует способ получения электропроводной пластмассы из порошка полистирола, покрытого электропроводным слоем металла. Такой слой на поверхности порошка составляет готовые части электропроводного скелета, образующегося при прессовании массы. Нанесение проводящего слоя на поверхность пластмассы может осуществляться химическим восстановлением металлов, испарением металлов в вакууме, нанесением электропроводящих лаков и красок, электроосаждением металлов и др. методами.

УДК 54.06

Доросинский1 А.Ю., Недорезов? В.Г.

1ООО НПП «Сонар», Пенза, Россия

2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ РЕЗИСТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Описаны методы нанесения проводящего резистивного материала, такие как плазменное и вакуумноплазменное напыление, прессование, сеточнографический метод и пульверизация.

Обозначены преимущества и недостатки каждого из методов. Ключевые слова:

МЕТАЛЛОКЕРАМИКА, РЕЗИСТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ПРОЦЕСС НАНЕСЕНИЯ МАТЕРИАЛА

Введение

Непроволочные резисторы являются одним из самых массовых видов радиодеталей: их количество в современной радиоаппаратуре достигает более одной трети (40%) от общего количества элементов. Следовательно, надежность работы современных радиоэлектронных устройств в значительной степени зависит от качества резисторов. Одной из важных операций при производстве переменных резисторов является нанесение проводящего рези-стивного материала, которые могут выполняться различными способами и имеют свои преимущества и недостатки [1].

Плазменное и вакуумноплазменное напыление порошковых материалов

Распыление является методом, который находит все большее и большее применение при производстве микроэлектронных цепей. Основной метод, известный и используемый в течение ряда лет, заключается в том, что один материал в виде очень тонкого слоя осаждается на подложку в вакууме. Системы напыления в постоянном токе применялись

и раньше, но они могли использоваться только для напыления или нанесения металлов на подложки.

Сейчас разработаны установки для осаждения диэлектриков и нанесения металлокерамических резисторов.

При этом когда осаждается или распыляется только металл, камера вакуумируется, и затем додается высокое напряжение между анодом и нитью накаливания. Когда в камеру подается газ, например, аргон, возникает газовый разряд. Получаемые при этом положительные ноны с малой энергией будут бомбардировать подложки и способствуют удалению поверхностных загрязнений нагреванием и ионной очисткой.

Когда система достигает стабильности, к основному материалу прикладывается отрицательный потенциал. Этот отрицательный потенциал притягивает положительные ионы плазмы, заставляя их падать на распыляемый материал с достаточной энергией, чтобы распылять его атомы. Выбитые атомы осаждаются на подложку в форме тонкой пленки.

Приложение переменного напряжения к распыляемому материалу (или металлу, на котором этот материал крепится) быстро изменяет потенциал заряда между отрицательным и положительным, и ионы падают на поверхность каждый раз, когда заряд становится положительным.

Такая система имеет много преимуществ, по сравнению с оборудованием, использующим двух-электродное напыление или обычное испарение. Она может работать при давлении ниже 10-3 мм рт.ст и гарантирует точный контроль факторов, влияющих на результаты и цену. Скорость осаждения постоянна в период изготовления, толщина однородней в пределах 1» на один кв.дюйм подложки, твердость пленки и адгезия значительно улучшается. С помощью этой установки можно покрывать поверхность отверстий и кривые поверхности.

Для напыления изолирующих порошковых материалов применяются плазменные установки, которые предназначены для напыления порошковых материалов, в том числе наиболее тугоплавких: вольфрама, двуокиси циркония, окиси алюминия, диси-лицида молибдена и др. Тем не менее, часто пленка имеет плохую адгезию к подложке.

Прессование

Для изготовления объёмных металлокерамических образцов используются методы прессования, применяемые обычно в керамике. Резистивные элементы прессуются из непластичной массы с малым содержанием пластификатора или методами горячего прессования без последующего обжига.

В разных источниках приводятся разные давления прессования в зависимости от специфических свойств прессуемых компонентов, так чтобы не было расслоения от перепрессовки и чтобы получить образец с максимальной плотностью. Так для изготовления удовлетворительного объёмного резистора считаются необходимыми давления 48005000 кг/см2.

Сеточнографический метод

Сеточнографический метод является одним из методов, который с успехом применяется для изготовления печатных схем. Способом трафаретной печати наносятся проводники и резистивные покрытия. Метод трафаретной печати характеризуется высокой производительностью и является много-сторнним, т.к. конструкцию схемы можно изменить сменой трафаретных сит.

Толщину отпечатка резистора необходимо регулировать, поскольку величина сопротивления зависит от объема нанесенного резистивного слоя. Колебание толщины слоя так же может привести к изменению текстуры обожженных резисторов, от которого в свою очередь зависит величина сопротивления. При шелкографии наилучшим регулированием толщины отпечатка считается ±10%. Чтобы свести до минимума отклонения по толщине отпечатка, сито следует устанавливать по возможности дальше от подложки в то время как оптимальным расстоянием между ситом и подложкой (при получении отпечатка с помощью сита 10,1 х 10,1 см2) считается 1 см. При приближении сита к подложке отпечатки становятся толще и отклонения по толщине повышаются.

Толщину можно контролировать путем измерения высушенных отпечатков микрометром. Толщина порядка 0,022 9-0,02 87 мм дает наилучшую воспроизводимость, хотя обычно встречается толщина

0,0177 - 0,0333 мм. Для измерения толщины можно также использовать взвешивание, но для этого нужны чувствительные весы с точностью до четвертого знака.

Приспособление, использующееся для печатания толстых глазуревых пленок на керамические подложки должно иметь возможность подстройки, чтобы обеспечить оптимальные рабочие условия, если надо получить хорошую воспроизводимость печатных резисторов.

Важными характеристиками устройства являются:

расстояние от сетки до подложки;

натяжение сетки;

давление ракеля, вертикальность его положения, скорость перемещения и направление.

размер отверстия сита и толщина проволоки.

Качество подложки оказывает не маловажное влияние на толщину пленки, а значит и на свойства резистивного элемента. Недостатки поверхности: впадины, пузыри и т.д. могут влиять на изменения сопротивления. На больших подложках более трудно получить точные распределения сопротивления. Для выполнения работ необходимо применять постоянной толщины полированные основания. Для общего использования, однако, возможно получить сравнительно хорошие подложки после обжига.

Высота сетки над подложкой должна быть установлена на оптимум осаждения влажной пленки. Слишком большое расстояние дает не отвечающее требованиям покрытие и неоднородные пленки и требует чрезмерного давления ракеля, что уменьшает срок службы сита. Очень малое расстояние дает обильные покрытия, которые стремятся расширить печатные линии. Найдено, что зазор 0,9 -1,15 мм является оптимальным для осаждения пленок.

Таким образом, идентификация рабочих параметров сеточнографического устройства и условий нанесения покрытия даст возможность получить более однородные резистивные покрытия.

Пульверизация

Резистивная композиция по может наноситься на основания любым из способов: щеткой, распылением или методом шелковой печати. Нанесение резистив-ного слоя пульверизацией лучше всего производить на плоские поверхности или на цилиндрические основания больших размеров, окунание которых даёт неравномерное покрытие.

Распыление подготовленной суспензии производится с помощью обыкновенного красеораспылителя-пистолета. Напыление осуществляется с помощью сжатого воздуха, который подается в форсунку. Регулирование давления воздуха в форсунке и величины отверстия способствует получению распыляемого потока суспензии нужных размеров и плотности. Плотность потока, кроме того, определяется вязкостью суспензии.

Выводы

Таким образом, процесс напыления довольно сложен и требует большого расхода материалов, что исключает возможность применения составов на основе драгоценных металлов. Методы прессования, шелкографии и пульверизации могут применяться в зависимости от конкретных требований к процессу нанесения проводящего резистивного материала на подложку.

УДК 53.06 Доросинский А.Ю.

ООО НПП «Сонар», Пенза, Россия

ОЦЕНКА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РЕЗИСТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Рассмотрены основные параметры характеризующие теплофизические свойства материалов. Описаны аспекты выполнения дифференциально-термического анализа.

Обозначены практические аспекты использования информации о комплексе теплофизических параметров материалов при производстве прецизионных резисторов. Ключевые слова:

МАТЕРИАЛ, РЕЗИСТОР, ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ОБРАЗЕЦ