RU2086027C1 - Method for manufacturing of thick-film resistors - Google Patents

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: method involves subsequent deposition of first conductor layer on insulation substrate, deposition of resistive layer and second conductor layer in order to achieve capacitor structure. Layers are dried and burned in air. Conducting layers are made from conducting paste which includes reducing agent (boron, aluminum), or material which is decomposed during burning so that such reducing agent is generated (nickel boride). Paste for resistive layer include glass powder and organic binder. EFFECT: increased functional capabilities. 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам изготовления толстопленочных резисторов, не содержащих драгоценных металлов, путем восстановления в локальном объеме и может быть использовано в электронной, радиотехнической и других смежных отраслях промышленности. The invention relates to methods for manufacturing thick-film resistors that do not contain precious metals by local recovery and can be used in electronic, radio engineering and other related industries.

Известны способы изготовления толстопленочных резисторов, проводящая фаза в которых образуется в процессе вжигания в результате восстановления агентом-восстановителем функционального стеклосвязующего, содержащего один или несколько высших оксидов элементов переменной валентности, и представляет собой оксид низшей валентности, свободный металл или их сочетание [1]
В ряде случаев восстановительные условия для формирования проводящей фазы могут быть созданы путем вжигания резистора в атмосфере, содержащей водород или другие газообразные восстановители. Основной недостаток указанного метода, кроме необходимости использования дорогостоящего оборудования, состоит в том, что термообработка в восстановительной атмосфере может привести к ухудшению характеристик других толстопленочных элементов, сформированных на подложке.Known methods for the manufacture of thick-film resistors, the conductive phase in which is formed during the burning process as a result of restoration by a reducing agent of a functional glass binder containing one or more higher oxides of variable valence elements, and is a lower valence oxide, free metal, or a combination thereof [1]
In some cases, reducing conditions for the formation of a conducting phase can be created by burning a resistor in an atmosphere containing hydrogen or other gaseous reducing agents. The main disadvantage of this method, in addition to the need to use expensive equipment, is that heat treatment in a reducing atmosphere can lead to deterioration of the characteristics of other thick-film elements formed on the substrate.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ изготовления толстопленочных резисторов, согласно которому вжигание резистивных паст осуществляют в воздушной атмосфере, но в их состав вводят агент-восстановитель, обеспечивающий восстановительную среду в процессе вжигания в локальном объеме формируемого толстопленочного резистора [2]
Резистивная паста состоит из смеси порошков стекла и агента-восстановителя, и органического связующего. В качестве стекла используют алюмоборатное стекло, которое может содержать также оксиды кадмия, свинца, натрия и цинка и обязательно содержит от 2 до 30 мис. оксида из группы высших оксидов молибдена, вольфрама, церия, марганца и железа.Closest to the invention in technical essence is a method of manufacturing thick film resistors, according to which the burning of resistive pastes is carried out in an air atmosphere, but a reducing agent is introduced into them, providing a reducing medium during the burning process in the local volume of the formed thick film resistor [2]
Resistive paste consists of a mixture of glass powders and a reducing agent, and an organic binder. Alumino-borate glass is used as glass, which may also contain cadmium, lead, sodium and zinc oxides and must contain from 2 to 30 ms. oxide from the group of higher oxides of molybdenum, tungsten, cerium, manganese and iron.

В качестве агента-восстановителя, содержание которого в пасте составляет от 0,25 до 30 мас. используют преимущественно бор. Резистивный слой наносят на подложку обычными методами толстопленочной технологии и вжигают при температуре 600-900^oC.As a reducing agent, the content of which in the paste is from 0.25 to 30 wt. mainly use boron. The resistive layer is applied to the substrate by conventional methods of thick film technology and burned at a temperature of 600-900 ^o C.

Восстановительная среда, создающаяся в процессе вжигания в локальном объеме формируемого резистора благодаря наличию в пасте агента-восстановителя, способствует переходу металла, содержащегося в стекле, из высшей в более низкие степени окисления, что, в свою очередь приводит к повышению электропроводности резистивного слоя до требуемой величины. The reducing medium created during the burning process in the local volume of the formed resistor due to the presence of a reducing agent in the paste promotes the transition of the metal contained in the glass from the higher to lower oxidation states, which in turn leads to an increase in the electrical conductivity of the resistive layer to the required value .

Однако этот способ имеет существенный недостаток: в сформированном резистивном слое в значительном количестве содержится оксид бора (или другие продукты окисления восстановителя), что снижает надежность резистора в результате ухудшения его влагостойкости. However, this method has a significant drawback: the formed resistive layer contains a significant amount of boron oxide (or other oxidation products of the reducing agent), which reduces the reliability of the resistor as a result of deterioration of its moisture resistance.

Технический результат изобретения, состоит в повышении надежности толстопленочных резисторов за счет улучшения их влагостойкости. The technical result of the invention is to increase the reliability of thick-film resistors by improving their moisture resistance.

Результат достигается тем, что резистор изготавливается традиционными методами толстопленочной технологии, включающими последовательное нанесение методом трафаретной печати на изолирующую подложку проводниковых и резистивного слоев, их сушку и вжигание в воздушной атмосфере, причем сначала наносят первый проводниковый слой, поверх него наносят первый проводниковый слой, поверх него наносят 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 др.) или вещество, разлагающееся при вжигании с образованием такого восстановителя (борид никеля и др.), а для формирования резистивного слоя пасту, содержащую порошок стекла или стеклокерамической композиции и органическое связующее. The result is achieved by the fact that the resistor is manufactured by traditional methods of thick-film technology, including sequentially applying the method of screen printing on the insulating substrate of the conductive and resistive layers, drying and burning them in an air atmosphere, the first conductive layer is applied first, the first conductive layer is applied on top of it, on top of it a resistive layer is applied, and then, on top of the resistive layer, a second conductive layer, using a wire to form the conductive layers Ikov paste comprising a reducing agent (boron, aluminum, etc.) or a substance that decomposes at brazing to form such a reducing agent (the boride of nickel and others.) and for forming the resistive layer paste containing glass powder or glass-ceramic composition and an organic binder.

В процессе вжигания содержащийся в противолежащих проводниковых слоях восстановитель создает восстановительную среду в локальном объеме, включающем как проводниковые слои, так и находящийся между ними резистивный слой. In the process of burning, the reducing agent contained in the opposite conducting layers creates a reducing medium in a local volume, including both the conducting layers and the resistive layer between them.

Стекло или стеклокерамическая композиция, содержащиеся в резистивном слое, имеют в своем составе вещества, способные к восстановлению (оксиды переходных металлов в высшей степени окисления или их соединения). В результате их восстановления при вжигании в резистивном слое образуется электропроводящая фаза. The glass or glass-ceramic composition contained in the resistive layer contains substances capable of reduction (transition metal oxides of the highest degree of oxidation or their compounds). As a result of their recovery upon burning in the resistive layer, an electrically conductive phase is formed.

В отличие от способа-прототипа агент-восстановитель вводится не в пасту для формирования резистивного слоя, а в пасту для формирования проводниковых слоев. Благодаря этому сформированный резистивный слой не содержит продуктов окисления восстановителя. In contrast to the prototype method, the reducing agent is not introduced into the paste to form the resistive layer, but into the paste to form the conductive layers. Due to this, the formed resistive layer does not contain oxidation products of the reducing agent.

Существовавший ранее уровень развития техники не позволял изготавливать толстопленочные резисторы, не содержащие драгоценных металлов, вжигаемые на воздухе, удовлетворяющие значительно возросшим в последние годы требованиям по влагостойкости. Причиной этого являлось высокое содержание в резистивном слое продуктов окисления восстановителя. Эта проблема решена в изобретении за счет того, что восстановитель вводится не в состав пасты для резистивного слоя, а в состав пасты для проводниковых слоев, благодаря чему в сформированном резистивном слое не содержатся продукты окисления восстановителя. The previously existing level of technological development did not allow the manufacture of thick-film resistors that did not contain precious metals, burned in air, which met the requirements for moisture resistance that had increased significantly in recent years. The reason for this was the high content in the resistive layer of oxidation products of the reducing agent. This problem is solved in the invention due to the fact that the reducing agent is not introduced into the composition of the paste for the resistive layer, but into the composition of the paste for the conductive layers, so that the oxidized products of the reducing agent are not contained in the formed resistive layer.

Пример 1. На подложках из стали 15Х25Т, изолированных ситаллоцементом СЭ-3, изготавливали толстопленочные резисторы по способу согласно изобретению. Резистивную пасту изготавливали путем перемешивания порошка функционального стекла, содержащего оксид молибдена (VI), и органического связующего (4% раствора этилцеллюлозы в терпинеоле). При изготовлении проводниковых слоев применяли проводниковую пасту на основе боридов никеля марки "0750" ТУ АУК 0.029.022. Резисторы изготавливали в виде конденсаторной структуры с электродами квадратной формы площадью 4 кв.мм. Отдельные слои наносили методом трафаретной печати и высушивали при температуре 150^oC, С целью достижения требуемой толщины резистивного слоя нанесение резистивной пасты осуществляли несколько раз. После печати и сушки нижнего электрода последовательно наносили и сушили 2 слоя резистивной пасты и вжигали слои в конвейерной печи при температуре 750^oC. Далее аналогичным образом наносили и сушили еще 2 слоя резистивной пасты и верхний электрод, и вжигали слои в конвейерной печи при той же температуре. Сопротивление резисторов измеряли омметром.Example 1. On substrates of steel 15X25T, insulated with cementitious cement SE-3, thick-film resistors were manufactured according to the method according to the invention. Resistive paste was made by mixing functional glass powder containing molybdenum (VI) oxide and an organic binder (4% solution of ethyl cellulose in terpineol). In the manufacture of conductive layers, a conductive paste based on nickel borides of the "0750" grade TU AUK 0.029.022 was used. The resistors were made in the form of a capacitor structure with square square electrodes with an area of 4 square mm. Separate layers were applied by screen printing and dried at a temperature of 150 ^° C. In order to achieve the required thickness of the resistive layer, the resistive paste was applied several times. After printing and drying the lower electrode, 2 layers of resistive paste were sequentially applied and dried, and the layers were burned in a conveyor furnace at a temperature of 750 ^o C. Then, another 2 layers of resistive paste and an upper electrode were applied and dried in a similar manner, and layers were burned in a conveyor furnace with the same temperature. The resistance of the resistors was measured with an ohmmeter.

Для определения надежностных характеристик резисторов проводили испытания на влагостойкость: выдерживали изготовленные резисторы в камере влаги при относительной влажности 93% и температуре 40^oC в течение 10 сут и вновь измеряли их сопротивление.To determine the reliability characteristics of the resistors, moisture resistance tests were carried out: the manufactured resistors were kept in a moisture chamber at a relative humidity of 93% and a temperature of 40 ^o C for 10 days and their resistance was measured again.

Пример 2. По технологическому процессу, описанному в примере 1, изготавливали толстопленочные терморезисторы. Для приготовления резистивной пасты использовали порошок стекла (патент RU, N 2004508, C 03 C 10/02, 1993), при кристаллизации которого образуется титанат бария. Для изготовления проводниковых слоев применяли проводниковую пасту на основе борида никеля марки "ППБ" ТУ 06608-84. Температура вжигания слоев составляла 800^oC.Example 2. According to the technological process described in example 1, thick-film thermistors were made. To prepare the resistive paste, glass powder was used (patent RU, N 2004508, C 03 C 10/02, 1993), during crystallization of which barium titanate is formed. For the manufacture of conductive layers, a conductive paste based on nickel boride of the PPB brand TU 06608-84 was used. The burning temperature of the layers was 800 ^o C.

Пример 3. Изготавливали толстопленочные резисторы по способу прототипа. Использовали материалы, описанные в примере 1, но при приготовлении пасты для резистивного слоя добавляли порошок бора в качестве восстановителя. Резистивный слой резисторов имел форму квадрата со стороной 10 мм. После печати, сушки и вжигания контактных площадок наносили, высушивали и вжигали резистивный слой. Example 3. Made thick-film resistors by the method of the prototype. The materials described in Example 1 were used, but boron powder was added as a reducing agent in preparing the paste for the resistive layer. The resistor layer of the resistors was square in shape with a side of 10 mm. After printing, drying and burning the contact pads, a resistive layer was applied, dried and burned.

Результаты испытаний в таблице показывают, что заявляемый способ, в отличие от способа прототипа, позволяет повысить надежность толстопленочных резисторов, вжигаемых в воздушной атмосфере, проводящая фаза в которых образуется в результате создания восстановительной среды в локальном объеме формируемого резистора. The test results in the table show that the inventive method, in contrast to the prototype method, can improve the reliability of thick-film resistors burned in an air atmosphere, the conductive phase of which is formed as a result of creating a recovery medium in the local volume of the formed resistor.

Применение заявляемого способа и технологии толстопленочных ГИС позволит повысить их качество и дает основание ожидать существенный экономический эффект от его внедрения. The application of the proposed method and technology of thick-film GIS will improve their quality and gives reason to expect a significant economic effect from its implementation.

Claims (1)

Способ изготовления толстопленочных резистивных элементов путем восстановления в локальном объеме, включающий последовательное нанесение методом трафаретной печати на изолирующую подложку резистивного и проводниковых слоев, их сушку и вжигание в воздушной атмосфере, отличающийся тем, что сначала наносят первый проводниковый слой, поверх него наносят резистивный слой, а затем поверх резистивного слоя второй проводниковый слой, при этом для формирования проводниковых слоев используют пасту, включающую агент-восстановитель или вещество, разлагающееся при вжигании с образованием такого восстановителя, а для формирования резистивного слоя - пасту, содержащую порошок стекла или стеклокерамической композиции и органическое связующее. A method of manufacturing thick film resistive elements by restoring in a local volume, comprising sequentially applying screen printing on an insulating substrate of resistive and conductive layers, drying and burning them in an air atmosphere, characterized in that the first conductive layer is applied first, the resistive layer is applied over it, and then, on top of the resistive layer, a second conductive layer, using a paste comprising a reducing agent or a substance to form the conductive layers in that decomposes by heating during the formation of the reducing agent and for the formation of the resistive layer - paste containing glass powder or glass-ceramic composition and an organic binder.

Images