eng
Выпуск #6/2011
В.Недорезов, С.Подшибякин
Современные композиционные керметные материалы для толстопленочных резисторов
Современные композиционные керметные материалы для толстопленочных резисторов
Просмотры: 4018
В ФГУП "НИИЭМП" уже более 40 лет используются нанотехнологии при изготовлении тонких резистивных пленок методом напыления из ультрадисперсных и нанопорошков; в производстве резистивных, проводниковых и защитных паст для толстопленочной технологии, в состав которых входят ультра- и нанодисперсные порошки Ag, Pd, RuO2, Bi2Ru2O7, Pв2 Ru2O6, La2O3, а также легирующие добавки TiO2, CuO, MnO2, Nb2O5, Sb2O5, SnO2 и другие оксиды. О развитии работ в области керметных резистивных проводниковых и защитных материалов для толстопленочных резисторов пойдет речь в этой статье.
Изделия электронной техники на толстопленочной керметной основе сегодня наиболее востребованы благодаря возможности создания резистивных элементов с широким диапазоном удельных сопротивлений (от долей ома до 100 Мом) при удовлетворительной температурно-временной стабильности сопротивления. Этому способствует также возможность создания миниатюрных и суперминиатюрных постоянных и переменных чип-резисторов, пригодных для автоматизированного поверхностного монтажа и изготовления многослойных резистивных структур для ГИС. Высокие характеристики керметных резисторов обеспечиваются уникальностью технологии их изготовления, которая базируется на принципах порошковой металлургии нанодисперсных порошков, на элементах планарной полупроводниковой технологии и методе трафаретной печати.
Керметные резистивные композиции представляют собой смесь нанодисперсных порошков на основе соединений рутенатов висмута и свинца и диоксида рутения и микродисперсных стеклопорошков на свинцовосиликатной основе. В исходном состоянии – это пасты. Методом трафаретной печати они наносятся на основания из алюмооксидной керамики, и затем сформированный отпечаток обжигается в конвейерной печи при температуре 700–900°С. Аналогичным образом формируются контакты из проводниковой пасты.
Параметры резисторов изначально определяются материалами, поэтому основная задача резисторного материаловедения – это создание материалов с минимальной, стремящейся к нулю, чувствительностью к температурному, временному, электрическому, механическому и климатическому воздействиям.
Керметные резисторы как направление сформировалось на рубеже 1960–1970-х годов. Развитие работ в области резистивного материаловедения в НИИЭМП условно можно разбить на четыре этапа (см. рисунок). На диаграмме показаны изменения основных технико-эксплуатационных параметров (диапазон сопротивлений, ТКС, удельная мощность рассеяния) резистивных паст.
До середины 1970-х годов (первый этап 1970–1980 гг.) наиболее распространены были резистивные толстопленочные композиции, функциональную фазу в которых составляли металлические порошки серебра (Ag) и палладия (Pd) или их оксиды. Однако резистивные слои на основе таких Ag-Pd-композиций характеризовались сравнительно низкими техническими параметрами. Для замены Ag-Pd-композиций к 1980 году в НИИЭМП были проведены исследования и выполнен комплекс работ по разработке и освоению выпуска керметных паст на основе диоксида рутения.
Практически все технологии изготовления рутениевых паст того времени основывались на одном исходном
компоненте – хлориде гидроксорутения (IV), термолизом которого получали диоксид рутения согласно уравнению:
RuOHCl3 + ½O2 → RuO2 + Cl2 + HCl .
В НИИЭМП в этот период были разработаны исходные материалы для приготовления паст и технологию приготовления "опорных" резистивных паст с подекадным значением сопротивления квадрата резистивной пленки в диапазоне 10–5·105 Ом. Были решены проблемы смешиваемости паст с близкими значениями сопротивления квадрата, что открывало возможность изготавливать резистивные элементы любой топологии с требуемыми номинальными сопротивлениями. Величина ТКС, которую обеспечивали новые пасты, была уменьшена с ±(500–1000) до ±(250–500)·10-6 °С-1.
Второй этап (1980–1990 гг.) связан с созданием производства материалов проводящей фазы специализированными организациями. Совместно с НИИ "Гиредмет" были разработаны технологии получения порошков оксидных соединений рутения: диоксида рутения (ПДР), рутенитов свинца (ПРС) и висмута (ПРВ). Промышленный выпуск организовали на Пышминском опытном заводе (г. Верхняя Пышма Свердловской обл.).
Эти резистивные материалы характеризовались пониженным и, что главное, контролируемым содержанием микропримесей, а следовательно, и хорошей воспроизводимостью электрофизических свойств от партии к партии. На токопроводящий материал получено авторское свидетельство [1].
На основе новых порошков оксидов рутения была разработана высокоомная группа резистивных паст, что позволило расширить диапазон сопротивлений квадрата резистивной пленки до 2·106 Ом при одновременном снижении уровня ТКС с ±500·10-6 °С-1 до ±250·10-6 °С-1.
Второй этап закончился в 1991 году. К этому времени были проведены серьезные исследования по влиянию технологических факторов на параметры резисторов [2–4], по изучению механизма формирования структуры и электрических свойств керметных резистивных слоев при высокотемпературном обжиге [5–7]. Одновременно в ВНИИ "Гиредмет" по результатам работ были определены, как наиболее перспективные, твердые растворы (ТР) оксидов ванадия в диоксиде рутения, обладающие наибольшей электропроводностью и характеризующиеся плавным изменением удельного сопротивления с увеличением концентрации ванадия по сравнению с другими ТР.
Внедрение этих материалов позволило снизить ТКС в резисторах до ±100·10-6 °С-1 в достаточно широком диапазоне номинальных сопротивлений и до ±50·10-6 °С-1 – для нескольких номиналов в ограниченном (от 20 до 100°С) температурном интервале. Способ изготовления толстопленочных резисторов с низким ТКС защищен авторским свидетельством [8].
Исследования процессов, происходящих при вжигании толстых пленок на основе Ag-Pd [6, 9], позволили выявить механизм формирования резистивной структуры при обжиге, на основании которого были выбраны оптимальные температуры обжига керметных резистивных слоев на Ag-Pd основе. Результаты исследований легли в основу разработки новой группы резистивных паст с сопротивлением квадрата 1–10 Ом и ТКС не более ±250·10-6 °С-1. Новые материалы защищены авторским свидетельством [10].
Таким образом, к началу третьего этапа (1990–2000 гг.) резистивные пасты, разработанные в НИИЭМП и поставляемые заводам отрасли, имели следующие основные технико-эксплуатационные параметры:
диапазон сопротивлений
квадрата,Ом 1–5·106
ТКС·106, °С-1 ±100; ±250
для диапазона (1–10) кОм (0–50)
стабильность величины
сопротивления, ΔR/R,% ≤ 2
удельная мощность рассеяния, Вт/см2 5.
В то же время совместно с НИИ "Гиналмаззолото" была разработана технология изготовления широкого спектра материалов на основе двойных и тройных оксидов рутения, легированных вольфрамом и редкоземельными металлами (РЗМ): неодимом, гадолинием, лантаном. Это дало возможность создать новые перспективные резистивные материалы с улучшенными контактными характеристиками поверхности (легирующий оксид – Gd2O3) и большей устойчивостью резистивных пленок к повышенным электрическим нагрузкам (легирующий оксид – Nd2O3). Токопроводящий материал на основе рутенита висмута, легированный гадолинием, для высокоомных переменных резисторов защищен авторским свидетельством [11].
Однако из-за прекращения финансирования технологических и материаловедческих работ в начале 1990-х годов промышленный выпуск разработанных материалов – рутенитов, легированных оксидами РЗМ, – не был освоен. Это осложнило дальнейшее развитие резисторного материаловедения в направлении улучшения технических параметров резистивных паст для толстопленочных ИЭТ.
К началу 1990-х годов (см. рисунок) в НИИЭМП разрабатываются две серии резистивных паст с улучшенными технико-эксплуатационными характеристиками:
1. Пасты резистивные V группы (ОЖО.035.001 ТУ), предназначенные для изготовления резисторных сборок, гибридных микросхем и чип-резисторов с сопротивлением квадрата (50–5·106) Ом с ТКС ±(100–200)·10-6 °С-1.
2. Пасты резистивные VI группы (ОЖО.035.001 ТУ), предназначенные для изготовления переменных подстроечных резисторов с сопротивлением квадрата (1–5·106) Ом с ТКС ±(100–200)·10-6 °С-1.
Причем, в обеих сериях паст расширен диапазон сопротивлений с ТКС ±100·10-6 °С-1 до (102–106) Ом по сравнению с пастами IV группы, у которых ТКС, равный ±100·10-6 °С-1, ограничен диапазоном (103–104) Ом. Для рабочего интервала температур до 100 °С у паст V и VI групп с сопро-тивлением (103–104) Ом ТКС также не выходит за пределы (0–50)·10-6 °С-1.
Повышена устойчивость резистивных слоев на основе паст V и VI групп к воздействию дестабилизирующих факторов (влага, термоциклирование, электрическая нагрузка) с ±(2–5) до (0±2)% от номинального сопротивления, а также удельная мощность рассеяния с 5 до 8 Вт/см2.
Современный (четвертый) этап по развитию работ в этом направлении начался с началом нового века. К 2005 году разрабатываются новые резистивные пасты с сопротивлением квадрата 100 и 1000 Ом, характеризующиеся улучшенными контактными свойствами [12]. Разработанные пасты образовали новую серию Г в составе резистивных паст ОЖО.035.001ТУ VI группы.
Внедрение новых паст в производстве сверхминиатюрных многооборотных подстроечных резисторов РП1-48Б в значительной мере снизило остроту проблемы обеспечения качества контактирования в данных резисторах. Пасты серии Г внедрены также в производстве переменных подстроечных резисторов типов СП3-19, СП3-39 предприятия ОАО "Рикор Электроникс" (г. Арзамас).
В последние годы на предприятии большое внимание уделяется совершенствованию технологии изготовления толстопленочных композиционных материалов. В производственные технологические линии внедряется новое оборудование по производству порошков. Вводится в эксплуатацию комплект спецтехнологического оборудования фирмы Fritsch (ФРГ), производственная программа которого включает всю технологическую цепочку приготовления порошкообразных компонентов:
предварительное истирание исходных материалов в мельнице-ступке Pulverisette-2;
сверхтонкое (менее 1 мкм) их измельчение в шаровой планетарной мельнице Pulverisette-5;
просеивание сухих мелкодисперсных порошков с целью их дезагрегации и (при необходимости) разделения на фракции на виброустановке Analysette-3;
гранулометрический анализ дисперсности частиц получаемых порошкообразных компонентов с применением лазерного измерителя Analysette-22.
Последняя технологическая операция проводится с целью определения гранулометрического состава порошков и контроля воспроизводимости их гранулометрических характеристик, являясь, по сути, операцией контроля качества измельчения исходных компонентов паст в процессе их производства.
Совершенствование технологии подготовки исходных функциональных компонентов паст с помощью высокоэффективного спецтехнологического и контрольно-измерительного оборудования, а также продолжающийся поиск новых рецептур резистивных паст на основе известных токопроводящих материалов и стеклосвязок позволили в дальнейшем:
выбрать пути снижения уровня ТКС резистивных паст для постоянных резисторов и наборов до ±100·10-6 °С-1 в широком диапазоне сопротивлений квадрата от 1 до 5·106 Ом. При этом расширяется диапазон сопротивлений, в котором обеспечивается ТКС резистивных паст не более ±50·10-6 °С-1. К началу 2010 года разрабатываются резистивные пасты серии ПР (КЮБР.430410.007 ТУ), предназначенные для изготовления постоянных резисторов, резисторных схем, чип-резисторов;
разработать новую серию резистивных паст для создания высоковольтных высокомегаомных керметных резисторов цилиндрической формы с малыми индуктивностью, коэффициентом напряжения и низким ТКС. В конце 2010 года завершены работы по освоению новых резистивных паст серии ПРВ (КЮБР.430410.008 ТУ) в серийном производстве.
Пасты серии ПРВ с сопротивлением квадрата 103–107 Ом обеспечивают создание высоковольтных резисторов с малой индуктивностью, номинальной мощностью до 10–15 Вт, рабочим напряжением до 25 кВ, номинальным сопротивлением от 1 МОм до 20 ГОм и ТКС ±(50–100; 200)∙10-6 °С-1.
Далее представлена информация о композиционных пастах для толстопленочных ИЭТ, разработанных и выпускаемых ФГУП "НИИЭМП" в настоящее время (табл.1–6).
Ниже приведены данные по устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов для резистивных пленок на основе разработанных паст.
Пасты ОЖО.035.001ТУ и КЮБР.430410.001ТУ
Влага (40°С, 93%, 240 ч) (0±2)% от RНОМ
Термоциклирование
трехкратное
(-60; 200°С) (0±2)% от RНОМ
Электрическая нагрузка
(РУД = 8 Вт/см2,
Е = 100 В/мм, 85°С) (0±2)% от RНОМ
Пасты серии ПР
Влага
(40°С, 93%, 240 ч) (0±1); (0±2)% от RНОМ
Термоциклирование
пятикратное (-60; 125°С) (0±1)% от RНОМ
Электрическая нагрузка
(РУД = 8 Вт/см2,
Е = 100 В/мм, 85°С) (0±1)% от RНОМ
Пасты серии ПРВ
Влага (40°С, 93%, 240 ч) (0±1)% от RНОМ
Термоциклирование
пятикратное (-60; 125°С) (0±1)% от RНОМ
Электрическая нагрузка
(РНОМ = 0,75 Вт,
UМАКС = 1000 В, 85°С) (0±1)% от RНОМ
Пасты проводниковые серии ПП КЮБР.430410.005ТУ
Серия состоит из паст ПП-1, ПП-2, ПП-3, ПП-3ОП, ПП-4 и ПП-5.
Пасты ПП-1, ПП-3, ПП-3ОП предназначены для создания проводниковых контактов при изготовлении резисторов, резисторных и гибридных схем; ПП-2, ПП-4, ПП-5 – для создания коммутационной разводки в гибридных схемах; ПП-2, ПП-3, ПП-3ОП – для изготовления схем повышенной плотности; паста ПП-3ОП – для использования в схемах с повышенными требованиями к механическому истиранию.
Техническая характеристика
Условная вязкость паст при температуре
(22±2)°С, мм
ПП-1, ПП-4, ПП-5 17–22
ПП-2, ПП-3, ПП-3ОП 20–24
Степень перетира паст, мкм, не более 25
Сопротивление квадрата проводниковой
пленки, Ом, не более
ПП-1, ПП-3, ПП-3ОП 0,04
ПП-2, ПП-4. ПП-5 0,02
Прочность сцепления слоя с поверхностью
из корундовой керамики для паст
ПП-1, ПП-3, ПП-3ОП, кг/см2, не менее 60
Для получения защитных покрытий на резистивных элементах постоянных резисторов, резисторных и гибридных схем применяется защитная стеклянная паста ПЗС-1 КЮБР.430410.006 ТУ.
ФГУП "НИИЭМП" осуществляет поставку паст всех наименований по прямым договорным связям.
Литература
Шориков Ю.С., ЕвтушенкоТ.В., Подшибякин С.В. и др. Токопроводящий материал для толстопленочных резисторов. А.С. №1246791, 1986.
Шориков Ю.С., Шарипова Н.С., Подшибякин С.В., Ялалтдинова З.Х. Влияние морфологии частиц диоксида рутения на электропроводность толстых пленок при положительных температурах. – Электронная техника. Сер. Материалы, 1985, вып.9(208), с.64–67.
Аванесян Р.Р., Недорезов В.Г., Подшибякин С.В., Турдакин Н.С. Связь технологических факторов формирования резистивного элемента с эксплуатационными характеристиками керметных резисторов. – Электронная промышленность, 1985, вып.8(146), с.31–33.
Перепелкин В.И., Шеховцова Н.Т. Влияние условий обжига на переходное сопротивление подвижного контакта переменных подстроечных резисторов. – Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты, 1986, вып.2(13), с.40–42.
Недорезов В.Г., Иванов Д.М., Каминская Т.П., Подшибякин С.В., Шарафеев И.М. Формирование структуры керметных толстопленочных резисторов при обжиге и их электрофизические свойства. – Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты, 1986, вып.2(13), с.36–40.
Недорезов В.Г. Механизм формирования структуры керметных резисторов при высокотемпературном обжиге. – Электронная техника. Сер. Материалы, 1988, вып.1(230), с.3–12.
Недорезов В.Г., Каминская Т.П., Подшибякин С.В. Электрические свойства контактирующей пары: резистивный слой – контактная пружина в керметных подстроечных резисторах. – Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты, 1988, вып.1(70), с.20–22.
Недорезов В.Г., Подшибякин С.В. Способ изготовления толстопленочного резистора. А.С. №1457680, 1988.
Аванесян Р.Р., Евтушенко Т.В., Недорезов В.Г. Изучение механизма формирования структуры толстых пленок на основе Pd-Ag .– Электронная техника. Сер. Материалы, 1983, вып.10(183), с.49–53.
Вяткина Л.М., Евтушенко Т.В., Петровых Н.В., Шеховцова Н.Т. Резистивный материал. А.С. №1058456, 1983.
Шориков Ю.С., Шеховцова Н.Т., Подшибякин С.В. и др. Токопроводящий материал для толстопленочных резисторов. А.С. №1804230, 1992.
Буц В.П., Недорезов В.Г., Подшибякин С.В. Керметные резистивные материалы с улучшенным качеством контактирования. – Труды международного симпозиума "Надежность и качество ‘2005", Пенза, с.247–250.
Керметные резистивные композиции представляют собой смесь нанодисперсных порошков на основе соединений рутенатов висмута и свинца и диоксида рутения и микродисперсных стеклопорошков на свинцовосиликатной основе. В исходном состоянии – это пасты. Методом трафаретной печати они наносятся на основания из алюмооксидной керамики, и затем сформированный отпечаток обжигается в конвейерной печи при температуре 700–900°С. Аналогичным образом формируются контакты из проводниковой пасты.
Параметры резисторов изначально определяются материалами, поэтому основная задача резисторного материаловедения – это создание материалов с минимальной, стремящейся к нулю, чувствительностью к температурному, временному, электрическому, механическому и климатическому воздействиям.
Керметные резисторы как направление сформировалось на рубеже 1960–1970-х годов. Развитие работ в области резистивного материаловедения в НИИЭМП условно можно разбить на четыре этапа (см. рисунок). На диаграмме показаны изменения основных технико-эксплуатационных параметров (диапазон сопротивлений, ТКС, удельная мощность рассеяния) резистивных паст.
До середины 1970-х годов (первый этап 1970–1980 гг.) наиболее распространены были резистивные толстопленочные композиции, функциональную фазу в которых составляли металлические порошки серебра (Ag) и палладия (Pd) или их оксиды. Однако резистивные слои на основе таких Ag-Pd-композиций характеризовались сравнительно низкими техническими параметрами. Для замены Ag-Pd-композиций к 1980 году в НИИЭМП были проведены исследования и выполнен комплекс работ по разработке и освоению выпуска керметных паст на основе диоксида рутения.
Практически все технологии изготовления рутениевых паст того времени основывались на одном исходном
компоненте – хлориде гидроксорутения (IV), термолизом которого получали диоксид рутения согласно уравнению:
RuOHCl3 + ½O2 → RuO2 + Cl2 + HCl .
В НИИЭМП в этот период были разработаны исходные материалы для приготовления паст и технологию приготовления "опорных" резистивных паст с подекадным значением сопротивления квадрата резистивной пленки в диапазоне 10–5·105 Ом. Были решены проблемы смешиваемости паст с близкими значениями сопротивления квадрата, что открывало возможность изготавливать резистивные элементы любой топологии с требуемыми номинальными сопротивлениями. Величина ТКС, которую обеспечивали новые пасты, была уменьшена с ±(500–1000) до ±(250–500)·10-6 °С-1.
Второй этап (1980–1990 гг.) связан с созданием производства материалов проводящей фазы специализированными организациями. Совместно с НИИ "Гиредмет" были разработаны технологии получения порошков оксидных соединений рутения: диоксида рутения (ПДР), рутенитов свинца (ПРС) и висмута (ПРВ). Промышленный выпуск организовали на Пышминском опытном заводе (г. Верхняя Пышма Свердловской обл.).
Эти резистивные материалы характеризовались пониженным и, что главное, контролируемым содержанием микропримесей, а следовательно, и хорошей воспроизводимостью электрофизических свойств от партии к партии. На токопроводящий материал получено авторское свидетельство [1].
На основе новых порошков оксидов рутения была разработана высокоомная группа резистивных паст, что позволило расширить диапазон сопротивлений квадрата резистивной пленки до 2·106 Ом при одновременном снижении уровня ТКС с ±500·10-6 °С-1 до ±250·10-6 °С-1.
Второй этап закончился в 1991 году. К этому времени были проведены серьезные исследования по влиянию технологических факторов на параметры резисторов [2–4], по изучению механизма формирования структуры и электрических свойств керметных резистивных слоев при высокотемпературном обжиге [5–7]. Одновременно в ВНИИ "Гиредмет" по результатам работ были определены, как наиболее перспективные, твердые растворы (ТР) оксидов ванадия в диоксиде рутения, обладающие наибольшей электропроводностью и характеризующиеся плавным изменением удельного сопротивления с увеличением концентрации ванадия по сравнению с другими ТР.
Внедрение этих материалов позволило снизить ТКС в резисторах до ±100·10-6 °С-1 в достаточно широком диапазоне номинальных сопротивлений и до ±50·10-6 °С-1 – для нескольких номиналов в ограниченном (от 20 до 100°С) температурном интервале. Способ изготовления толстопленочных резисторов с низким ТКС защищен авторским свидетельством [8].
Исследования процессов, происходящих при вжигании толстых пленок на основе Ag-Pd [6, 9], позволили выявить механизм формирования резистивной структуры при обжиге, на основании которого были выбраны оптимальные температуры обжига керметных резистивных слоев на Ag-Pd основе. Результаты исследований легли в основу разработки новой группы резистивных паст с сопротивлением квадрата 1–10 Ом и ТКС не более ±250·10-6 °С-1. Новые материалы защищены авторским свидетельством [10].
Таким образом, к началу третьего этапа (1990–2000 гг.) резистивные пасты, разработанные в НИИЭМП и поставляемые заводам отрасли, имели следующие основные технико-эксплуатационные параметры:
диапазон сопротивлений
квадрата,Ом 1–5·106
ТКС·106, °С-1 ±100; ±250
для диапазона (1–10) кОм (0–50)
стабильность величины
сопротивления, ΔR/R,% ≤ 2
удельная мощность рассеяния, Вт/см2 5.
В то же время совместно с НИИ "Гиналмаззолото" была разработана технология изготовления широкого спектра материалов на основе двойных и тройных оксидов рутения, легированных вольфрамом и редкоземельными металлами (РЗМ): неодимом, гадолинием, лантаном. Это дало возможность создать новые перспективные резистивные материалы с улучшенными контактными характеристиками поверхности (легирующий оксид – Gd2O3) и большей устойчивостью резистивных пленок к повышенным электрическим нагрузкам (легирующий оксид – Nd2O3). Токопроводящий материал на основе рутенита висмута, легированный гадолинием, для высокоомных переменных резисторов защищен авторским свидетельством [11].
Однако из-за прекращения финансирования технологических и материаловедческих работ в начале 1990-х годов промышленный выпуск разработанных материалов – рутенитов, легированных оксидами РЗМ, – не был освоен. Это осложнило дальнейшее развитие резисторного материаловедения в направлении улучшения технических параметров резистивных паст для толстопленочных ИЭТ.
К началу 1990-х годов (см. рисунок) в НИИЭМП разрабатываются две серии резистивных паст с улучшенными технико-эксплуатационными характеристиками:
1. Пасты резистивные V группы (ОЖО.035.001 ТУ), предназначенные для изготовления резисторных сборок, гибридных микросхем и чип-резисторов с сопротивлением квадрата (50–5·106) Ом с ТКС ±(100–200)·10-6 °С-1.
2. Пасты резистивные VI группы (ОЖО.035.001 ТУ), предназначенные для изготовления переменных подстроечных резисторов с сопротивлением квадрата (1–5·106) Ом с ТКС ±(100–200)·10-6 °С-1.
Причем, в обеих сериях паст расширен диапазон сопротивлений с ТКС ±100·10-6 °С-1 до (102–106) Ом по сравнению с пастами IV группы, у которых ТКС, равный ±100·10-6 °С-1, ограничен диапазоном (103–104) Ом. Для рабочего интервала температур до 100 °С у паст V и VI групп с сопро-тивлением (103–104) Ом ТКС также не выходит за пределы (0–50)·10-6 °С-1.
Повышена устойчивость резистивных слоев на основе паст V и VI групп к воздействию дестабилизирующих факторов (влага, термоциклирование, электрическая нагрузка) с ±(2–5) до (0±2)% от номинального сопротивления, а также удельная мощность рассеяния с 5 до 8 Вт/см2.
Современный (четвертый) этап по развитию работ в этом направлении начался с началом нового века. К 2005 году разрабатываются новые резистивные пасты с сопротивлением квадрата 100 и 1000 Ом, характеризующиеся улучшенными контактными свойствами [12]. Разработанные пасты образовали новую серию Г в составе резистивных паст ОЖО.035.001ТУ VI группы.
Внедрение новых паст в производстве сверхминиатюрных многооборотных подстроечных резисторов РП1-48Б в значительной мере снизило остроту проблемы обеспечения качества контактирования в данных резисторах. Пасты серии Г внедрены также в производстве переменных подстроечных резисторов типов СП3-19, СП3-39 предприятия ОАО "Рикор Электроникс" (г. Арзамас).
В последние годы на предприятии большое внимание уделяется совершенствованию технологии изготовления толстопленочных композиционных материалов. В производственные технологические линии внедряется новое оборудование по производству порошков. Вводится в эксплуатацию комплект спецтехнологического оборудования фирмы Fritsch (ФРГ), производственная программа которого включает всю технологическую цепочку приготовления порошкообразных компонентов:
предварительное истирание исходных материалов в мельнице-ступке Pulverisette-2;
сверхтонкое (менее 1 мкм) их измельчение в шаровой планетарной мельнице Pulverisette-5;
просеивание сухих мелкодисперсных порошков с целью их дезагрегации и (при необходимости) разделения на фракции на виброустановке Analysette-3;
гранулометрический анализ дисперсности частиц получаемых порошкообразных компонентов с применением лазерного измерителя Analysette-22.
Последняя технологическая операция проводится с целью определения гранулометрического состава порошков и контроля воспроизводимости их гранулометрических характеристик, являясь, по сути, операцией контроля качества измельчения исходных компонентов паст в процессе их производства.
Совершенствование технологии подготовки исходных функциональных компонентов паст с помощью высокоэффективного спецтехнологического и контрольно-измерительного оборудования, а также продолжающийся поиск новых рецептур резистивных паст на основе известных токопроводящих материалов и стеклосвязок позволили в дальнейшем:
выбрать пути снижения уровня ТКС резистивных паст для постоянных резисторов и наборов до ±100·10-6 °С-1 в широком диапазоне сопротивлений квадрата от 1 до 5·106 Ом. При этом расширяется диапазон сопротивлений, в котором обеспечивается ТКС резистивных паст не более ±50·10-6 °С-1. К началу 2010 года разрабатываются резистивные пасты серии ПР (КЮБР.430410.007 ТУ), предназначенные для изготовления постоянных резисторов, резисторных схем, чип-резисторов;
разработать новую серию резистивных паст для создания высоковольтных высокомегаомных керметных резисторов цилиндрической формы с малыми индуктивностью, коэффициентом напряжения и низким ТКС. В конце 2010 года завершены работы по освоению новых резистивных паст серии ПРВ (КЮБР.430410.008 ТУ) в серийном производстве.
Пасты серии ПРВ с сопротивлением квадрата 103–107 Ом обеспечивают создание высоковольтных резисторов с малой индуктивностью, номинальной мощностью до 10–15 Вт, рабочим напряжением до 25 кВ, номинальным сопротивлением от 1 МОм до 20 ГОм и ТКС ±(50–100; 200)∙10-6 °С-1.
Далее представлена информация о композиционных пастах для толстопленочных ИЭТ, разработанных и выпускаемых ФГУП "НИИЭМП" в настоящее время (табл.1–6).
Ниже приведены данные по устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов для резистивных пленок на основе разработанных паст.
Пасты ОЖО.035.001ТУ и КЮБР.430410.001ТУ
Влага (40°С, 93%, 240 ч) (0±2)% от RНОМ
Термоциклирование
трехкратное
(-60; 200°С) (0±2)% от RНОМ
Электрическая нагрузка
(РУД = 8 Вт/см2,
Е = 100 В/мм, 85°С) (0±2)% от RНОМ
Пасты серии ПР
Влага
(40°С, 93%, 240 ч) (0±1); (0±2)% от RНОМ
Термоциклирование
пятикратное (-60; 125°С) (0±1)% от RНОМ
Электрическая нагрузка
(РУД = 8 Вт/см2,
Е = 100 В/мм, 85°С) (0±1)% от RНОМ
Пасты серии ПРВ
Влага (40°С, 93%, 240 ч) (0±1)% от RНОМ
Термоциклирование
пятикратное (-60; 125°С) (0±1)% от RНОМ
Электрическая нагрузка
(РНОМ = 0,75 Вт,
UМАКС = 1000 В, 85°С) (0±1)% от RНОМ
Пасты проводниковые серии ПП КЮБР.430410.005ТУ
Серия состоит из паст ПП-1, ПП-2, ПП-3, ПП-3ОП, ПП-4 и ПП-5.
Пасты ПП-1, ПП-3, ПП-3ОП предназначены для создания проводниковых контактов при изготовлении резисторов, резисторных и гибридных схем; ПП-2, ПП-4, ПП-5 – для создания коммутационной разводки в гибридных схемах; ПП-2, ПП-3, ПП-3ОП – для изготовления схем повышенной плотности; паста ПП-3ОП – для использования в схемах с повышенными требованиями к механическому истиранию.
Техническая характеристика
Условная вязкость паст при температуре
(22±2)°С, мм
ПП-1, ПП-4, ПП-5 17–22
ПП-2, ПП-3, ПП-3ОП 20–24
Степень перетира паст, мкм, не более 25
Сопротивление квадрата проводниковой
пленки, Ом, не более
ПП-1, ПП-3, ПП-3ОП 0,04
ПП-2, ПП-4. ПП-5 0,02
Прочность сцепления слоя с поверхностью
из корундовой керамики для паст
ПП-1, ПП-3, ПП-3ОП, кг/см2, не менее 60
Для получения защитных покрытий на резистивных элементах постоянных резисторов, резисторных и гибридных схем применяется защитная стеклянная паста ПЗС-1 КЮБР.430410.006 ТУ.
ФГУП "НИИЭМП" осуществляет поставку паст всех наименований по прямым договорным связям.
Литература
Шориков Ю.С., ЕвтушенкоТ.В., Подшибякин С.В. и др. Токопроводящий материал для толстопленочных резисторов. А.С. №1246791, 1986.
Шориков Ю.С., Шарипова Н.С., Подшибякин С.В., Ялалтдинова З.Х. Влияние морфологии частиц диоксида рутения на электропроводность толстых пленок при положительных температурах. – Электронная техника. Сер. Материалы, 1985, вып.9(208), с.64–67.
Аванесян Р.Р., Недорезов В.Г., Подшибякин С.В., Турдакин Н.С. Связь технологических факторов формирования резистивного элемента с эксплуатационными характеристиками керметных резисторов. – Электронная промышленность, 1985, вып.8(146), с.31–33.
Перепелкин В.И., Шеховцова Н.Т. Влияние условий обжига на переходное сопротивление подвижного контакта переменных подстроечных резисторов. – Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты, 1986, вып.2(13), с.40–42.
Недорезов В.Г., Иванов Д.М., Каминская Т.П., Подшибякин С.В., Шарафеев И.М. Формирование структуры керметных толстопленочных резисторов при обжиге и их электрофизические свойства. – Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты, 1986, вып.2(13), с.36–40.
Недорезов В.Г. Механизм формирования структуры керметных резисторов при высокотемпературном обжиге. – Электронная техника. Сер. Материалы, 1988, вып.1(230), с.3–12.
Недорезов В.Г., Каминская Т.П., Подшибякин С.В. Электрические свойства контактирующей пары: резистивный слой – контактная пружина в керметных подстроечных резисторах. – Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты, 1988, вып.1(70), с.20–22.
Недорезов В.Г., Подшибякин С.В. Способ изготовления толстопленочного резистора. А.С. №1457680, 1988.
Аванесян Р.Р., Евтушенко Т.В., Недорезов В.Г. Изучение механизма формирования структуры толстых пленок на основе Pd-Ag .– Электронная техника. Сер. Материалы, 1983, вып.10(183), с.49–53.
Вяткина Л.М., Евтушенко Т.В., Петровых Н.В., Шеховцова Н.Т. Резистивный материал. А.С. №1058456, 1983.
Шориков Ю.С., Шеховцова Н.Т., Подшибякин С.В. и др. Токопроводящий материал для толстопленочных резисторов. А.С. №1804230, 1992.
Буц В.П., Недорезов В.Г., Подшибякин С.В. Керметные резистивные материалы с улучшенным качеством контактирования. – Труды международного симпозиума "Надежность и качество ‘2005", Пенза, с.247–250.
Отзывы читателей
