Технологія виготовлення тонкоплівкових резисторів

                                   5 – виводи. 

    Для отримання керамічних заготовок  служать спеціальні установки, на яких здійснюється протяжка, підв'ялення до певної вологості, калібрування і нарізка керамічних основ необхідних розмірів. При низькій якості обробки керамічної основи можливі мікроскопічні неоднорідності, такі, що істотно впливають на властивості тонких провідних плівок, а також розриви в провідному шарі, що приводить до збільшення його опору, зниження стабільності і підвищення Ткρ. Надмірна пористість основи в результаті неправильного режиму термічної і хімічної обробки може привести до повної втрати електропровідності.

    Шліфовку керамічних основ проводять на безцентрово-шліфувальних верстатах. Подача основ на верстат здійснюється за допомогою напівавтоматичних завантажувачів; продуктивність обробки досягає 7000—8000 основ в годині Зняття фасок здійснюється в галтувальних барабанах. Керамічні основи завантажують у фарфорові барабани з абразивним порошком і водою в певному процентному співвідношенні. Подальша промивка заготовок проводиться в травильно-мийній машині. Після промивки холодною проточною водою заготівки піддаються кип'яченню у воді, що дистилює, в електроказанах. Подача заготовок в травильно-мийну машину, а також дотримання тривалості окремих операцій і технологічних режимів проводиться автоматично. Після промивки вода з поверхні заготовок віддаляється в центрифузі.

    Для згладжування поверхні основ і видалення тонких тріщин проводиться оплавлення при високій температурі.

    Окрім складу керамічних основ важливе значення має стан їх поверхні, який змінюється залежно від умов випалення. Керамічні основи, використовувані для металлоплівкових резисторів, з метою отримання заданого мікрорельєфу перед нанесенням провідного шару піддають «вогненній поліровці». Ця операція проводиться в канальних печах з автоматичним регуленням температури і часу подачі тиглів з керамічними заготовками. В результаті оплавлення поверхні основи набуває склоподібний характер, що дозволяє отримувати високоякісний провідний шар без розривів.

    Електрохімічні  властивості ізоляційних основ визначають шляхом вимірювання іонних струмів, що протікають при заданій напрузі і температурі. 

    3.2 Металізація основ 

    Перед металізацією для деяких типів резисторів проводиться розкалібровка заготовок основ по діаметру на високопродуктивних одновалкових автоматах.

    Для створення провідного шару в основному  використовують спеціальні сплави, що складаються з декількох компонентів (Fe, Si, Ni, Сг) в різних процентних співвідношеннях.

    Використання  нових матеріалів з високим питомим  опором (силіцидів заліза, никеля, хрому) дозволило отримати високоомні провідні елементи без значного зменшення товщини провідної плівки.

    Збільшення  питомого опору металлосіліцієвих сплавів отримують введенням в їх склад до 20% лантаноїдів. Вихідні материали у вигляді порошку ретельно перемішують і наносять на випарник. При випаровуванні суміші між оксидом лантаноїда і кремнієм відбувається реакція, в результаті якої отримують силіцид лантаноїда і монооксид кремнію, що випаровуються одночасно з металлосіліцієм. Провідні плівки, отримані таким чином, володіють високим питомим опором і вельми малим Ткр.

    Провідні плівки з високим питомим опором можна отримати також при використанні як початковий матеріал порошкоподібної суміші сплаву і оксидів (двоокиси титану, кремнію, окислу заліза, алюмінію, хрому, кадмію, кобальту, нікелю), що володіють значним питомим опором. Питомий опір плівки і її ТКρ визначається в цьому випадку співвідношенням між сплавами, що знаходяться в суміші, і оксидами.

    Як  вже наголошувалося, для створення  провідних плівок широко використовують метод термічного випаровування  різних сплавів у вакуумі. Усередині каркаса установки знаходиться система живлення випарників, мотор з редуктором, що обертає спиці з керамічними основами при проведенні процесу випаровування. Нанесення провідного шару здійснюється в робочих камерах у вигляді скляних ковпаків.

    Для отримання високоомних провідних  шарів з високим ступенем чистоти  розроблені установки, в яких камера, призначена для випаровування, розділена  на робочу камеру і камеру попереднього генерування. У камері генерування  здійснюється неодружене випаровування сплавів, тобто поглинання залишкових газів, які активні до випаровуваного сплаву. Це сприяє підвищенню якості провідних плівок, що отримуються при випаровуванні сплаву в робочій камері.

    В центрі робочої камери поміщається  випарник у вигляді спіралі, на яку наноситься склад, приготований із сплаву, підлягаючому випаровуванню. Навколо випарника на спицях розташовані трубчасті основи.

    Конструкція і матеріал випарника повинні  забезпечувати багатократне проведення процесу. Найбільш переважним матеріалом для спіралі є вольфрам у зв'язку з його високою тугоплавкістю і чистотою. Необхідний також рівномірний розподіл сплаву по всій поверхні випарника. Якщо кількість випаровуваного сплаву невелика, то він утримується в розплавленому перебуванні на випарнику завдяки змочуванню.

    

    Рисунок 3.2 – Схема установки для металізаціїкерамічних  основ резисторів МЛТ шляхом термічного випаровування сплаву [1]:

                              1 – скляний ковпак;

                              2 – блок управління  та контролю робочих режимів;

                              3 – керамічна  основа;

                              4 – спіраль для  випаровування сплавів;

                              5 – корпус установки;

                              6 – дифузійний  насос;

                              7 – форвакуумний  насос. 

    Утворення крапель на випарнику в результаті нерівномірних покриттів викликає передчасний знос випарника. При  використанні випарника у вигляді  джгута з вольфрамових дротів сплав рівномірно розтікається по його поверхні.

    Випаровування сплаву починається при температурі  нижче за температуру плавлення, коли тиск пари сплаву перевищує тиск в робочій камері. Матеріал випарника  повинен володіти значно меншим тиском пари, ніж випаровуваний метал або сплав.

    Щоб щільність потоку була достатньою для  інтенсивного осадження, частинки сплаву не повинні стикатися з частинками газу, що залишився в камері. З цією метою в робочих камерах створюється за допомогою форвакуумного та дифузійного насосів розрідження порядка 10^-2 – 10^-3 н/м².

    Перед початком металізації для зменшення  газовиділення протягом декількох  хвилин проводять прожарення випарника током 0,4 – 0,5 І_роб.

    Рівномірне  покриття поверхні основ досягається шляхом обертання спиць з основами навколо власної осі. Передача обертального руху в робочу камеру випарника проводиться за допомогою спеціального механізму.

    Для отримання високоякісних провідних  плівок вибирають оптимальний час  випаровування. Тривалий час випаровування  сприяє повнішому газопоглиначу провідним шаром, що приводить до збільшення його питомого опору, зменшенню щільності структури шаруючи і погіршенню електричних характеристик. Крім того, деякі компоненти сплавів в розплавленому стані взаємодіють з вольфрамом, утворюючи хімічні сполуки, а окремі компоненти сплаву мають різну пружність пари, тому склад осадженої плівки може сильно відрізнятися від складу початкового сплаву.

    При підвищеній швидкості випаровування  отримують однорідні по складу провідні шари і над поверхнею сплаву область підвищеної пружності пари, в якій відбувається зіткнення частинок випаровуваного сплаву, що приводить до саморозсіяння потоку частинокі усереднювання щільності потоків на різних ділянках випарника.

    Результат процесу при прискореному випаровуванні  в значній мірі залежить від періоду розігрівання і охолоджування випарника. Кращих результатів досягають, якщо швидкість підвищення і знижения температури постійна, а також при екрануванні поверхні керамічних основ в період встановлення температури випарника. Для отримання рівномірного потоку випаровуваних частинок важливо мати однакову по всій довжині температуру випарника.

    Після проведення процесу металізації  визначають питомий опір і Ткρ отриманих металізованих основ і залежно від їх значень підбирають режим наступної термообробки.

    З метою стабілізації властивостей провідної  плівки і поліпшення її зчеплення  з керамічною основою проводять термічну обробку металізованих основ в канальних печах з автоматичним регуленням і реєстрацією температурного режиму.

    Арміровка (установка виводів) резисторів проводиться на спеціальних автоматах.

    Після арміровки здійснюється автоматичне розбраковування виробів на групи по величині опору. 

    3.3 Прикріплення виводів 

    Для збільшення опору і підгонки до необхідного  номінального значення на металізованих основах створюється спіральна канавка за допомогою спеціальних обладнаних нарізних верстатів. Верстати забезпечені приладами для контролю опору в процесі нарізки. Коли опір резистора досягає розрахункового значення, каретка з резистором автоматично відводиться від абразивного диска. Існують таблиці, в яких для кожного типу резистора приводяться необхідна і початкова величини опорів резистора відповідно до кроку нарізки.

    Для зменшення нерівномірності розподілу  щільності струму по провідному шару в деяких випадках застосовується двух-и трьохзаходна нарізка провідного шару.

    Контактні вузли металоплівкових резисторів виконують з томпаку (латунь) або титану. З метою поліпшення електричного контакту між провідним шаром металічним ковпачком на кінці провідного шару або на внутрішню поверхню ковпачка наносяться метали: нікель, кадмій і ін.

    В цілях стабілізації провідної плівки і контактного опору проводиться  електричне тренування резисторів в  імпульсному режимі на стендах або  автоматах імпульсного тренування.

    Для захисту провідного елементу від  дії зовнішнього середовища використовують теплостійкі кремнійорганічні емалі. Якість захисного покриття в значній  мірі залежить від режиму сушки; для  кожного типу захисного покриття визначені оптимальні температурні режими сушки. Вологозахисні властивості покриття погіршуються за наявності в захисній плівці різних дефектів.

    При роботі резистора в умовах підвищеної вологості відбувається необоротна зміна опору унаслідок механічного  руйнування провідного шару, яке обумовлене переміщенням і відокремленням провідних частинок захисної плівки, що набрякає у вологому середовищі за рахунок виникнення процесів електролізу у волозі, що проникла до провідного шару. Інтенсивність руйнування провідного шару залежить не тільки від вологості навколишнього середовища, але і від температури нагріву резистора.

    Нанесення захисних покриттів і терморадіаційна сушка здійснюються на спеціальних агрегатах. Резистори за допомогою транспортера занурюються у ванну з лаком, потім сушаться при русі транспортера в печі з трубчастими нагрівальними елементами. Температура в печі регулюється автоматичним потенціометром. Після висихання лаку резистори поміщаються у ванну з емаллю і далі в терморадіаційну піч, температура в якій підтримується постійною в кожній з трьох температурних зон за допомогою автоматичних потенціометрів. Захисне покриття можна поліпшити шляхом послідовного нанесення декількох шарів. Найбільшого ефекту досягають при покритті від 4 до 6 шарів.

    Провідний шар може бути захищений плівкою з неорганічної склоемалі, отриманої шляхом сублімації у вакуумі легкоплавких склоемалей або відповідних сумішей початкових оксидів.

    Після конструктивного оформлення резисторів проводиться вимірювання опору  і визначення допуску. Розсортовування резисторів по величині допустимого відхилення опору від номінального значення проводять на автоматах.

    Маркування резисторів здійснюють на напівавтоматах, сушку маркувального напису — в інфрачервоних конвеєрних печах.

    В даний час є автоматичні лінії, які виконують збірку конструкцій резисторів, імпульсне тренування, покриття лаком і емаллю, розсортовування по класам точності, маркування, сушку і укладання резисторів в пакувальну тару.