金属膜固定电阻器的成膜材料及工艺.doc

金属膜固定电阻器的成膜材料及工艺|I矗眷螭l期1080年4月电子元件与材料V.I.8No.2pr.158g金属膜固定电阻器的成膜材料及工艺湖南益阳市无线电三厂胡学,【捕要】Nicr系合金是一种应用非常广泛的金属膜电阻器的合金材料.它具有电阻率高,方电阻值太,电阻温度系数小,薄膜与基体着牢固,熔点低,易于用真空蒸发法制成薄膜的特.最.国内生产金属膜电阻器习惯于粉料蒸发,而目外问时存在三种不嗣的成膜材料和两种成膜工艺.本文着重计论了采用国产Cr20Ni80夸金线,增扣时效处理工艺制成的薄膜硬其性能.一,概述我国生产金属膜电阻器已有3O余年的昕史,其产品标准为部标$17573.标准落后,距国际水平的差距很大.要使产品达到新的国标要求,生产单位对材料和工艺要进行认真的摸索,统计数据,积檗经验,使产品在生产过程中完全受控.金属膜电诅器的性能指标在很大程度上决定于它的成膜材料和成膜工艺.国内金属膜电阻器是采用专用台金粉通过真空薰发的方法成膜.在国外,同时存在三种不同的成膜材料和两种成膜工艺:靶材,丝荆和粉料,磁控溅射法和真空蒸发l法靶材采用磁控溅射法.焦料和粉料采用真空蒸发法198,5年,羲们从日本引进金属膜生产线的同时,引进了部分成膜用的丝料.用这种丝料经真空薰发法成膜,TCR能控制在100x10/以内.产品按GB587386考核,长期试验的阻值变化小于2,短期试验的阻值变化小于0.25,稳定度等级为2.匪1三,尊囊及成脯材料分折块金属制成薄膜后?导电机理由以前的电子导电转变成了电子散射.Tc盘与.顿静大不相同,整个性能都发生了质l韵变花.?摹目前,金属膜电阻器的低阻大都来用以NiCr为主晶相的台金膜I高阻刚掺有很大比倒的Si元素,中阻介于两者之间,或有其他形式的掺杂.因为先进的刻槽设备和工艺其阻值的放大倍数高迭750倍,所成膜工艺其要能解决一般中,低阻的成膜毛坯问题,则生产符台GB587386全系列的产品是完全可能的a国产Cr20N180台金线其组分含量分别为2o和80.两种元素分别在正常大气条件下,Ni的熔点约1600,TCR为正值ICr的熔点约900,TCR为负值.因此,由它们组成的台金其熔点将低于900.这种低熔点的台金线在一定的真空条件下产生蒸气压并不困难,TCR可以相互抑制,故而选用Cr20Nis0台金线作为试验用材料四,工艺及试t数据分析采用Cr20Nis0台金线,按前述工艺路线图规定的工艺成膜,蒸发后睁毫蛏:在固定的温度下,经过以时间为变量的热老练,tTCR出现两个峰值以1O只最大的一只的绝对值描点,如图2所示.p瓮=81tfh1匿2图2分析0时刻l薄膜处在暂时性的稳定阶段,TCR似乎不太,但是,这种薄膜是处在一种紧张应力状态中且存在着各种不能避免的膜层缺陷,用这种薄膜制成的电阻器常常蕴藏着潜伏性的故障,容易产生早期失效,给使用方带来风险.?54?0:30时刻l这时热老练耐闻还不够充足,金属原子沿基体表面的迁移受列限制,晶胞的结台没有足够的时间作保证,结台就不完善,有害界面较多,性能不稳定.另外,表面婚氧化屡也未稳定下来,TCR处于高值.1:00时刻.这时晶粒闻的有害气律和夹杂在梗大程度上得到排除,有害界面减少,结晶大体趋于稳定,TCR处于低值o2=00时刻l热能的不断增加,部分金属原子有可能摆脱基体的束缚力而逸出.使金属薄膜的有效厚度减薄,薄膜的不连续现象又开始产生,TCR处于高值.4=00时刻t表面的氧化层趋于个稳定的厚度,对金属膜起了保护的作用,TCR处于稳定的数值.综台以上分析,根据结晶的理论和热力学的原理,试增加时效处理工艺(见图3).原工艺圈3增加了时效处理工艺的薄膜,在固定的温度下,经过以时间为变量的热老练,TCR的变化曲线(以10只中最大的1只的绝对值tCh圈4描点)与前相比,规律一致,但又不尽其相同,如图4所示图分析时效处理的作用是使薄膜在自然环境下向结晶方向转化,完成其初始阶段.在这个阶段中,由于局围环境对薄膜没有大的冲击,相比之下,晶粒的尺寸不会有很大的差异,这就能抑制热老练时大晶粒吞没小晶粒而产生粗大,不均匀晶粒的现裳,.为后来长成晶粒均匀,有害界面减少,绪构良好脯膜创造了条件.图中益线02:0oh区段,TCR曲线变化比较平坦便可得到解释.增加时效处理工艺制成的薄膜,随机抽取样品260只,检酒TCR,将其分布情况统计成表1并作图(图5)图5TCR的分布说明,前面对时效处理囊lTCR1口0lolo2of2o3030t0l.5?J:5060f8070J7?l8o|lI10/)N(且)181921l20f:t25f25fsf.j.暖V乏ZTCRfpPm,)翻5TCR(ppffi/)硝e23O,hTCR的舟靠工艺的分析是正确的.联想到图4的TCR变化曲线,可得到另一启示;TCR正态分布,2TCR(pp-,/)圈TleO,lh.rCR的分布曲线随温度和时阀的改变而左右移动.图6和图7绘出了不同温度条件下的TCR分布.五,培论在金属膜电阻器的制造过程中,薄摸的质量是通过检测TCR来鉴定的.采用Ni80Cr20台垒线