專利名稱：高性能薄膜電阻及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子元件及其制備方法，尤其是一種薄膜電阻及其制造方法。
背景技術(shù)：
薄膜電阻的比表面積大，散熱性能好，能夠承受較大的功率。薄膜與絕緣基底附著能力強(qiáng)，抗沖擊性能好，具有比普通電阻更好的穩(wěn)定性。目前只有國外少數(shù)幾個(gè)廠家能夠進(jìn)行薄膜電阻的批量生產(chǎn)，國外在高質(zhì)量薄膜電阻生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域處于壟斷地位，相關(guān)技術(shù)處于保密狀態(tài)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)基礎(chǔ)電子元器件的需求越來越大，依靠進(jìn)口的方式難以滿足國內(nèi)市場(chǎng)的需求，而且進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)位高，加大了產(chǎn)品的成本；再就是一般電阻材料存在的易腐蝕、熱穩(wěn)定性差等問題，導(dǎo)致其適用范圍受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高性能薄膜電阻及其制造方法，它的制造方法簡(jiǎn)單易行、易于產(chǎn)業(yè)化、所得到的產(chǎn)品性能優(yōu)秀，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的高性能薄膜電阻，包括絕緣基板，在絕緣基板上設(shè)有電阻薄膜，在每個(gè)電阻薄膜的兩側(cè)設(shè)有引出電極，在每個(gè)電阻薄膜兩側(cè)邊緣的頂面設(shè)有頂部電極， 在電阻薄膜的頂面及頂部電極的頂面上設(shè)有絕緣保護(hù)膜。絕緣基板的長(zhǎng)度大于或等于兩側(cè)的引出電極之間的最大距離，以便于引出電極與外部元件連接。絕緣基板的材料為氧化鋁、氮化鋁或二氧化硅。電阻薄膜的材料為氮化鉭、氮化鈦、氮化鐵、鎳鉻合金或硅鉻合金中的一種或幾種的組合或它們的摻雜體系。電極的材料為鉭(Ta)，鈮(Nb)、鋰(Ni)，銅(Cu)、銀(Ag)、金Au其中一種或幾種的組合或合金。電阻薄膜及電極都選用化學(xué)穩(wěn)定性好的材料來制作。絕緣保護(hù)膜的材料為二氧化硅或氮化硅。電阻薄膜、電極及絕緣保護(hù)膜的厚度分別為0. 5 1. 5 μ m。高性能薄膜電阻的制造方法，先利用掩膜工藝在絕緣基板上沉積出一個(gè)以上的電阻薄膜，再利用掩膜工藝在每個(gè)電阻薄膜的兩側(cè)及兩側(cè)邊緣的頂面上分別沉積出引出電極及頂部電極，最后利用掩膜工藝在電阻薄膜的頂面及頂部電極的頂面上沉積出絕緣保護(hù)膜，進(jìn)行切割分裝后獲得成品。上述的沉積法均采用物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法。由于各沉積工序均使采用氣相沉積法來進(jìn)行，因此，所獲得的產(chǎn)品各層的厚度小、附著力強(qiáng)、產(chǎn)品的穩(wěn)定性好，與傳統(tǒng)的厚膜生產(chǎn)工藝相比較，它不僅更有利于產(chǎn)業(yè)化，而且極大的提高了產(chǎn)品的適用范圍。沉積出電極后，將半成品在650 750°的條件下進(jìn)行熱處理25 35分鐘。消除半成品薄膜的缺陷，提高器件性能。沉積出電極后，采用激光調(diào)阻的方式，對(duì)半成品的阻值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其阻值到達(dá)目標(biāo)阻值要求的阻值范圍。在半成品薄膜電阻的阻值小于目標(biāo)電阻的阻值的情況下，根據(jù)測(cè)量反饋結(jié)果，可以進(jìn)行多次反復(fù)調(diào)阻；電阻阻值的調(diào)節(jié)量與分割出的不參與導(dǎo)通的電阻薄膜分割位置、形狀和未被分隔部分參與導(dǎo)通薄膜的導(dǎo)通截面大小等因素有關(guān)；經(jīng)過調(diào)阻后， 可保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。氮化鉭硬度高、熔點(diǎn)高(3090°C )、化學(xué)性能穩(wěn)定，耐腐蝕、耐熱和耐沖擊能力強(qiáng)。 氮化鉭薄膜還具有優(yōu)良的電學(xué)性能，良好的熱穩(wěn)定性，較低的電阻溫度系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，因而氮化鉭薄膜電阻也具有低的電阻溫度系數(shù)，可以在高溫或低溫等特種條件下使用，具有長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。采用高穩(wěn)定性的氮化鉭和高穩(wěn)定性金屬電極相結(jié)合，可解決一般電阻材料存在的易腐蝕、熱穩(wěn)定性差等問題，可以在如高頻、高溫、高壓、低溫和太空等惡劣環(huán)境下使用， 產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)這種薄膜電阻元件具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此，運(yùn)用氮化鉭作為薄膜電阻的材料可以使其能被應(yīng)用在眾多的高科技領(lǐng)域。其它化學(xué)穩(wěn)定性也較強(qiáng)的物質(zhì)如氮化鈦、氮化鐵、鎳鉻合金及娃鉻合金等，也可以作為薄膜電阻的材料，起到類似的效果；而相應(yīng)的，電極的材料則可選用Ta、Nb、Ni、Cu、Ag及Au等穩(wěn)定性較高的金屬或它們的合金來制造。藍(lán)寶石，是剛玉寶石中除紅色的紅寶石之外，其它顏色剛玉寶石的通稱，主要成分是氧化鋁(A1203)。藍(lán)色的藍(lán)寶石，是由于其中混有少量鈦(Ti)和鐵(Fe)雜質(zhì)所致；藍(lán)寶石的顏色，可以有粉紅、黃、綠、白、甚至在同一顆石有多種顏色。藍(lán)寶石的產(chǎn)地在泰國、斯里蘭卡、馬達(dá)加斯加、老撾、柬埔寨，其中最稀有的產(chǎn)地應(yīng)屬于克什米爾地區(qū)的藍(lán)寶石，而緬甸是現(xiàn)今出產(chǎn)上等藍(lán)寶石最多的地方。在該發(fā)明中也可以用普通的氧化鋁絕緣襯底來代替。磁控濺射法是在高真空充入適量的氬氣，在陰極(柱狀靶或平面靶)和陽極(鍍膜室壁)之間施加幾百K直流電壓，在鍍膜室內(nèi)產(chǎn)生磁控型異常輝光放電，使氬氣發(fā)生電離。 氬離子被陰極加速并轟擊陰極靶表面，將靶材表面原子濺射出來沉積在基底表面上形成薄膜。通過更換不同材質(zhì)的靶和控制不同的濺射時(shí)間，便可以獲得不同材質(zhì)和不同厚度的薄膜。磁控濺射法具有鍍膜層與基材的結(jié)合力強(qiáng)、鍍膜層致密、均勻等優(yōu)點(diǎn)。PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition )等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子化學(xué)活性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積出所期望的薄膜。為了使化學(xué)反應(yīng)能在較低的溫度下進(jìn)行，利用了等離子體的活性來促進(jìn)反應(yīng)，因而這種CVD稱為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)。由于采用了上述的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用掩膜工藝與沉積法結(jié)合的方式來制備薄膜電阻，該方法生產(chǎn)薄膜電阻易于產(chǎn)業(yè)化，所獲得的產(chǎn)品各層之間的附著力強(qiáng)、質(zhì)量好；還采用了化學(xué)穩(wěn)定性好、低溫度系數(shù)的金屬氮化物、鎳鉻合金或硅鉻合金作為薄膜電阻的材料，可提高電阻材料的耐腐蝕性及阻值的熱穩(wěn)定性，使其可以在如高頻、 高溫、高壓、低溫和太空等惡劣環(huán)境下使用，能被應(yīng)用在眾多的高科技領(lǐng)域，擴(kuò)展了其適用范圍。本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)施，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性好，適用范圍廣，使用效果好。


圖1為本發(fā)明薄膜電阻的結(jié)構(gòu)1、金屬電極；
2、絕緣保護(hù)膜；
3、電阻薄膜；4、絕緣基板；
5、頂部電極。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例1 高性能薄膜電阻的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括藍(lán)寶石作為材料制作出絕緣基板4，在絕緣基板4上采用氮化鉭制作出厚度為1 μ m的電阻薄膜3，在每個(gè)電阻薄膜3的兩側(cè)設(shè)有引出電極1，在每個(gè)電阻薄膜3兩側(cè)邊緣的頂面設(shè)有頂部電極5，引出電極 1及頂部電極5的制作材料均為鉭，它們的厚度均為1 μ m，在電阻薄膜3的頂面及頂部電極 5的頂面上設(shè)有采用二氧化硅作為材料所制作的厚度為0. 5 μ m的絕緣保護(hù)膜2。高性能薄膜電阻的制造方法，將用于沉積電阻薄膜的掩膜鋪設(shè)在潔凈的藍(lán)寶石絕緣基板4上，利用磁控濺射法將氮化鉭作為材料在絕緣基板4上沉積出電阻薄膜3 ；再將用于沉積電極1的掩膜鋪設(shè)在沉積出電阻薄膜3的半成品上，利用磁控濺射法將鉭作為材料在該半成品上沉積出引出電極1及頂部電極5，電極1及頂部電極5在沉積時(shí)是一次成型的，并且連為一體；然后將沉積了電極的半成品在700°C的條件下熱處理30分鐘，待其冷卻后進(jìn)行激光調(diào)阻，直到其達(dá)到目標(biāo)阻值要求的阻值范圍；最后，將用于沉積絕緣保護(hù)膜的掩膜鋪設(shè)在經(jīng)過上述處理的半成品上，采用PECVD法將二氧化硅作為材料在上一步驟的半成品上沉積出絕緣保護(hù)膜2 ；將沉積工序完畢的產(chǎn)品進(jìn)行切割，獲得單個(gè)薄膜電阻，將它們分裝后獲得成品。本發(fā)明的實(shí)施例2 高性能薄膜電阻的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括普通的氧化鋁作為材料制作出絕緣基板4，在絕緣基板4上采用鎳鉻合金制作出厚度為0. 5 μ m的電阻薄膜3，在每個(gè)電阻薄膜3的兩側(cè)設(shè)有引出電極1，在每個(gè)電阻薄膜3兩側(cè)邊緣的頂面設(shè)有頂部電極 5，引出電極1及頂部電極5的制作材料均為銅，它們的厚度均為0. 5 μ m，在電阻薄膜3的頂面及頂部電極5的頂面上設(shè)有采用氮化硅作為材料所制作的厚度為1 μ m的絕緣保護(hù)膜2。高性能薄膜電阻的制造方法，將用于沉積電阻薄膜的掩膜鋪設(shè)在潔凈的氧化鋁絕緣基板4上，利用磁控濺射法將鎳鉻合金作為材料在絕緣基板4上沉積出電阻薄膜3 ；再將用于沉積電極1的塑料掩膜鋪設(shè)在沉積出電阻薄膜3的半成品上，利用磁控濺射法將銅作為材料在該半成品上沉積出引出電極1及頂部電極5 ；然后將沉積了電極的半成品在650°C 的條件下熱處理35分鐘；待其冷卻后將用于沉積絕緣保護(hù)膜的掩膜鋪設(shè)在經(jīng)過上述處理的半成品上，采用PECVD法將氮化硅作為材料在上一步驟的半成品上沉積出絕緣保護(hù)膜2 ； 將沉積工序完畢的產(chǎn)品進(jìn)行切割，獲得單個(gè)薄膜電阻，將它們分裝后獲得成品。本發(fā)明的實(shí)施例3 高性能薄膜電阻的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括二氧化硅作為材料制作出絕緣基板4，在絕緣基板4上以氮化鐵及鎳鉻合金的組合制作出厚度為1. 5 μ m的復(fù)合層作為電阻薄膜3，在每個(gè)電阻薄膜3的兩側(cè)設(shè)有引出電極1，在每個(gè)電阻薄膜3兩側(cè)邊緣的頂面設(shè)有頂部電極5，引出電極1及頂部電極5的制作材料均為Nb-Ag合金，它們的厚度均為1. 5 μ m，在電阻薄膜3的頂面及頂部電極5的頂面上設(shè)有采用氮化硅作為材料所制作的厚度為1. 2 μ m的絕緣保護(hù)膜2。高性能薄膜電阻的制造方法，將用于沉積電阻薄膜的掩膜鋪設(shè)在潔凈的二氧化硅絕緣基板4上，利用磁控濺射法將氮化鐵及鎳鉻合金的組合作為材料在絕緣基板4上沉積出電阻薄膜3 ；再將用于沉積電極1的塑料掩膜鋪設(shè)在沉積出電阻薄膜3的半成品上，利用Nb-Ag合金作為材料在該半成品上沉積出引出電極1及頂部電極5 ；最后將用于沉積絕緣保護(hù)膜的掩膜鋪設(shè)在經(jīng)過上述處理的半成品上，采用PECVD法將氮化硅作為材料在上一步驟的半成品上沉積出絕緣保護(hù)膜2 ；將沉積工序完畢的產(chǎn)品進(jìn)行切割，獲得單個(gè)薄膜電阻，將它們分裝后獲得成品。 氣象沉積法的選用可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要來選擇，上述實(shí)施例僅以磁控濺射法及 PECVD法作為例子，根據(jù)需要也可選擇MOCVD法等來進(jìn)行沉積。
權(quán)利要求
1.一種高性能薄膜電阻，包括絕緣基板(4)，其特征在于在絕緣基板(4)上設(shè)有電阻薄膜(3)，在每個(gè)電阻薄膜(3)的兩側(cè)設(shè)有引出電極(1)，在每個(gè)電阻薄膜(3)兩側(cè)邊緣的頂面設(shè)有頂部電極(5)，在電阻薄膜(3)的頂面及頂部電極(5)的頂面上設(shè)有絕緣保護(hù)膜(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能薄膜電阻，其特征在于絕緣基板(4)的材料為氧化鋁、氮化鋁或二氧化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能薄膜電阻，其特征在于電阻薄膜(3)的材料為氮化鉭、氮化鈦、氮化鐵、鎳鉻合金或硅鉻合金中的一種或幾種的組合或它們的摻雜體系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能薄膜電阻，其特征在于電極(1)的材料為鉭，鈮、鋰， 銅、銀、金其中一種或幾種的組合或合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能薄膜電阻，其特征在于絕緣保護(hù)膜(2)的材料為二氧化硅或氮化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能薄膜電阻，其特征在于電阻薄膜(3)、電極(1)及絕緣保護(hù)膜(2)的厚度分別為0. 5 1. 5 μ m。
7.一種高性能薄膜電阻的制造方法，其特征在于先利用掩膜工藝在絕緣基板上沉積出一個(gè)以上的電阻薄膜；再利用掩膜工藝在每個(gè)電阻薄膜的兩側(cè)及兩側(cè)邊緣的頂面上分別沉積出引出電極及頂部電極；最后利用掩膜工藝在電阻薄膜的頂面及頂部電極的頂面上沉積出絕緣保護(hù)膜；進(jìn)行切割分裝后獲得成品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高性能薄膜電阻的制造方法，其特征在于上述的沉積法均采用物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高性能薄膜電阻的制造方法，其特征在于沉積出電極后，將半成品在650 750°的條件下進(jìn)行熱處理25 35分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高性能薄膜電阻的制造方法，其特征在于沉積出電極后， 采用激光調(diào)阻的方式，對(duì)半成品的阻值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其阻值到達(dá)目標(biāo)阻值要求的阻值范圍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高性能薄膜電阻及其制造方法，包括絕緣基板，在絕緣基板上設(shè)有電阻薄膜，在每個(gè)電阻薄膜的兩側(cè)設(shè)有引出電極，在每個(gè)電阻薄膜兩側(cè)邊緣的頂面設(shè)有頂部電極，在電阻薄膜的頂面及頂部電極的頂面上設(shè)有絕緣保護(hù)膜。本發(fā)明采用掩膜工藝與沉積法結(jié)合的方式來制備薄膜電阻，該方法所易于產(chǎn)業(yè)化，所獲得的產(chǎn)品各層之間的附著力強(qiáng)、質(zhì)量好；還采用了化學(xué)穩(wěn)定性好的金屬來作為薄膜電阻的材料，以提高電阻材料的耐腐蝕性及熱穩(wěn)定性，使其可以在如高頻、高溫、高壓、低溫和太空等惡劣環(huán)境下使用，能被應(yīng)用在眾多的高科技領(lǐng)域，擴(kuò)展了其適用范圍。
文檔編號(hào)H01C17/00GK102314978SQ201110172418
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者崔瑞瑞, 張榮芬, 鄧朝勇, 雷遠(yuǎn)清 申請(qǐng)人:貴州大學(xué)