4.3.4 Материалы толстоплёночных резисторов

Агрегатное состояние материалов толстопленочных резисторов — это пасты, состоящие из основного функционального материала (наполнителя), порошка-стекла (фритта) и органической связки. В качестве наполнителя резистивных паст применяют серебро, палладий и их сплавы, окислы таллия и рутения. Для получения фритты наиболее широко используются свинцовые и цинковые бороcиликатные стекла. После термообработки пасты, нанесенной на подложку через маску, образуется резистивная стеклоэмаль. Поверхностное сопротивление резистивной стеклоэмали и температурный коэффициент её сопротивления зависят от процентного содержания наполнителя и стекла в исходной пасте. Повышенными температурной и временной стабильностью характеризуются стеклоэмали, в состав которых входит сплав палладий-серебро.

Марка пасты	ПР-5	ПР-20	ПР-100	ПР-500	ПР-1К	ПР-3К	ПР-6К	ПР-20К	ПР-50К	ПР-100К
R□, Ом	5	20	1∙10^2	5∙10^2	10^3	3∙10^3	6∙10^3	2∙10^4	5∙10^4	1∙10^5
ТКС, 10^–4К^–1	±8 (в диапазоне температур — 60 ÷ +125 °С)
Ро, Вт/см^2	(3–8)

Таблица 4.5 — Резистивные пасты толстоплёночных ГИС

Промышленностью выпускается совокупность типов резистивных паст с удельным поверхностным сопротивлением получаемых из них толстых стеклоэмалевых пленок от 5 Ом до 100 кОм. Параметры резистивных паст приведены в табл. 4.5. Растекаемость паст на одну сторону составляет от 70 до 100 процентов толщины пасты до вжигания, что соответствует (30–50) мкм. После вжигания толщина резистивной плёнки определяется на уровне (15–20) мкм. Температура обжига резистивных толстых плёнок в зависимости от металлической основы пасты составляет (750–1000) °С.

В качестве контактных к резистивным плёнкам и соединительных проводников толстопленочных конструкций микросхем применяются проводящие пасты, параметры которых приведены в табл. 4.6. В отличие от тонкоплёночных конструкций резисторов в толстоплёночных резисторах резистивные плёнки предпочтительно исполнять вторым слоем по проводящим слоям. Эта особенность определяется спецификой нанесения пасты через сетчатый трафарет и фактором согласования температур вжигания, когда требуется обеспечивать для последующих слоёв меньшие температуры вжигания в сравнении с температурами вжигания предшествующих слоёв.

Таблица 4.6 — Параметры проводящих паст

Марка пасты	4350	4350К	4351	4005	4205	4320
Растекаемость (на одну сторону), мкм, не более	50	25	25	50	25	50
Температура вжигания, °С	820±10	820±10	870±5	820±10	870±3	855±5
R□, Ом не более	0,05	0,05	0,05	0,05	0,02	0,02
Адгезия, кгс/см^2, не менее	50	50	100	50	80	50

После вжигания толщина проводящих плёнок, как и резистивных, должна быть на уровне 17±4 мкм. По проводящим плёнкам для последующего электромонтажа компонент должно быть проведено лужение припоями ПОС-61, ПСрОС-3-58. Для этой цели могут быть применены лудящие пасты, нанесение которых исполняется трафаретной печатью или дозатором. Параметры ряда распространённых лудящих паст приведены в табл. 4.7.

Таблица 4.7 — Параметры лудящих паст толстоплёночных ИМС

Марка пасты	Припой	Флюс	Растворитель остатков связки
Пл-111	ПОС-61	Активный, среднекоррозийный	Вода
Пл-112	ПОС-61	Некоррозийный	Хлористый метилен
Пл-113	ПОС-61	Слабокоррозийный	Спирто-бензиновая смесь (1:1). Водные моющие растворы
ПЛ-312	ПСрОС-3-58	Некоррозийный	Хлористый метилен

В лудящих пастах число частиц припоя с максимальным размером (40–80) мкм не должно превышать 80 %. Лудящие пасты, как ранее упоминалось, наносятся трафаретной печатью или дозатором. Температура оплавления перечисленных лудящих паст равна (225±5) °С. Лужение по процессу производства толстоплёночных плат является заключительным сравнительно высокотемпературным этапом.

Температура вжигания паст, как и температура испарения материала при напылении тонких плёнок, определяется температурными свойствами применённых металлов и их сплавов. В табл. 4.8 приведены температуры плавления ряда металлов, применяемых в чистом виде или в качестве наполнителей для паст.

Таблица 4.8 — Температура плавления металлов плёнок ГИМС

Материал	Аl	Ag	Au	Cu	Ni	Pd	Ti	Pt
Температура плавления,°С	660	961	1063	1083	1455	1555	1725	1774
Материал	Cr		Mo		Ta		W
Температура плавления,°С	1800		2622		2996		3382

Процентный состав металла наполнителя в пасте и его температура плавления влияют на температуру вжигания паст толстых плёнок. Выбирая материал и изменяя в определённых пределах процентный состав наполнителя, изменяют температуру вжигания и согласуют очерёдность формирования толстоплёночных слоёв.

Для тонкоплёночных технологий температура плавления незначительно отличается от температуры испарения металла, и приводимая таблица характеризует температурные режимы нанесения плёнок. К примеру, такие материалы, как Mo, Ta, W, в производстве микросхем могут применяются в составе технологической оснастки (тигли, испарители) установок испарения. Как функциональные материалы пленок, они могут применятся в ионно-лучевых технологиях распыления и в качестве присадок для паст.