Резистор с повышенной мощностью рассеяния и способ его изготовления

Изобретение относится к области электротехники, в частности к полосковой техники СВЧ и технологии ее изготовления, которые могут быть использованы в радиоэлектронной промышленности, приборостроении и вычислительной технике. Резистор с повышенной мощностью рассеяния содержит диэлектрическую подложку, на которой размещены пленочный резистивный слой, соединенные с ним контактными кромками токонесущая и заземляющая контактные площадки и диэлектрический теплопроводный слой, контактирующий с резистивным слоем, который нанесен на пленочный резистивный слой со стороны, противоположной диэлектрической подложке, с обкладкой боковых сторон резистивной пленки. Контактные кромки токонесущей и заземляющей контактных площадок выполнены Z-образной формы с обкладкой верхними полками кромок диэлектрического токопроводящего слоя, а нижними полками установлены на контактных кромках резистивной пленки и на возможном адгезивном диэлектрическом подслое, например, из нитрида кремния, Si₃N₄, толщиной 1,0÷1,5 мкм, между пленочным резистивным слоем с контактными площадками и диэлектрической подложкой. Способ изготовления резистора с повышенной мощностью рассеяния включает нанесение на диэлектрическую подложку с возможным адгезивным диэлектрическим теплопроводящим подслоем резистивного слоя и токонесущих контактных площадок методами фотолитографии и электрохимического осаждения металлов. После формирования резистивного слоя на последний наносят металлическую контактную маску, а в образовавшиеся окна напыляют диэлектрический теплопроводный материал заданной толщины с обкладкой боковых сторон резистивной пленки. «Взрывным» травлением контактной маски на резистивной пленке получают рисунок диэлектрического теплопроводного слоя. На кромки диэлектрического теплопроводного слоя и резистивной пленки и на поверхность адгезивного подслоя диэлектрической подложки наносят токонесущие контактные площадки методами фотолитографии и электрохимического осаждения металлов с образованием обкладок на кромках диэлектрического теплопроводного слоя. Техническим результатом является повышение импульсной мощности рассеяния в 5÷10 раз и надежности работы резистора. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к полосковой техники СВЧ и технологии ее изготовления, которые могут быть использованы в радиоэлектронной промышленности, приборостроении и вычислительной технике.

Известны резисторы с повышенной мощностью рассеяния больше 1 Вт на частотах 12...18 ГГц, конструкция которых представляют собой прямоугольную пластину из керамики, размещенную на металлическом основании с устройством интенсивного отвода тепла и рассеивания мощности, расположенные на подложке резистивную пленку и два плоских вывода для присоединения резистивной пленки к полосковой плате и заземленному основанию. Такие резисторы позволяют добиться хорошего согласования при использовании их в качестве оконечных нагрузок. (Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств/ С.И.Бахарев, В.И.Вольман, Ю.Н.Либ и др.; Под ред. В.И.Вольмана. - М.: Радио и связь, 1982. - 328 с., ил. - стр.187-192). Недостатком известных резисторов является сложность конструкции и большие габариты.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является резистор с повышенной мощностью рассеяния, содержащий диэлектрическую подложку, на которой размещены пленочный резистивный слой, одной кромкой присоединенный к токонесущему проводнику, а противоположной кромкой - к заземляющему основанию, а между пленочным резистивным слоем и диэлектрической подложкой введен диэлектрический подслой из алмаза, теплопроводность которого выше теплопроводности материала диэлектрической подложки. Диэлектрический подслой выполнен из алмаза. (Авторское свидетельство SU №1552266 А1. Микрополосковая нагрузка. - МПК5: Н01Р 1/26. - 23.03.90. Бюл. №11).

Недостатком известного резистора с повышенной мощностью рассеяния является низкая эффективность диэлектрического теплопроводного слоя при воздействии импульсной СВЧ-мощности вследствие возникновения коронного разряда, инициированного шероховатостями и дефектами на наружной поверхности и краях резистивного слоя, что приводит к преждевременному разрушению резистивной пленки. Выполнение диэлектрического теплопроводного слоя из алмаза значительно повышает стоимость резистора. Кроме того, в известном резисторе резистивный слой остается незащищенным от воздействия окружающей среды и механических повреждений, что снижает его надежность.

Известен способ изготовления резисторов, включающий нанесение на диэлектрическую подложку возможного адгезивного подслоя, резистивного слоя и токонесущих контактных площадок методами фотолитографии и электрохимического осаждения металлов. (Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств/ С.И.Бахарев, В.И.Вольман, Ю.Н.Либ и др.; Под ред. В.И.Вольмана. - М.: Радио и связь, 1982. - 328 с., ил. - стр.264-268).

Недостатком известного способа изготовления резистора является невозможность нанесения диэлектрического теплопроводного слоя снаружи резистивной пленки с обкладкой боковых сторон.

Основной задачей, на решение которой направлены заявляемые резистор с повышенной мощностью рассеяния и способ его изготовления, является повышение импульсной мощности рассеяния при одновременной защите его от воздействия окружающей среды и механических повреждений.

Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной группы изобретений, является повышение импульсной мощности рассеяния в 5-10 раз и надежности работы резистора.

Указанный технический результат достигается тем, что, в известном резисторе с повышенной мощностью рассеяния, содержащем диэлектрическую подложку, на которой размещены пленочный резистивный слой, кромками соединенный с кромками токонесущей и заземляющей контактных площадок, и диэлектрический теплопроводный слой, контактирующий с резистивным слоем, согласно предложенному техническому решению,

диэлектрический теплопроводный слой нанесен на пленочный резистивный слой со стороны, противоположной диэлектрической подложке, с обкладкой боковых сторон резистивной пленки;

диэлектрический теплопроводный слой, нанесенный на резистивную пленку, выполнен, например, из нитрида кремния, Si₃N₄, толщиной 1,0...2,0 мкм;

кромки токонесущей и заземляющей контактных площадок выполнены Z-образной формы с обкладкой верхними полками кромок диэлектрического теплопроводного слоя, а нижними полками установлены на контактных кромках резистивной пленки и поверхности диэлектрической подложки;

между пленочным резистивным слоем с контактными площадками и диэлектрической подложкой введен адгезивный диэлектрический подслой с теплопроводностью выше теплопроводности диэлектрической подложки;

адгезивный диэлектрический теплопроводный подслой выполнен, например, из нитрида кремния, Si₃N₄, толщиной 1,0...1,5 мкм.

Указанный технический результат достигается тем, что, в известном способе изготовления резистора с повышенной мощностью рассеяния, включающем нанесение на диэлектрическую подложку возможного адгезивного подслоя, резистивного слоя и токонесущих контактных площадок методами фотолитографии и электрохимического осаждения металлов, согласно предложенному техническому решению после формирования резистивной пленки на последнюю наносят металлическую контактную маску, а в образовавшиеся окна напыляют диэлектрический теплопроводный материал заданной толщины с обкладкой боковых сторон резистивного слоя, затем «взрывным» травлением контактной маски на резистивной пленке получают рисунок диэлектрического теплопроводного слоя, после чего на кромки диэлектрического теплопроводного слоя и резистивного слоя и на поверхность диэлектрической подложки или возможного адгезивного подслоя наносят токонесущие контактные площадки методами фотолитографии и электрохимического осаждения металлов с образованием верхних обкладок на кромках диэлектрического теплопроводного слоя.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных резистора с повышенной мощностью рассеяния и способа его изготовления, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявляемых технических решений соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками каждого заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками каждого из заявляемых технических решений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, каждое из заявляемых технических решений соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, поскольку резистор с повышенной мощностью рассеяния и способ его изготовления предназначены для получения резистора с повышенной мощностью рассеяния. Заявленные технические решения решают одну и ту же задачу - повышение надежности работы резистора при увеличении импульсной мощности рассеяния в 5-10 раз и возможность изготовления резистора с повышенной мощностью рассеяния.

На чертеже схематично представлена конструкция предлагаемого резистора с повышенной мощностью рассеяния.

Резистор с повышенной мощностью рассеяния содержит диэлектрическую подложку 1, на которую нанесен адгезивный диэлектрический теплопроводный подслой 2 из нитрида кремния, Si₃N₄, толщиной 1,0...1,5 мкм. На последний нанесены пленка 3 резистивного слоя, соединенная кромками с токонесущей 4 и заземляющей 5 контактными площадками, и диэлектрический теплопроводный слой 6 из нитрида кремния, Si₃N₄, толщиной 1,0...2,0 мкм с обкладкой боковых сторон 7 резистивной пленки 3. Кромки 8 и 9 токонесущей 4 и заземляющей 5 контактных площадок, соответственно, выполнены Z-образной формы с обкладкой верхними полками кромок диэлектрического теплопроводного слоя 6, а нижними полками установлены на контактных кромках резистивной пленки 3 и на поверхности диэлектрической подложки 1 или возможного адгезивного подслоя 2.

Сущность предложенного способа изготовления резистора с повышенной мощностью рассеяния заключается в следующем.

Способ изготовления резистора с повышенной мощностью рассеяния включает нанесение на диэлектрическую подложку 1 с возможным адгезивным подслоем 2 резистивного слоя 3 и токонесущих контактных площадок 4 и 5 методами фотолитографии и электрохимического осаждения металлов. После формирования резистивного слоя 3 на последний наносят металлическую контактную маску. В образовавшиеся окна напыляют диэлектрический теплопроводный материал 6 заданной толщины с обкладкой боковых сторон 7 резистивного слоя 3, затем «взрывным» травлением контактной маски на резистивной пленке 3 получают рисунок диэлектрического теплопроводного слоя 6, после чего на кромки диэлектрического теплопроводного слоя 6 и резистивного слоя 3 и поверхность возможного адгезивного подслоя 2 или диэлектрическую подложку 1 наносят токонесущие контактные площадки 4 и 5 методами фотолитографии и электрохимического осаждения металлов с образованием обкладок 8 и 9 Z-образной формы кромок диэлектрического теплопроводного слоя 6.

Пример изготовления резистора с повышенной мощностью рассеяния.

На диэлектрическую подложку 1 наносят адгезивный диэлектрический теплопроводный подслой 2 из нитрида кремния, Si₃N₄, толщиной 1,0...1,5 мкм, на который наносят резистивный слой из материала PC 6406-K толщиной 0,05...0,10 мкм. Фотолитографией на резистивный слой наносят рисунок, а химическим травлением формируют резистивную пленку 3, на которой формируют диэлектрический теплопроводный слой 6. Для этого на заготовку наносят металлическую контактную маску из трехслойного покрытия структурой V-Cu-Cr, на который фотолитографией наносят рисунок диэлектрического теплопроводного слоя 6. Вокруг рисунка стравливают слой Cr, на место которого гальваническим осаждением наносят слой Cu-Ni, а с площади рисунка диэлектрического теплопроводного слоя 6 химическим травлением удаляют фоторезист и трехслойное покрытие Сг-Cu-V до резистивной пленки 3. В образовавшиеся окна напыляют диэлектрический теплопроводный слой 6 из нитрида кремния, Si₃N₄, толщиной 1,0...2,0 мкм с обкладкой боковых сторон 7 резистивной пленки 3. Затем «взрывным» травлением контактной маски на резистивной пленке 3 получают диэлектрический теплопроводный слой 6. На кромки диэлектрического теплопроводного слоя 6 и резистивного слоя 3 и на поверхность диэлектрической подложки 1 или возможного адгезивного подслоя 2 наносят токонесущие контактные площадки 4 и 5 структурой Cu-Ni-Au, толщиной 8,0...10,0 мкм методами фотолитографии и электрохимического осаждения металлов с образованием обкладок 8 и 9 сверху кромок диэлектрического теплопроводного слоя 6.

Применение и изготовление предложенного резистора позволяет повысить мощность рассеяния до 5-10 кВт с номинальным сопротивлением 50-100 Ом, исключить разрушение резистора вследствие возникновения коронного разряда и обеспечить интенсивный отвод тепла после воздействия импульсной СВЧ-мощности.

1. Резистор с повышенной мощностью рассеяния, содержащий диэлектрическую подложку, на которой размещены пленочный резистивный слой, кромками соединенный с кромками токонесущей и заземляющей контактных площадок, и диэлектрический теплопроводный слой, контактирующий с резистивным слоем, отличающийся тем, что диэлектрический теплопроводный слой нанесен на пленочный резистивный слой со стороны, противоположной диэлектрической подложке, с обкладкой боковых сторон резистивной пленки.

2. Резистор по п.1, отличающийся тем, что диэлектрический теплопроводный слой, нанесенный на резистивную пленку, выполнен, например, из нитрида кремния, Si₃N₄, толщиной 1,0÷2,0 мкм.

3. Резистор по п.1, отличающийся тем, что кромки токонесущей и заземляющей контактных площадок выполнены Z-образной формы с обкладкой верхними полками кромок диэлектрического теплопроводного слоя, а нижними полками установлены на контактных кромках резистивной пленки и поверхности диэлектрической подложки.

4. Резистор по п.1, отличающийся тем, что между пленочным резистивным слоем с контактными площадками и диэлектрической подложкой введен адгезивный диэлектрический подслой с теплопроводностью, выше теплопроводности диэлектрической подложки.

5. Резистор по п.4, отличающийся тем, что адгезивный диэлектрический теплопроводный подслой выполнен, например, из нитрида кремния, Si₃N₄, толщиной 1,0÷1,5 мкм.

6. Способ изготовления резистора с повышенной мощностью рассеяния, включающий нанесение на диэлектрическую подложку возможного адгезивного подслоя, резистивного слоя и токонесущих контактных площадок методами фотолитографии и электрохимического осаждения металлов, отличающийся тем, что после формирования резистивной пленки на последнюю наносят металлическую контактную маску, а в образовавшиеся окна напыляют диэлектрический теплопроводный материал заданной толщины с обкладкой боковых сторон резистивного слоя, затем «взрывным» травлением контактной маски на резистивной пленке получают рисунок диэлектрического теплопроводного слоя, после чего на кромки диэлектрического теплопроводного слоя и резистивного слоя и на поверхность диэлектрической подложки или адгезивного подслоя наносят токонесущие контактные площадки методами фотолитографии и электрохимического осаждения металлов с образованием верхних обкладок на кромках диэлектрического теплопроводного слоя.