专利名称：电阻材料的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及电阻材料领域，尤其涉及可沉积成薄膜并且构图成掩埋在印刷电路板中的分立电阻的电阻材料。
人们期望利用印刷电路板(PCBs)作为组成元件的装置可以暴露于极限温度，并且许多工业规范要求其具有在-50℃到150℃范围内正常工作的性质。在这样的温度范围内，装置要正常工作，印刷电路板必须保持相对稳定。正如上面提到的美国专利申请US6,210,592，所记载的那样，以铂为基础的薄膜电阻出现了一个问题，即电阻温度系数(TCR)比许多印刷电路板应用要求的要高。为了在较宽温度范围得到稳定的电学性能，需要材料的电阻温度系数尽可能的低。
因此，本发明的一般目的是提供具有低电阻温度系数的电阻材料，尤其是一种可沉积成薄膜并且构图成掩埋在印刷电路板中的分立电阻的电阻材料。
另一方面，本发明提供一种电阻材料，以铂为100％计算，包括铂和大约5-70摩尔％的铱、钌或它们的混合物，这种电阻材料是一种薄膜。
另一方面，本发明提供一种印刷线路板，它包括一种电阻材料，这种电阻材料以铂为100％计算，包括铂和大约5-70摩尔％的铱、钌或它们的混合物，这种电阻材料被一种介电材料覆盖。
另一方面，本发明包括一种电子装置，该装置包括一种印刷线路板，该印刷线路板包括一种电阻材料，这种电阻材料以铂为100％计算，包括铂和大约5-70摩尔％的铱、钌或它们的混合物，这种电阻材料被一种介电材料覆盖。发明的具体描述说明书中所用到的下面的缩写有下面的含义℃＝摄氏度ppm＝重量百万分比；Hz＝赫兹；psi＝磅/英寸2；nm＝纳米；cm＝厘米；Wt％＝重量百分比；ml＝毫升；min＝分钟；g＝克；μg＝微克；PCB＝印刷电路板。
除非另外说明，所有的数值都是重量百分数，所有的比率都是重量比。所有的数值范围都包括端点值并可按任一顺序组合，除非这些数值范围明显受到加和为100％的限制。
本发明提供一种电阻材料，以铂为100％计算，包括铂和大约5-70摩尔％的铱、钌或它们的混合物。最好，这种电阻材料是一种薄膜电阻。所谓“薄膜”意味着这种薄膜小于或等于500nm。因此本发明进一步提供一种电阻材料，以铂为100％计算，包括铂和大约5-70摩尔％的铱、钌或它们的混合物，这里这种电阻材料是一种薄膜。
按照本发明，这种电阻材料是以铂为基础，也就是说主要的材料是铂。这种电阻材料包括相对于铂为100％计算的大约10-70摩尔％的铱、钌或它们的混合物，最好是包含2-50摩尔％的铱、钌或它们的混合物。如果是只用钌(不用铱)，最好是用相对于铂为100％计算的大约2-10摩尔％的钌。如果是只用铱(不用钌)，最好是用相对于铂为100％计算的大约20-70摩尔％的铱。本申请的电阻材料里，铱、钌或者它们的混合物以它们的元素形式(单质)和氧化物形式存在。通常铱、钌或者它们的混合物是大约50-90摩尔％的单质金属和大约10-50摩尔％的氧化铱、氧化钌或者它们的混合物。
通常，在25℃每平方100欧姆的条件下，按照本发明，所述材料的TCR绝对值为大约500ppm/℃或者更小，更好是大约350ppm/℃或者更小，还更好是大约350ppm/℃或者更小，最好是大约100ppm/℃或者更小。
本发明的电阻材料通常通过各种方法沉积到衬底上。合适的方法包括CCVD或者CACVD，最好是CCVD，但并不局限于这些。
沉积本发明的电阻材料，通常制备一种前体溶液，此前体溶液包括铂前体和铱、钌或者它们的混合物前体。合适的铂前体包括乙酰丙酮铂(“PtAcAc”)和二苯基-1，5-环辛二烯铂(II)(diphenyl-(1，5-cyclooctadiene)platinum(II))(“PtCOD”)，但不局限于这些。合适的铱和钌前体包括三降冰片二烯铱(III)乙酰丙酮化物(“IrNBD”)(tris(norbornadiene)iridium(III)acetyl acetonate)和双乙基环戊二烯基钌(II)(bis(ethycyclopentadienyl)ruthenium(II))，但不局限于这些。这些前体共同溶解到一个单组分溶剂体系，比如甲苯或者甲苯/丙烷，它的浓度(铂、铱，和/或钌前体的总和)大约0.15Wt％到1.5Wt％。通常，这种溶液接着通过一个雾化器使前体溶液分散成一种细小的气溶胶(aerosol)并且使这种气溶胶在氧化剂尤其是氧气中点燃，产生铂、铱、钌或者其混合物的零价金属和氧化物。
零价金属和氧化物沉积到一种比如铜或者镍等导电金属，或者如聚酰亚胺或者聚酰胺-酰亚胺等聚合物的衬底上，但不局限于这些衬底材料，并达到需要的厚度。最好是目前的电阻材料包括大约50-90摩尔％的铱、钌、或者它们的混合物的金属形式和大约20-10摩尔％氧化物形式。
合适的薄膜厚度包括，但不限于，5到500nm，比较典型的是5到100nm，更为典型的是5到20nm。
接着衬底上的薄膜被构图，例如用上面提到的美国专利申请US6,210,592中所描述的烧蚀刻蚀法形成分立电阻的构图。在薄膜被构图形成电阻之后，在许多情况下，在稍高温度如80℃的条件下老化几小时，TCR可能进一步降低。这种电阻图案可以用常用的方法被嵌入印刷电路板中，并集成到电路中。
本发明的电阻材料有低的TCRs。出乎意料的是，这种低的TCRs是通过铱、钌或者它们的混合物和铂组合而获得的，然而这三种金属却都有高的正TCRs。在25℃每平方100欧姆的条件下测量，铂、铱和钌的电阻温度系数(ppm/℃)分别为3900，3920，4580。但是，本发明中各种成分共同沉积所产生的材料的TCRs为500ppm/℃或者更小，较好是350ppm/℃或更小，更好的是200ppm/℃或者更小，更好的是100ppm/℃或者更小(在25℃每平方100欧姆的条件下测量的绝对值)。
本发明现在将通过具体实施例更为详细的描述。
实施例1
制备的一种前体溶液含有23.06gPtCOD，17.00gIrBN，7,070g甲苯，3,404g丙烷和7.2g十二烷基胺。一种连续加料式镀膜机(coater)如美国专利申请No.60/233,022(申请日2000年9月15日)和No.60/249,979(申请日2000年11月20日)所描述的那样，在这种连续加料式镀膜机中，两条箔片卷(web)，例如铜箔，从大致朝上的方向上连续送入，包括在通过一个中间位置时两箔片彼此靠近相邻形成一个狭窄的收缩区域。在收缩区域下面使用火焰来燃烧前体溶液以此产生沉积到箔片卷上的化学物质使其包含有电阻材料。
用这种连续加料镀膜机，通过燃烧前体溶液并使铜箔经受火焰产生的蒸气的处理而使两片连续送入的铜箔涂布上一层铂/铱氧化物，在以下条件下通过空气流再引导(redirect)火焰产生的蒸气的方向喷射设置再引导空气，标准升/分(“slpm”) 90再引导压力(psi) 13.6尖端氧气(火焰)流速(slpm) 5.5(左)5.3(右)尖端氧气(火焰)压力(psi) 3.8(左)3.7(右)溶液流速(ml/min) 5.2(左)5.0(右)CHN加热器设置点(℃) 200(左)200(右)连续加料镀膜机设置(温度为℃)增压加热器 80/91(左) 80/91(右)辐射加热器 120/123(左)120/121(右)辊式加热器温度 100/99(下)100/100(上)辊式加热器压力(psi) 20(下)20(上)排气频率(Hz) 9.5箔片速率(cm/min) 1.51.5制动设置(％) 22 22真空(in.H2O) 7.0增压几何条件 1cm(顶和底)
沉积的铂/铱层包含49摩尔％的铱，铂-铱的荷重为20μg/cm2，等效厚度为10nm(假定100％的理论密度—实际的厚度至少大4-5倍)。在25℃每平方300欧姆的条件下测量电阻率。测量TCR的值为360ppm/℃。
实施例2在与实施例1相似的条件下，用钌前体代替铱前体，沉积的铂/钌层包含5.3摩尔％的钌，铂-钌的荷重为10.6μg/cm2，等效厚度为5nm(假定100％的理论密度—实际的厚度至少大4-5倍)。在25℃每平方662欧姆的条件下测量电阻率。测量TCR的值为303ppm/℃。
权利要求
1.一种电阻材料，以铂为100％计算，包括铂和5-70摩尔％的铱、钌或它们的混合物。
2.如权利要求1所述的电阻材料，其中这种电阻材料是薄膜。
3.如权利要求1到2任一权利要求所述的电阻材料，以铂为100％计算，包括20-70摩尔％的铱。
4.如权利要求1到2任一权利要求所述的电阻材料，以铂为100％计算，包括2-10摩尔％的钌。
5.如权利要求1所述的电阻材料，其中50-90摩尔％所说的铱、钌、或者它们的混合物包括以金属形式存在的所说元素，和20-10摩尔％所说的铱、钌、或者它们的混合物以氧化物形式存在。
6.如权利要求1至5之一所述的电阻材料，其厚度为5-500微米。
7.如权利要求1至5之一所述的电阻材料，其厚度为5-100微米。
8.如权利要求1至7之一所述的电阻材料，在25℃100欧姆每平方的条件下测量时具有500ppm/℃或者更小的电阻温度系数。
9.如权利要求1至7之一所述的电阻材料，在25℃100欧姆每平方的条件下测量时具有350ppm/℃或者更小的电阻温度系数。
10.如权利要求1至7之一所述的电阻材料，在25℃100欧姆每平方的条件下测量时具有200ppm/℃或者更小的电阻温度系数。
全文摘要
公开了一种电阻材料，以铂为100％计算，包括铂和大约5－70摩尔％的铱、钌或它们的混合物。
文档编号H01C7/06GK1419245SQ0214291
公开日2003年5月21日 申请日期2002年7月5日 优先权日2001年7月6日
发明者C·S·阿伦, J·舍米那尔, D·D·森科, M·兰格罗斯, X·胡, J·T－J·赫旺, J·利狄, T·托马福 申请人:希普雷公司