Материалы пленочных проводников.

Фольгированные диэлектрики.

Тонкопленочные проводники многослойны. Основу составляют напыляемые материалы высокой проводимости: Ag, Cu. Однако эти материалы обладают малой адгезией с материалом подложки, поэтому возникает необходимость дополнительного напыляемого адгезионного слоя из NiCr или Pd (подслоя) между подложкой и основным слоем. Для устройств, функционирующих на частотах выше 3 ГГц толщина проводника порядка 4 – 6 мкм бывает достаточной – это около 3 d (толщин скин- слоев).

Для низкочастотных устройств толщина проводника должна быть больше. Это достигается гальваническим наращиванием напыленного проводника. Для защиты от внешней среды гальванически наносится еще один слой: Au или Sn-Bi (используется также для селективного травления и облегчения облуживания).

Толстопленочные проводника многокомпонентны. Основным проводящим материалом является Ag. (Ni и сплавы обусловливают меньшую проводимость.) Стекло обеспечивает после отжига адгезию между пленкой и керамической подложкой. Органическая связка объединяет компоненты в пасту определенной вязкости, необходимой нанесения на подложку способом сеткографии.

Аналогичная проводящая композиция с низкотемпературными компонентами для нанесения на органические основания получили название чернил. Чернила обладают меньшей вязкостью, поэтому могут наноситься струйными устройствами, например, принтерами (epson). Этот метод используется для многослойных печатных плат и элементов на гибких основаниях для мембранных переключателей, клавиатур компьютеров и мобильных телефонов, смарт-карт, RFID-брелков.

Проводящие компаунды на основе Ag в матрице силикона, эпоксидного клея, полиуритана. Технологическая жизнеспособность 1-2 часа. Для однокомпонентной структуры используется термоактивация. Добавка отвердителя позволяет провести технологическую операцию без нагревания. Благодаря в 2-3 раза большей прочности соединения компаунды используются для

- монтажа LED- и диодных устройств на гибкие подложки,

- присоединения теплопроводных элементов к подложке,

- экранирования – обработки швов механически соединенных деталей.

Барьерные функции проводниковых материалов – противодействие диффузии.

Материал барьера	Разделяемые материалы между	Условия
Cr, V	Si и Al	T > 673 K
Cu	C и B
Sn	N
Pd	Ti (адгезионный) и Au (основной)

Материалы припоев – для многоступенчатой пайки.

Состав функциональных материалов,%	Т плавления, оС	Название сплава
Bi-50, Pb-25, Sn-25	94	Розе
Bi-50, Pb-26,7 , Sn-13,3 , Cd-10	70	Липовица
Bi-50, Pb-25, Sn-12,5, Cd-12,5	56	Вуда

Для реализации контактных площадок микросхем и устройств, работающих в оптическом диапазоне необходимы прозрачные электропроводящие материалы. Они должны обладать невысоким сопротивлением и шириной запрещенной зоны Е_g > 2,5 эВ.

.

Материалы	Диапазон прозрачности	Применение
Si	ИК, рентгеновский	Выявление дефектов полупроводниковых кристаллов
Sn O2 , легированный In2 O3	видимый	оптоэлектроника
ZnO	УФ	Индикация УФ с помощью жидких кристаллов.

Выбор резистивных материалов

Критерии:

- электрические: удельное сопротивление ρ, допуск Δ ρ, электрический контакт (толстопленочных резисторов),

- механические: адгезия, когезия, прочность на изгиб, прочность к истиранию,

- тепловые: заданный ТКС α_R, рабочий температурный диапазон, тепловой шум, допустимая температура перегрева (Т _доп), мощность рассеяния,

- коррозионная стойкость.

Материалы с высоким удельным сопротивлением.

Материал	ρ, Ом.м	ТКС, α, 1/0С	σ, 1/Ом.м
W	5,6 . 10-8	0,0045	1,79 . 107
Fe	9,7 . 10-8	0,0065	1,03 . 107
Pl	10,6 . 10-8	0,0039	0,94 . 107
Ta
Re (рений)

Удельная проводимость σ сплавов при комнатной температуре.

Материал	Манганин Cu 84Mn12Ni4	Константан Cu60 Ni40	Нихром Ni-Cr
σ x 106, Сим/m	2,3	2,0	1,0

Манганины - сплавы на медной основе, содержащие около 85% Cu , 12% Mn , 3% Ni.. Применяются для изготовления образцовых резисторов, шунтов, приборов и т.д., имеют малую термо-э.д.с. в паре с медью (1 - 2 мкВ/К ), б_р= 450 - 600 МПа, относительное удлинение перед разрывом 15 - 30%, максимальную длительную рабочую температуру не более 200^оС. Можно изготавливать в виде проволоки толщиной до 0.02 мм с эмалевой и др. изоляцией. Константан - медно-никелевый сплав (средний состав 60% Cu, 40%Ni ), α =(5 - 25) ^. 10^-6К^-1, б_р= 400 - 500 МПа, относительное удлинение перед разрывом 20 - 40%. Термо-э.д.с. в паре с медью 45 - 55 мкВ/К, поэтому константан можно использовать для термопар. Реостаты и нагревательные элементы из константана могут длительно работать при температуре 450^оС.

Жаростойкие сплавы - это сплавы на основе никеля, хрома и других компонентов. Устойчивость этих сплавов к высоким температурам объясняется наличием на их поверхности оксидов хрома Cr₂O₃ и закиси никеля NiO . Сплавы системы Fe-Ni-Cr называются нихромами, на основе никеля, хрома и алюминия фехралями и хромалями. В марках сплавов буквы обозначают: Х - хром, Н - никель, Ю - алюминий, Т титан. Цифра, следующая за буквой, означает среднее процентное содержание этого металла.

Марка сплава	Тип сплава	ρ, 10-6 Ом . м	α, 105 1/oC	Максимально допустимая температура, oC
Х20Н80	Нихром	1.04 - 1.17	9	1100
Х13Ю4	Фехраль	1.2 - 1.34	15	960
Х23Ю5Т	Хромаль	1.3 - 1.5	5	1150

Основная область применения этих сплавов - электронагревательные приборы, реостаты, резисторы. Для электротермической техники и электрических печей большой мощности используют обычно более дешевые, чем нихром, фехраль и хромаль сплавы.

Интерметаллические соединения - силициды с Si (Cr Si2 , Fe Si₂). Они входят в состав тонкопленочных материалов РС3001 (Cr – 30-%, Fe – 01%, остальное Si), РС3710 (Cr – 37-%, Fe –10%, остальное Si). Силицидные сплавы используются в виде мишени для напыления или ионно-плазменного распыления, в виде порошка – для взрывного испарения.