RU2755344C1 - Method for obtaining thick-film structures for thermal power generators - Google Patents
Method for obtaining thick-film structures for thermal power generators Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755344C1 RU2755344C1 RU2020133678A RU2020133678A RU2755344C1 RU 2755344 C1 RU2755344 C1 RU 2755344C1 RU 2020133678 A RU2020133678 A RU 2020133678A RU 2020133678 A RU2020133678 A RU 2020133678A RU 2755344 C1 RU2755344 C1 RU 2755344C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- minutes
- temperature
- resistive
- layer
- paste
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
- H01C17/06—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, а именно к производству толстопленочных структур на основе моносульфида самария (SmS). Полупроводниковые материалы на основе моносульфида самария являются перспективными для создания n-типа термоэлектрогенераторов (ТЭГ). Изобретение может быть использовано в электронной, радиотехнической, атомной промышленности, в медицине и других отраслях промышленностиThe invention relates to electronic engineering, namely the production of thick-film structures based on samarium monosulfide (SmS). Semiconductor materials based on samarium monosulfide are promising for the creation of n-type thermoelectric generators (TEG). The invention can be used in electronic, radio engineering, nuclear industry, medicine and other industries
Уровень техникиState of the art
Известен способ изготовления толстопленочных резисторов, защищенный патентом [1], согласно которому резистор изготавливается традиционными методами толстопленочной технологии, включающими последовательное нанесение методом трафаретной печати на какую-либо подложку проводниковых и резистивного слоев, их сушку и вжигание в воздушной атмосфере при требуемых температурах, причем сначала наносят первый проводниковый слой. Стекло или стеклокерамическая композиция, содержащиеся в резистивном слое, имеют в своем составе вещества, способные к восстановлению (оксиды переходных металлов в высшей степени окисления или их соединения). В результате их восстановления при вжигании в резистивном слое образуется электропроводящая фаза.There is a known method of manufacturing thick-film resistors, protected by the patent [1], according to which the resistor is made by traditional methods of thick-film technology, including sequential screen printing on any substrate of conductive and resistive layers, drying and burning them in an air atmosphere at required temperatures, and first the first conductive layer is applied. Glass or glass-ceramic composition contained in the resistive layer contains substances capable of reduction (transition metal oxides in the highest oxidation state or their compounds). As a result of their recovery during firing, an electrically conductive phase is formed in the resistive layer.
Недостатком известного способа является низкий коэффициент полезного действия теплоэлектрического генератора.The disadvantage of this method is the low efficiency of the thermoelectric generator.
Известен способ изготовления прецизионных чип-резисторов по гибридной технологии, защищенный патентом [2], который включает последовательное формирование на изоляционной подложке на основе толстопленочной технологии электродных контактов. На основе тонкопленочной технологии формируется резистивный слой с последующим ломанием изоляционной подложки на чипы. Вначале на шлифованную (тыльную) поверхность изоляционной подложки наносят методом трафаретной печати слой серебряной или серебряно-палладиевой пасты с последующим ее вжиганием, образуя тем самым электродные контакты на тыльной стороне подложки. Затем на полированную (лицевую) сторону изоляционной подложки методом вакуумной (тонкопленочной) технологии напыляют резистивный слой, методом фотолитографии и ионного травления осуществляют образование топологии резистивного слоя на подложке, после чего методом трафаретной печати на лицевой стороне подложки поверх резистивного слоя наносят слой низкотемпературной серебряной пасты с последующим ее вжиганием, образуя тем самым электродные контакты на лицевой стороне. Далее методом лазерной подгонки подгоняют величину сопротивления резисторов в номинал. Затем методом трафаретной печати наносят на резистивный слой с последующим вжиганием слой низкотемпературной защитной пасты, образуя защитный слой, скрайбируют и ломают пластину изоляционной подложки на ряды (полосы). Методом вакуумной (тонкопленочной) технологии из сплава никеля с хромом на горцы рядов напыляют торцевой слой, соединяя при этом электрически между собой электродные контакты лицевой и тыльной сторон подложки, ломают ряды на чипы, гальваническим методом наносят поверх электродов -торцевого, на лицевой и на тыльной сторонах - слой никеля, а поверх слоя никеля гальваническим методом наносят слой припоя (сплав олова со свинцом).There is a known method of manufacturing precision chip resistors using hybrid technology, protected by a patent [2], which includes sequential formation of electrode contacts on an insulating substrate based on thick-film technology. Based on thin-film technology, a resistive layer is formed, followed by breaking the insulating substrate into chips. First, a layer of silver or silver-palladium paste is applied to the ground (back) surface of the insulating substrate by screen printing, followed by its firing, thereby forming electrode contacts on the back side of the substrate. Then, a resistive layer is sprayed onto the polished (front) side of the insulating substrate using the vacuum (thin-film) technology, the topology of the resistive layer is formed on the substrate by photolithography and ion etching, after which a layer of low-temperature silver paste with its subsequent firing, thereby forming electrode contacts on the front side. Further, by the method of laser trimming, the value of the resistance of the resistors is adjusted to the nominal value. Then, by the method of screen printing, a layer of low-temperature protective paste is applied to the resistive layer, followed by burning in a layer of low-temperature protective paste, forming a protective layer, scribing and breaking the plate of the insulating substrate into rows (strips). Using the method of vacuum (thin-film) technology from an alloy of nickel with chromium, the end layer is sprayed onto the highlanders of the rows, while electrically connecting the electrode contacts of the front and back sides of the substrate, breaking the rows onto chips, electroplating over the electrodes - front, front and back the sides - a layer of nickel, and a layer of solder (tin-lead alloy) is applied over the nickel layer by the galvanic method.
Недостатком аналога является большое количество технологических операций как по тонкопленочной, так и по толстопленочной технологии, что делает трудоемкой его техническую реализацию.The disadvantage of the analogue is a large number of technological operations both in thin-film and thick-film technologies, which makes its technical implementation laborious.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является способ изготовления толстопленочных резистивных элементов, защищенный патентом [3].Closest to the claimed technical essence and the achieved result, selected as a prototype, is a method of manufacturing thick-film resistive elements, protected by a patent [3].
Данный способ изготовления толстопленочных резистивных элементов включает последовательное нанесение методом трафаретной печати на изолирующую подложку проводникового и резистивного слоев и, вжигание в воздушной атмосфере.This method of manufacturing thick-film resistive elements includes sequential screen printing of conductive and resistive layers on an insulating substrate and firing in an air atmosphere.
В способе чередуют нанесение проводникового слоя с вжиганием его на отдельные участки изолирующей подложки, при температуре 840-860°С в течение 55±5 минут, затем осуществляют нанесение резистивного слоя, а вжигание его при температуре 805±2°С в течение 70±5 минут, затем производят контроль номинала резистивных элементов, при завышенном номинале подгонку производят при температуре 820±10°С в течение 5-10 минут, а при заниженном номинале при температуре 690±10°С в течение 5-10 минут, далее производят лужение в расплавленном припое окунанием при температуре 250±10°СThe method alternates the application of a conductive layer with burning it into separate sections of the insulating substrate, at a temperature of 840-860 ° C for 55 ± 5 minutes, then applying a resistive layer, and burning it at a temperature of 805 ± 2 ° C for 70 ± 5 minutes, then the rating of the resistive elements is monitored, if the nominal is overestimated, the adjustment is carried out at a temperature of 820 ± 10 ° C for 5-10 minutes, and if the nominal is too low, at a temperature of 690 ± 10 ° C for 5-10 minutes, then tinning is performed in molten solder by dipping at a temperature of 250 ± 10 ° С
На фиг. 1 изображена изолирующая подложка с проводниковыми и резистивными слоями.FIG. 1 shows an insulating substrate with conductive and resistive layers.
Изолирующая подложка с проводниковыми и резистивными слоями состоит из изолирующей подложки 1 с торцами 2, 3, и плоскостями 4, 5 Изготовление толстопленочных резисторов по предлагаемому способу производят следующим образом: проводники и резисторы изготавливаются способом трафаретной печати. На изолирующую подложку 1 (торцы 2 и 3 и плоскости 4 и 5) последовательно наносят проводниковую пасту, например, серебряно-палладиевую. После каждого нанесения вжигают на воздухе при температуре 850°С в течение 50 минут. Затем наносят резистивную, например, рутениевую пасту 6 и вжигают на воздухе при температуре 805°С в течение 70 минут.An insulating substrate with conductive and resistive layers consists of an
Недостатком этого способа толстопленочных резистивных элементов является недостаточно высокий выход годных годных элементов тепло-электрогенератора, связанный большим числом технологических операцийThe disadvantage of this method of thick-film resistive elements is an insufficiently high yield of suitable suitable elements of a heat-electric generator, associated with a large number of technological operations
Техническая задачаTechnical challenge
Техническим результатом является повышение выхода годных резистивных элементов тепло- электрогенератора с высоким коэффициентом полезного действия за счет повышения управляемости технологического процессаThe technical result is an increase in the yield of suitable resistive elements of a heat-electric generator with a high efficiency due to an increase in the controllability of the technological process
РешениеSolution
Для решения поставленной технической задачи предлагается следующее изобретение:To solve the technical problem posed, the following invention is proposed:
Способ изготовления толстопленочных структур на основе моносульфида самария (SmS), включающий последовательное нанесение на изолирующую подложку методом трафаретной печати проводникового слоя и резистивного слоя, отличающийся тем, что на контактные площадки проводникового слоя наносят резистивный слой из смеси в необходимых пропорциях первой резистивной пасты и второй пасты, содержащей частицы моносульфида самария (SmS), при этом вжигание нанесенных слоев проводят двумя циклами при температуре 750 - 850°С в течение 50 минут, 7-10 минут из которых вжигание проводят при максимальной температуре, и при температуре 820 - 1200°С в течение 50 минут, 10-20 минут из которых проводят вжигание при максимальной температуре.A method of manufacturing thick-film structures based on samarium monosulfide (SmS), including sequential screen printing of a conductive layer and a resistive layer on an insulating substrate, characterized in that a resistive layer is applied to the contact pads of the conductive layer from a mixture in the required proportions of the first resistive paste and the second paste containing particles of samarium monosulfide (SmS), while the deposited layers are fired in two cycles at a temperature of 750 - 850 ° C for 50 minutes, 7-10 minutes of which the firing is carried out at a maximum temperature, and at a temperature of 820 - 1200 ° C in within 50 minutes, 10-20 minutes of which are fired at maximum temperature.
Главным преимуществом способа является то, что им возможно создать достаточно толстые слои структур сульфида самария (до 200 мкм), а большой объем рабочего вещества (слой толщиной более 1 мкм) обуславливает большую мощность генерируемого сигнала, чем в сульфид-самариевых структурах, полученных с использованием технологии тонких пленок.The main advantage of the method is that it is possible for them to create sufficiently thick layers of samarium sulfide structures (up to 200 μm), and a large volume of the working substance (a layer with a thickness of more than 1 μm) determines a higher power of the generated signal than in sulfide-samarium structures obtained using thin film technology.
В качестве основы изготавливаемых элементов тепло-электрогенераторов используется изолирующая подложка (например, керамическая пластина). Методом трафаретной печати на поверхности пластины формируются проводниковые слои с использованием проводниковых паст. На сформированные контактные площадки и между ними наносится паста, содержащая частицы моносульфида самария, на основе которой будут сформированы резистивные элементы тепло-электрогенератора. Резистивные элементы на основе моносульфида самария формируются путем смешивания стандартной резистивной пасты с пастой на основе моносульфида самария, сушку для удаления легколетучего компонента и двух циклов вжигания при различной температуре. Режим вжигания включает термообработку в диапазоне температур 750 - 850°С длительностью 50 минут, 7-10 минут из которых проводятся при максимальной температуре, второй цикл вжигания длительностью 50 минут в диапазоне температур 820 - 1200°С, 10-20 минут из которых проводятся при максимальной температуре.An insulating substrate (for example, a ceramic plate) is used as the basis for the manufactured elements of heat and power generators. By screen printing, conductive layers are formed on the surface of the wafer using conductive pastes. A paste containing particles of samarium monosulfide is applied to the formed contact pads and between them, on the basis of which resistive elements of a heat-electric generator will be formed. Samarium monosulphide resistors are formed by mixing a standard resistive paste with samarium monosulphide paste, drying to remove the volatile component, and two firing cycles at different temperatures. The firing mode includes heat treatment in the temperature range 750 - 850 ° C for 50 minutes, 7-10 minutes of which are carried out at the maximum temperature, the second firing cycle lasting 50 minutes in the temperature range 820 - 1200 ° C, 10-20 minutes of which are carried out at maximum temperature.
Нанесение всех слоев проводится методом трафаретной печати. Вначале наносится первый слой - проводниковый, для создания контактов и вжигание этого слоя.All layers are applied by screen printing. First, the first layer is applied - conductive, to create contacts and burn this layer.
Затем на полученные контактные площадки наносят резистивный слой из смеси в необходимых пропорциях первой резистивной пасты и второй пасты, содержащей частицы моносульфида самария (SmS), при этом вжигание нанесенных слоев проводят двумя циклами при температуре 750 -850°С в течение 50 минут, 7 - 10 минут из которых вжигание проводят при максимальной температуре, и при температуре 820 - 1200°С в течение 50 минут, 10-20 минут из которых проводят вжигание при максимальной температуре.Then, a resistive layer is applied to the obtained contact pads from a mixture in the required proportions of the first resistive paste and the second paste containing particles of samarium monosulfide (SmS), while the deposited layers are fired in two cycles at a temperature of 750 -850 ° C for 50 minutes, 7 - 10 minutes of which the firing is carried out at the maximum temperature, and at a temperature of 820 - 1200 ° C for 50 minutes, 10-20 minutes of which the firing is carried out at the maximum temperature.
Пример.Example.
Контроль параметров, полученных тепло-электрогенераторов (ТЭГ) проаодили с использованием массивной подогреваемой медной пластины. Подогрев, осуществляли с помощью промышленного фена до температуры 135°С. Контроль температуры осуществляли с помощью медь-коистантановых термопар, заделанных в объем пластины так, чтобы можно было оценить однородность распределения температуры исследуемого образца. В проведенных экспериментах однородность температуры находилась в пределах 1°С.The parameters of the obtained heat and power generators (TEG) were monitored using a massive heated copper plate. Heating was carried out using an industrial hair dryer to a temperature of 135 ° C. Temperature control was carried out using copper-coistantane thermocouples embedded in the volume of the plate so that it was possible to evaluate the uniformity of the temperature distribution of the sample under study. In the experiments carried out, the temperature uniformity was within 1 ° C.
Для измерения параметров, полученных ТЭГ сигнал с контактов прибора через АЦП выводили на компьютер и проводили статистическую обработку результатов измерений. Напряжение, вырабатываемое ТЭГ составляло 35±1 мВ, а мощность при нагрузке 1 Ом составила 175±5 мкВт. Воспроизводимость процесса проверяли измерением параметров ТЭГ в течение 20 дней, оценивая среднеквадратичное отклонение результатов по стандартной методикее статистической обработки результатов измерений.To measure the parameters obtained by the TEG, the signal from the contacts of the device through the ADC was output to a computer and statistical processing of the measurement results was carried out. The voltage generated by the TEG was 35 ± 1 mV, and the power at a load of 1 Ohm was 175 ± 5 μW. The reproducibility of the process was checked by measuring the TEG parameters for 20 days, evaluating the standard deviation of the results according to the standard method of statistical processing of the measurement results.
Для сравнения был изготовлен термоэлектрический генератор по способу - прототипу. В результате сравнительных испытаний было определено, что воспроизводимость параметров ТЭГ, изготовленных по предлагаемому способу, превосходила воспроизводимость параметров ТЭГ, изготовленного по способу - прототипу, не менее чем в 7 раз. Выход годных приборов, прошедших ресурсные испытания превысил 90%, что превысило аналогичный показатель по способу - прототипу на 25 - 30%.For comparison, a thermoelectric generator was manufactured according to the prototype method. As a result of comparative tests, it was determined that the reproducibility of the parameters of the TEG manufactured by the proposed method exceeded the reproducibility of the parameters of the TEG manufactured by the prototype method by at least 7 times. The yield of suitable devices that have passed life tests exceeded 90%, which exceeded the same indicator for the prototype method by 25 - 30%.
ЛитератураLiterature
1. Патент RU 2086027, кл. Н01С 17/06, опубл. 27.07.19971. Patent RU 2086027, cl. Н01С 17/06, publ. 07/27/1997
2. Патент RU 2402088, кл. Н01С 17/06, опубл. 20.10.20102. Patent RU 2402088, cl. Н01С 17/06, publ. 20.10.2010
3. Патент RU 2497217, кл. Н01С 17/06, опубл. 27.10.20133. Patent RU 2497217, cl. Н01С 17/06, publ. 27.10.2013
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020133678A RU2755344C1 (en) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | Method for obtaining thick-film structures for thermal power generators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020133678A RU2755344C1 (en) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | Method for obtaining thick-film structures for thermal power generators |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2755344C1 true RU2755344C1 (en) | 2021-09-15 |
Family
ID=77745642
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020133678A RU2755344C1 (en) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | Method for obtaining thick-film structures for thermal power generators |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2755344C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2770906C1 (en) * | 2021-12-17 | 2022-04-25 | Общество с ограниченной ответственностью "ФОКОН" | Method for producing thick-film resistors |
RU2776657C1 (en) * | 2021-11-22 | 2022-07-22 | Общество с ограниченной ответственностью "ФОКОН" | Method for obtaining thick-film resistors |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63272005A (en) * | 1987-04-30 | 1988-11-09 | Taiyo Yuden Co Ltd | Electric resistor and manufacture thereof |
RU2086027C1 (en) * | 1994-05-18 | 1997-07-27 | Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Method for manufacturing of thick-film resistors |
JP2006108610A (en) * | 2004-09-07 | 2006-04-20 | Tdk Corp | Conductive material, resistor paste, resistor and electronic component |
RU2402088C1 (en) * | 2009-11-12 | 2010-10-20 | Закрытое акционерное общество "Каскад-Телеком" | Manufacturing method of precision chip resistors as per hybrid technology |
RU2497217C1 (en) * | 2012-06-01 | 2013-10-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method for making thick-film resistive elements |
-
2020
- 2020-10-13 RU RU2020133678A patent/RU2755344C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63272005A (en) * | 1987-04-30 | 1988-11-09 | Taiyo Yuden Co Ltd | Electric resistor and manufacture thereof |
RU2086027C1 (en) * | 1994-05-18 | 1997-07-27 | Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Method for manufacturing of thick-film resistors |
JP2006108610A (en) * | 2004-09-07 | 2006-04-20 | Tdk Corp | Conductive material, resistor paste, resistor and electronic component |
RU2402088C1 (en) * | 2009-11-12 | 2010-10-20 | Закрытое акционерное общество "Каскад-Телеком" | Manufacturing method of precision chip resistors as per hybrid technology |
RU2497217C1 (en) * | 2012-06-01 | 2013-10-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method for making thick-film resistive elements |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2776657C1 (en) * | 2021-11-22 | 2022-07-22 | Общество с ограниченной ответственностью "ФОКОН" | Method for obtaining thick-film resistors |
RU2770906C1 (en) * | 2021-12-17 | 2022-04-25 | Общество с ограниченной ответственностью "ФОКОН" | Method for producing thick-film resistors |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2497217C1 (en) | Method for making thick-film resistive elements | |
US6120835A (en) | Process for manufacture of thick film hydrogen sensors | |
JPH01109250A (en) | Gas sensor | |
RU2755344C1 (en) | Method for obtaining thick-film structures for thermal power generators | |
CA1073556A (en) | Article with electrically-resistive glaze for use in high-electric fields and method of making same | |
Jordan et al. | Model and Characterization of ${\rm VO} _ {2} $ Thin-Film Switching Devices | |
KR101628414B1 (en) | Sensor device and method for menufacture | |
RU2755943C1 (en) | Method for producing thick-film resistors | |
RU2552630C1 (en) | Chip resistor manufacturing method | |
US8284012B2 (en) | Ultra-stable refractory high-power thin film resistors for space applications | |
CN102539004B (en) | Method of manufacturing temperature sensor | |
US3842495A (en) | Control of rate of change of resistance as a function of temperature in manufacture of resistance elements | |
RU2551905C1 (en) | Chip resistor manufacturing method | |
RU2583952C1 (en) | Method for producing thin film resistor | |
JP6331936B2 (en) | Copper-nickel thick film resistor and manufacturing method thereof | |
RU2552626C1 (en) | Thick-film resistor fabrication method | |
Gierczak et al. | Fabrication and characterization of mixed thin-/thick-film thermoelectric microgenerator based on constantan/chromium and silver arms | |
RU2552631C1 (en) | Thick-film resistor fabrication method | |
Gierczak et al. | Design, fabrication and experimental characterization of mixed thick-/thin film thermoelectric microgenerators based on constantan/silver | |
Chen et al. | Physical model of burst noise in thick-film resistors | |
Narayan et al. | Formation of Ohmic contacts in semiconducting oxides | |
RU2770906C1 (en) | Method for producing thick-film resistors | |
KR101848764B1 (en) | Micro temperature sensor and fabrication method of the same | |
RU2367051C1 (en) | High-voltage resistor fuse | |
CN117500352A (en) | Broadband thin film thermoelectric converter and preparation method thereof |