專利名稱：金屬電阻材料、濺射靶材、電阻薄膜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子部件的薄膜電阻器中使用的金屬電阻材料、電阻薄膜成型用濺射靶材、電阻薄膜及采用該濺射靶材的電阻薄膜的制造方法。
背景技術(shù)：
在芯片電阻器、精密電阻器、網(wǎng)絡(luò)電阻器、高壓電阻器等電阻器、測溫電阻元件、溫感電阻器等的溫度傳感器，以及混合IC及其復(fù)合組件制品等電子部件中，采用一種使用了電阻薄膜的薄膜電阻器。
在該薄膜電阻器中，多數(shù)情況下，作為用于制作電阻薄膜的金屬電阻材料，采用Ta金屬、TaN化合物、Ni-Cr合金，其中，Ni-Cr合金是最常用的。
對薄膜電阻器來說，根據(jù)其用途，即使保持在高溫其經(jīng)時電阻變化率小的高溫穩(wěn)定性及電阻溫度系數(shù)(TCR)小的特性是重要的特性。因此，在要求這些特性的用途中，作為薄膜電阻器的材料的金屬電阻材料有必要具備這些特性。
一般情況下，在僅由Ni及Cr構(gòu)成的二元合金的場合，改變Ni/Cr比，進行高溫穩(wěn)定性及電阻溫度系數(shù)的控制。然而，難以同時實現(xiàn)即使保持在高溫其經(jīng)時電阻變化率小和電阻溫度系數(shù)接近0，。
因此，如同專利文獻1(特許2542504號公報)及專利文獻2(特開平6-20803號公報)記載的那樣，通過采用Ni-Cr-Al-Si合金等四元合金，來探討特性的改善。
然而，近幾年來，安裝在汽車等上的薄膜電阻器，隨著使用環(huán)境溫度的上升，對電阻特性，特別是對高溫穩(wěn)定性的要求更加嚴格，作為高溫穩(wěn)定性的指標的高溫中的電阻變化率，要求比原來的更小。同時，還要求電阻溫度系數(shù)幾乎為0。然而，上述金屬電阻材料不能滿足這種要求。
另外，一般的電阻薄膜是采用濺射法成膜，由于上述Ni-Cr-Al-Si合金添加了Al，所以，作為合金的鑄造性變差，成為靶材制造成本上升的重要原因。
特許2542504號公報[專利文獻2]特開平6-20803號公報發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明鑒于上述問題點，目的在于提供一種具有比Ni-Cr-Al-Si系合金具有更優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性，并且電阻溫度系數(shù)(TCR)幾乎為0的金屬電阻材料。
另外，本發(fā)明的又一目的在于提供一種在原來的Ni-Cr-Si系合金中不添加Al，具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性，并且電阻溫度系數(shù)幾乎為0的金屬電阻材料。
本發(fā)明第1實施方案涉及的一種金屬電阻材料，其含有Al1.0～15.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，Cr/Ni重量比為0.15～1.1。本發(fā)明第1實施方案涉及的濺射靶材組成與其相同。
還有，本說明書中的稀土類元素，可以舉出Y及鑭系元素(典型的是鑭、鈰)，可以從它們中選擇1種或2種以上加以添加。另外，也可以使用鈰族稀土類元素的混合物鈰鑭合金。
另外，該電阻薄膜是采用上述濺射靶材，通過濺射法，在絕緣材料基板上，生成由Ni-Cr-Al-稀土類元素合金構(gòu)成的電阻薄膜，然后，對該電阻薄膜在大氣中于溫度200℃～500℃下進行熱處理1～10小時而得到的。
所得到的電阻薄膜，其特征在于，含有Al1.0～15.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，Cr/Ni的重量比為0.15～1.1，并且，電阻溫度系數(shù)在±25ppm/℃以內(nèi)的范圍，保持在175℃×2000小時時的電阻變化率為0.10％或0.10％以下。
本發(fā)明第2實施方案涉及的金屬電阻材料，其中，含有Al5.0～14.5重量％、Si0.2～5.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，Cr/Ni重量比為0.75～1.1。本發(fā)明第2實施方案涉及的濺射靶材組成與此相同。
另外，該電阻薄膜是采用上述濺射靶材，通過濺射法，在絕緣材料基板上，生成由Ni-Cr-Al-Si-稀土類元素合金構(gòu)成的電阻薄膜，然后，對該電阻薄膜在大氣中于溫度200℃～500℃下進行熱處理1～10小時而得到的。
所得到的電阻薄膜，其特征在于，含有Al5.0～14.5重量％、Si0.2～5.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，Cr/Ni重量比為0.75～1.1，并且，電阻溫度系數(shù)在±15ppm/℃以內(nèi)的范圍，保持在175℃×2000小時時的電阻變化率在0.10％或0.10％以下。
本發(fā)明第3實施方案涉及的金屬電阻材料，其有Si0.2～5.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，Cr/Ni重量比為0.15～1.1。本發(fā)明第3實施方案涉及的濺射靶材組成與此相同。
另外，該電阻薄膜是采用上述濺射靶材，通過濺射法，在絕緣材料基板上，生成由Ni-Cr-Si-稀土類元素合金構(gòu)成的電阻薄膜，然后，對該電阻薄膜在大氣中于溫度200℃～500℃下進行熱處理1～10小時而得到。
所得到的電阻薄膜，其特征在于，含有Si0.2～5.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，Cr/Ni重量比為0.15～1.1，并且，電阻溫度系數(shù)在±25ppm/℃以內(nèi)的范圍，保持在175℃×2000小時時的電阻變化率為0.25％或0.25％以下。
采用本發(fā)明的金屬電阻材料制作電阻薄膜時，在真空中直接成膜的電阻薄膜，其電阻溫度系數(shù)向負向增大，另外，高溫時的電阻穩(wěn)定性不充分。然而，通過實施本發(fā)明涉及的熱處理，可使電阻薄膜的電阻溫度系數(shù)絕對值變小。具體的是，在本發(fā)明的第1實施方案中電阻溫度系數(shù)可以達到±25ppm/℃以內(nèi)，在本發(fā)明的第2實施方案中電阻溫度系數(shù)可以達到±15ppm/℃以內(nèi)，而在本發(fā)明的第3實施方案中電阻溫度系數(shù)可以達到±25ppm/℃以內(nèi)。另外，通過實施本發(fā)明涉及的熱處理，可在電阻薄膜表面上形成致密的氧化膜，所以，高溫下的電阻穩(wěn)定性可得到提高。具體的是，在本發(fā)明的第1及第2實施方案中，在175℃×2000小時保持時的電阻變化率可達到0.10％或0.10％以下，本發(fā)明的第3實施方案可以達到0.25％或0.25％以下。
然而，采用本發(fā)明涉及的電阻薄膜的薄膜電阻器，由于具有原來的Ni-Cr-Al-Si系合金不能實現(xiàn)的高溫下的電阻穩(wěn)定性及小的電阻溫度系數(shù)，所以，也適用于在嚴格的高溫環(huán)境下使用的電子部件。
本發(fā)明的第3實施方案涉及的金屬電阻材料，具有比原來的Ni-Cr-Al-Si系合金小的電阻溫度系數(shù)，但高溫下的電阻穩(wěn)定性稍優(yōu)。然而，由于該金屬電阻材料不含Al，所以，與本發(fā)明的第1及第2實施方案涉及的金屬電阻材料相比，鑄造性好，作為濺射靶材生產(chǎn)時的生產(chǎn)性得到改善。


圖1是表示將由實施例5及比較例3、5、13的電阻薄膜制成的薄膜電阻器，保持在175℃的恒溫槽內(nèi)時，電阻變化率隨時間推移的示意圖；圖2是表示將由實施例17及比較例13的電阻薄膜制成的薄膜電阻器，保持在175℃的恒溫槽內(nèi)時，電阻變化率隨時間推移的示意圖。
圖3是表示將由實施例31及比較例14的電阻薄膜制成的薄膜電阻器，保持在175℃的恒溫槽內(nèi)時，電阻變化率隨時間推移的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明人經(jīng)過悉心研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在原來的作為金屬電阻材料使用的Ni-Cr-Al系合金中添加規(guī)定量的特定的稀土類元素得到濺射靶材，采用這樣得到的濺射靶材制成的電阻薄膜，其電阻溫度系數(shù)幾乎為0，并且，即使在高溫下保持，電阻變化率也小，從而完成本發(fā)明。
下面對本發(fā)明第1實施方案涉及的金屬電阻材料、濺射靶材、電阻薄膜及電阻薄膜的制造方法加以說明。
(金屬電阻材料)本發(fā)明第1實施方案涉及的金屬電阻材料，是在Cr/Ni重量比為0.15～1.1的Ni-Cr合金中，分別添加1.0～15.0重量％的Al、稀土類元素0.01～0.5重量％而成。
當(dāng)Cr/Ni重量比低于0.15或高于1.1時，電阻溫度系數(shù)的絕對值會加大。
Al主要是為了改善電阻溫度系數(shù)(TCR)而添加的。當(dāng)其添加量小于1重量％或大于15重量％時，電阻溫度系數(shù)向負向加大的同時，175℃的電阻變化率也加大。
在本說明書中，稀土類元素是指Y和鑭系元素，主要是為了改善高溫穩(wěn)定性而添加。當(dāng)其添加量低于0.01重量％時，不能改善高溫穩(wěn)定性。另一方面，大于0.5重量％時，也不能期待高溫穩(wěn)定性格外增大，由于成本上升，所以不理想。
(濺射靶材)本發(fā)明第1實施方案涉及的濺射靶材，是將上述金屬電阻材料作為靶材，其組成實質(zhì)上相同。
(電阻薄膜及電阻薄膜的制造方法)在濺射靶材中采用本發(fā)明第1實施方案涉及的金屬電阻材料，用濺射法制造電阻薄膜時，在真空中直接成膜的電阻薄膜，其電阻溫度系數(shù)負向加大，而且高溫下的電阻穩(wěn)定性不好。
然而，把采用本發(fā)明第1實施方案涉及的金屬電阻材料成膜的電阻薄膜，通過在大氣中，于200℃～500℃、1～10小時的條件下進行熱處理，可得到電阻溫度系數(shù)達到±25ppm/℃以內(nèi)的范圍，并且保持在175℃×2000小時時的電阻變化率在0.10％或0.10％以下，具有小的電阻溫度系數(shù)和高溫穩(wěn)定性的電阻薄膜。
因此，本發(fā)明第1實施方案涉及的電阻薄膜，是把采用本發(fā)明第1實施方案涉及的濺射靶材并通過濺射法在絕緣材料基板上制成的薄膜，在大氣中，于溫度200℃～500℃進行1～10小時熱處理的電阻薄膜。
當(dāng)熱處理溫度低于200℃時，電阻溫度系數(shù)(TCR)不穩(wěn)定。另一方面，當(dāng)高于500℃時，電阻溫度系數(shù)(TCR)加大。
另外，當(dāng)熱處理時間低于1小時時，電阻溫度系數(shù)(TCR)不穩(wěn)定。另一方面，當(dāng)大于10小時時，電阻溫度系數(shù)及高溫下保持時的電阻變化率不會變小、成本上升，故不理想。
還有，作為成膜法，除陰極濺射法外，還可以采用電子束或電阻加熱式蒸鍍法等。
本發(fā)明第1實施方案涉及的金屬電阻材料，是在Ni-Cr-Al系合金中，添加規(guī)定量的特定稀土類元素，而本發(fā)明第2實施方案涉及的金屬電阻材料，是在Ni-Cr-Al-Si系合金中，添加規(guī)定量的特定稀土類元素而制成。
下面對本發(fā)明第2實施方案涉及的金屬電阻材料、濺射靶材、電阻薄膜及電阻薄膜的制造方法加以說明。
(金屬電阻材料)本發(fā)明第2實施方案涉及的金屬電阻材料，是在Cr/Ni重量比為0.75～1.1的Ni-Cr合金中，分別添加5.0～14.5重量％的Al、0.2～5.0重量％的Si、稀土類元素0.01～0.5重量％而制成的材料。
當(dāng)Cr/Ni重量比低于0.75時，高溫穩(wěn)定性不充分，同時電阻溫度系數(shù)也加大。另一方面，當(dāng)大于1.1時，高溫穩(wěn)定性變差，同時制造時的再現(xiàn)性惡化。
Al是為了改善高溫穩(wěn)定性的同時改善電阻溫度系數(shù)而添加的。當(dāng)其添加量小于5.0重量％時，高溫穩(wěn)定性不充分。另外，當(dāng)大于14.5重量％時，電阻溫度系數(shù)負向加大。
Si主要是為了改善電阻溫度系數(shù)而添加的。當(dāng)其添加量小于0.2重量％或大于5重量％時，電阻溫度系數(shù)的絕對值加大。另外，當(dāng)大于5重量％時，高溫穩(wěn)定性也變差。
稀土類元素主要是為了改善高溫穩(wěn)定性而添加，當(dāng)其添加量低于0.01重量％時，不能改善高溫穩(wěn)定性。另一方面，即使大于0.5重量％時，也不能期待高溫穩(wěn)定性格外增大，成本上升。
(濺射靶材)本發(fā)明第2實施方案涉及的濺射靶材，是將上述金屬電阻材料作為靶材的濺射靶材。
(電阻薄膜及電阻薄膜的制造方法)在濺射靶材中采用本發(fā)明第2實施方案涉及的金屬電阻材料，用濺射法制造電阻薄膜時，在真空中直接成膜的電阻薄膜，電阻溫度系數(shù)負向加大，而且高溫下的電阻穩(wěn)定性不充分。
然而，把采用本發(fā)明第2實施方案涉及的金屬電阻材料成膜的電阻薄膜，通過在大氣中，于200℃～500℃、1～10小時的條件下進行熱處理，可得到電阻溫度系數(shù)達到±15ppm/℃以內(nèi)的范圍，并且，保持在175℃×2000小時時的電阻變化率在0.10％或0.10％以下，具有小的電阻溫度系數(shù)和高溫穩(wěn)定性的電阻薄膜。
因此，本發(fā)明第2實施方案涉及的電阻薄膜，是把采用本發(fā)明第2實施方案涉及的濺射靶材并通過濺射法在絕緣材料基板上制成的薄膜，在大氣中，于溫度200℃～500℃進行1～10小時熱處理的電阻薄膜。
如上所述，通過對在真空中直接成膜的電阻膜實施規(guī)定的熱處理，可以改善電阻溫度系數(shù)的控制和高溫穩(wěn)定性，電阻溫度系數(shù)的控制，其熱處理時的環(huán)境既可在真空中進行也可以在大氣中進行，但高溫穩(wěn)定性的改善，只能通過在大氣中進行熱處理來達到。
還有，當(dāng)為Ni-Cr-Al的三元合金時，通過在大氣中進行熱處理，電阻溫度系數(shù)的控制和高溫穩(wěn)定性的改善可同時達到，但由于Al及Si具有使電阻溫度系數(shù)變負的作用，所以，在Ni-Cr-Al-Si的四元合金的情況，在Al量多時，若同時添加Si，則電阻溫度系數(shù)負向加大。
另一方面，當(dāng)大氣中的熱處理溫度處于高溫時，電阻溫度系數(shù)在正向加大。因此，有必要在大氣中進行熱處理前，通過在真空中進行熱處理，來控制電阻溫度系數(shù)。
當(dāng)大氣中的熱處理溫度低于200℃時，電阻溫度系數(shù)不穩(wěn)定，另一方面，當(dāng)大于500℃時，電阻溫度系數(shù)向正向加大。另外，當(dāng)熱處理時間低于1小時時，電阻溫度系數(shù)不穩(wěn)定，另一方面，當(dāng)大于10小時時，對電阻溫度系數(shù)無增大的效果，成本上升。
在大氣中進行熱處理前，進行真空熱處理時，作為其條件的溫度低于300℃時，電阻溫度系數(shù)不穩(wěn)定，另一方面，當(dāng)高于700℃時，電阻溫度系數(shù)正向加大。另外，當(dāng)熱處理時間低于1小時時，電阻溫度系數(shù)不穩(wěn)定，另一方面，即使高于10小時，對電阻溫度系數(shù)亦無增大效果，反倒成本上升。
還有，作為成膜法，除陰極濺射法外，還可以采用電子束或電阻加熱式蒸鍍法等。

本發(fā)明第1實施方案及第2實施方案涉及的金屬電阻材料，哪一種都添加了Al，但本發(fā)明第3實施方案涉及的金屬電阻材料，由于在Ni-Cr-Si系合金中添加特定元素的稀土類元素成分而不添加Al，因此，本發(fā)明第3實施方案涉及的金屬電阻材料的鑄造性好，作為濺射靶材生產(chǎn)時的生產(chǎn)性，比采用本發(fā)明第1及第2實施方案涉及的金屬電阻材料時得到改善。
下面對本發(fā)明第3實施方案涉及的金屬電阻材料、濺射靶材、電阻薄膜及電阻薄膜的制造方法加以說明。
(金屬電阻材料)本發(fā)明第3實施方案涉及的金屬電阻材料，是在Cr/Ni重量比為0.15～1.1的Ni-Cr合金中，分別添加0.2～5.0重量％的Si、稀土類元素0.01～0.5重量％而制成。
當(dāng)Cr/Ni重量比低于0.15時，電阻溫度系數(shù)變大。另一方面，當(dāng)高于1.1時，高溫穩(wěn)定性變差，同時制造時的再現(xiàn)性變差。
Si主要是為了改善電阻溫度系數(shù)而添加，當(dāng)其添加量小于0.2重量％或大于5.0重量％時，電阻溫度系數(shù)加大，同時，高溫穩(wěn)定性變差。
稀土類元素主要是為了改善高溫穩(wěn)定性而添加，當(dāng)其添加量低于0.01重量％時，不能改善高溫穩(wěn)定性。另一方面，即使大于0.5重量％時，也不能期待格外的增大效果，而成本上升。
(濺射靶材)本發(fā)明第3實施方案涉及的濺射靶材，是將上述金屬電阻材料作為靶材的濺射靶材。
(電阻薄膜及電阻薄膜的制造方法)在濺射靶材中采用本發(fā)明第3實施方案涉及的金屬電阻材料，用濺射法制造電阻薄膜時，在真空中直接成膜的電阻膜，電阻溫度系數(shù)在負向加大，而且高溫下的電阻穩(wěn)定性不充分。
然而，把采用本發(fā)明第3實施方案涉及的金屬電阻材料成膜的電阻薄膜，通過在大氣中于200℃～500℃、1～10小時的條件下進行熱處理，可以得到電阻溫度系數(shù)在±25ppm/℃以內(nèi)的范圍內(nèi)，并且，保持在175℃×2000小時時的電阻變化率在0.25％或0.25％以下的具有小的電阻溫度系數(shù)和高溫穩(wěn)定性的電阻薄膜。
因此，本發(fā)明第3實施方案涉及的電阻薄膜，是把采用本發(fā)明第3實施方案涉及的濺射靶材并通過濺射法在絕緣材料基板上制成的薄膜，在大氣中，于溫度200℃～500℃進行1～10小時熱處理的電阻薄膜。
當(dāng)熱處理溫度低于200℃時，電阻溫度系數(shù)不穩(wěn)定。另一方面，當(dāng)高于500℃時，電阻溫度系數(shù)變大。
另外，當(dāng)熱處理時間低于1小時時，電阻溫度系數(shù)不穩(wěn)定。另一方面，當(dāng)大于10小時時，電阻溫度系數(shù)及高溫下保持時的電阻變化率過小、成本上升，故不理想。
還有，作為成膜法，除陰極濺射法外，還可以采用電子束或電阻加熱式蒸鍍法等。
實施例實施例1～24是本發(fā)明第1實施方案涉及的實施例，比較例1～13是本發(fā)明第1實施方案涉及的比較例。實施例25～35是本發(fā)明第2實施方案涉及的實施例，比較例14～23是本發(fā)明第2實施方案涉及的比較例。實施例36～42是本發(fā)明第3實施方案涉及的實施例，比較例24～28是本發(fā)明第3實施方案涉及的比較例。
實施例1～24、比較例1～13首先，把電沉積鎳(電気ニツケル)、電解鉻、鋁金屬硬粒、Y金屬(試劑)、La金屬(試劑)、Ce金屬(試劑)、鈰鑭合金(試劑)、金屬硅塊(試劑)作為原料，分別稱量使得達到表1及表2所示的組成，用真空熔解爐，制成約2kg的Ni-Cr-Al-稀土類合金及Ni-Cr-Al-Si合金的鑄塊。
然后，為了制造電阻薄膜，分別把鑄塊進行均質(zhì)化處理后，用線切割機切成厚5mm、直徑150mm的圓板，把上下表面進行研磨作為靶材。
成膜工序，采用陰極濺射法依下法進行。
把氧化鋁基板裝入真空室，排氣至1×10-4Pa后，導(dǎo)入純度99.9995％的氬氣，保持在0.3Pa的壓力下，用濺射功率0.3kW，在上述基板上成膜使膜厚達到500。
在所得到的電阻薄膜的兩側(cè)，同樣用陰極濺射法形成膜厚5000的Au電極，得到在氧化鋁基板上形成有電阻薄膜及Au電極的薄膜電阻器。然后，在大氣中于300℃進行3小時熱處理，完成各種薄膜電阻器。
關(guān)于這樣制得的實施例1～24及比較例1～13的薄膜電阻器，為了評價其電阻溫度系數(shù)，在恒溫槽內(nèi)邊升溫邊進行電阻測定，測定了25℃及125℃的電阻溫度系數(shù)。另外，高溫穩(wěn)定性按下法進行評價。把各種薄膜電阻器于175℃的恒溫槽內(nèi)保持2000小時，測定該保持前后的電阻值，測定電阻變化率。其結(jié)果示于表1及表2。
表1

表2

如表1及表2所示，實施例1～24的薄膜電阻器，任何一種的電阻溫度系數(shù)(TCR)均在±25ppm/℃的范圍，電阻溫度系數(shù)(TCR)良好。另外，實施例1～24的薄膜電阻器，任何一種在175℃的電阻變化率均在0.10％或0.10％以下，與作為主要的現(xiàn)有技術(shù)Ni-Cr-Al-Si合金的比較例13相比，高溫穩(wěn)定性良好。
另外，圖1示出由實施例5、比較例3、5、13的電阻薄膜制成的薄膜電阻器，在175℃恒溫槽內(nèi)保持時電阻變化率隨時間的推移；圖2示出由實施例17及比較例13的電阻薄膜制成的薄膜電阻器，在175℃恒溫槽內(nèi)保持時電阻變化率隨時間的推移。
從圖1及圖2可知，實施例5及17在175℃恒溫槽內(nèi)保持時，在0～2000小時范圍內(nèi)的任何時間，與比較例3、5、13相比，電阻變化率相當(dāng)小。
實施例25～35，比較例14～23首先，把沉積鎳、電解鉻、鋁金屬硬粒、金屬硅、Y金屬塊(試劑)、La金屬(試劑)、Ce金屬(試劑)、鈰鑭合金(試劑)作為原料，分別稱量使得達到表3所示的組成，用真空熔解爐，制成約2kg的Ni-Cr-Al-Si合金或Ni-Cr-Al-Si-稀土類合金的鑄塊，作為金屬電阻材料。
然后，為了制造電阻薄膜，分別把鑄塊(金屬電阻材料)進行均質(zhì)化處理后，用線切割機切成厚5mm、直徑150mm的圓板，在上下表面進行研磨作為濺射靶材。
成膜工序，采用陰極濺射法依下法進行。
把氧化鋁基板裝入真空室，排氣至1×10-4Pa后，導(dǎo)入純度99.9995％的氬氣，保持在0.3Pa的壓力下，用濺射功率0.3kW，在上述基板上進行成膜使膜厚達到300。
在所得到的電阻薄膜的兩側(cè)，同樣用陰極濺射法形成膜厚5000的Au電極，得到在氧化鋁基板上形成電阻薄膜及Au電極的薄膜電阻器。成膜后，比較例14在大氣中于280℃進行熱處理5小時，而比較例22及比較例23在真空中于400℃進行熱處理1小時后，再大氣中于300℃進行熱處理3小時，比較例15～21及實施例25～35在大氣中于300℃進行熱處理3小時，借此得到薄膜電阻器。
關(guān)于這樣制得的實施例25～35及比較例14～23的薄膜電阻器，為了評價其電阻溫度系數(shù)，在恒溫槽內(nèi)邊升溫邊進行25℃及125℃的電阻測定，算出電阻溫度系數(shù)。另外，為了評價高溫穩(wěn)定性，把各種薄膜電阻器于175℃的恒溫槽內(nèi)保持2000小時，測定電阻變化率。其結(jié)果示于表3。
表3

如表3所示，實施例25～35的薄膜電阻器，任何一種的電阻溫度系數(shù)均在±15ppm/℃的范圍，顯示良好的電阻溫度特性。另外，實施例25～35的薄膜電阻器，任何一種的電阻變化率均在0.10％或0.10％以下，與作為主要的現(xiàn)有技術(shù)的比較例14相比，顯示極好的高溫穩(wěn)定性。
反之，比較例15，由于Cr/Ni為0.66，在本發(fā)明的范圍以外，高溫穩(wěn)定性不足；比較例16的Cr/Ni為1.20，在本發(fā)明的范圍以外，電阻溫度系數(shù)向負向加大；比較例17，稀土類元素含量低于0.01重量％，在本發(fā)明的范圍以外，高溫穩(wěn)定性不足；比較例18，稀土類元素含量為0.61重量％，大于本發(fā)明的范圍的0.5重量％，與實施例31相比，未發(fā)現(xiàn)電阻溫度系數(shù)及高溫穩(wěn)定性的格外效果；比較例19，由于不含Si，而比較例20的Si含量為0.62重量％，在本發(fā)明的范圍以外，所以，電阻溫度系數(shù)未進入±15ppm的范圍。比較例21，Al含量在3.9重量％，在本發(fā)明的范圍以外，所以，高溫穩(wěn)定性不充分；比較例22及23，Al含量分別為14.8重量％、16.1重量％，在本發(fā)明的范圍以外，所以，電阻溫度系數(shù)及高溫穩(wěn)定性不充分。
圖3示出由實施例31及比較例14的電阻薄膜制成的薄膜電阻器，在175℃恒溫槽內(nèi)保持時電阻變化率隨時間的推移。
從圖3可知，實施例5及17在175℃恒溫槽內(nèi)保持時，在0～2000小時范圍內(nèi)的任何時間，與比較例3、5、13相比，電阻變化率相當(dāng)小。
實施例36～42，比較例24～28首先，把沉積鎳、電解鉻、金屬硅、鋁金屬硬粒、Y合金塊(試劑)、鑭金屬(試劑)、鈰金屬(試劑)、鈰鑭合金(試劑)作為原料，分別稱量使得達到表4所示的組成，用真空熔解爐，制成約2kg的Ni-Cr-Si合金、Ni-Cr-Si-Al合金、或Ni-Cr-Si-稀土類合金的鑄塊。
然后，為了制造電阻薄膜，分別把鑄塊進行均質(zhì)化處理后，用線切割機切成厚5mm、直徑150mm的圓板，把上下表面進行研磨作為濺射靶材。
成膜工序，采用陰極濺射法依下法進行。
把氧化鋁基板裝入真空室，排氣至1×10-4Pa后，導(dǎo)入純度99.9995％的氬氣，保持在0.3Pa壓力下，用濺射功率0.3kW，在上述氧化鋁基板上進行成膜使膜厚達到500。
在所得到的電阻薄膜的兩側(cè)，與上述同樣，用陰極濺射法形成厚5000的Au電極，得到在基板上形成電阻薄膜及Au電極的基板。成膜后，在大氣中于300℃進行熱處理3小時，借此得到薄膜電阻器。
關(guān)于這樣制得的實施例36～42及比較例24～28的薄膜電阻器，為了評價其電阻溫度特性，在恒溫槽內(nèi)邊升溫邊進行25℃及125℃的電阻測定，算出電阻溫度系數(shù)。另外，為了評價高溫穩(wěn)定性，把各種薄膜電阻器于175℃的恒溫槽內(nèi)保持2000小時，測定電阻變化率。其結(jié)果示于表4。
表4

如表4所示，實施例36～42的薄膜電阻器，任何一種的電阻溫度系數(shù)均在±25ppm/℃的范圍，顯示良好的電阻溫度特性。另外，實施例36～42的薄膜電阻器，任何一種的電阻變化率均在0.25％或0.25％以下，與作為主要的現(xiàn)有技術(shù)的Ni-Cr-Al-Si合金系的比較例24相比，顯示同等以上的高溫穩(wěn)定性。
相對于此，比較例24，如本發(fā)明第2實施方案所示，由于Cr/Ni不是0.75以上，小到0.52，而且含有Al，所以，電阻變化率小到0.26％，上升了0.25％。比較例25，由于不含稀土類元素，電阻變化率達到0.38％，上升了0.25％。比較例26，含稀土類元素0.61重量％，超過本發(fā)明第3實施方案范圍的上限值0.5重量％，與實施例40相比，未發(fā)現(xiàn)電阻溫度系數(shù)及高溫穩(wěn)定性的格外效果，但成本是不理想的。比較例27含Si 6.2％，超過本發(fā)明第3實施方案范圍的上限值5.0重量％，電阻溫度系數(shù)為-30ppm/℃，未進入±25ppm/℃的范圍。比較例28，由于不含Si，電阻變化率達到0.76％，上升了0.25％，同時，電阻溫度系數(shù)也為-32ppm/℃，未進入±25ppm/℃的范圍。
權(quán)利要求
1.一種金屬電阻材料，其含有Al1.0～15.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，Cr/Ni的重量比為0.15～1.1。
2.一種濺射靶材，其含有Al1.0～15.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，Cr/Ni的重量比為0.15～1.1。
3.一種電阻薄膜，其特征在于，含有Al1.0～15.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，Cr/Ni的重量比為0.15～1.1，并且，電阻溫度系數(shù)在±25ppm/℃以內(nèi)的范圍，保持在175℃×2000小時時的電阻變化率為0.10％或0.10％以下。
4.一種電阻薄膜的制造方法，其特征在于，采用含有Al1.0～15.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，且Cr/Ni的重量比為0.15～1.1的濺射靶材，通過濺射法，在絕緣材料基板上，生成由Ni-Cr-Al-稀土類合金構(gòu)成的電阻薄膜，然后，對該電阻薄膜在大氣中于溫度200℃～500℃下進行1～10小時熱處理。
5.一種金屬電阻材料，其含有Al5.0～14.5重量％、Si0.2～5.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，Cr/Ni的重量比為0.75～1.1。
6.一種濺射靶材，其含有Al5.0～14.5重量％、Si0.2～5.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，Cr/Ni的重量比為0.75～1.1。
7.一種電阻薄膜，其特征在于，含有Al5.0～14.5重量％、Si0.2～5.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，且Cr/Ni的重量比為0.75～1.1，并且，電阻溫度系數(shù)在±15ppm/℃以內(nèi)的范圍，保持在175℃×2000小時時的電阻變化率為0.10％或0.10％以下。
8.一種電阻薄膜的制造方法，其特征在于，采用含有Al5.0～14.5重量％、Si0.2～5.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，且Cr/Ni的重量比為0.75～1.1的濺射靶材，通過濺射法，在絕緣材料基板上，生成由Ni-Cr-Al-稀土類合金構(gòu)成的電阻薄膜，然后，對該電阻膜在大氣中于溫度200℃～500℃下進行1～10小時熱處理。
9.一種金屬電阻材料，其含有Si0.2～5.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分由Cr及Ni構(gòu)成，實質(zhì)上Cr/Ni的重量比為0.15～1.1。
10.一種濺射靶材，其含有Si0.2～5.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分由Cr及Ni構(gòu)成，實質(zhì)上Cr/Ni的重量比為0.15～1.1。
11.一種電阻薄膜，其特征在于，含有Si0.2～5.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分由Cr及Ni構(gòu)成，實質(zhì)上Cr/Ni的重量比為0.15～1.1，并且，電阻溫度系數(shù)在±25ppm/℃以內(nèi)的范圍，保持在175℃×2000小時時的電阻變化率為0.25％或0.25％以下。
12.一種電阻薄膜的制造方法，其特征在于，采用含有Si0.2～5.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分由Cr及Ni構(gòu)成，實質(zhì)上Cr/Ni的重量比為0.15～1.1的濺射靶材，通過濺射法，在絕緣材料基板上，生成由Ni-Cr-Si-稀土類合金構(gòu)成的電阻薄膜，然后，對該電阻薄膜在大氣中于溫度200℃～500℃下進行1～10小時熱處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有比Ni－Cr－Al－Si系合金更優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性，并且電阻溫度系數(shù)幾乎為0的金屬電阻材料。采用含有Al1.0～15.0重量％、稀土類元素0.01～0.5重量％，其余部分實質(zhì)上由Cr及Ni構(gòu)成，Cr/Ni重量比為0.15～1.1的濺射靶材，用濺射法形成的電阻薄膜，對該電阻薄膜在大氣中，于200℃～500℃、1～10小時的條件下進行熱處理。
文檔編號C23C14/58GK1614059SQ20041009005
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者大迫敏行, 佐藤巖, 森本敏夫 申請人:住友金屬礦山株式會社