魏 紅，王 震，張為軍

LTCC釕系厚膜電阻電性能影響因素研究綜述

魏 紅，王 震，張為軍*

(國(guó)防科技大學(xué) 空天科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410073)

釕系厚膜電阻具有阻值精度高、穩(wěn)定可靠性高、工藝重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，在厚膜混成電路制造中占據(jù)重要的地位。綜述了釕系厚膜電阻電性能的影響因素，闡述導(dǎo)電相、粘接相、改性劑及有機(jī)載體與共燒電阻體電性能的關(guān)系，并針對(duì)國(guó)內(nèi)高品質(zhì)釕系厚膜電阻漿料面臨的主要問(wèn)題，提出原料粉體性能可控性制備，漿料制備工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)與表征，漿料與生瓷帶共燒匹配以及漿料無(wú)鉛化等研究方向。

釕系厚膜電阻(RTFR)；導(dǎo)電相；粘接相；改性劑；有機(jī)載體；共燒匹配

電子漿料是制備電子元件的關(guān)鍵和核心，厚膜電阻漿料(Thick Film Resistor Paste，TFRP)作為電子漿料的重要組成部分，被制成厚膜電阻廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、航空航天、通訊、汽車及醫(yī)療等領(lǐng)域[1-4]。厚膜電阻是由漿料經(jīng)絲網(wǎng)印刷、流平、烘干、燒結(jié)等工藝流程，在陶瓷、不銹鋼等基片上形成的導(dǎo)電膜層(如圖1)[5]。自1960年代以來(lái)，美國(guó)Dupont公司先后開(kāi)發(fā)出以氧化釕及其釕酸鹽為導(dǎo)電相的釕系厚膜電阻漿料(Ruthenium-based Thick Film Resistor Paste，RTFRP)，利用該系列漿料制得的厚膜電阻工藝重復(fù)性好、阻值范圍寬、精度高、分散性小、穩(wěn)定可靠性高、并且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，可在大氣中燒結(jié)等一系列優(yōu)點(diǎn)，迅速發(fā)展成為應(yīng)用最廣泛的TFRP，在厚膜混合集成電路的制造中占據(jù)非常重要的地位[2-5]。

圖1 厚膜電阻結(jié)構(gòu)示意圖[5]

低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高度集成、高性能電子封裝的先進(jìn)技術(shù)之一[6]。隨著LTCC技術(shù)在國(guó)內(nèi)的深入發(fā)展，對(duì)配套R(shí)TFRP的需求量也日益增長(zhǎng)，然而RTFRP技術(shù)復(fù)雜，漿料組分、制備工藝、成膜工藝以及燒結(jié)工藝均對(duì)電阻性能有重要的影響，但漿料組分仍是最根本的影響因素。RTFRP通常由導(dǎo)電相、粘結(jié)相、改性劑和有機(jī)載體4部分組成，其中導(dǎo)電相和粘結(jié)相的配比決定了厚膜的阻值；粘接相直接影響著漿料與生瓷帶的共燒匹配性；改性劑主要用于調(diào)節(jié)厚膜的電阻溫度系數(shù)(Temperature Coefficient of Resistance，TCR)；有機(jī)載體則使?jié){料具有良好的印刷性能，保證厚膜邊緣清晰且厚度均勻。本文主要討論RTFRP的組分對(duì)共燒厚膜電阻電性能的影響規(guī)律，并提出RTFRP產(chǎn)業(yè)面臨的問(wèn)題以及今后的研究方向。

1 導(dǎo)電相對(duì)電性能的影響

RTFRP的成分、含量、粒徑、表面狀態(tài)以及化學(xué)穩(wěn)定性等均會(huì)對(duì)厚膜電性能產(chǎn)生影響。導(dǎo)電相通常為RuO2、釕酸鹽及其衍生物，其中RuO2通常作為中低阻導(dǎo)電相，釕酸鹽及其衍生物作為中高阻導(dǎo)電相材料，通過(guò)均勻分散在有機(jī)載體中，經(jīng)燒結(jié)形成三維導(dǎo)電鏈網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳導(dǎo)電流(如圖2)[7]。

導(dǎo)電相含量越高，顆粒間形成導(dǎo)電鏈越多，則漿料阻值越低，同時(shí)導(dǎo)電相具有正的TCR值，因此漿料的TCR值越正；導(dǎo)電顆粒含量越低，顆粒之間夾雜的絕緣相(玻璃相)越厚，夾層接觸的位壘電阻越大，漿料阻值越高，同時(shí)具有負(fù)TCR值的玻璃相增多，導(dǎo)致漿料的TCR值越負(fù)[8-10]。

圖2 厚膜電阻漿料燒結(jié)后的微觀結(jié)構(gòu)示意圖

導(dǎo)電相粒徑越大，單位體積內(nèi)形成的導(dǎo)電鏈數(shù)量減少，從而厚膜阻值增大，同時(shí)具有正溫度系數(shù)的顆粒減少，TCR值負(fù)向偏移[11]。導(dǎo)電相粒徑越小，分散難度越大，燒結(jié)過(guò)程中玻璃相軟化熔融，納米導(dǎo)電相顆粒發(fā)生流動(dòng)而團(tuán)聚，形成微米級(jí)的導(dǎo)電團(tuán)簇，成為決定厚膜電性能的主要因素[12]。

當(dāng)粒徑分布較寬時(shí)(如圖3)，對(duì)于高阻值厚膜中粗顆粒導(dǎo)電相含量高，顆粒主要以串聯(lián)方式形成導(dǎo)電鏈，此時(shí)導(dǎo)電鏈的電性能通常取決于小粒徑顆粒；對(duì)于中低阻值厚膜中細(xì)顆粒導(dǎo)電相含量較高，經(jīng)小粒徑顆粒傳導(dǎo)的電流易被大顆粒分流，故厚膜的電性能取決于較大顆粒[13]。此外，當(dāng)導(dǎo)電相顆粒表面粗糙時(shí)，導(dǎo)電顆粒只是個(gè)別點(diǎn)的接觸，使得導(dǎo)電橫截面積減小，接觸電阻增大[10, 13]。

圖3 高阻(a)和低阻(b)漿料中多粒徑分布導(dǎo)電模型示意[13]

另外，導(dǎo)電相在燒結(jié)過(guò)程中的化學(xué)穩(wěn)定性也極為重要。Ting等[14]考察了釕酸鉛電阻漿料與堇青石微晶玻璃基板的共燒行為，研究表明釕酸鉛在共燒過(guò)程中不穩(wěn)定，鉛離子易從漿料向基板擴(kuò)散，促進(jìn)Pb2Ru2O6.5分解形成RuO2，導(dǎo)致厚膜阻值發(fā)生顯著降低。

導(dǎo)電相粉體的性能通常取決于制備方法，對(duì)RTFR電性能的影響特別顯著。傳統(tǒng)的制備方法有直接煅燒法和液相化學(xué)沉淀法，前者制得的RuO2粉晶粒與顆粒粗大，均勻性較差，粒度難以控制，已逐漸被淘汰；后者工藝簡(jiǎn)單，操作方便可控，以該法制備的粉調(diào)制成漿料的阻值一致性好，因此在漿料中應(yīng)用最廣[15-17]。陸冬梅等[18]以釕粉、硝酸鉀、氫氧化鉀為原料，采用液相化學(xué)還原沉淀法獲得了分散性好，粒徑分布較窄的RuO2粉，以該粉制備的漿料無(wú)果凍現(xiàn)象，電阻各項(xiàng)性能均合格。對(duì)于一些新的制備方法如溶膠-凝膠法[19]、水熱法[20]、固相研磨法[21]等都存在效率低或成本高昂等問(wèn)題，目前未見(jiàn)應(yīng)用于RTFRP領(lǐng)域的相關(guān)報(bào)道。

2 粘結(jié)相對(duì)電性能的影響

玻璃粉作為RTFRP的粘接相，其在燒結(jié)過(guò)程中軟化熔融，浸潤(rùn)、連接、拉緊、固定漿料中的導(dǎo)電顆粒，并使厚膜與基片牢固地粘結(jié)在一起[5]。玻璃粉的溫度特性如熱膨脹、軟化點(diǎn)、析晶溫度以及化學(xué)穩(wěn)定性對(duì)獲得高質(zhì)量共燒RTFR非常重要。

為了形成致密、平整、與基板良好接合且性能優(yōu)良的LTCC用厚膜電阻，玻璃粉應(yīng)具有合適的軟化點(diǎn)以及和生瓷帶相匹配的熱膨脹系數(shù)，否則會(huì)導(dǎo)致厚膜與基板分層、翹曲等質(zhì)量問(wèn)題，影響厚膜和基板的電性能[6,22]。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)漿料中玻璃粉軟化點(diǎn)低于生瓷帶中玻璃粉的軟化點(diǎn)時(shí)，前者在共燒過(guò)程中率先軟化，阻礙下層基片氣體的逸出，產(chǎn)生鼓泡現(xiàn)象；若玻璃粉軟化溫度過(guò)高，則不利于膜層的燒結(jié)致密，因此通常選取前者軟化點(diǎn)略高于后者，燒結(jié)速率慢于后者。

除此之外，玻璃粉的結(jié)構(gòu)和軟化點(diǎn)對(duì)電阻的重?zé)阅苡兄鴽Q定性的影響，其結(jié)構(gòu)和軟化溫度通常取決于構(gòu)成玻璃的氧化物的成分和含量。羅慧等[23]研究指出，玻璃中B2O3含量越高，軟化點(diǎn)越低，燒結(jié)時(shí)流動(dòng)性越大；SiO2含量越高，玻璃軟化困難，不易燒透。這兩種情況下電阻重?zé)龝r(shí)的微觀狀態(tài)均隨玻璃相的軟化而變化，從而導(dǎo)致阻值發(fā)生改變，故實(shí)踐中常采用混合玻璃粉來(lái)降低電阻的重?zé)兓省：挛洳萚24]選取軟化點(diǎn)高中低合理配比的混合玻璃粉作為粘結(jié)相，研制出的RTFRP方阻范圍寬，穩(wěn)定性好，工藝適應(yīng)性強(qiáng)。

另外，燒結(jié)過(guò)程中玻璃粉往往會(huì)出現(xiàn)析晶現(xiàn)象，倘若生帶的峰值燒結(jié)溫度高于玻璃相的初始析晶溫度，則厚膜內(nèi)易析出晶體，燒結(jié)溫度越高，析出晶體越多，甚至出現(xiàn)晶粒異常長(zhǎng)大的現(xiàn)象，從而惡化厚膜電性能。然而峰值燒結(jié)溫度亦不能過(guò)低，否則影響厚膜和生帶的致密性。因此，玻璃粉的溫度特性為燒結(jié)溫度的選取劃定了界限，即峰值燒結(jié)溫度應(yīng)介于玻璃粉軟化點(diǎn)與初始析晶溫度之間，且靠近初始析晶溫度[4]。

共燒工藝還要求電阻漿料必須與生瓷帶化學(xué)兼容，否則也會(huì)影響厚膜電阻的性能。如圖4所示，RTFRP與生帶共燒過(guò)程中，漿料和生帶中的玻璃相容易發(fā)生擴(kuò)散，導(dǎo)致膜厚和微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生界面反應(yīng)，生成新相，惡化厚膜電性能，這種內(nèi)埋電阻因共燒失配導(dǎo)致的阻值變化很難通過(guò)外部手段加以矯正。His等[25-26]考察了RTFRP和不同LTCC生瓷帶共燒的相互作用，研究發(fā)現(xiàn)LTCC基板中的Ca2+和Al3+向界面擴(kuò)散并生成柱狀的鈣長(zhǎng)石晶體，這種柱狀晶極易阻斷導(dǎo)電鏈，導(dǎo)致厚膜阻值增大。

圖4 厚膜電阻與LTCC基板界面相互作用示意圖

3 改性劑對(duì)電性能的影響

在RTFRP中，改性劑通常起到改善厚膜TCR的作用。常用的改性劑有金屬和氧化物2類，其中金屬型改性劑以金、鉑、銀、鈀等貴金屬為主，氧化物型改性劑以MnO2、CuO、Nb2O5等氧化物為主。

研究表明，摻入少量貴金屬并不會(huì)顯著降低厚膜阻值，然而貴金屬的TCR值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于RuO2(TCR(Ag)>3000×10-6/℃；TCR(RuO2)<100×10-6/℃)，根據(jù)補(bǔ)償效應(yīng)，厚膜電阻的TCR值會(huì)顯著增大。因此，貴金屬通常作為低阻值、高TCR值漿料的添加劑。盡管貴金屬有著低電阻率等優(yōu)勢(shì)，然而其價(jià)格昂貴，摻雜成本較高，故應(yīng)用范圍受限。

RTFRP的導(dǎo)電相(RuO2和釕酸鹽)本身屬于半導(dǎo)體材料，故摻雜對(duì)漿料電性能影響很大[27]。當(dāng)摻入同類型半導(dǎo)體時(shí)(如CuO)，過(guò)剩電子增多，電阻降低，溫度升高時(shí)，電阻隨電子散射增強(qiáng)而增大，TCR正向偏移；當(dāng)摻入相反類型半導(dǎo)體時(shí)(如MnO2)，雜質(zhì)提供的空穴與導(dǎo)電相的過(guò)剩電子發(fā)生復(fù)合，導(dǎo)致過(guò)剩電子減少，電阻增大，溫度升高時(shí)，電阻隨電子散射減弱而減小，TCR負(fù)向變大。劉顯杰[28]和李程峰等[29]考察了MnO2和CuO的含量和粒徑對(duì)漿料電性能的影響，研究表明漿料阻值隨MnO2含量的增加而增大，隨CuO含量的增大而減小，而TCR的變化趨勢(shì)則相反，細(xì)化CuO粒徑能大幅度降低方阻，TCR正向變大。然而當(dāng)摻雜劑濃度增大到一定值后便無(wú)法起到調(diào)整TCR的作用，轉(zhuǎn)而充當(dāng)填充劑，稀釋了導(dǎo)電相的濃度，導(dǎo)致阻值和TCR升高[30]。Fu等[31]研究了不同金屬氧化物對(duì)LTCC內(nèi)埋電阻性能的影響，指出Nb2O5、MnO2、TiO2和Fe2O3均能負(fù)向調(diào)節(jié)厚膜的TCR，其中Nb2O5效果較為顯著，其含量每增加0.5%，TCR值呈倍數(shù)降低。因此，適量的氧化物改性劑能夠有效改善RTFRP的電性能，同時(shí)利用其改性和填充作用在一定程度上可節(jié)省導(dǎo)電相的用量，達(dá)到降低成本的效果，故氧化物改性劑在RTFRP中得到了廣泛應(yīng)用。

4 有機(jī)載體對(duì)電性能的影響

為了滿足LTCC工藝要求，絲網(wǎng)印刷形成的電阻圖形必須保證膜面平整、厚度均勻、寬度一致，如圖5所示。絲網(wǎng)印刷性能主要取決于漿料的物理特性(流變特性和揮發(fā)特性)，其通過(guò)影響印刷膜層的質(zhì)量和厚度來(lái)決定厚膜的電性能。粘度、觸變性以及揮發(fā)特性是影響厚膜質(zhì)量和厚度最重要的因素，其取決于漿料的組分，尤其是有機(jī)載體的含量和組成。

圖5 LTCC內(nèi)埋電阻絲網(wǎng)印制圖形[22]

RTFRP的有機(jī)載體主要由溶劑、增稠劑、觸變劑以及表面活性劑等組成[5, 32]。

溶劑可溶解其余有機(jī)溶質(zhì)，使固相粒子均勻分散成一個(gè)有機(jī)整體，通常決定了漿料的揮發(fā)特性。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，采用單一溶劑制成的有機(jī)載體，在燒結(jié)時(shí)容易集中在一個(gè)溫度段揮發(fā)，從而產(chǎn)生大量孔隙和氣泡，最終影響厚膜電性能。目前通常采用兩種及多種溶劑混合，利用呈梯度的沸點(diǎn)來(lái)改善漿料的揮發(fā)特性[3]。

增稠劑和觸變劑，二者共同調(diào)節(jié)漿料的流變特性。增稠劑通常為高分子聚合物，其作用是調(diào)整漿料的粘度；觸變劑使?jié){料具有良好的觸變性，保證印刷膜邊緣清晰、不流淌。

表面活性劑，通常用于降低顆粒間的表面張力，避免顆粒團(tuán)聚的同時(shí)使有機(jī)載體充分潤(rùn)濕顆粒，從而減少有機(jī)載體的用量，但其含量對(duì)電阻漿料特性比較敏感，楊華榮等[33]采用卵磷脂作為表面活性劑，確定了最優(yōu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，過(guò)高或過(guò)低均會(huì)惡化漿料的流平性和分散性，從而惡化厚膜電性能。

5 釕系厚膜電阻漿料的研究方向

綜合前述漿料的4種組分對(duì)厚膜電性能的影響可以看出，各組分對(duì)厚膜電性能的影響非常復(fù)雜，并非簡(jiǎn)單的相互疊加，厚膜最終呈現(xiàn)的電性能是各組分共同作用的結(jié)果。因此，在進(jìn)行漿料設(shè)計(jì)及厚膜制備時(shí)，應(yīng)權(quán)衡各方面因素的利弊，綜合考慮。

隨著材料研發(fā)的不斷深入和設(shè)備的不斷革新，RTFRP制備技術(shù)愈發(fā)成熟，基本能夠滿足厚膜混合集成電路制造的需求，然而部分高品質(zhì)RTFRP仍需進(jìn)口，故本文提出高質(zhì)量RTFRP面臨的問(wèn)題以及未來(lái)的研究方向如下：

1) 原料粉體制備。目前國(guó)內(nèi)廠家制備的RuO2粉仍存然粒徑不可控、重復(fù)性較差，在高品質(zhì)電阻漿料中常出現(xiàn)阻值分散、電性能較差等問(wèn)題，故原料粉體的合成對(duì)厚膜電性能非常關(guān)鍵，如何實(shí)現(xiàn)原料粉性能的可控是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

2) 漿料優(yōu)化設(shè)計(jì)與表征。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)漿料性能的調(diào)控大多仍借助經(jīng)驗(yàn)，缺乏系統(tǒng)的理論支撐和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)方法。另外，漿料是具有一定流變特性的非均相流體，其中固相粒子分散的均勻程度對(duì)厚膜電性能有著很大的影響，然而漿料的表征手段單一，目前常用細(xì)度或掃描電鏡觀察厚膜的微觀結(jié)構(gòu)，或直接以厚膜阻值的分散性來(lái)衡量漿料的均勻性，缺乏更加可靠的實(shí)時(shí)表征手段。因此，要想研制出目標(biāo)性能的電阻漿料，不但要完善電阻漿料導(dǎo)電模型理論，借助科學(xué)的試驗(yàn)方法，如單因素變量法、多因素正交試驗(yàn)法以及響應(yīng)曲面法等，同時(shí)可嘗試引入冷凍電鏡技術(shù)實(shí)時(shí)觀測(cè)漿料的微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)合上述表征手段，從而優(yōu)化目標(biāo)性能漿料的制備工藝。

3) LTCC配套漿料。中美貿(mào)易戰(zhàn)為國(guó)產(chǎn)LTCC配套電阻漿料的開(kāi)發(fā)敲響了警鐘，然而目前國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有廠家具備同時(shí)開(kāi)發(fā)LTCC生瓷帶及其配套漿料的能力，對(duì)于LTCC配套釕漿的開(kāi)發(fā)仍處于小規(guī)模試驗(yàn)階段，缺乏產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的檢驗(yàn)，距離商品化還有一段距離。今后，通過(guò)對(duì)粘結(jié)相和有機(jī)載體配方的改進(jìn)來(lái)提升漿料與生瓷帶和電極材料的共燒匹配性仍是主要研究方向。

4) 環(huán)保。隨著全世界對(duì)環(huán)保要求的提高，發(fā)展無(wú)鉛電阻漿料成為必然趨勢(shì)[34-35]。我國(guó)商用釕系漿料的粘結(jié)相以含鉛玻璃粉為主，相關(guān)無(wú)鉛玻璃粉材料配方掌握在3M、Dupont、Ferro等少數(shù)幾家國(guó)外公司手中[36]。因此，RTFRP的無(wú)鉛化也是重要的研究方向。

6 結(jié)語(yǔ)

LTCC釕系電阻漿料電性能的影響因素十分復(fù)雜，其中導(dǎo)電相和玻璃相的含量和物化狀態(tài)直接影響電阻性能，改性劑則充當(dāng)調(diào)節(jié)作用，而有機(jī)載體則是通過(guò)影響漿料粘度等物理特性間接影響電阻性能，各組分的影響規(guī)律日趨完善，其相互作用并非簡(jiǎn)單的疊加，故實(shí)踐過(guò)程中需綜合多方面因素考慮。

此外，國(guó)內(nèi)LTCC釕系電阻漿料在原材料制備、高品質(zhì)漿料的優(yōu)化設(shè)計(jì)、材料匹配性以及環(huán)保等方面仍存在諸多技術(shù)難點(diǎn)。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)LTCC配套電阻漿料的重視，加上制備技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備的不斷革新，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，我國(guó)能夠自主研發(fā)出完全媲美進(jìn)口的高品質(zhì)LTCC釕系厚膜電阻漿料。

[1] 陸廣廣, 宣天鵬. 電子漿料的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 金屬功能材料, 2008(1): 48-52.

LU G G, XUAN T P. Development tendency and research progress of the electronic paste[J]. Metallic functional materials, 2008(1): 48-52.

[2] 唐高峰. LSCO厚膜電阻漿料的研究[D]. 成都: 電子科技大學(xué), 2012.

TANG G F. Study on LSCO thick film resistor paste[D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of china, 2012.

[3] 柴倓. 氧化釕及其電阻漿料的制備及性能研究[D]. 昆明: 昆明理工大學(xué), 2017.

CAI T. Study on preparation of ruthenium oxide and its properties of resistor paste[D]. Kunming: Kunming University of Science and Technology, 2017.

[4] 楊華榮. 大功率厚膜電阻漿料的研究[D]. 長(zhǎng)沙: 國(guó)防科技大學(xué), 2004.

YANG H R. Study on high power thick film resistor paste[D]. Changsha: National University of Defense Technology, 2004.

[5] 李娟, 謝泉, 黃晉, 等. 厚膜電阻漿料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 電子科技, 2016, 29(9): 90-93.

LI J, XIE Q, HUANG J, et al. Research progress and development trend of the thick film resistor paste[J]. Electronic science and technology, 2016, 29(9): 90-93.

[6] 游韜, 謝廉忠. 國(guó)產(chǎn)LTCC漿料的應(yīng)用研究[J]. 電子機(jī)械工程, 2017(5): 57-60.

YOU T, XIE L Z. Research on application of localized LTCC pastes[J]. Electro-mechanical engineering, 2017(5): 57-60.

[7] PESIC L. A review of thick film glaze resistors[J]. Micro- electronics journal, 1988, 19(4): 71-87.

[8] SZPYTMA A, KUSY A. On the segregation of the conductive phase in RuO2-based thick resistive films[J]. Thin solid films, 1984, 121(4): 263-270.

[9] NICOLOSO N, LECORRE-FRISCH A, MAIER J, et al. Conduction mechanisms in RuO2-glass composites[J]. Solid state ionics, diffusion & reactions, 1995, 75(1): 211-216.

[10] 張曉民, 王曉云. RuO2厚膜電阻器的傳導(dǎo)模型[J]. 貴金屬, 1997, 18(2): 8-13.

ZHANG X M, WANG X Y. Conductive models in RuO2-based thick film resistors[J]. Precious metals, 1997, 18(2): 8-13.

[11] TAMBORIN M, PICCININI S, PRUDENZIATI M, et al. Piezoresistive properties of RuO2-based thick-film resistors: The effect of RuO2grain size[J]. Sensors and actuators A (physical), 1997, 58(2): 159-164.

[12] HSI C S, CHEN D F, SHIEH F M, et al. Processing of LTCC with embedded RuO2-based resistors[J]. Materials chemistry & physics, 2003, 78(1): 67-72.

[13] BOONSTRA A H, MUTSAERS C A H A. The effect of particle size on the temperature coefficient of resistance of thick film resistors[J]. Thin solid films, 1980, 67(1): 13-20.

[14] TING C J, HSI C S, LU H Y. Interactions between ruthenia-based resistors and cordierite-glass substrates in low-temperature co-fired ceramics[J]. Journal of the american ceramic society, 2000, 83(12): 2945-2953.

[15] 孫立志, 彭戴, 孫寶, 等. 釕系電阻漿料導(dǎo)電相材料的研制與表征[J]. 船電技術(shù), 2016, 36(4): 65-68.

SUN L Z, PENG D, SUN B, et al. The preparation and characterization of conductive phase materials for ruthenium series of resistor paste[J]. Marine electric, 2016, 36(4): 65-68.

[16] YI K M, LEE K W, CHUNG K W, et al. RuO2powder preparation and electrical properties in thick film resistors [C]//International conference on properties & applications of dielectric materials, IEEE, 1997.

[17] 梁國(guó)珍. 用直接氧化法制備超細(xì)水合二氧化釕[J]. 電子元件與材料, 1991, 23(1): 48-50.

LIANG G Z. Superfine hydrated ruthenium dioxide prepared by direct oxidation method[J]. Electronic components and materials, 1991, 23(1): 48-50.

[18] 陸冬梅, 王要東, 王大林, 等. 用于片式電阻漿料的二氧化釕粉的制備[J]. 微電子學(xué), 2014, 44(5): 696-700.

LU D M, WANG Y D, WANG D L, et al. Preparation of ruthenium dioxide powder for chip resistor slurry[J]. Microelectronic, 2014, 44(5): 696-700.

[19] 唐電, 文仕學(xué), 陳士仁. 納米級(jí)二氧化釕的制備[J]. 化工冶金, 1997, 23(3): 2-5.

TANG D, WEN S X, CHEN S R. Preparation of nano- meter ruthenium dioxide[J]. Chemical metallurgy, 1997, 23(3): 2-5.

[20] CHANG K, HU C. Hydrothermal synthesis of hydrous crystalline RuO2nanoparticles for supercapacitors[J]. Electrochemical and solid-state letters, 2004, 7(12): A466-A469.

[21] LIANG Y Y, LI H L, ZHANG X G. Solid state synthesis of hydrous ruthenium oxide for supercapacitors[J]. Journal of power sources, 2007, 173(1): 599-605.

[22] 謝廉忠, 游韜, 王鋒. LTCC用釕系電阻漿料特性分析[J]. 電子機(jī)械工程, 2019, 35(1): 42-45.

XIE L Z, YOU T, WANG F. Characteristic analysis of ruthenium system resistor paste for LTCC[J]. Electro- mechanical engineering, 2019, 35(1): 42-45.

[23] 羅慧, 李世鴻, 劉寄松, 等. 釕系厚膜電阻重?zé)兓匦缘难芯縖J]. 貴金屬, 2013, 34(1): 33-37.

LUO H, LI S H, LIU J S, et al. Research on the change of resistance of refired Ru-based thick-film resistors[J]. Precious metals, 2013, 34(1): 33-37.

[24] 郝武昌, 劉敏霞, 孫社稷, 等. 厚膜電路用高性能電阻漿料的研制[J]. 電子工藝技術(shù), 2014(3): 131-136.

HAO W C, LIU M X, SUN S J, et al. Development and research of high properties resistor paste for thick film circuit[J]. Electronics process technology, 2014(3): 131-136.

[25] HSI C S, LEE M W. Properties of ruthenia-based resistors embedded in low-temperature co-firable ceramic substrates[J]. Japanese journal of applied physics, 2002, 41(8): 5323-5328.

[26] HSI C S, HSIEH F M, CHEN H P. Characteristics of thick film resistors embedded in low temperature co-fired ceramic(LTCC) substrates[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2007, 27(8/9): 2779-2784.

[27] 蘇功宗. 釕系厚膜電阻導(dǎo)電機(jī)理探討[J]. 電子元件與材料, 1993, 10(2): 1-6.

SU G Z. Discussion on the mechanism of ruthenium- based thick film resistor[J]. Electronic components and materials, 1993, 10(2): 1-6.

[28] 劉顯杰, 徐磊, 孫立志, 等. 高性能釕系玻璃釉電阻漿料的研制[J]. 船電技術(shù), 2016, 36(7): 32-37.

LIU X J, XU L, SUN L Z, et al. Research on high properties ruthenium series of resistor paste for glass glaze[J]. Marine electric, 2016, 36(7): 32-37.

[29] 李程峰, 張秀, 杜玉龍, 等. 氧化銅摻雜對(duì)電阻漿料性能的影響[J]. 電子元件與材料, 2017, 36(7): 39-42.

LI C F, ZHANG X, DU Y L, et al. Effect of CuO doping on properties of resistor paste[J]. Electronic components and materials, 2017, 36(7): 39-42.

[30] 朱曉云. MnO2對(duì)釕系低阻漿料性能的影響[J]. 電子元件與材料, 1993, 12(3): 59-59.

ZHU X Y. Effect of MnO2on the performance of ruthenium-based low resistance paste[J]. Electronic components and materials, 1993, 12(3): 59-59.

[31] FU S L, HSI C S, KANG C Y, et al. Investigations of lead-free glasses for post-fired and embedded thick film resistors[J]. Key engineering materials, 2013, 573(2): 137-142.

[32] 張飛進(jìn), 朱曉云. 電子漿料用有機(jī)載體的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2013, 27(3): 81-85.

ZHANG F J, ZHU X Y. Research progress and development tendency of organic carrier for electronic paste[J]. Materials review, 2013, 27(3): 81-85.

[33] 楊華榮, 堵永國(guó), 張為軍, 等. 表面活性劑對(duì)厚膜電子漿料流平性的影響[J]. 電子元件與材料, 2004(7): 25-27.

YANG H R, DU Y G, ZHANG W J, et al. Effects of surfactant on the leveling of thick-film paste[J]. Electronic components and materials, 2004(7): 25-27.

[34] HROVAT M, KIELBASINSKI K, KOSTJA M, et al. An investigation of lead-free thick-film resistors on LTCC substrates-preliminary results[C]//Microelectronics & packaging conference, IEEE, 2011.

[35] KSHIRSAGAR A, RANE S, MULIK U, et al. Micro- structure and electrical performance of eco-friendly thick film resistor compositions fired at different firing conditions[J]. Materials chemistry and physics, 2007, 101(2/3): 492-498.

[36] 馬立云, 王巍巍, 曹欣, 等. 無(wú)鉛低熔點(diǎn)封接玻璃的研究進(jìn)展[J]. 硅酸鹽通報(bào), 2018, 37(7): 2167-2172.

MA L Y, WANG W W, CAO X, et al. Research progress on application of lead-free low-melting sealing glass[J]. Bulletin of the chinese ceramic society, 2018, 37(7): 2167-2172.

Review on Study of Factors Affecting Electrical Performance of Ruthenium-based Thick Film Resistor for LTCC

WEI Hong, WANG Zhen, ZHANG Wei-jun*

(College of Aerospace Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)

Ruthenium-based thick film resistor (RTFR) has the advantages of high resistance accuracy, high stability and reliability, and good process repeatability. It occupies an important position in the manufacture of thick film hybrid integrated circuit. The factors affecting the electrical performances of RTFR are reviewed. The relationship between the electrical properties of cofired resistors and each factor in paste, including the conductive phase, bonding phase, modifier and organic carrier are discussed. For the main problems faced by domestic high quality RTFRP manufacturers, the controllable preparation of raw material powder, the optimal design and characterization of the paste preparation process, the compatibility of paste co-firing with green tape and the lead-free paste are proposed.

ruthenium-based thick film resistor (RTFR); conductive phase; bonding phase; modifier; organic carrier; co-firing compatibility

TM242

A

1004-0676(2020)03-0072-06

2019-12-27

魏 紅，男，碩士研究生，研究方向：電子材料。E-mail：weihong_cqu@126.com

張為軍，男，博士，教授，研究方向：電子材料。E-mail：zhwjun@nudt.edu.cn