DD275156A3

DD275156A3 - Glaslotsiebdruckpaste

Info

Publication number: DD275156A3
Application number: DD31016687A
Authority: DD
Inventors: Ursula Bargenda; Albert Reinholz
Original assignee: Mikroelektronik Friedrich Engels Veb
Priority date: 1987-12-09
Filing date: 1987-12-09
Publication date: 1990-01-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Glaslotsiebdruckpaste und dient der Beschichtung keramischer Gehaeuseteile fuer die Umhuellung mikroelektronischer Bauelemente wie z. B. integrierte Schaltkreise. Zur Gewaehrleistung des pastoesen Charakters ist eine Vermischung des Glaslotpulvers mit oeligem Traegermaterial und Bindemitteln erforderlich. Diese Hilfsstoffe muessen vor dem eigentlichen Bauelementeverschluss wieder aus der Paste herausgeloest werden. Um das rueckstandsfrei und schnell zu ermoeglichen, wird vorgeschlagen, als aktiven Binderwerkstoff Nitrozellulose zu verwenden.The invention relates to a Glaslotsiebdruckpaste and serves to coat ceramic Gehaeuseteile for wrapping microelectronic devices such. B. integrated circuits. To ensure the pastoesen character a mixing of the glass solder powder with oeligem carrier material and binders is required. These auxiliaries must be removed from the paste before the actual component closure. In order to make this possible without residue and without delay, it is proposed to use nitrocellulose as active binder material.

Description

Characteristic of the known state of the art

Zum Verschluß keramischer Gehäuse des dual-in-line-Typs oder ähnlicher Konfigurationen werden üblicherweise Glaslote verwendet. Diese Glaslote müssen /um Zwecke des produktiven Einsatzes, in der Regel auf dem Wege des Siebdruckes, pastös aufbereitet werden. Siebdruckpasten zum späteren Verschluß keramischer Gehäuse für integrierte Schaltkreise werden bekanntermaßen unter Verwendung von Siebdruckölen hergestellt. Derartige Siebdrucköle bestehen, wie auch in DD-PS 147 488 dargelegt, aus Polymethacrylaten oder Äthylzellulose als Binder und Pineöl als Trägermaterial. Nach dem Siebdruckvorgang wird das Siebdrucköl in einem bei etwa 350°C ablaufenden Abdampfprozeß bis auf geringfügige Reste ausgeheizt, so daß nur das Glaslot im angesinterten Zustand zurückbleibt.For sealing ceramic housings of the dual-in-line type or similar configurations, glass solders are commonly used. These glass solders must be prepared for the purpose of productive use, usually by screen printing, pasty. Screen printing pastes for later sealing ceramic integrated circuit packages are known to be made using screen printing oils. Such screen-printing oils consist, as also disclosed in DD-PS 147 488, of polymethacrylates or ethyl cellulose as binder and pine oil as carrier material. After the screen printing process, the screen printing oil is baked in a running at about 350 ° C evaporation process to small residues, so that only the glass solder remains in the sintered state.

Mit dem ansteigenden Integrationsgrad mikroelektronischer Bauelemente werden in zunehmendem Maße Glaslote mit verringerten Schmelzpunkten eingesetzt. Derartige Glaslote mit Arbeitstemperaturen um 420°C (Bauelementeverschließtemperatur) haben Erweichungstemperaturen von etwa 300⁰C. Die bisher beschriebenen Siebdrucköle sind in solchen Fällen überfordert.With the increasing degree of integration of microelectronic components, glass solders with reduced melting points are increasingly being used. Such glass solders with operating temperatures around 420 ° C (component sealing temperature) have softening temperatures of about 300 ⁰ C. The previously described screen printing oils are overtaxed in such cases.

Während das als Trägermaterial dienende Pineöl bei diesem Abdampfprozeß in einer dampfförmigen Phase ohne direkte Zersetzung ausgetrieben wird, zerfallen die Binder, z. B. Polymethacrylat, durch Aufnahme von Sauerstoff aus der Ofenatmosphäre in CO₂ und H₂O. Bei Dicken der gedruckten Glaslotschicht von 100 pm und mehr ist die Sauerstoffaufnahme problematisch und erfordert eine relativ lange Ausheizzeit. Anderenfalls wird dem Glaslot der Sauerstoff entzogen und es kommt zu einer Verschlackung, was sich in einer hohen Blasigkeit und einer sehr dunklen Färbung zeigt. Durch eine kontinuierliche und genau gesteuerte Aufheizung der bedruckten keramischen Gehäuseteile auf die Temperatur der optimalen Zerfallgeschwindigkeit des Polymethacrylates oder ähnlicher Binderwerkstoffe bei etwa 320-350°C und einer Haltezeit von 20min bei dieser Temperatur ist es dennoch möglich, brauchbare olaslotschichten auf den Substraten zu erhalten. Die erzielbaren Abdampf- und Sinterzeiten liegen infolge des komplizierten Ablaufs der Sauerstoffdiffusion in die gedruckte Schicht mit einer Dicke von 400-500pm nicht unter 60min. Trotz aller möglichen technischen Vorkehrungen und apparativen Aufwendungen sind ungewollte Reduktionsvorgänge in der Glaslotschicht festzustellen, die nach den beendeten Prozeßschritten Abdampfen und Sintern durch eine dunkle Verfärbung dokumentiert werden.While serving as a carrier material pine oil is expelled in this evaporation process in a vapor phase without direct decomposition, the binder disintegrate, z. B. polymethacrylate, by incorporating oxygen from the furnace atmosphere in CO ₂ and H ₂ O. At thicknesses of the printed glass solder layer of 100 pm or more, the oxygen uptake is problematic and requires a relatively long bake time. Otherwise, the glass solder is deprived of oxygen and it comes to a slag, resulting in a high degree of bladder and a very dark color. By continuously and accurately controlled heating of the printed ceramic housing parts to the optimum disintegration rate of the polymethacrylate or similar binder materials at about 320-350 ° C and a hold time of 20 minutes at that temperature, it is still possible to obtain useful olaslot layers on the substrates. The achievable Abdampf- and sintering times are due to the complicated process of oxygen diffusion into the printed layer with a thickness of 400-500pm not less than 60min. Despite all sorts of technical precautions and equipment expenditures, unintentional reduction processes in the glass solder layer are observed, which are documented after the completed process steps evaporation and sintering by a dark discoloration.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, eine Glaslotsiebdruckpaste mit den üblichen und erforderlichen Druckeigenschaften zu geben, die eine absolut rückstandsfreie Abdampfung des oder der Binderwerkstoffe gewährleistet und bei wesentlich verringertun Abdampf- und Sinterzeiten zu keiner Verschlackung und damit nachteiliger Beehflussung von Glasloten mit Verarbeitungstemperaturen s 420°C während der Temperaturbehandlung führ.The aim of the invention is to provide a glass soldering screen printing paste with the usual and required printing properties, which ensures absolutely residue-free evaporation of the binder materials and significantly reduces evaporation and sintering times to no slagging and thus adversely affecting glass solders with processing temperatures s 420 ° C during the temperature treatment.

Explanation of the essence of the invention

Dar Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eino Glaslotsiebdruckpaste zum Druck von 400-500 pm dicken Glaslotschichten in einem Driickvorgang zu gebon, die boi der orforderlicrnn Konturenschärfe des Druckbildes eine absolut rückstandsfreie Abdampfung des odor der organischen Binderwerkstoffe gewährleistet und den Abdampf· und Sinterprozeß in oiner sehr kurzen Zeit ohne Verschlackung ermöglicht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Glaslotsiebdruckpaste, bestehend aus don Komponenten Glaslot, Isobornylacntat, Nitrozellulose und Äthylzellulosa gelöst. Es wurde gefunden, daß folgende Zusammensetzung zu optimalon Ergebnissen führt:The invention is based on the object gebo Eino Glaslotsiebdruckpaste for printing 400-500 pm thick Glaslotschichten in a Driickvorgang to gebi the orforderlicrnn contour sharpness of the printed image ensures absolutely residue-free evaporation of the odor of organic binder materials and the Abdampf · and sintering process in oiner very short time without slagging allows. According to the invention, this object is achieved by a glass solder printing paste consisting of don components glass solder, isobornyl acrylate, nitrocellulose and ethyl cellulose. It has been found that the following composition leads to optimal results:

Glass solder 84-91 Gow .-% Isobornyl acetate 9-15 Gow .-% Nitrocellulose 0,1-1,0 Gow .-% Ethyl cellulose 0.05-0.1 Gow .-%

Dor Einsatz von Nitrozellulose als Binderwerkstoff gewährleistet in der o.g. Zusammensetzung die beabsichtigte gute Abdampfbarkeit. Es wurde gefunden, daß des wegen seiner günstigen physikalischen Eigenschaften eingesetzte Isobornylacetat auf Grund seines Löseverhaltens gegenüber Nitrozelluloso das geeignetste Trägermaterial ist.Dor use of nitrocellulose as a binder material guaranteed in the o.g. Composition the intended good Abdampfbarkeit. It has been found that the isobornyl acetate used because of its favorable physical properties is the most suitable carrier material because of its dissolving behavior towards nitrocellulose.

The addition of ethyl cellulose in the proposed ranges reduces the printing characteristics of the Glass solder paste. To complete decomposition of the nitrocellulose by heating are only very small amounts of O ₂ from the furnace atmosphere

erforderlich. Die Nitrozellulose zerfällt bei Erwärmung in Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid. Da die notwendige Menge anrequired. The nitrocellulose decomposes when heated in nitrogen, water and carbon dioxide. Because the necessary amount of

Oxygen, which must penetrate for the degradation of the binder materials in the Glaslotpastenschicht, is substantially lower than in

herkömmlichen Pasten, ist die erforderliche Zeit für den Abdampf-und Sinterprozeß wesentlich kürzer zu gestalten. Sie liegt bei der gefundenen Zusammensetzung unter 40min.conventional pastes, the time required for the Abdampf and sintering process is much shorter. It lies in the composition found under 40min.

Ausführungebeispiele The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments: example 1 An oil mixture of 117.7 g Isobornyiacetat and 1.65 g of highly viscous nitrocellulose is heated to 80 ° C. This oil mixture

werden 0,7g Äthylzellulose N22 in fester Form zugegeben und unter Rühren gelöst. Erst nach vollständiger Lösung und0.7 g of ethyl cellulose N22 are added in solid form and dissolved with stirring. Only after complete solution and

Cooling to room temperature, 1000 g glass solder powder of a particle size distribution <150 μιη mixed. By known methods, the paste is homogeneous; and imprinted on ceramic substrates. The During the screen printing process, paste has a viscosity of £ 00 Pa · s, which is an excellent coating of the

hermetischen Dichtflächen von Schaltkreisgehäusjn ermöglicht. Bei einer Spitzentemperatur von 300⁰C wird die Glaslotpaste restlos von ihren artfremden Komponenten befreit und innerhalb von 40min auf das Substrat aufgesintert.hermetic sealing surfaces of Schaltkreisgehäusjn allows. At a peak temperature of 300 ⁰ C, the glass solder paste is completely freed of their dissimilar components and sintered within 40min to the substrate.

Example 2

Es wird ein Ölgemisch, bestehend aus 116,3g Isobornyiacetat und 3g mittelviskoser Nitrozellulose auf 80°C erwärmt. Diesem Ölgemisch werden 0,7g Äthylzellulose N 22 in fester Form zugegeben und unter Rühren gelöst. Nach vollständiger Lösung und Abkühlung auf Raumtemperatur werden 1000g Glaslotpulver einer Korngrößenverteilung < 150 μιη zugemischt. Auch diese Paste wird nach bekannten Verfahren homogenisiert und im Siebdruckverfahren auf keramische Substrate aufgebracht. Die so erzeugte Paste hat eine Viskosität von 30 Pa s und eignet sich besonders zum Bedrucken von Gesenkflächen keramischer Gehäuseschalen. Der Abdampf- und Sinterprozeß dieser Glaslotsiebdruckpaste erfolgt unter den gleichen Arbeitsbedingungen wie im Beispiel 1.An oil mixture consisting of 116.3 g of isobornyiacetate and 3 g of medium-viscosity nitrocellulose is heated to 80.degree. To this oil mixture is added 0.7 g of ethyl cellulose N 22 in solid form and dissolved with stirring. After complete dissolution and cooling to room temperature, 1000 g of glass solder powder are added to a particle size distribution <150 μm. This paste is also homogenized by known methods and applied by screen printing on ceramic substrates. The paste thus produced has a viscosity of 30 Pa s and is particularly suitable for printing on Gesenkflächen ceramic housing shells. The evaporation and sintering process of this glass soldering screen printing paste is carried out under the same operating conditions as in Example 1.

Claims

1. Glaslotsiebdruckpaste glass solder, carrier material and binder, characterized in that it consists of 84-91 wt .-% glass solder, 9-1 5 wt .-% isobornyl acetate, 0.1-1.0Gew .-% nitrocellulose and 0.05 to 0.1% by weight of ethyl cellulose.

2. Glaslotsiebdruckpaste according to claim 1, characterized in that it contains as solvent for the binder material nitrocellulose isobornyl acetate.

Field of application of the invention

The invention is applied in the field of microelectronics. It relates to the production of casings for microelectronic components, in particular the production of ceramic casings for mechanically, thermally and climatically highly stressed integrated circuits.