DD295825A5 - CELSIAN-CONTAINING GLASS-CRYSTALLINE INSULATION AND COATING LAYERS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF - Google Patents
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- C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
- C03C10/0054—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing PbO, SnO2, B2O3
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Abstract
Erfindungsbetreff sind Celsian enthaltende, glasig-kristalline Isolations- und Abdeckschichten, die unter anderem zur elektrischen Trennung von gedruckten Leitbahnen in mikroelektronischen Mehrebenen-Schaltkreisen und zum Oberflaechenschutz mikroelektronischer Schaltkreis- und Bauelementanordnungen einsetzbar sind. Erfindungsgemaesz besteht das zu brennende Material aus einem siebdruckfaehigen, innigen Gemisch von 50 bis 80 Masseanteile in % eines Glases der chemischen Zusammensetzung (in Masseanteile in %) 30 bis 50 BaO, 15 bis 30 B2O3, 5 bis 15 Al2O3 und 20 bis 45 SiO2, das einen mittleren linearen thermischen AK (293 K bis 573 K) von 6,010 6 K 1 bis 7,510 6 K 1 hat, und 20 bis 50 Masseanteile in % kristallines alpha-Aluminiumoxid, mit einer Korngroesze kleiner 10 mm, davon mindestens 50 Masseanteile in % kleiner oder gleich 3 mm, besteht. Das siebdruckfaehige, innige Gemisch kann eine einen fluessigen organischen, makromolekularen Drucktraeger enthaltende siebdruckfaehige Paste sein. Das erfindungsgemaesze Herstellungsverfahren beruht insbesondere auf der Verarbeitung erfindungsgemaeszer reduktionsstabiler, bis zur Temperatur von kleiner oder gleich 1 173 K nicht zur Eigenkristallisation faehiger Glaeser mit einer Temperatur der beginnenden Sinterung bei groeszer oder gleich 953 K und dem linearen thermischen AK (293 K bis 573 K) von 6,010 6 K 1 bis 7,510 6 K 1.{Celsian; Isolationsschichten; Abdeckschichten; Leitbahnen, gedruckte; Mehrebenen-Schaltkreise, mikroelektronische; Gemisch, siebdruckfaehiges; alpha-Aluminiumoxid, kristallines; Drucktraeger, fluessiger organischer makromolekularer;}The invention relates to Celsian-containing, glassy-crystalline insulating and capping layers which can be used inter alia for the electrical separation of printed interconnects in microelectronic multi-level circuits and for surface protection of microelectronic circuit and component arrangements. According to the invention, the material to be fired consists of a screen-printable, intimate mixture of 50 to 80 parts by weight in% of a glass of the chemical composition (in mass fractions in%) 30 to 50 BaO, 15 to 30 B2O3, 5 to 15 Al2O3 and 20 to 45 SiO2, which has a mean linear thermal AK (293 K to 573 K) of 6.010 6 K 1 to 7.510 6 K 1, and 20 to 50 parts by weight in% crystalline alpha-alumina, with a particle size of less than 10 mm, of which at least 50% by mass less than or equal to 3 mm. The screen-printable, intimate mixture may be a screen-printable paste containing a liquid organic macromolecular print carrier. The production method according to the invention is based, in particular, on the processing of glasses which are stable to reduction and less than or equal to 1173 K and which do not crystallize spontaneously, at a sintering temperature of greater than or equal to 953 K and the linear thermal AK (293 K to 573 K). from 6.010 6 K 1 to 7.510 6 K 1. {Celsian; Insulation layers; covering layers; Interconnects, printed; Multi-level circuits, microelectronic; Mixture, screen-printable; alpha alumina, crystalline; Print carrier, liquid organic macromolecular;}
Description
35 bis 45BaO 15 bis 25 B2O3 5 bis 15AI2O3 25 bis 42SiO2,35 to 45 BaO 15 to 25 B 2 O 3 5 to 15Al 2 O 3 25 to 42SiO 2 ,
das einen mittleren linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten fur den Temperaturbereich von 293K bis 573Kzwischen 6,0 x 10"6K"1 und 7,5 x 10"6K ' hat, und 30 bis 45 Masseanteile in % zerkleinertes kristallines alpha-Aluminiumoxid, mit einer Korngroße kleiner 10μιη, davon mindestens 50 Masseanteile in % kleiner oder gleich Зцтwhich has an average linear thermal expansion coefficient for the temperature range of 293K to 573Kzwischen 6.0 x 10 "6 K" 1 and 7.5 x 10 "6 has K ', and 30 to 45% by mass of crushed crystalline alpha-alumina, with a Grain size smaller 10μιη, of which at least 50 parts by mass in% less than or equal to Зцт
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft Celsian enthaltende, glasig kristalline Isolations und Abdeckschichten, die zur elektrischen Trennung von gedruckten Leitbahnen in mikroelektrischen Mehrebenen Schaltkreisen sowie auch zur äußeren Abdeckung und zum Oberflachenschutz mikroelektronischer Schaltkreis und Bauelementanordnungen gegenüber äußeren Einflüssen einsetzbar sindThe invention relates to Celsian-containing, glassy crystalline insulation and cover layers, which are used for electrical separation of printed interconnects in micro-electrical multi-level circuits as well as the outer cover and surface protection microelectronic circuit and component assemblies against external influences
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
In der Dickschicht Mikroelektronik sind bereits Materialsysteme bekannt geworden deren technische Aufgabe dann besteht nach Durchlaufen eines technologischen Brennregimes die Bildung von Celsian, ein in mehreren polymorphen Modifikationen auftretendes kristallines Bariumaluminiumsilikat der Zusammensetzung BaAI2Si2O8, als den (im wesentlichen) eigenschaftsbestimmenden Bestandteil einer Isolations und Abdeckschicht, zu ermöglichen Generell besitzen Celsian enthaltende Isolations und Abdeckschichten neben der Eigenschaft der kontrollierten Thermoplastizitat, d h der Fähigkeit wiederholte thermische Belastungen einer bereits eingebrannten Schicht bis in den Bereich der ursprünglichen Brenntemperatur ohne Deformation überdauern zu können (eine fur die Realisierung von Mehrebenenstrukturen unabdingbare Forderung), weitere vorteilhafte Eigenschaften wie ζ B hohe Isolationswiderstande und niedrige dielektrische Verlustfaktoren sowie die prinzipielle Möglichkeit, das Warmedehnungsverhalten der resultierenden Isolations und Abdeckschichten in Abhängigkeit von der Art der jeweils vorliegenden Kristallmodifikation ι η gewissem Umfang beeinflussen zu könnenIn the thick-film microelectronics material systems are already known whose technical task is then after passing through a technological Brennregimes the formation of Celsian, a occurring in several polymorphs crystalline barium aluminum silicate composition BaAI 2 Si 2 O 8 , as the (essentially) property-determining component of a In general, Celsian-containing insulation and cover layers have the property of controlled thermoplasticity, ie the ability to survive repeated thermal stresses on an already baked layer to the original firing temperature without deformation (which is indispensable for the realization of multi-level structures) Requirement), further advantageous properties such as Isol B high insulation resistances and low dielectric loss factors as well as the possibility in principle, the thermal expansion V get the resulting insulation and cover layers depending on the nature of the respective present crystal modification ι η to influence a certain extent
Die zur Herstellung Celsian enthaltender Isolationsschichten benotigten glasig-kristallinen Ausgangsmatenalien werden in der DE OS 2330381 sowie im US P 3586522 und US P 3837869 beschrieben In der Fachliteratur (Xl Intern Glas Kongreß PragThe glassy-crystalline starting materials required for the preparation of Celsian insulating layers are described in DE OS 2330381 and in US Pat. No. 3,558,652 and US Pat. No. 3,837,869. In the specialist literature (XI International Glas Congress Prague
1977) behandelt BROUKAL den Kristallisationsprozeß von kristallisierenden Glasern mit Celsian als kristallinem Hauptbestandteil1977) BROUKAL treats the crystallization process of crystallizing glasses with Celsian as the main crystalline component
Erfindungsgegenstand der DE OS 2330381 sind kristallisierende Glaser fur die Herstellung von Uberkreuzungsdielektnka die wahrend des Brennvorganges im Bereich zwischen 850 und 9000C neben Titanit und Zinkorthosilikat im wesentlichen aus Celsian bestehende Kristallphasen ausbilden und durch folgenden Bereich ihrer chemischen Zusammensetzung in Ma % charakterisiert werden 25-40 SiO2 5-15TiO2 7-12AI2O3 10-30BaO 10-20ZnO, 2-10 CaO, 2-8 B2O3, 0-2 MgO 0-4 Bi2O3 Im US P 3586522 wird eine Glaskeramikzusammensetzung als Dielektrikumsschicht mit der Hauptkristallphase Celsian in Mengenanteilen zwischen 20 und 40% beschrieben (außerdem Titanit als Nebenbestandteil), basierend auf einem kristallisierendem Ausgangsglas aus dem Zusammensetzungsbereich (Ma %) 22-32 SiO2, 22-42 PbO, 9-13 AI2O3 3-15 TiO2 4-12BaO 0-20ZnO, 0-1OPbF2, 0-4 SrO, 0-4 ZrO2, 0-4Ta2O5 0-4 WO3, 0-4 CdO 0-4 SnO2, 0-4 Sb2O3 Das US P 3837869 schützt eine glasig kristalline Materialzusammensetzung die eine Mischung aus 10—75Ma % bereits vorgebildeter Celsiankristalle sowie zwei glasige Phasen umfaßt, wobei eine der Glasphasen mit dem zur Celsiankristallisaiion fähigem Glas gemäß der Lehre des о g US P 3586522 identisch istThe subject of the invention of DE OS 2330381 are crystallizing glasses for the production of Überkreuzungsdielektnka which form during the firing process in the range between 850 and 900 0 C in addition to titanite and zinc orthosilicate consisting essentially of Celsian crystal phases and characterized by the following range of their chemical composition in Ma% 25- 40 SiO 2 5-15TiO 2 7-12AI 2 O 3 10-30BaO 10-20ZnO, 2-10 CaO, 2-8 B 2 O 3 , 0-2 MgO 0-4 Bi 2 O 3 In US Pat Glass ceramic composition as a dielectric layer with the main crystal phase Celsian in proportions between 20 and 40% described (also titanate as minor ingredient), based on a crystallizing starting glass from the composition range (Ma%) 22-32 SiO 2 , 22-42 PbO, 9-13 AI 2 O 3 3-15 TiO 2 4-12 BaO 0-20 ZnO, 0-1OPbF 2 , 0-4 SrO, 0-4 ZrO 2 , 0-4Ta 2 O 5 0-4 WO 3 , 0-4 CdO 0-4 SnO 2 , 0-4 Sb 2 O 3 US Pat. No. 3,337,869 protects a glassy crystalline material composition which comprises a mixture of 10-75% by weight of already preformed Celsian crystals and two glassy phases, one of the glass phases being identical to the glass capable of Celsian crystallization according to the teaching of US Pat. No. 3,589,522
Schließlich beschreibt BROUKAL(S о ) den Mechanismus der Celsianknstallisation in einer aus (in Ma %) 27SiO2, 13AI2O3 31 PbO, 9,3ZnO 13,5TiO2 und 6,2BaO bestehenden kristallisierenden Glaszusammensetzung fur die Herstellung von Isolationsschichten in der DickschichthybndtechnikFinally, BROUKAL (S о) describes the Celsianknstallization mechanism in a crystallizing glass composition consisting of (in Ma%) 27SiO 2 , 13AI 2 O 3 31 PbO, 9,3ZnO 13,5TiO 2 and 6,2BaO for the preparation of insulating layers in the Dickschichthybndtechnik
Die genannten Losungen des Standes der Technik sind zum einen dadurch charakterisiert, daß sie als siebdruckfahiges Ausgangsmatenal fur die Herstellung von Celsian enthaltenden Isolationsschichten stets zur gesteuerten Eigenkristallisation fähige Glaszusammensetzungen zum Typ der Sintervitrokeramik verwenden Der Nachteil derartiger nicht stabiler Glaszusammensetzungen besteht generell darin daß sie in der Regel nur ein sehr enges Sintertemperaturintervall aufweisen und die dazu häufig in Konkurrenz ablaufenden Volumen und ggf auch Oberflachenkristallisationsprozessezu einer vorzeitigenThe above-mentioned solutions of the prior art are characterized on the one hand by the fact that they always use controlled self-crystallization glass compositions of the sintered vitroceramic type as a screen-printable starting material for the production of insulating layers containing Celsian. The disadvantage of such non-stable glass compositions is generally that they generally have only a very narrow sintering temperature interval and the volume often running in competition with it and possibly also surface recrystallization processes to a premature
Sinterblockade fuhren können Dadurch kann die Ausbildung einer dichtgesinterten porenarmen Isolationsschicht mit reproduzierbar elektrisch isolierenden bzw hermetisch kapselnden Eigenschaften erheblich beeinträchtigt werden, dies geschieht vor allem dann, wenn durch Nichteinhalten der optimalen Teilchengroßeverteilung des Glaspulvers das Sinter und Kristallisationsverhalten des Materials in unkontrollierbarer Weise verändert wird Darüber hinaus besteht ein weiterer einschränkender Gesichtspunkt fur die Verwendung kristallisierender Glaser vom Typ des Sintervitrokerams darin, daß sie zur (im Bezug auf Menge und Große der Kristalle) optimalen Kristallausbildung einem relativ sensiblen Zeit Temperatur-Regime mit vergleichsweise niedrigen Aufheizarten und zwei Haltepenoden bei unterschiedlichen Temperaturen (jeweils im Bereich der maximalen Keimbildungsgeschwindigkeit und der maximalen Knstallwachstumsgeschwindigkeit) ausgesetzt werden müssen Da das technologische Regime des Dichtschichtpasteneinbrandes vor allem aus ökonomischen Gründen auf hohe Aufheizraten und nur eine Haltepenode bei der jeweiligen Spitzenbrenntemperatur orientiert wird, ergeben sich fur die resultierende Isolationsschicht generell zusatzliche Probleme hinsichtlich einer vollständigen maximalen Knstallphasenausscheidung unter den gegebenen nichtoptimalen Bedingungen des BrennregimesAs a result, the formation of a densely sintered, low-pore insulation layer having reproducibly electrically insulating or hermetically encapsulating properties can be significantly impaired, especially if the sintering and crystallization behavior of the material is changed in an uncontrollable manner by non-compliance with the optimum particle size distribution of the glass powder Another limiting consideration for the use of sintered vitroceramic crystallizing glasses is that they provide for the (in terms of amount and size of crystals) optimal crystal formation a relatively sensitive time temperature regime with comparatively low heating modes and two holding molds at different temperatures (respectively in the range of the maximum nucleation rate and the maximum cyst growth rate) must be exposed as the technological regime of the seal layered paste firing is oriented, especially for economic reasons, to high heating rates and only one holding pen at the respective peak firing temperature, additional problems generally arise for the resulting insulating layer with regard to complete maximum precipitation of potash under the given nonoptimal conditions of the firing regime
Schließlich besteht ein weiteres Merkmal der Losungen des Standes der Technik dann, daß die dort verwendeten Grundglaszusammensetzungen in der Regel reduzierbare Bestandteile wie PbO, CdO Bi2O3 bzw TiO2 enthalten Diese können bei einem nichtoxi die rend eingestellten technologischen Brennregime, wie es ζ B bei der Verarbeitung eines Pastensystems auf Basis edelmetallfreier Leitpasten angewendet werden mußte, in niedrigen Wertigkeitsstufen (Ti4+ —* Ti3+) bzw den metallischen Zustand (Pb2+ —» Pb+0) übergehen, wodurch die resultierenden Isolationsschichten in ihren dielektrischen Eigenschaften verändert werden konnen, so daß die Losungen des Standes der Technik nur sehr bedingt als Bestandteil eines edelmetallfreien Dickschichtpastensystems einsetzbar warenFinally, another feature of the prior art solutions is that the base glass compositions used therein typically contain reducible components such as PbO, CdO Bi 2 O 3, and TiO 2 , respectively. These can be used in a non-oxidative technological firing regime, such as B had to be applied in the processing of a paste system based on noble metal-free conductive pastes, in low valence states (Ti 4+ - * Ti 3+ ) or the metallic state (Pb 2+ - »Pb +0 ) pass over, whereby the resulting insulating layers in their dielectric properties can be changed, so that the solutions of the prior art were very limited use as part of a noble metal-free thick-film paste system
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer siebdruckfahigen Mischung, aus der unter weitestgehender Vermeidung der N achteile des Standes der Technik, Celsia η enthaltende, glasig kristalline Isolations und Abdeckschichten auf Tonerdekeramik Substrate vorteilhafter herstellbar sindThe aim of the invention is to provide a screen printable mixture, from which, while largely avoiding the disadvantages of the prior art, Celsia η-containing, glassy crystalline insulation and cover layers on alumina ceramic substrates are produced more advantageously
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Herstellung von Celsian enthaltende glasig kristalline Isolations- und Abdeckschichten auf Tonerdekeramik Substrate eine neuartige siebdruckfahige Mischung zu entwickeln, deren Glaskomponente ein gegenüber dem Stand der Technik vor allem gunstigeres Sinter und Knstallisationsverfahren aufweist und fur das technologische Regime des Dickschichtpasteneinbrandes erforderliche höhere Aufheizraten mit nur einer Haltepenode ermöglichtThe invention has for its object to develop for the production of Celsian containing crystalline insulating and cover layers on alumina ceramic substrates to develop a novel screen printable mixture whose glass component has a comparison with the prior art, especially cheaper sintering and Knstallisationsverfahren and for the technological regime of thick film paste brand required higher heating rates with only one holding pen allows
Es wurde gefunden, daß erfindungsgemaß das fur die Celsian enthaltenden, glasig-kristallinen Isolations- und Abdeckschichten auf Tonerdekeramik-Substrate zu brennende Material aus einem siebdruckfahigen, innigen GemischIt has been found that, according to the invention, the glassy-crystalline insulating and covering layers containing Celsian on alumina ceramic substrates are to be fired from a screen-printable, intimate mixture
- von 50 bis 80 Masseanteile in % eines zerkleinerten Glases der chemischen Zusammensetzung (in Masseanteile in % und auf Oxidbasis berechnet)- from 50 to 80 parts by weight in% of a crushed glass of chemical composition (calculated in% by weight and based on oxides)
30 bis 50 BaO 15 bis 30 B2O3 5 bis 15 AI2O3 20 bis 45 SiO2,30 to 50 BaO 15 to 30 B 2 O 3 5 to 15 Al 2 O 3 20 to 45 SiO 2 ,
das einen mittleren linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten fur den Temperaturbereich von 293K bis 573 K zwischen 6 0 χ 10"6K"1 und 7,5 χ 10"6K"1 hat und 20 bis 50 Masseanteile in % zerkleinertes kristallines alpha Aluminiumoxidwhich has a mean linear thermal expansion coefficient for the temperature range from 293 K to 573 K between 6 0 χ 10 " 6 K" 1 and 7.5 χ 10 " 6 K" 1 and 20 to 50 mass% in% crushed crystalline alpha alumina
- mit einer Korngroße kleiner ΙΟμιτι, davon mindestens 50 Masseanteile in % kleiner oder gleich Зцт besteht und- With a grain size smaller ΙΟμιτι, of which at least 50 parts by mass in% is less than or equal to Зцт and
- das siebgedruckte, gebrannte Material- the screen-printed, fired material
• neben der glasigen Phase eine kristall ine al pha-Aluminiumoxidphase mit bis zu 30 Masseanteile in % der Gesamtmasse der gebrannten Materials und eine monokline und hexagonale Celsianphase mit mindestens 10 Massenanteile in % an monokliner Celsianphase enthalt,In addition to the glassy phase, a crystalline alpha-alumina phase containing up to 30% by mass in% of the total mass of the fired material and a monoclinic and hexagonal Celsian phase containing at least 10% by mass of monoclinic Celsian phase,
• einen mittleren linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten fur den Temperaturbereich von 293 K bis 573 K zwischen 5.1 x 10"6K ' und 7,5 x 10'6K"1,A mean linear thermal expansion coefficient for the temperature range from 293 K to 573 K between 5.1 × 10 -6 K 'and 7.5 × 10 -6 K -1 ,
• einen elektrischen Isolationswiderstand von großer 10!2Ohm [293K] und• an electrical insulation resistance of large 10 ! 2 ohms [293K] and
• einen dielektrischen Verlustfaktor von kleiner oder gleich 10 2 [1 kHz] hat• has a dielectric loss factor of less than or equal to 10 2 [1 kHz]
Eine bevorzugte Ausfuhrungsform des siebdruckfahigen, innigen Gemisches besteht aus 55 bis 70 Masseanteile in % eines zerkleinerten Glases der chemischen Zusammensetzung (in Massenanteile in % und auf Oxidbasis berechnet)A preferred embodiment of the screen-printable, intimate mixture consists of 55 to 70 parts by weight in% of a comminuted glass of the chemical composition (in% by weight and calculated on an oxide basis)
35 bis 45 BaO 15 bis 25 B2O3 5 bis 15 AI2O3 25 bis 42 SiO2,35 to 45 BaO 15 to 25 B 2 O 3 5 to 15 Al 2 O 3 25 to 42 SiO 2 ,
das einen mittleren linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten fur den Temperaturbereich von 293 K bis 573 K zwischen 6,0 χ 10"6K"1 und 7,5 χ 10"6K"1 hat, und 30 bis 45 Masseantede in % zerkleinertes kristallines alpha Aluminiumoxid Das siebdruckfahige, innige Gemisch kann eine einen flussigen organischen, makromolekularen Drucktrager enthaltende siebdruckfahige Paste seinthe χ an average linear thermal expansion coefficient for the temperature range of 293 K to 573 K between 6.0 10 "6 K" 1 and 7.5 χ 10 "6 K" 1 has, and 30 to 45% in Masseantede comminuted crystalline alpha alumina The screen-printable, intimate mixture may be a screen-printable paste containing a liquid organic macromolecular printing support
Weiterhin wurde ein Verfahren zur Herstellung von Celsian enthaltende, glasig kristalline Isolations- und Abdeckschichten auf Tonerdekeramik-Substrate gefunden Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein siebdruckfahiges inniges Gemisch bereitet, bestehend aus 50 bis 80 Masseanteile in %, vorzugsweise 55 bis 70 Masseanteile in %, eines zerkleinerten Glases der chemischen Zusammensetzung (in Masseanteile in % und auf Oxidbasis berechnet)Furthermore, a process for the preparation of Celsian-containing, glassy crystalline insulating and covering layers on alumina ceramic substrates has been found. This process is characterized in that a screen-printable intimate mixture is prepared, consisting of 50 to 80 parts by mass in%, preferably 55 to 70 parts by mass in %, of a crushed glass of chemical composition (in% by mass and calculated on an oxide basis)
30 bis 50 BaO, vorzugsweise 35 bis 45 BaO, 15 bis 30 B2O3, vorzugsweise 15 bis 25 B2O3, 5 bis 15 AI2O3, 20 bis 45 SiO2, vorzugsweise 25 bis 42 SiO2,30 to 50 BaO, preferably 35 to 45 BaO, 15 to 30 B 2 O 3 , preferably 15 to 25 B 2 O 3 , 5 to 15 Al 2 O 3 , 20 to 45 SiO 2 , preferably 25 to 42 SiO 2 ,
das einen mittleren linearen technischen Ausdehnungskoeffizienten fur den Temperaturbereich von 293K bis 573K zwischen 6,0 χ 10 6K"1 und 7,5 χ 10~6K~' hat, und 20 bis 50 Masseanteile in %, vorzugsweise 30 bis 45 Masseanteile in %, zerkleinertes kristallines alpha-Alumimumoxid, mit einer Korngroße kleiner 10 цт, davon mindestens 50 Masseanteile in % kleiner oder gleich 3μΓη, das innige Gemisch in einem flussigen organischen makromolekularen Drucktrager zu einer siebdruckfahigen Paste dispergiert, die Paste auf Tonerdekeramik-Substrate siebverdruckt und nach dem Trocknen die bedruckten Substrate mit einer Geschwindigkeit zwischen lOKmin"1 und 50Kmin~' auf eine Brenntemperatur zwischen 1 073K und 1 173K aufheizt bei dieser Temperatur zwischen 10 und 20 Minuten tempert und anschließend abkühltwhich has an average linear technical coefficient of expansion for the temperature range of 293K to 573K between 6.0 χ 10 6 K "1 and 7.5 χ 10 -6 K 'has ~, and 20 to 50% by mass, preferably 30 to 45 parts by mass in %, crushed crystalline alpha-alumina, with a particle size smaller than 10 цт, of which at least 50 parts by mass in% less than or equal to 3μΓη, the intimate mixture dispersed in a liquid organic macromolecular Drucktrager to a screen-printable paste, the paste screen printed on alumina ceramic substrates and after drying the printed substrates at a rate between lOKmin " 1 and 50Kmin ~ 'heated to a firing temperature between 1 073K and 1 173K tempered at this temperature for 10 to 20 minutes and then cooled
Untersuchungen mit dem erfindungsgemaßen siebdruckfahigen, innigen Gemisch ergaben, daß Mengenanteile von großer 80 Masseanteile in % des in diesem Gemisch enthaltenden Glases bereits beim Erstbrand generell zu unkontrollierbaren plastischen Deformationen und zum Verlaufen der gedruckten Linienstrukturen fuhren, andererseits werden bei Glasanteilen von kleiner 50 Masseanteile in % infolge nicht ausreichender Sinterfahigkeit unter den Bedingungen des technologischen Brennregimes nur poröse Schichten mit ungenügenden Isolations- und Abdeckeigenschaften erhalten Gegenüber den Glasern des Standes der Technik existieren innerhalb des erfindungsgemaßen Bereiches der chemischen Glaszusammensetzung reduktionsstabile, bis zu einer Temperatur von kleiner oder gleich 1173 K nicht zur Eigenkristallisation fähige Glaser mit einer Temperatur der beginnenden Sinterung im Bereich von großer oder gleich 953 K und dem mittleren linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 6,0 x 10"6K"1 und 7,5 χ 10"6K"1 im Temperaturbereich zwischen 293 K und 573 K Diese Glaser enthalten im Unterschied zu den bekannten Glasern keine reduzierbaren Bestandteile wie PbO CdO, Bi2O3 oderTiO2 Investigations with the inventive screen-printable, intimate mixture showed that proportions of large 80 parts by mass in% of the glass contained in this mixture already lead to uncontrollable plastic deformation and bleeding of the printed line structures during initial firing, on the other hand glass contents of less than 50% by weight in% As a result of insufficient sinterability under the conditions of the technological firing regime, only porous layers with insufficient insulation and covering properties are obtained. Compared with the glasses of the prior art, reduction-stable up to a temperature of less than or equal to 1173 K do not exist for self-crystallization within the range of the chemical glass composition according to the invention capable glaziers with incipient sintering temperature in the range of greater than or equal to 953 K and the mean linear thermal expansion coefficient between 6.0 x 10 -6 K " 1 and 7.5 χ 10" 6 K " 1 in the temperature range between 293 K and 573 K Unlike conventional glasses, these glasses do not contain any reducible components such as PbO CdO, Bi 2 O 3 or TiO 2
Außerhalb des erfindungsgemaßen Bereiches der chemischen Glaszusammensetzung liegende BaO-Gehalte von großer 50 Masseanteile in % verschieben den mittleren linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu Werte großer 7,5 χ 10"6K"1 und den Sinterbeginn zu Temperaturen kleiner 953K, BaO Gehalte kleiner 30 Masseanteile in%, B2O3-Gehalte kleiner 15 Masseanteile in % und SiO2-Gehalte großer 45 Masseanteile in % verzogern dagegen den Sinterprozeß insgesamt und beeinträchtigen damit die Ausbildung dichter und porenfreier Schichten Glaszusammensetzungen mit AI2O3-Gehalten kleiner 5 Masseanteile in % neigen bereits erheblich zu Eigenkristallisation, wahrend AI2O3-Gehalte großer 15 Masseanteile in % die notwendige chemische Reaktivität des Glases mit der kristallinen Komponente Aluminiumoxid bereits merklich vermindern und gleichzeitig den Sinterprozeß behindernMove lying outside of the inventive scope of the chemical glass composition, BaO contents of great 50% by mass of the average linear thermal expansion coefficient to values larger 7.5 χ 10 "6 K" 1 and the start of sintering at temperatures below 953K, BaO contents of less than 30 parts by mass in %, B 2 O 3 contents of less than 15 mass fractions in% and SiO 2 contents of large 45 mass fractions in% delay the overall sintering process and thus impair the formation of dense and pore-free layers Glass compositions with Al 2 O 3 contents less than 5 mass fractions in% Already significantly crystallize to self-crystallization, while Al 2 O 3 contents of large 15 parts by mass in% already significantly reduce the necessary chemical reactivity of the glass with the crystalline component alumina and at the same hinder the sintering process
Im folgenden wird die Erfindung durch Ausfuhrungsbeispiele weiter erläutert, wobei die Anwendung der Erfindung nicht auf dieses Beispiele beschrankt istIn the following the invention is further explained by exemplary embodiments, wherein the application of the invention is not limited to this example
Das erfindungsgemaße siebdruckfahige Gemisch wird in an sich bekannter Weise unter Zusatz von in der Dichtschichttechnik üblicherweise verwendeten flussigen organischen makromolekularen Drucktragern zu siebdruckfahigen Pasten aufbereitet, auf Tonerdekeramik-Substraten verdruckt, getrocknet und einem üblichen technologischen Brennregime ausgesetzt Es ist ein Kennzeichen der Erfindung, daß die erfinderische Wirkung, d h die Ausbildung einer Celsian enthaltenden, glasig kristallinen Isolations- und Abdeckschicht dann erreicht wird, wenn der Brennprozeß über mindestens 10 Minuten im Temperaturbereich zwischen 1 073 K und 1173 K erfolgt, wobei die Aufheizgeschwindigkeit bis zum Erreichen der jeweiligen Spitzentemperatur bis zu 50Kmin~' betragen kannThe novel screen-printable mixture is prepared in known manner with the addition of liquid-organic macromolecular pressure transducers commonly used in the screen printing pastes, printed on alumina ceramic substrates, dried and exposed to a conventional technological firing regime Effect, ie the formation of a Celsian-containing, glassy crystalline insulation and cover layer is achieved when the firing process for at least 10 minutes in the temperature range between 1 073 K and 1173 K occurs, the heating up to reaching the respective peak temperature up to 50Kmin ~ 'may amount
Die folgende Tabelle I und Il zeigen Beispiele fur den Versatzaufbau der siebdruckfahigen Gemische, fur die chemische Zusammensetzung der in den Gemischen verwendeten Glaser sowie fur ausgewählte Eigenschaftskennwerte der verwendeten Glaser und der resultierenden Isolations und AbdeckschichtenThe following Tables I and II show examples of the offset composition of the screen-printable mixtures, the chemical composition of the glasses used in the mixtures, as well as selected characteristic values of the glasses used and the resulting insulating and covering layers
Die Beispiele A bis E stellen eine fur die Realisierung der erfinderischen Zielstellung repräsentative Auswahl dar, wahrend die Beispiele G und H im bezug auf die chemische Zusammensetzung und das Entglasungsverhalten der Glaskomponente als Beispiele fur außerhalb des Umfangs der Erfindung liegende und zur Erreichung des Erfindungsziels ungeeignete Varianten zu betrachten sindExamples A to E represent a selection representative of the realization of the inventive objective, while Examples G and H in terms of the chemical composition and the devitrification behavior of the glass component are examples of variants outside the scope of the invention which are not suitable for achieving the goal of the invention to be considered
Versatzaufbau des GemischesOffset composition of the mixture
Chem. Zusammensetzung der GlaskomponenteChem. Composition of the glass component
Eigenschaftskennwerte der GlaskomponenteProperty characteristics of the glass component
Masseanteile in %Mass shares in%
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD33015989A DD295825A5 (en) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | CELSIAN-CONTAINING GLASS-CRYSTALLINE INSULATION AND COATING LAYERS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DD295825A5 true DD295825A5 (en) | 1991-11-14 |
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ID=5610367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DD33015989A DD295825A5 (en) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | CELSIAN-CONTAINING GLASS-CRYSTALLINE INSULATION AND COATING LAYERS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
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DD (1) | DD295825A5 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2519990A4 (en) * | 2009-12-31 | 2015-08-05 | Saint Gobain Ceramics | Thin, fine grained and fully dense glass-ceramic seal for sofc stack |
US10658684B2 (en) | 2013-03-29 | 2020-05-19 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Sanbornite-based glass-ceramic seal for high-temperature applications |
-
1989
- 1989-06-29 DD DD33015989A patent/DD295825A5/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2519990A4 (en) * | 2009-12-31 | 2015-08-05 | Saint Gobain Ceramics | Thin, fine grained and fully dense glass-ceramic seal for sofc stack |
US10658684B2 (en) | 2013-03-29 | 2020-05-19 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Sanbornite-based glass-ceramic seal for high-temperature applications |
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