DE1671900A1 - Metallisierungswerkstoff zur Herstellung elektrischer Schaltelemente bzw. Metallgemisch fuer Metallisierungswerkstoff zur Herstellung - Google Patents
Metallisierungswerkstoff zur Herstellung elektrischer Schaltelemente bzw. Metallgemisch fuer Metallisierungswerkstoff zur HerstellungInfo
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Description
1571900
I. 40
Augsburg, den 22„ November 1967
International Business Machines Corporation, Armonk,
IT. Ϊ. 10 504, Vereinigte Staaten von Amerika
Metallisierungsifferkstoff zur Herstellung elektrischer
-Schaltelemente bzw. Metallgemisch für Metallisierungswerkstoffe
Die Erfindung betrifft Metallisierungswerkstoffe und insbesondere elektrisch leitende Metallisierungsv.'^rkstoffe
zur Herstellung von elektrisch leitenden Kontakten, Y^rbindun^mnordnungen und dergl«, in Schaltungselement en
mit ;.,ikroscheltungenP
SAD 109845/1737
Charakteristisch für stark miniaturisierte Schaltungselemente
ist stets ein winziger quadratischer Trägerkörper in einer Dicke von Millimetern bzwo Bruchteilen von Millimetern,
auf dessen Oberfläche einzelne Bauteile angeordnet sind, die ihrerseits durch eine gedruckte Schaltung elektrisch
leitende Verbindung miteinander haben. Diese Bauteile enthalten ihrerseits jeweils wiederum ein oder mehrere aktive
oder passive elektrische Schaltungselemente, die zu einem einstückigen Gebilde zusammengefaßt sind und bestimmte
gewünschte !funktionen oder Tätigkeiten ausführen können» Die auf einem Trägerkörper befestigten aktiven Bauteile haben
beispielsweise Abmessungen in der Größenordnung von 0,64- mm
im Quadrat bis 5 mm im Quadrat. Die gedruckten Leiterelemente
bzw. die Verdrahtung zwischen den aktiven und passiven Bauteilen sind größenordnungsmäßig 0,38 mm bis 0,1 mm und darunter
breit und 0,0125 mm bis 0,038 mm dick.
Die außerordentlich kleinen Querschnittsabmessungen der aufgedruckten Leiterelemente und der geringe Abstand von den
mit hoher Genauigkeit hergestellten passiven und aktiven Bauteilen der Schaltung stellen strenge Anforderungen an den
für solche Leiterelemente zu verwendenden Metallisierungswerkstoff. Eine wesentliche Forderung isb, daß der Werkstoff
— 2 —
BAD ORIGINAL
109345/1737
wegen des geringen Querschnittes des herzustellenden Leiterelementes
sehr gut und gleichförmig leitet. Ferner soll der Werkstoff sich gut durch Schablonen hindurch verarbeiten
lassen und eine lange Kantenlebensdauer haben. Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt ist, daß der T/erkstoff bei seiner
Verarbeitung zu Leiterelementen während des SinterungsVorganges
nicht zu Brüchen oder Rissen neigt. Schließlich sollen auf diese Weise hergestellte Leiterelemente sich zuverlässig
verzinnen lassen, große Dichte aufweisen und gute Haftungseigenschaften gegenüber dem Trägerkörper haben.
In bestimmten Fällen wurde bei Leiterelementen, die aus
Eetallisierungswerkstoffen der obengenannten Art hergestellt waren, eine Wanderung eines Anteiles des Metallbestandteiles
beobachtet. Beispielsweise wurde bei Betriebsbedingungen
unter hoher Feuchtigkeit und hoher anliegender Spannung eine oilberausscheidung in kathodischen Bereichen der Schaltung
beobachtet, welche letztlich zur Bildung von Dendriten führte, welche in Richtung auf benachbarte anodische Bereiche wachsen
und einen Kurzschluß dorthin herstellen können»
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei solchen Metallisierungswerkstoffen Eigenschaften zu erzielen,
3 " BAD ORIGINAL
109845/1737
.die es ermöglichen, daß daraus hergestellte und gebrannte
Leiterelemente eine gute Haftfähigkeit am Trägericörper,
große Dichte und Reproduzierbarkeit dieser Eigenschaften, hohe und gleichförmige Leitfähigkeit, geringe Neigung zur
Reaktion mit Lotwerkstoffen und keine Wanderungserscheinungen hinsichtlich einzelner Metallkomponenten aufweisen»
Der erfindungsgemäße Metallisierungswerkstoff soll ferner
kein Silber enthalten und während der Sinterung nicht zu Brüchen oder Rissen neigen.
Weiter soll die Forderung erfüllt werden, daß der Metaiiisierungswerkstoff nach dem Brennen leicht verzinnbare
bzwe leicht lötbare Leiterelemente auf dem Trägerkörper
ergibt, die unter der Einwirkung von Lot keine Erosion oder Auslaugung erfahren.
Im Sinne der Lösung der genannten Aufgabe beinhaltet die Erfindung ein den metallischen Bestandteil für
Metallisierungswerkstoffe bildendes Iietailgemisch, welches durch einen Gehalt von 60 Gewichtsprozenten bis 70 Gewichtsprozenten
Gold, 10 Gewichtsprozenten bis 20 Gewichtsprozenten Platin und 10 Gewichtsprozenten bis 30 Gewichtsprozenten
Palladium gekennzeichnet ist«
- 4 109845/1737
Mach, einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält ein solcher Metallisierungswerkstoff als metallischen
Bestandteil Gold, Platin und Palladium, ferner einen bestimmten Anteil an Glasfritte und ein Bindemittel0
Besonders zufriedenstellende Ergebnisse werden mit einer Zusammensetzung des metallischen Bestandteiles des
Metallisierungswerkstoffes von 60% Gold, 20% Platin und 20% Palladium erzielt.
Zur erfindungsgemäßen Herstellung der Leiterelemente auf einer dielektrischen Trägerplatte wird folgendermaßen
verfahren:
Zunächst werden die genannten Edelmetalle in Pulverform mit fein verteilter Glasfritte und einem neutralen flüssigen
Trägermittel vermischt, so daß eine homogene Paste entsteht. Dies wird erreicht, indem man zuerst das Edelmetallpulver und
die Glasfritte durch ein sehr feinmaschiges Sieb treibt und
hierauf so lange eine Durcnmischung dieser Bestandteile vornimmt, bis ein homogenes Gemenge entsteht. Die Metallpulver
und die Glasfritte werden darm in einem organischen Trägermittel dispergiert, bis eine homogene pastenförmige
Masse erhalben wird,
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109845/1737 BADOR1QU)1AV
Zur Herstellung der Leiterelemente wird die Paste dann
xn dem gewünschten Muster durch, gebräuchliche Auftragungsverfahren,
beispielsweise durch Siebdruck, auf den Trägerkörper aufgebracht» Danach v/ird die Paste bei erhöhten
Temperaturen oberhalb 600 0, insbesondere bei 750 C gebrannt,
so daß sich die elektrischen Leiterelemente bilden. Hierauf
läßt man das Bauteil auf Raumtemperatur abkühlen.
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden, mehr ins einzelne gehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen. In diesen stellen dar:
Figur 1 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Materialflusses
und der bei der Herstellung eines Leiterelementes aus einem Metallisierungswerkstoff
nach der Erfindung erforderlichen Arbeitsgänge ,
!figur 2 eine perspektivische Teilansicht einer Anordnung
von Leiterelementen auf einem keramischen Trägerkörper,
Figur 3 einen Querschnitt durch eine Überkreuzungsstelle
:^^ " 109845/1737
zweier Leiterelemente entlang der in Figur
angedeuteten Linie 3-3 und
Figur 4 eine graphische Darstellung, in welcher die
Haftfähigkeit über dem Gehalt an Glasfritte bzw« Flußmittel in Gewichtsprozenten aufgetragen
ist.
In Figur 1 der Zeichnungen ist ein überblick über das
Herstellungsverfahren zur Herstellung von Leiteranordnungen beispielsweise nach Figur 2 der Zeichnungen gegeben. Goldpulver
11, Platinpulver 12 und Palladiumpulver 13, welches geringe Oberflächengröße hat, sowie Glasfritte 14- werden
durch ein Sieb mit einer Feinheit von 200 Maschen bis 4CC Maschen,
insbesondere 325 Maschen, geführt, was unter leichtem
Schütteln erfolgt, wie durch die mit 15 bezeichnete Station angedeutet ist. Nur das durch das Sieb gelaufene Pulver wird
im folgenden weiterverwendet, um zu große Partikelchen auszuscheiden.
Der erfindungsgemäße Anteil 14 an Glasfritte hat die
Form fein verteilten glasartigen Materials, weiches bei der Brenntemperatur schmilzt. Vorzugsweise enthält die Glasfritte
Wismuttrioxyd und ein Bl ei-Bor silikat glas in einem Verhältnis
- 7 -109845/1737
yon zwei Teilen des ersteren und einem Teil des letzteren»
Die Glasf ritte soll sehr fein verteilt sein, so daß sowohl
eine die Gleichförmigkeit sicherstellende- gute Dispersion unter den Metallteilchen erreicht als auch eine Verstopfung
der Maschen des Siebes vermieden werden. Vorzugsweise beträgt die Korngröße der Frit te 1 · 10~"*mm bis 20 · 10~*mm.
Die trockenen Metallpulver werden zusammen mit der Glasfritte hierauf in einen neutralen Behälter gefüllt und
durch Schütteln in der Station 16 gleichförmig vermischt. Danach sind das gleichförmig vermischte Metallpulver und
die Glasfritte für die Vermischung mit dem Trägermittel vorbereitet·
Das zusammen mit dem erfindungsgemäßen Metallpulvergemisch verwendete Trägermittel enthält vorzugsweise ein Gelatiniermittel,
einen harzartigen Binder und ein Lösungsmittel« Beispiele verwendbarer Gelatiniermittel sind hydriertes Rizinusöl,
Aluminiuft-Stearat und dergl. Der Binder dient dazu, das
Metallpulver und die Fritte auf dem Trägerkörper zu halten, nachdem das Lösungsmittel und das Gelatiniermittel entfernt
sind· Beispiele für verwendbare Binder sind Naturgummiarten,
synthetische Harze, zelluloseharzartige Werkstoffe und dergl. Ferner gibt der Binder der Druckpaste die gewünschte Viskosität,
109845/1737 bad original
Das Lösungsmittel ist so gewählt, daß es den Binder lösen kann und außerdem eine Lösung oder Dispersion des
Gelatiniermittels bewirkt, das in dem Trägermittel zur Anwendung kommt. Hierfür im allgemeinen verwendete Lösungsmittel
sind höhersiedende Paraffine, Cycloparaffine und aromatische Kohlenwasserstoffe oder Mischungen derartiger
Stoffe« Ferner sind einer oder mehrere der Mono- und Dialkyläther des Diäthylenglycols oder deren Derivate zu
nennen, beispielsweise Diäthylenglycol-Monobutyläther-Azetat,
Butyl-Oarbitolazetat und dergl. Die Bestandteile des Trägermittels
werden in der Lösung vorgemischt, bevor die Vermischung mit den metallischen Pulvern und der Glasfritte erfolgt.
Die vorgemischten Metallpulver und die Glasfritte werden ι
mit dem neutralen Trägermittel sowie mit einem geeigneten surfactanten Mittel, beispielsweise mit Honyl-Fhenoxyl-Polyoxyäthylenäthanol
(Warenname Igepal' CO4-3O) zugesetzt
und sorgfältig durchmischt und homogenisiert, bis eine Paste der gewünschten Viskosität in den Stationen 18 und. 19 erhalten wird. Hierbei können gebräuchliche Mischgeräte verwendet werden, wie Mörser und Pistill, Flügelmischer oder dergl·
Sin Zerreiben braucht hierbei nicht zu erfolgen« In der Misch-
109βΓ*%7ΐ737
•tation 18 wird nur die Homogenität hergestellt und ein
Sogenanntes Ausbrechen von Metallpulver während des nachfolgenden Ifahlvorganges vermieden« Der zweite Teil des
Mischvorganges erfolgt in der Mahlstation 19· Vorzugsweise
findet ein Dreiwalzenstuhl zur weiteren Dispersion des
Pulvers im Trägermittel Verwendung« Die Mahltemperatur sollte nicht über die Räumtemperatur ansteigen dürfen, um
ein· au etark· Verflüchtigung des Trägermittels zu verhindern.
Anschließend wird die Paste von der Mühle bzw, dem Walzenstuhl abgenommen und ist nun für die Aufbringung auf einen
Trägerkörper vorbereitet· Bei einem typischen Ausführungsbeispiel enthält die Paste 72,5# Metallpulver, 7,5% Tritte
und 20£ Trägermittel,
Bisher ist nur ein Verfahren zur Herstellung des
Metallisierungswerkstoffes nach der Erfindung beschrieben worden Sin ander·« einfaches Verfahren besteht darin, daß eine
geeignet· Menge von Palladiumpulver geringer Oberflächengröfle
einer gebräuchlichen, im Handel erhältlichen Gold-Platin-Paste
beigegeben wird, wonach so lange gemischt wird, bis die Mischung vollständig homogen ist«
In der Station 22 wird die Paste im Siebdruckverfahren oder nach anderen bekannten Druckverfahren beispielsweise in
- 10 -
109845/1737 bad original
einer aus Figur 2 der Zeichnungen ersichtlichen Anordnung 50 auf einen dielektrischen Trägerkörper 52 aufgedruckt. Selbstverständlich
wird der Trägerkörper vor dem Druckvorgang sorgfältig gereinigt und von Fett oder anderen Fremdstoffen befreit«
Eine das gewünschte Schaltungsbild ergebende Siebdruckschablone bzw. Maske wird über den Trägerkörper gelegt*
Sie Faste wird mit einem Rakel auf die Schablone gestrichen
oder aufgepreßt. Zum Durchdrücken der Paste durch das Sieb und auf den Trägerkörper wird ein bestimmter Druck aufgewendet.
Das in der Siebdruckschablone vorgesehene Muster reproduziert sich dann in einer Dicke, welche durch eine Anzahl
von Einflußgrößen bestimmt ist, beispielsweise durch den Abstreifdruck und den Abstreifwinkel, durch die Viskosität
der Faste, durch die Öffnungsabmessungen im Sieb und durch die Schablonendicke· Bei einer typischen Ausführungsform
der Erfindung wird die Faste in einer Dicke von 0,05 »a aufgedruckt.
Hiernach wird die Schablone von dem Trägerkörper abgenommen und die aufgedruckte pastenförmige Metallisierung
kann jetzt getrocknet und gebrannt werden.
In der Station 25 erfolgt die Trocknung der aufgedruckten
Schaltung. Hierbei wird der größte Teil der in der Faste enthaltenen flüssigkeit entfernt und das aufgedruckte
Muster ist nun fest und ist in Vertikalrichtung, jedoch nicht
- 11 -
109845/1737
in horizontaler Richtung gegenüber den Abmessungen des •feuchten Aufdruckes um annähernd 25% geschrumpft. Als
typische Trocknungsbedingung in Luft sei eine Temperatur von annähernd 100° 0 auf die Dauer von 15 Minuten genannt.
Etwas geringere Widerstandswerte können im Falle aufgedruckter Linien von sehr geringer Breite festgestellt werden,
wenn die Trocknung bei niedrigerer Temperatur auf längere Zeitdauer erfolgt, doch geht dies auf Kosten der Haftung
an dem darunterbefindlichen Trägerkörper, welche dann etwas geringer ist.
Inschließend an die Trocknung ist in der Station 24-der
Brennvorgang vorgesehen. In der Zeit, während welcher die Temperatur der aufgedruckten Paste auf dem Trägerkörper
allmählich auf die Brenntemperatur erhöht wird, verdampfen die letzten Spuren des Lösungsmittels der Paste· Beim weiteren
Ansteigen der Temperatur verbrennen das Gelatiniermittel und der Binder des Trägermittels vollständig und werden
im wesentlichen als gasförmige Verbrennungsprodukte aus der Paste entfernt. Der Glasstaub bzw, die Glasfritte schmilzt
bei der Brenntemperatur, so daß ein dauerhaftes, nach dem Brennen elektrisch leitendes Schaltungsmuster auf dem dielektrischen
Trägerkörper erhalten wird, welches eine typische
- 12 109845/1737
BAD ORIGINAL
Dicke von 0,025 mm haben kann* Eine vorzugsweise für Leiterverbindungen
verwendete Dicke (nach dem Brennen, jedoch vor
dem Verzinnen) ist 0,015 mm bis 0,025 mm. Oberhalb und unterhalb
dieses Dickenbereiohes nimmt die Haftung jeweils ab.
Die Brenntemperatur und die Brennzeit hängen selbstverständlich weitgehend von der besonderen, jeweils verwendeten
Glasfritte ab. Als Richtwert für die Brenntemperatur in
Luftumgebung seien 725° C bis 800° C, vorzugsweise 750° C
angegeben. Ein Brennen bei bedeutend höheren !Temperaturen,
beispielsweise bei 835° C oder 900° 0 kann Schrumpfungen,
Hisse und Abhebungen verursachen. Wenn jedoch die vorher bei 750° 0 gebrannten, aufgedruckten Stege nochmals bei höherer
Temperatur gebrannt werden, so bleiben sie dicht,gut haftend und leicht verzinnbar· Wenn daher bestimmte Bedingungen des
Verfahrens ein Brennen bei Temperaturen oberhalb 750° 0
erfordern, so empfiehlt sich ein Verbrennen bei 750° 0. Nach mehrfachem Brennen bei der gleichen Temperatur oder nach einem
nochmaligen Brennen bei höherer Temperatur werden keine Veränderungen der Leitfähigkeit oder der Verzinnbarkeit festgestellt.
Vielmehr scheint ein nochmaliges Brennen die Haftfähigkeit zu vergrößern. Schließlich wird der dielektrische
Trägerkörper, auf welchen nun das angeschmolzene Muster von Leiterelementen aufgebracht ist, auf Raumtemperatur gebracht·
SAD ORIGINAL 109845/1737
Im Anschluß an die Herstellung des Musters elektrisch leitender Elemente 50 nach Figur 2 der Zeichnungen wird
dieses Muster durch Eintauchen in ein Lotbad mit Lot verzinnt. Das Lotbad enthält beispielsweise 90% Blei und .
Zinn und wird auf einer Temperatur von beispielsweise
330° C gehalten« Die Eintauchung erfolgt auf die Dauer
von 8 Sekunden bis 10 Sekunden, wobei in Isopropylalkohol
gelöstes Harz als Flußmittel verwendet wird. Selbstverständlich können auch andere Lotmittel verwendet werden.
Das Lot überzieht nur das metallisierte Schaltbild 50 und die Anschlußstifte 54·· Der Lotbelag stellt eine gute
elektrische Verbindung zwischen den Anschlußstiften und den Leiteretegen her, d.h. eine gute elektrische Verbindung
zu denjenigen Teilen der Leiter elemente» auf welchen ein
Bauteil der Schaltung befestigt werden soll. Das auf den Leiterstegen befindliche Lot kann auch zur nachfolgenden
Befestigung aktiver oder passiver Bauteile, Verdrahtungen, weiterer Schaltungselemente usw. und auch zur Erhöhung der
Leitfähigkeit der Stege verwendet werden.
Ee ist wesentlich, daß das elektrisch leitende Schaltbild
durch die Berührung mit dem Lotbad keine Erosion erleidet. Der erfindungsgemäße Metallisierungswerkstoff ist
gegen ein· Erosion im Lotbad ungewöhnlich widerstandsfähig.
- 14 -108845/173 7 BAD GRfGlNAL
Nach fixierung der Leiterelemente auf dem dielektrischen TrägerKÖrper und nach dem Verzinnungsvorgang, welcher in der
oben beschriebenen Weise abgeschlossen wird, werden die in der Schaltung anzuordnenden Bauteile, beispielsweise
Transistoren, Dioden und dergl. an den ihnen zugeordneten
Plätzen auf dem dielektrischen Trägerkörper befestigt· Die
passiven Bauteile wie Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten, können vor oder nach dem Verzinnen auf dem
Trägerkörper befestigt werden. Zweckmäßige Verfahren zur Befestigung der aktiven und passiven Bauteile auf einem Trägerkörper
sind bereits eingehend untersucht und entwickelt worden.
Figur 3 der Zeichnungen zeigt einen Querschnitt durch
die Üb erkreuzungs stelle i?6 von zwei Leiterelementen, welche innerhalb des in Figur 2 gezeigten Schaltungsbildes angedeutet
ist. Um diese'Anordnung der Leiter zu erzeugen, wird
zunächst nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren das Leiterelement 58 auf den dielektrischen Trägerkörper 52 gebracht.
Nach dem Brennen und Rückkühlen auf Raumtemperatur wird in demjenigen Bereich des Leiterelementes 58, über welchen ein
zweites Leiterelement 52 hinweglaufen soll, eine bestimmte
Fläche 60 mit einer dielektrischen Glasur überdeckt, wofür beispielsweise ein Natrium-Aluminium-Borsilikatglas verwendet
wird, welches unter dem Warennamen "Corning 7052-Glass" von der Firma Corning Glass Works of Corning, New York, bezogen werden
109845/1737
BAD ORIGINAL
- 15 -
kann. Die Fläche 60 kann bei einer Breite der sich überkreuzenden
Leiterelemente von 0,12 mm bis 0,25 mm typischerweise eine Größe von 0,75 ™a · 0,75 nun haben und 0,037 *™ "bis
0,075 IMQ dick sein. Der in der oben erwähnten Glasfritte
verwendete Glasurwerkstoff kann zweckmäßig auch bei diesem Abdeckungsvorgang Verwendung finden,, Der mit Glasf ritte abgedeckte
Bereich wird dann bei der erforderlichen Temperatur zum Schmelzen der Fritte gebrannt und dann abgekühlt. Hiernach
wird das weitere Leiterelement über dem glasierten Bereich aufschabloniert, gebrannt und auf Raumtemperatur rückgekühlt,
so daß die bei 56 angedeutete Überkreuzungsstelle zweier
Leiterelemente erhalten wird. Beim Abdecken eines vorher gebildeten Leitersteges durch die Glasur wird keine störende
Beeinflussung festgestellt. Ferner läßt sich der nachfolgend aufgebrachte Metallisierungswerkstoff gut schablonieren und
bildet nach dem Brennen eine dichte, verzinnbare Leiterverbindungo
Im folgenden seien zur weiteren Erläuterung der Erfindung mehrere Ausführungsbeispiele angegebene
Bei diesen Beispielen enthält der erfindungsgemäße Pastenwerkstoff
außer, wo etwas anderes angegeben ist, in Gewichtsprozenten eine Metallkomponente von 72,5%» ferner 7t5% Fritte und
- 16 -109845/1737 BAD ORIGINAL
1871900
20% Trägermittel« Die !ritte besteht aus zwei Teilen
Wismuttrioxyd (Bi^O,) und einem Teil eines Blei-Borsilikatglases, wie es beispielsweise unter dem, Warennamen
"Drakenfeld 1527" von der Firma B.F. Drakenfeld & Go.,Inc., New York, N.Y., bezogen werden kann.
Wismuttrioxyd (Bi^O,) und einem Teil eines Blei-Borsilikatglases, wie es beispielsweise unter dem, Warennamen
"Drakenfeld 1527" von der Firma B.F. Drakenfeld & Go.,Inc., New York, N.Y., bezogen werden kann.
Das Trägermittel enthält 78 Teile Butyl-Garbitolazetat,"
17 Teile eines Ithyl-Zelluloseharzes, beispielsweise in
Form des durch die Firma Hercules Powder Go., Wilmington,
Delaware, hergestellten Stoffes "Ethocel Grade N10 to N100" und schließlich 5 Teile eines surfactanten Mittels, beispielsweise in Form des durch die Firma Antara Division
General Aniline & Film Go., New York, N.Y., hergestellten
Mittels "Igepal G0430". Schließlich ist in dem Trägermittel noch ein sehr kleiner Prozentsatz, beispielsweise 0,5% eines Gelatiniermittels enthalten, wofür das unter dem Warennamen "Thixcin" erhältliche Mittel verwendet werden kann, das von der Firma Baker Gastor Oil Co., Bayonne, New Jersey, hergestellt wird.
Form des durch die Firma Hercules Powder Go., Wilmington,
Delaware, hergestellten Stoffes "Ethocel Grade N10 to N100" und schließlich 5 Teile eines surfactanten Mittels, beispielsweise in Form des durch die Firma Antara Division
General Aniline & Film Go., New York, N.Y., hergestellten
Mittels "Igepal G0430". Schließlich ist in dem Trägermittel noch ein sehr kleiner Prozentsatz, beispielsweise 0,5% eines Gelatiniermittels enthalten, wofür das unter dem Warennamen "Thixcin" erhältliche Mittel verwendet werden kann, das von der Firma Baker Gastor Oil Co., Bayonne, New Jersey, hergestellt wird.
Die Trocknung erfolgt in Luft bei 100° G auf die Daue'r
von 15 Minuten. Der Brennvorgang wird bei 750° G ausgeführt und dauert 10 Minuten bis 30 Minuten.
17 ' BADORiQINAL
109845/1737
Die Anteile der verschiedenen Edelmetalle im metallischen bestandteil des Metallisierungswerkstoffee haben wesentlichen
^influß auf die Haftung, die Leitfähigkeit, die Sichte und die
Verzinribarkeit,
In der Versuchsreihe I sind alle Anteile in Gewichtsprozenten angegeben.
| Bestandteil· | 1 | 2 | 3 | Nummer | 5 | der Beispiele | 7 | 8 |
| 80 | 75 | 70 | 4 | 60 | 6 | 60 | 80 | |
| Gold | O | 20 | 20 | 65 | 20 | 60 | 10 | 20 |
| Platin . | 20 | 5 | 10 | 20 | 20 | 15 | 30 | 0 |
| Palladium | 15 | 25 | ||||||
Wirkung der Veränderung der Legierungeanteile
|
Beispiel
Iv. |
Haftfähigkeit ia *p/i»2 |
Widerstand eines 25 mm langen und 0,25 mm breiten Leiterstückee in-ß |
Verzinnt |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 |
1,195 1,5(90 2,800 3,330 3,3,50 2,185 M32 2,f}32 I |
Unve*iinnt |
1.4
1.2 1.5 2.0 1.3 1.6 1.2 1.0 |
| 4.5 7.0 5.9 11.0 10.0 11.5 9.4 7.0 |
- 18 i09845/t737
OBlGiNAL
In der obigen Versuchsreihe wurde die Haftfähigkeit
in kp/mm durch einen Zugversuch "bestimmt (der Zugversuch
wurde mit einem Kupferstift von 3$7 mm Stärke ausgeführt,
der bei 330° C an einer verzinnten Stelle der gebrannten Paste befestigt und mit einer Geschwindigkeit von 0,5 mm/min
bewegt wurde), während die Widerstandsmessungen mit einem Zweispitzen—Fühler an Leiterelementen von 25 mm Länge ausgeführt
wurden, welche unter Verwendung eines Siebes mit einer Feinheit von 200 Maschen aufschabloniert wurde, wobei
die Dicke der Emulsion 0,025 mm betrug«
Eine Zunahme des Goldgehaltes vergrößert im allgemeinen
die Leitfähigkeit. Sämtliche oben angegebenen Beispiele zeigen jedoch eine besondere Widerstandsfähigkeit gegen
Erosion im Lotbod, außer einer bestimmten Erosionsanfälligkeit im Falle der Beispiele 1, 2, 3 und 8f bei welchen der
Goldgehalt gleich oder größer als 70% ist. Die Erscheinung
der Erosion durch Lot wird in der unten erläuterten Versuchsreihe II näher behandelt»
Pail adiumkonzentr ationen von 10% bis 20% (Beispiele
Nr. 3 bis Nr. 5) ergeben hinsichtlich Haftfähigkeit und
Dichte gute Ergebnisse (keine Porosität oder Neigung zu Brüchen).
- 19 -109845/1737 BAD ORlQJNAU
IO
Eine Vergrößerung des Palladiumgehaltes vergrößert die
Dichteβ Wird jedoch der Gehalt an Palladium über.20% hinaus
erhöht, wie dies bei den Beispielen 6 und 7 der lall ist, so
verringert sich die Haftfähigkeit und die Verzinnbarkeit, was wahrscheinlich auf der Bildung von Palladiumoxyd beruht.
Hinsichtlich des Platingehaltes erhöhen sich die Kosten mit
steigender Konzentration.
Aus den obigen Überlegungen ergibt sich ein Gehalt von 60% Gold, 20% Platin und 20% Palladium als optimale Zusammensetzung,
Hierbei werden außerordentlich dichte, gut verzinnbare Leiterelemente erhalten. Stets wird auch eine gute Schablonierbarkeit
beobachtet.
Versuchsreihe II: Einfluß der Eintauchung in das Lotbad
| Beispiel | Widerstand | eines 25 | mm langen, 0,25 mm breiten Leiter- | +20 | +30 | +60 | +90 | +120 |
| Nr. | elementes : | i.ni?abhängig von der Tauchzeit in Sekunden | 1.8 | 2.1 | 2.6 | |||
| Unverzinnt | 10 | 1.20 | 1.20 | 1.25 | ||||
| 1 | 4.5 | 1.8 | 1.35 | 1.35 | .95 | 1.30 | 1.20 | |
| 2 | 7.5 | 1.15 | 1.30 | 1.35 | 1o35 | |||
| 3 | 6.0 | 1.65 | .85 | .85 | 1.10 | .91 | 1.00 | |
| 4 | 9.0 | 1.10 | 1.70 | 1.65 | 1.40 | |||
| vji | 8.75 | 1.35 | 1.18 | .85 | .90 | .91 | 1.15 · | |
| 6 | 11.5 | 1.70 | ||||||
| 7 | 8.5 | 1o25 |
-2C-
109845/1737
BAD
In der ooigen Versuchsreihe II hat die Metallkomponente
bei den einzelnen Beispielen dieselbe Zusammensetzung wie bei den entsprechenden Beispielen der Versuchsreihe I· Die Widerstandsmessungen
werden wie bei der Versuchsreihe I ausgeführt und zunächst für ein unverzinntes Leiterelement vorgenommen·
Hierauf wird jeder das zu untersuchende Leiterelement tragende Trägerkörper jeweils in ein Lotbad von 90% Blei und 10% Zinn
jeweils auf eine Dauer von 10 Sekunden eingetaucht und dann . wird die Widerstandsmessung vorgenommen. Hiernach werden dieselben
Leiterelemente auf jeweils unterschiedliche Zeitdauer wiederum in das Lotbad getaucht und nach jedem Tauchen werden
Äderstandsmessungen vorgenommen. So wird das Leiterelement
gemäß Beispiel 3 insgesamt sechsmal in das Lotbad getaucht, wobei sich eine Gesamt-Tauchzeit von 320 Sekunden ergibt. Einschließlich
der Messung bei unverzinntem Leiterelement werden sieben Widerstandsmessungen ausgeführt.
Die Messungen zeigen, daß die Leiterelemente gegen Erosion im Lotbad ungewöhnlich widerstandsfähig sind. Praktisch tritt
überhaupt keine Erosion auf. Tatsächlich scheinen etwaige Widerstandsänderungen mehr auf der Zurückziehgeschwindigkeit als
auf der Erosion zu beruhen. Eine gewisse Abwaschung der Kanten tritt bei den Beispielen 1 bis 4 und 8 auf, insbesondere
jedoch bei den Beispielen 1 und 8,
- 21 109845/1737
Einfluß der Oberflächengröße des Palladiums
Die physikalischen Eigenschaften der einzelnen Metallpulver üönnen ohne wesentlichen feststellbaren Einfluß variiert
werden, Jedoch mit einer Ausnahme. Die Oberflächengröße des Palladiumpulvers hat ganz wesentlichen Einfluß auf die Haftfähigkeit
und die Dichte der Leiterstege, Bei der nächsten Versuchsreihe enthält die den metallischen Bestandteil bildende
Legierung 60% Gold, 20% Platin und 20% Palladium.
Versuchsreihe IH: Veränderliche Oberflächengröße des
Palladiums (B,E.0?.)
| Oberfläche des | Eigenschaften des ge | Haftfähigkeit |
| Palladiums (M2/gm.) | brannten Leiterelementes | ρ in kp/mm |
| 1.3 | gut | 2,96 |
| 3.5 | gut | 3,18 |
| 21.5 | rissig | |
| 26,5 | rissig | 2,27 |
Bei kleinen Unterschieden im Bereich geringer Oberflächengrößen
des Palladiumpulvers werden nur geringe Schwankungen der Haftfähigkeit beobachtet, während hohe Oberflächengrößen
des Palladiumpulvers zu Bissigkeit und bedeutend geringerer Haftfähigkeit führen· Vorzugsweise wählt man OberfiächengrÖßen
unterhalb 4-m /gm.
- 22 -
109845/1737
BAD ORIGINAL
Einfluß der Temperatur auf die Haftung
Die Haftfähigkeit der in der oben beschriebenen Weise
gebrannten und verzinnten Leiterelemente zeigt gegenüber entsprechenden Elementen aus bekannten Metallisierungawerkstofi'en
bei Verwendung unter hohen Temperaturen und bei starken Temperaturschwankungen geringere Neigung zu einem
Abfall» Bei Proben nach Beispiel Nr, 5 wird keine Veränderung,
der Haftfähigkeit beobachtet, wenn sie nach der Verzinnung
in einem Lotbad von 90% Blei und 10% Z-inn 1000 Stunden lang auf 150° C gehalten werden. Bei Proben nach Beispiel Nr, 8,
welche in entsprechender Weise verzinnt sind, wird bei diesem Versuch nur ein Abfall auf 80% des ursprünglichen
Wertes beobachtet.
Proben nach Beispiel Nr. 5 t die wieder, wie oben angegeben,
verzinnt worden und 1111 Temperaturspielen zwischen
0° G und 125° C ausgesetzt worden sind, erleiden einen Abfall auf 75% ihres ursprünglichen Wertes. In gleicher Weise
verzinnte Proben nach Beispiel 8 fallen auf 62% des ursprünglichen Wertes ab.
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«τ
Der Einfluß der Fritte
Wie in Figur 4 der Zeichnungen dargestellt ist, wird
der Prozentsatz der Glasfritte als Anteil des Gesamtgewichtes des Pastenwerkstoffes ohne das Trägermittel
von 4% auf Λ3% verändert, wobei mit Zunahme des Glasurmittelgehaltes
ein monotones Anwachsen der Haftfähigkeit zu beobachten ist. Eine bevorzugte Konzentration
der Fritte liegt bei 7% bis 9%» wobei hervorragende Haftung,
gute Leitfähigkeit und gute Verzinnbarkeit zu beobachten sind.
Die oben angeführten Versuchsergebnisse können in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt werden, in welcher
die Materialien und deren Anteile eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung aufgeführt sind und in
welcher auf die Wirkung der Veränderung einzelner Bestandteile hingewiesen ist. Die Tabelle soll nur das Verständnis
der Erfindung erleichtern und bedeutet in keiner Weise eine Beschränkung des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens
auf das angegebene Ausführungsbeispiel.
109845/1737 BAD original
| Hauptbe stand teile |
Anteil inner halb des je weiligen Haupt bestandteiles |
Material | Gewicht s an te ile inner halb der Ge- s amtmi s c hung |
Einfluß von .änderungen | Zunahme der Haftfähig keit, \> Verbesserung der Kanten, Abnahme der Verzinnb arkeit |
Änderungen.der Be schaffenheit |
|
| Metall 72.5% , |
60 20 20 |
Gold Platin Palladium |
43.5 14.6 14.6 |
Erhöhung der Konzentration | Zunahme des Gelierens, Ver legung der Siebschablonen, Einfluß auf Kanten Verminderung der Viskosität Erhöhung der Viskosität • Herabsetzung der Viskosität, und der Neigung zum Ver legen, verbesserte Fließ- •igenschaf t ,Kanieaef f ekte |
Große Partikel oder 3Plok- ken ergeben Platierungen und Klumpen in der Mahl station Geringe Oberflächengrößen ergeben niedrige Haftfähig seit.Hohe Oberflächengrö ßen fördern Gelierung und erhöhen Viskosität Hohe Oberflächengrößen erhöhen Eissigkeit und Gelierung und verringern Haftfähigkeit |
|
| em C « α 4 |
Glas- Xritte [7.5% 9 I • |
2 *> Ί |
Bi2O5 Blei-Bor- ailikat- Gl as |
4.8 2.5 |
Zunahme der Leitfähigkeit, Erosion Zunahme der Kosten,Abnahme der Haftfähigkeit %-20# Zunahme der Dichte 2Q5# Abnahme der Haft fähigkeit , Yerzinnb arke it |
||
| C > C m s S S |
. Träger mittel 20% |
Gelatinier mittel (Hydriertes Bizinusöl) Iiöeungamit- tel (Butyl- Carbitol- asetat) Binder Clthyl- ZeIl ul 0 se hen;) SurfactaÄZ- mlttel |
.2 15.4 3.4 1.0 |
Zunahme von Erosion, Verzinnbar- keit Abnahme von .Yer zinnb ar- keit t |
Ί671900 |
Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann über die beschriebenen Auafuhrungsbeispiele hinaus eine
Vielzahl von Abwandlungsmöglichkeiten, welche von dem
der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken mitumfaßt wird.
26 -
BAD 10984S/t737
Claims (4)
1. Den metallischen Bestandteil für Metallisierungswerkstoffe bildendes Metallgemisch, gekennzeichnet durch
einen Gehalt von 60 Gewichtsprozenten bis 70 Gewichtsprozenten
Gold, 10 Gewichtsprozenten bis 20 Gewichtsprozenten Platin und 10 Gewichtsprozenten bis 30 Gewichtsprozenten
Palladium.
2. Metallgemisch nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von ungefähr 60% Gold, 20% Platin und
20% Palladium.
3· Elektrisch leitender Metallisierungswerkstoff zur Bildung elektrisch leitender Teile auf einem isolierenden
Trägerkörper durch. Aufbringen und Brennen doB betreffenden
Metallisierungswerkstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe als metallischen Bestandteil ein Metallgemisch
von 60 Gewichtsprozenten bis 70 Gewichtsprozenten Gold,
10 Gewichtsprozenten bis 20 Gewichtsprozenten Platin und 10 Gewichtsprozenten bis 30 Gewichtsprozenten Palladium
und außerdem einen bestimmten Anteil an Glasfritte und ein Bindemittel enthält.
- 27 -
BAD OFlIQJNAL 109845/1737
4. Letallisierungswerkstoff nacli Ansf.r .ch 3» dadurch
gekennzeichnet, daß das darin enthaltene Lletallgemisch aus
6C}j Gold, 20Vj Platin und 2C/o Palladium besteht.
5» lietallisierungswerkstoff nach Ansrr\ich 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, d-i£ der Anteil en Glasfritte zwei
Teile V/ismuttrioxyd und einen Teil Blei-Borsilikatglas enthält.
6e r.etallisierungswerkstoff nach einem der Ansprüche 3 bis
5j dadurch gekennzexclinet, daß das Bindemittel
78Jo Butyl-Carbitolazetat,
Λ7',ο Äthyl-Zelluloseharz und
5/0 Konyl-Polyoxyäthylenäthanol
zusammen mit einem geringen prozentualen Zusatz an hydriertem
Rizinusöl enthält.
7« Lietallisierungswerkstoff nach einem der Ansprüche 3 bis o, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
43, bVo Gold
14,6j& Platin
14,65» Palladium
4, 8yj Wi smut tr ioxyd
2, 5>o Natrium-Aluminium-Bor silikatgl as
C,2>i hydriertes Rizinusöl
15,4t'ö Butyl-Garbitolazetat
3,4;o ilthyl-Zelluloseharz und
1, Of a Wonyl-Phenoxyl-Polyonyäthyl enäthanol
- 28 109845/17?7
BAD ORIGINAL
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US59762166A | 1966-11-29 | 1966-11-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1671900A1 true DE1671900A1 (de) | 1971-11-04 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19671671900 Pending DE1671900A1 (de) | 1966-11-29 | 1967-11-23 | Metallisierungswerkstoff zur Herstellung elektrischer Schaltelemente bzw. Metallgemisch fuer Metallisierungswerkstoff zur Herstellung |
Country Status (4)
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|---|---|
| US (1) | US3537892A (de) |
| DE (1) | DE1671900A1 (de) |
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| GB (1) | GB1151298A (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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