DE19609118A1 - Dickschichtpaste und ein dieses verwendendes keramisches Schaltungssubstrat - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dickschicht­ paste gemäß dem Patentanspruch 1, die bei der Herstellung eines keramischen Schaltungssubstrats verwendet wird, das auf seiner Oberfläche einen externen Widerstand aufweist, der mit einer Glasübermantelung bedeckt ist, und auf ein keramisches Schaltungssubstrat, in dem die Paste verwendet wird. Insbe­ sondere betrifft die vorliegende Erfindung ein keramisches Schaltungssubstrat, das einen externen Widerstand hat, der einen genauen Widerstandswert stabil aufrechterhält, den er durch Trimmung bzw. Einstellung erhalten hat.

Neben dem internen Widerstand, der zwischen Schichten eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats angeordnet ist, ist ein keramisches Schaltungssubstrat zur Verwendung in einstückigen Schaltungen bzw. integralen Schaltungen mit einer Schaltung versehen, die ein Leitermuster und einen externen Widerstand aufweist, der auf die Oberfläche des keramischen Schaltungs­ substrats gedruckt ist, was darauf abzielt, dem keramischen Schaltungssubstrat eine verbesserte bzw. schnellere Funktion einzuverleiben und die Herstellungskosten zu verringern.

Bei der Ausbildung eines Dickschichtwiderstandes auf einer Substratoberfläche wird im allgemeinen einer Glaszusammen­ setzung eine leitende Substanz hinzugefügt, die pastenartig bleibt, gedruckt bzw. strukturiert und zu dem gewünschten Widerstand gesintert wird. Bei der Ausbildung des Widerstan­ des wird nach Gelegenheit gedruckt, um so den Widerstand mit einem Glasmaterial zu bedecken, gefolgt durch Heizen bzw. Brennen oder Tempern, um eine Abdeckung auszubilden, um den Widerstand zu schützen und dessen Witterungsbeständigkeit zu verbessern. Der Widerstandswert des erhaltenen Widerstands wird durch Lasertrimmen genau eingestellt usw.

Einige der wesentlichen Eigenschaften des Dickschichtwider­ standes sind die Hochspannungs-Pulseigenschaften [ESD(elektrostatische Entladungs)-Charakteristiken]. Die Leitung des Dickschichtwiderstandes beruht auf einer dünnen Glasschicht, die zwischen den leitenden Substanzen im Glas ausgebildet ist. Die Anwendung einer hohen Spannung auf den Dickschichtwiderstand zerstört sehr kleine leitende Pfade, wodurch sich der Widerstandswert ändert. Ein mögliches Ver­ fahren zur Verbesserung weist das Feinermachen der Partikel­ größe des Glaspulvers auf, um dadurch dessen Verteilung in den leitenden Teilchen mit dem Ergebnis zu verbessern, daß die Anzahl der leitenden Pfade, die aus den Glas- und Lei­ terpartikeln gebildet sind (z. B. RuO₂-Teilchen in einer auf RuO₂ basierenden Widerstand) vergrößert ist, um dadurch die Anzahl der elektrischen Ladungen zu verringern, die durch einen leitenden Pfad fließen, so daß die Zerstörung der lei­ tenden Pfade vermieden würde und sich die Widerstandswert­ änderungen verringern. Jedoch neigt die übermäßige Verringe­ rung der Partikelgröße des Glases in dem Widerstand im Hin­ blick auf den mit der Glasüberdeckung gebrannten Widerstand dazu, die Zersetzung eines Bindemittels zu behindern, das in der Paste verwendet wird, so daß ihre Zersetzung nicht ver­ vollständigt werden kann, bevor die Sinterung der Glasüber­ deckung vervollständigt ist und folglich wird das Bindemittel durch die Glasabdeckung eingesperrt, um in dem Widerstand als Kohlenstoff zu verbleiben, das zu CO₂ usw. oxydiert wird, und dehnt sich mit der Temperaturerhöhung aus, um dadurch Blasen in dem Widerstand auszubilden.

Im allgemeinen wird ein in einem keramischen Schaltungssub­ strat verwendeter Widerstand durch Brennen eines Widerstandes bei 800 bis 900°C, durch Aufdrucken einer bei einem niedrigen Schmelzpunkt schmelzenden Glasüberdeckung darauf und Brennen bei 500 bis 600°C ausgebildet. Gemäß der Verkleinerung der elektronischen Anwendungen und der höheren Packungsdichte darin, besteht die Neigung, daß das keramische Substrat auch in einer mehrschichtigen Form zur Verfügung gestellt wird, um der höheren Anordnungsdichte zu entsprechen, und daß von Substratmaterialien Gebrauch gemacht wird, die jeweils einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben, um darauf Siliziumchips zu montieren. Als derartige Schaltungs­ substrate werden bei niedrigen Temperaturen brennbare Sub­ strate verwendet.

Die meisten der bei niedrigen Temperaturen brennbaren Sub­ strate enthalten Silber und Kupfer in den inneren Schichten, so daß zur Verringerung der Wiederholung der thermischen Ausdehnung und deren Schrumpfung die Anzahl der Brennschritte minimiert werden sollte, um dadurch ein Schaltungssubstrat hoher Verläßlichkeit zu ergeben. Ferner sollte zur Vergleich­ mäßigung mit der thermischen Ausdehnung des Schaltungssub­ strats eine Glaszusammensetzung (die neben Glaspulver ein zusätzliches Pulver, wie etwa Aluminiumoxidpulver, enthält) mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ebenso in der Glasabdeckung bzw. -übermantelung verwendet werden. Jedoch hat das Glas mit dem niedrigen Schmelzpunkt einen Nachteil bezüglich der Witterungsbeständigkeit, so daß es erforderlich ist, ein Glas zu verwenden, das einen Schmelzpunkt hat, der ungefähr so groß ist wie die Tempera­ tur, die zum Brennen des Widerstandes eingesetzt wird.

Es ist deshalb ersichtlich, daß ein Widerstand, der dazu in der Lage ist, mit der Glasabdeckung bzw. -überdeckung ge­ brannt zu werden, wünschenswerterweise in dem keramischen Schaltungssubstrat mit einem niedrigen thermischen Ausdeh­ nungskoeffizienten, das eine mehrschichtige Struktur hat, wünschenswerterweise eingesetzt wird. Jedoch führt das Bren­ nen des Widerstandes und der Glasabdeckung bzw. -übermante­ lung zu der Neigung, daß die Glasabdeckung bzw. -übermante­ lung die von dem Widerstand erzeugten Blasen einschließt, wodurch die Blasen dazu veranlaßt werden, innerhalb des ge­ sinterten Widerstandes zu verbleiben. Wenn die Blasen einge­ schlossen in dem Widerstand verbleiben, tritt das Problem auf, daß ein sehr dichter Zugriff einer Trennkante zu den Blasen bei dem Verfahren des Lasertrimmens dazwischen Brüche erzeugt, die die Ausbildung eines Widerstands ergeben, der bei der Stabilität des Widerstandswerts mangelhaft ist.

Die obige Situation wird unter Bezugnahme auf die Darstellun­ gen beschrieben. Die Fig. 1 ist eine Ebene einer Art eines üblichen externen Widerstandes, der auf einem keramischen Schaltungssubstrat angeordnet ist, und Fig. 2 ist eine quer­ schnittliche Ansicht davon. Ein Verdrahtungsmaterial, wie etwa eine Metallpaste, wird auf eine keramische Substratober­ fläche 1 gedruckt, wodurch ein Leitermuster 2 auf der Ober­ fläche ausgebildet wird. Ein Teil davon bildet Elektroden für einen Widerstand 3. Der Widerstand 3 ist aus Glasbestandtei­ len zusammengesetzt, denen ein leitendes Material, wie etwa ein Metall, zugesetzt ist. Dessen oberer Teil ist mit einer Überdeckung bzw. Übermantelung 4 bedeckt, die aus Glasmate­ rialien zusammengesetzt ist, die ein Aluminiumoxidpulver oder dergleichen zusätzlich zu einem Glaspulver enthalten können. Der Widerstand 3 und die Abdeckung bzw. Übermantelung 4 bil­ den einen externen Widerstand 7. Die Überdeckung bzw. Über­ mantelung 4 kann entweder jeden einzelnen Widerstand 3 etwas breiter als diesen überdecken oder gleichmäßig einen weiten Bereich von nicht nur mehreren Widerständen 3, sondern auch ein Leitermuster 2 bedecken. Wenn die Übermantelung bzw. Abdeckung einen breiten bzw. weiten Bereich überdeckt, können Durchgangslöcher an zweckmäßigen Stellen vorgesehen werden, um dadurch den Durchgang zu der Außenseite zu erhalten.

Das Brennen bzw. Co-Brennen (cofiring) der Überdeckung bzw. Übermantelung 4 und des Widerstandes 3 verhindert wegen der Gegenwart der Übermantelung bzw. Überdeckung 4, daß die Bla­ sen 6, die in dem Widerstand erzeugt werden, nach außen ent­ kommen können, wodurch sie dazu veranlaßt werden, innerhalb des Widerstandes 3 festgehalten zu verbleiben. Das Lasertrim­ men eines derartigen externen Widerstandes 7 führt, wie in den Figuren gezeigt, zu der Ausbildung eines Trimmkanales 5 in der Überdeckung bzw. Übermantelung 4 und dem Widerstand 3.

Obwohl das Lasertrimmen allgemein durchgeführt wird, während der von dem Widerstand gezeigte Widerstandswert gemessen wird, überlagert die Gegenwart der Blasen 6 nicht nur das genaue Trimmen, sondern erzeugt auch während des Zugriffs der Trimmkanalspitze auf die Blasen 6 Mikrorisse. Auch können Risse wegen der Blasen während der Verwendung als ein Produkt auftreten, auch wenn während des Trimmens keine Risse aufge­ treten sind. Folglich macht das Vorhandensein von Blasen in dem Widerstand den durch den Widerstand gezeigten Wider­ standswert ungenau und macht seinen Widerstandswert nach dessen Einstellung instabil.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dick­ schichtpaste bzw. Dickfilmpaste zur Verfügung zu stellen, die für die Ausbildung eines keramischen Schaltungssubstrats verwendet wird, das auf seiner Oberfläche einen Widerstand, der im wesentlichen frei von Blasen ist, und eine Überdeckung bzw. Übermantelung hat, die mit dem Widerstand gebrannt bzw. co-gebrannt wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein keramisches Schaltungssubstrat zur Verfügung zu stellen, in dem eine Paste verwendet wird.

Die Erfinder haben ausführliche Studien vorgenommen, um her­ auszufinden, daß die obigen Aufgaben gelöst werden können, wenn ein bestimmtes bzw. spezifisches Verhältnis zwischen dem Widerstand und der Glasüberdeckung bzw. -übermantelung einge­ richtet wird. Die vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage des obigen Ergebnisses erzielt worden.

Folglich stellt die vorliegende Erfindung ein keramisches Schaltungssubstrat mit den folgenden Konstruktionen (1) bis (5) zur Verfügung.

• (1) Eine Widerstandspaste wird zur Herstellung eines kerami­ schen Schaltungssubstrats verwendet, das eine Glasüber­ deckung bzw. Übermantelung und einen damit zusammenge­ brannten Widerstand aufweist, wobei die Widerstandspaste ein RuO₂-Pulver ein Glaspulver und einen Träger auf­ weist, der ein organisches Polymer und ein Lösungsmittel aufweist, wobei das RuO₂-Pulver und das Glaspulver einen spezifischen Oberflächenbereich von 10 bis 20 m²/g bzw. 4 bis 14 m²/g haben.
• (2) Eine Glasübermantelungs- bzw. -überdeckungspaste wird zur Herstellung eines keramischen Schaltungssubstrats verwendet, das eine Glasüberdeckung bzw. -übermantelung und einen darauf zusammen damit gebrannten bzw. co-ge­ brannten Widerstand aufweist, wobei die Galsübermante­ lungs- bzw. -überdeckungspaste eine Glaszusammensetzung und einen Träger aufweist, der ein organisches Polymer und ein Lösungsmittel aufweist, wobei die Glaszusammen­ setzung einen spezifischen Oberflächenbereich von 2 bis 6 m²/g hat.
• (3) Widerstandspaste, wie in Punkt (1) oben aufgeführt, wobei das Glas der Widerstandspaste ein Glas des CaO- Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃-Systems ist.
• (4) Glasüberdeckungs- bzw. -übermantelungspaste, wie in Punkt (2) wiedergegeben, wobei die Glaszusammensetzung der Glasüberdeckungs- bzw. -übermantelungspaste 60 bis 90 Gew.-% eines Glaspulvers des CaO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃-Sy­ stems und 10 bis 40 Gew.-% Aluminiumoxidpulver aufweist. Die Glaszusammensetzung kann darüber hinaus Cr₂O₃ zur Farbgebung enthalten.
• (5) Keramisches Schaltungssubstrat, das gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (4) verwendet wird, in dem das keramische Schaltungssubstrat ein Glas des CaO-Al₂O₃- SiO₂-B₂O₃- oder des MgO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃-Systems und Alu­ miniumoxid aufweist.

In der vorliegenden Beschreibung soll der Ausdruck "Glaszu­ sammensetzung", der für die Glasüberdeckung bzw. -übermante­ lung verwendet wird, eine Zusammensetzung meinen, die ein Glaspulver und ein Aluminiumoxidpulver aufweist, es sei denn, dies wird anders bestimmt.

Nachfolgend wird eine kurze Beschreibung der Figuren gegeben, in welchen

Fig. 1 eine Ansicht ist, die einen herkömmlichen externen Widerstand darstellt.

Fig. 2 eine querschnittliche Ansicht des Widerstandes nach Fig. 1 ist.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen mit Merkmalen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei weitere Merkmale, Aufgaben, Vorteile bzw. Aufgaben gemäß der vorlie­ genden Erfindung offenbart werden.

Selbst wenn ein gleichzeitiges Brennen bzw. Co-Brennen einer Glasübermantelung bzw. -überdeckung und eines Widerstandes durchgeführt wird, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Ausbildung eines Widerstandes mit wenigen Blasen bzw. kleinen Blasen, der ausgezeichnete ESD-Kennzeichen bzw. -Charakteri­ stiken hat und wobei keine Blasen in dem Widerstand verblei­ ben. Dies geschieht, weil der spezifische Oberflächenbereich (BET-Wert) des Glaspulvers und des RuO₂-Pulvers des Wider­ standes oder der spezifische Oberflächenbereich der Glaszu­ sammensetzung der Übermantelung bzw. Überdeckung einge­ schränkt worden sind, wodurch deren Bereiche gefunden wurden, die ein leichtes Entkommen oder Austreten der Blasen aus dem Widerstand sicherstellen.

Insbesondere der spezifische Oberflächenbereich (BET-Wert bzw. Gasanlagerungswert) des Glaspulvers des Widerstandes muß innerhalb des Bereiches von 4 bis 14 m²/g liegen. Wenn der BET-Wert bzw. Gasanlagerungswert des Glaspulvers des Wider­ standes geringer als 4 m²/g ist, werden die ESD-Charakteri­ stiken verschlechtert. Andererseits, wenn der BET-Wert 14 m²/g übersteigt, werden Blasen in dem Widerstand ausgebildet, wodurch die Stabilität nach dem Lasertrimmen gering wird. Entsprechend muß der BET-Wert des RuO₂-Pulvers des Widerstan­ des innerhalb des Bereiches von 10 bis 20 m²/g liegen. Wenn der BET-Wert des RuO₂-Pulvers des Widerstandes geringer ist als 10 m²/g werden die ESD-Charakteristiken bzw. Notab­ schaltsystem-Charakteristiken verschlechtert. Andererseits werden, wenn der BET-Wert 20 m²/g übersteigt, Blasen in dem Widerstand ausgebildet. Darüber hinaus befindet sich der BET-Wert der Glaszusammensetzung der Glasübermantelung bzw. -überdeckung in dem Bereich von 2 bis 6 m²/g. Wenn der Wert dieser Glaszusammensetzung geringer ist als 2 m²/g gilt die Dichte bzw. Dichtigkeit der Glasübermantelung bzw. -über­ deckung verloren und die Feuchtigkeitswiderstandsfähigkeit wird verringert. Andererseits, wenn der BET-Wert 6 m²/g über­ steigt, verdichtet sich die Glasübermantelung bzw. -über­ deckung so schnell, daß sich in dem Widerstand Blasen ausbilden.

Das keramische Schaltungssubstrat nach der vorliegenden Er­ findung - kann eine beliebige der einschichtigen und mehr­ schichtigen Aufbauten haben, solange eine Keramik als Isola­ tor verwendet wird. Ein mehrschichtiges keramisches Schal­ tungssubstrat kann z. B. durch ein Laminierungsverfahren für dünne keramische Schichten bzw. dünne keramische Platten oder einer dünnen keramischen Platte (green sheet) und ein Mehrschichtdruckverfahren erzeugt werden. Eine Schaltung kann nur auf einer Seite des Substrats oder auf dessen beiden Seiten zur Verfügung gestellt werden.

Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Keramikmaterial ist nicht besonders eingeschränkt, wobei Beispiele davon Aluminiumoxid (Al₂O₃), Aluminiumnitrid (AlN), Siliziumcarbid (SiC) und verschiedene Keramiken enthalten, die hauptsächlich daraus zusammengesetzt sind. Eine bei niedrigen Temperaturen brennbare Keramik, die eine Mischung aus Aluminiumoxidpulver mit Glaspulver ist, kann verwendet werden. Das Leitermaterial zur Verwendung in der inneren Schicht wird in Abhängigkeit von dem Substratmaterial verändert. Wenn das Substratmaterial Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid ist, wird ein Metall mit hohem Schmelzpunkt, wie etwa Molybden oder Wolfram, verwen­ det. Wenn das Substrat bei relativ niedrigen Temperaturen gebrannt werden kann, wird ein Metall, wie etwa Gold, Silber, Silber-Palladium-Legierung, Kupfer oder Nickel verwendet.

Ein keramisches Schaltungssubstrat, in dem W oder Mo als Drahtleiter auf einem Substrat aus Aluminiumoxid oder Alumi­ niumnitrid oder dergleichen verwendet wird und bei dem das Brennen bzw. Co-Brennen (gleichzeitiges Brennen) in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt wird, um die Oxidation des Leiters zu verhindern, ist als ein Beispiel des co-ge­ brannten bzw. gleichzeitig gebrannten keramischen Schaltungs­ substrats bekannt, das durch Co-Brennen keramischer Dünn­ schichten bzw. dünner Platten und einer Leiterpaste zur Ver­ drahtung hergestellt wird. Jedoch bezieht dies das Problem ein, daß die Oxidation des Leiters bei der Ausbildung eines RuO₂-System- oder eines Bi₂Ru₂O₇-Systemwiderstandes mit einer hohen Verläßlichkeit, der an Luft gebrannt werden muß, nicht verhindert werden kann. Andererseits ist ein bei niedrigen Temperaturen brennbares mehrschichtiges keramisches Schal­ tungssubstrat entwickelt worden, in dem ein auf Ag basieren­ der Leiter verwendet wird, der einen niedrigen Leitungswider­ stand hat und an Luft gebrannt werden kann, wie Ag, Ag-Pd, Ag-Pt oder Ag-Pd-Pt, und in welchem ein keramisches Material, das dazu geeignet ist, bei Temperaturen von nicht mehr als dem Schmelzpunkt des obigen Leitermaterials (900 bis 1200°C) gebrannt zu werden, als ein Isolator verwendet wird, das insbesondere als das keramische Schaltungssubstrat nach der vorliegenden Erfindung bevorzugt wird.

Allgemein wird ein keramisches Substrat, das bei ungefähr 1200°C oder darunter gebrannt wird, als ein "keramisches Substrat, das bei niedrigen Temperaturen brennbar ist" be­ zeichnet, in dem z. B. ein auf Ag oder Cu basierender Leiter als Leitungen auf inneren und Oberflächenschichten verwendet wird. Ein Material, das bei Temperaturen gebrannt werden kann, die niedriger als der Schmelzpunkt z. B. eines inneren Ag-Leitermaterials ist, wird bevorzugt als Isolatormaterial zur Verwendung bei bei niedrigen Temperaturen brennbaren keramischen Substraten eingesetzt. Wenn von einem Ag-Leiter oder einem Ag-Legierungsleiter Gebrauch gemacht wird, in dem der Gehalt an Pd und Pt niedrig ist, da der Schmelzpunkt eines solchen Metalls, das in mehreren Schichten ausgebildet wird, niedriger als ungefähr 900 bis 1200°C ist, ist es not­ wendig, ein Material einzusetzen, das bei 800 bis 1100°C gebrannt werden kann. Typische Beispiele solcher Materialien enthalten jene, die auf einer Mischung des Pulvers eines Glases, wie etwa Borsilikatglas, oder einem Glas basieren, das ferner einige Oxide (z. B. MgO, CaO, Al₂O₃, PbO, K₂O, Na₂O, ZnO, Li₂O, usw.) mit dem Pulver einer Keramik enthält, wie z. B. Aluminiumoxid oder Quarz, und jene, die auf kristal­ lisierbarem Glaspulver basieren, die einer Cordierit- oder einer α-Spodumenkristallisation unterzogen werden. Noch spe­ zifischere Beispiele enthalten eine Kombination von einem CaO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃-System mit Aluminium und eine Kombination eines MgO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃-Systemglases und Aluminiumoxid ent­ halten.

Das obige Material kann nicht nur bei der Monoschicht- bzw. Einzelschichtausbildung verwendet werden, wie oben aufge­ zeigt, sondern auch in der Mehrschichtform. Das mehrschichti­ ge Substrat kann gemäß dem Dünnschicht-Laminierungsverfahren hergestellt werden, bei dem mehrere dünne keramische Schich­ ten bzw. Platten eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein isolierendes pulverförmiges keramisches Material mit dem Rakelverfahren in dünne keramische Schichten bzw. Platten von ungefähr 0,1 bis 0,5 mm Dicke geformt werden. Eine Paste eines Leitermaterials, wie etwa Ag, Ag-Pd, Ag-Pt oder Ag-Pd-Pt, wird durch Siebdruck auf die keramischen Schichten bzw. Platten aufgebracht, um dadurch ein erwünschtes Verdrahtungs­ muster zu ergeben. Durchgangslöcher mit jeweils ungefähr 0,1 bis 2,0 mm Durchmesser werden in den dünnen keramischen Plat­ ten bzw. Schichten mittels Platinenschnitten oder einer Stanzmaschine ausgebildet, um so den Anschluß an andere Lei­ terschichten zu ermöglichen. Auch werden Durchgangslöcher zur Verdrahtung ausgebildet und mit einem Ag-Leitermaterial ge­ füllt. In der gleichen Weise werden Verdrahtungsmuster auf den dünnen keramischen Platten bzw. Schichten aufgedruckt, so viele wie erforderlich sind, um die erwünschte Schaltung auszubilden. Diese dünnen keramischen Schichten bzw. Platten werden exakt eine über die andere unter Verwendung von Anord­ nungs- bzw. Justierungslöchern laminiert, die jeweils in den Keramikplatten ausgebildet sind, und werden durch Thermokom­ pression miteinander verbunden, die bei 80 bis 150°C unter einem Druck von 10 bis 250 kg/cm² bewirkt wird.

Falls die Schaltung einen internen Widerstand enthält, wird ein RuO₂-System- oder Bi₂Ru₂O₇-Systemwiderstand ausgebildet, der an Luft gebrannt wird. In diesem Fall wird er zusammen mit seinen Anschlüssen auf der dünnen keramischen Platte bzw. Schicht aufgedruckt, um eine innere Schicht auszubilden.

Die erhaltene Konstruktion wird gleichzeitig an Luft ge­ brannt, wodurch ein keramisches mehrschichtiges Substrat zur Verfügung gestellt wird, das Innenleiter aufweist.

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die bei niedri­ gen Temperaturen brennbare Keramik als einem Beispiel be­ schrieben worden. Obwohl dies eine bevorzugte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.

Ein Widerstand zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfin­ dung weist eine auf RuO₂ basierende oder auf Bi₂Ru₂O₇ basie­ rende elektrische leitende Komponente und Glas auf. Diese werden im allgemeinen in-der Form einer Paste auf ein kerami­ sches Schaltungssubstrat gemäß dem Dickschichtverfahren ge­ druckt. Auf den gedruckten Widerstand wird eine Glasab­ deckungs- bzw. -übermantelungskomponente, z. B. eine Glasüber­ deckungspaste bzw. -übermantelungspaste, aufgedruckt, die ein CaO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃-Systemglaspulver und ein Aluminiumoxidpul­ ver aufweist, üblicherweise durch das Dickschichtverfahren aufgedruckt. Nach der vorliegenden Erfindung werden dieser Widerstand und die Glasüberdeckung bzw. -übermantelung zusam­ mengebrannt bzw. co-gebrannt. Das Brennen wird an der norma­ len Luft durchgeführt.

Die vorliegende Erfindung wird nun in weitergehenden Einzel­ heiten unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und Ver­ gleichsbeispiele beschrieben.

Beispiel 1

Ein keramisches Schaltungssubstrat wurde unter Verwendung einer bei niedrigen Temperaturen brennbaren Keramik herge­ stellt, die gemäß dem folgenden Verfahren herstellt wurde. Es wurden 60 Gew.-% Glaspulver, das auf der Gewichtsbasis aus 27% CaO, 5% Al₂O₃, 59% SiO₂ und 9% B₂O₃ zusammengesetzt ist, mit 40 Gew.-% Al₂O₃-Pulver gemischt, das eine mittlere Teil­ chengröße von 1,0 µm hatte, um eine Pulverkomponente herzu­ stellen.

Die obige Pulverkomponente wurde auf Gewichtsbasis mit 10% Acrylharz, 30% Toluol, 10% Isopropylalkohol und 5% Dibu­ tylphthalat in einer Kugelmühle gemischt und zu einer kerami­ schen Platte bzw. dünnen keramischen Platte oder Schicht von 0,4 mm Dicke gemäß dem Rakelverfahren ausgebildet. Diese keramische Platte bzw. keramische dünne Platte wurde an vor­ gegebenen Stellen mit Werkzeugen durchlöchert bzw. perforiert und eine Ag-Paste wurde mit einem Siebdruckverfahren aufge­ tragen, um die Löcher damit zu füllen. Die dünne Platte wurde getrocknet und ferner wurde die Ag-Paste auf die dünne Platte durch Siebdruck aufgetragen, um dadurch ein Leitermuster bzw. Verdrahtungsmuster auszubilden. In der gleichen Weise wurden andere keramische Dünnschichten bzw. dünne Platten herge­ stellt, die aufgedruckte Verdrahtungsmuster haben. Eine vor­ gegebene Anzahl erhaltener Platten wurde eine über die andere laminiert und einer Thermokompressions-Verbindungstechnik unterzogen. Das sich ergebende Laminat wurde gebrannt, indem es für 20 Minuten bei 900°C gehalten wurde. Dementsprechend wurde ein keramisches Schaltungssubstrat erhalten.

Jede Widerstandspaste (Glas: RuO₂ = 80 : 20 bezüglich des Gewichts) wurde unter Verwendung jeder der Glaszusammenset­ zungen A bis C, die in Tabelle 1 herausgestellt sind, herge­ stellt und auf das keramische Substrat gedruckt, um so einen Widerstand von 1 mm Breite und 2 mm Länge auszubilden. Bei der Herstellung der Widerstandspaste wurde von einem organi­ schen Träger Gebrauch gemacht, der Ethylcellulose und Terpi­ neol aufweist.

Eine Glasüberdeckung bzw. -übermantelung wurde durch Auf­ drucken einer Überdeckungs- bzw. Übermantelungspaste auf den sich ergebenden Widerstand ausgebildet, die aus jeder der Zusammensetzungen D bis F ersichtlich ist, die in Tabelle 2 herausgestellt sind, und einem organischen Träger herge­ stellt, der Ethylcellulose und Terpineol aufweist. Glaszu­ sammensetzungen bzw. -verbindungen wurden durch Mischen eines CaO-Al₂O₃-SiO₂-Cr₂O₃-B₂O₃-Systemglaspulvers und eines Alumini­ umoxidpulvers bei den jeweiligen Mischungsverhältnissen be­ züglich des Gewichtes, die in Tabelle 2 gezeigt sind, herge­ stellt, um so die chemischen Verbindungen D bis F zur Ver­ fügung zu stellen. Obwohl in den Glasverbindungen Cr₂O₃ zu Farbgebungszwecken für die sich ergebenden Glasüberdeckungen bzw. -ummantelungen enthalten waren, kann dieses weggelassen werden.

Tabelle 1

Chemische Verbindung bzw. Zusammensetzung vom Glas des Widerstandes (Gew.-%)

Tabelle 2

Glasverbindung bzw. -zusammensetzung der Glasüberdeckung (Gew.-%)

Im Hinblick auf jede der verschiedenen Kombinationen von Widerständen und Glasüberdeckungen wurde ein gleichzeitiges Brennen bzw. Co-Brennen an Luft bei 890°C für 10 Minuten durchgeführt.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben. In der Tabelle bedeutet ESD der Prozentsatz der Veränderung des Widerstands­ wertes, der bei Anlegen von 10 Impulsen einer Spannung von 1 kV beobachtet worden ist. Der Feuchtigkeitslastwiderstand bedeutet das Maximum des Prozentsatzes der Änderung des Wi­ derstandswertes, der bei einer 1000 Stunden dauernden fort­ gesetzten Anwendung einer Last von 1/32 W bei 85°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 85% nach dem Lasertrimmen beobachtet wurde. Der Erwärmungszyklus meint den Prozentsatz der Änderung des Widerstandes, der nach 100 maligem wiederhol­ tem Erhitzen in dem Temperaturbereich von -55 bis 125°C nach dem Lasertrimmen beobachtet wurde.

In der Tabelle 3 sind die Testergebnisse von Kombinationen von Widerständen, die die Gläser A bis C verwenden, mit Glas­ überzügen bzw. -Überdeckungen, die die Glasverbindungen D bis F verwenden, mit den maximalen prozentualen Änderungen des Widerstandswertes angegeben. In der Tabelle beziehen sich die Nummern 1 bis 23 auf funktionierende Beispiele nach der vor­ liegenden Erfindung, während sich die Nummern 24 bis 31 auf Vergleichsbeispiele beziehen. Es ist aus Tabelle 3 ersicht­ lich, daß, falls von Pulvern Gebrauch gemacht wird, deren BET-Werte in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen, die prozentuale Widerstandsänderung in jedem der Testergeb­ nisse gering ist.

Wie aus dem vorangehenden ersichtlich ist, stellt die vor­ liegende Erfindung ein keramisches Schaltungssubstrat zur Verfügung, das einen Widerstand, der weniger Blasen enthält, und einen Überzug bzw. eine Überdeckung hat, die damit zu­ sammengebrannt bzw. co-gebrannt wird, und setzt die Anwendung einer Widerstandsleistung in die Tat um, die ein hervorragen­ de Witterungsbeständigkeit und Stabilität sicherstellt, weil der Widerstand nach dem Trennen bzw. Einstellen ausreichend geschützt ist.

Die Erfindung betrifft eine Dickschichtpaste, die zur Her­ stellung eines keramischen Schaltungssubstrats verwendet wird, das einen gleichzeitig gebrannten bzw. co-gebrannten Widerstand und einen Glasüberzeug darauf aufweist, in dem die Paste für den Widerstand ein RuO₂-Pulver, ein Glaspulver und einen Träger aufweist, der ein organisches Polymer und ein Lösungsmittel aufweist, wobei das RuO₂-Pulver und das Gla­ spulver spezifische Oberflächenbereiche von 10 bis 20 m²/g bzw. bis 4 bis 14 m²/g haben, und die Paste für den Glasüber­ zug eine Glaszusammensetzung bzw. -verbindung und einen Trä­ ger aufweist, der ein organisches Polymer und ein Lösungs­ mittel aufweist, wobei die Glaszusammensetzung bzw. -verbin­ dung einen spezifischen Oberflächenbereich von 2 bis 6 m²/g hat. Die Verwendung der voranstehenden Pasten stellt ein keramisches Schaltungssubstrat zur Verfügung, das einen Wi­ derstand mit wenigen Blasen und einen Überzug hat, der mit dem Widerstand zusammengebrannt ist und den Einsatz einer Widerstandsleistung realisiert, die eine hervorragende Witte­ rungsbeständigkeit und Stabilität sicherstellt, selbst nach­ dem der Widerstand einem Trimmen bzw. Einstellen ausgesetzt worden ist.

Claims (6)

1. Widerstandspaste, die zur Herstellung eines keramischen Schaltungssubstrats verwendbar ist, das einen Glasüberzug bzw. -übermantelung und einen darauf zusammen gebrannten Wi­ derstand hat, wobei die Widerstandspaste RuO₂-Pulver, ein Glaspulver und einen Träger aufweist, der ein organisches Polymer und ein Lösungsmittel aufweist, wobei das RuO₂-Pulver und das Glaspulver spezifische Oberflächenbereiche von 10 bis 20 m²/g bzw. 4 bis 14 m²/g aufweisen.

2. Glasüberzugpaste bzw. -übermantelungspaste, die zur Herstellung eines keramischen Schaltungssubstrats, das einen Glasüberzug bzw. -übermantelung und einen darauf gleichzeitig gebrannten bzw. co-gebrannten Widerstand aufweist, verwendet wird, wobei die Glasüberzugs- bzw. -übermantelungspaste eine Glasverbindung und einen Träger aufweist, der ein organisches Polymer und ein Lösungsmittel aufweist, wobei die Glaszusam­ mensetzung einen spezifischen Oberflächenbereich von 2 bis 6 m²/g hat.

3. Widerstandspaste nach Anspruch 1, wobei das Glas der Widerstandspaste ein Glas aus dem CaO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃-System ist.

4. Glasüberzugs- bzw. -übermantelungspaste gemäß Anspruch 2, in der die Glasverbindung bzw. -zusammensetzung der Glas­ überzugs- bzw. -übermantelungspaste 60 bis 90 Gew.-% eines Glaspulvers des CaO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃-Systems und 10 bis 40 Gew.- 5 Aluminiumoxidpulver aufweist.

5. Keramisches Schaltungssubstrat, das die in den Ansprü­ chen 1 oder 3 herausgestellte Widerstandspaste verwendet, in dem das keramische Schaltungssubstrat ein Glas des CaO-Al₂O₃- SiO₂-B₂O₃-Systems oder eines MgO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃-Systems und Aluminiumoxid aufweist.

6. Keramisches Schaltungssubstrat, das die Glasüberzugs­ paste bzw. -übermantelungspaste nach einem der Ansprüche 2 oder 4 verwendet, wobei das keramische Schaltungssubstrat ein Glas des CaO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃-Systems oder eines MgO-Al₂O₃-SiO₂- B₂O₃-Systems und Aluminiumoxid aufweist.