DE19639906A1 - Glaszusammensetzung zur Isolierung, Isolierpaste und gedruckte Dickfilmschaltung - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Fachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glaszusammensetzung zur Isolierung, eine Isolierpaste und eine gedruckte Dickfilmschaltung.

2. Beschreibung des bisherigen Stands der Technik

Elektronische Maschinen und Geräte weisen vielschichtige gedruckte Dickfilmschaltungen verschiedener Strukturen auf. Sie werden üblicherweise aus aufeinander gelagerten Schichten leitender Filme hergestellt. Dort, wo ein leitender Film freiliegt, kann er mit einem anderen Leiter durch Löten verbunden werden. Es gibt auch die Fälle, bei denen die Isolierschicht in Kontakt mit Widerständen steht. Bei einer einschichtigen Schaltung trägt ein Isoliersubstrat eine Isolierschicht, die wiederum Widerstände und darauf erzeugte Verdrahtungen trägt.

Moderne elektronische Maschinen und Geräte werden immer kompakter und schneller und machen Isolierschichten bei viel- oder einschichtigen gedruckten Dickfilmschaltungen mit hoher Isolierleistung und zugleich niedriger Dielektrizitätskonstante erforderlich. Es war bisher allgemein üblich, Isolierschichten mit niedriger Dielektrizitätskonstante aus einem auf Epoxyharz basierenden Material herzustellen. Unglücklicherweise zeigen Isoliermaterialien auf Harzbasis bei hohen Temperaturen eine schlechte Beständigkeit. Daher besteht Bedarf an einem Isoliermaterial mit guter Haltbarkeit.

Darüber hinaus ist eine innige Bindung zwischen leitendem Film und Isolierschicht notwendig, so daß keine Abschälung beim Lötvorgang aufgrund des Hitzeschocks erfolgt. Außerdem ist erforderlich, daß die Dickfilmleiter oder -widerstände, die in Kontakt mit der Isolierschicht stehen, in ihren charakteristischen Eigenschaften im wesentlichen unverändert bleiben, wenn sie der Brennwärme oder -umgebung während ihrer Herstellung ausgesetzt sind. Zudem ist die Herstellung der Isolierschicht bei einer vergleichsweise geringen Temperatur erwünscht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines neuartigen elektrischen Isoliermaterials, das eine geeignete Dielektrizitätskonstante aufweist und die oben genannten Anforderungen erfüllt. Dies wird eher durch eine Glaszuammensetzung und durch ein Material auf Harzbasis gewährleistet.

Die Glaszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Hauptbestandteil, der SiO₂ und mindestens eines von B₂O₃ oder K₂O enthält, und mindestens einen Stoff, der gewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Al₂O₃, La₂O₃, CaO, Ta₂O₅ und Nd₂O₃ in einer Menge von weniger als 25 Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteilen des besagten Hauptbestandteils. Der Hauptbestandteil weist ein Verhältnis auf, das in die Region fällt, die durch die durch Punkt A (65, 35, 0), Punkt B (65, 20, 15), Punkt C (85, 0, 15) und Punkt D (85, 15, O) gehenden Linien im Diagramm der Zusammensetzungen für das ternäre System von SiO₂, B₂O₃ und K₂O umschlossen ist.

Die Glaszusammensetzung kann zu einer Isolierpaste durch Kombination mit einem organischen Bindemittel und wahlweise Al₂O₃-Pulver oder -Kolloid verarbeitet werden.

Die Isolierpaste wird zur Herstellung von Isolierschichten bei vielschichtigen gedruckten Dickfilmschaltungen verwendet. Auf den resultierenden Isolierfilmen ist eine Aufbringung leitender Filme bei hoher Bindefestigkeit möglich. Sie weisen eine niedrige Dielektrizitätskonstante auf und zeigen gute Isoliereigenschaften, ohne dabei die charakteristischen Eigenschaften der an sie angrenzenden leitenden Dickfilme und Widerstände zu beeinträchtigen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG(EN)

Abb. 1 zeigt ein Diagramm der Zusammensetzungen, das das Verhältnis der Bestandteile der Glaszusammensetzung zur Isolierung gemäß der vorliegenden Erfindung wiedergibt.

Abb. 2 zeigt eine Querschnittsansicht der vielschichtigen gedruckten Dickfilmschaltung, wie im Beispiel hergestellt.

Abb. 3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht der in Abb. 2 gezeigten vielschichtigen gedruckten Dickfilmschaltung und außerdem einen angelöteten Weichkupferdraht 7 zur Messung der Bindefestigkeit des oberen leitenden Films 6d.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Grundlage der vorliegenden Erfindung stellt eine Glaszusammensetzung zur Isolierung dar, welche SiO₂ und mindestens eines von B₂O₃ oder K₂O in einem Verhältnis umfaßt, das in die Region fällt, die durch die durch Punkt A (65, 35, 0), Punkt B (65, 20, 15), Punkt C (85, 0, 15) und Punkt D (85, 15, 0) gehenden Linien im Diagramm der Zusammensetzungen für ein ternäres System umschlossen ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Glaszusammensetzung zur Isolierung zusätzlich zu den besagten Hauptbestandteilen, umfassend SiO₂ und mindestens eines von B₂O₃ oder K₂O, mindestens eine Art von Läuterungsmittel, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al₂O₃, La₂O₃, CaO, Ta₂O₅ und Nd₂O₅ in einer Menge von weniger als 25 Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteilen der Hauptbestandteile.

Die resultierende Glaszusammensetzung zur Isolierung wird gewöhnlich zu einem Pulver verarbeitet, welches weiter mit einem organischen Bindemittel zum Erhalt einer Paste kombiniert wird. Die Paste wird zu einer Dickfilm-Isolierschicht auf einem geeigneten Träger durch Aufdrucken und anschließende Brennung verarbeitet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Isolierpaste für die Dickfilm-Isolierschicht die wie oben definierte Glaszusammensetzung, ein organisches Bindemittel und wahlweise Al₂O₃-Pulver oder Al₂O₃-Kolloid, wobei die Menge der Glaszusammensetzung 60 bis 99,5 Gewichtsanteile pro 100 Gewichtanteilen der Gesamtmenge von Glaszusammensetzung und Al₂O₃-Pulver oder Al₂O₃ im Al₂O₃-Kolloid beträgt.

Die Isolierpaste ergibt durch Brennung eine Isolierschicht, die die durch die vorliegende Erfindung abgedeckte gedruckte Dickfilmschaltung darstellt.

BEISPIELE

Im ersten Beispiel und schematisch im Querschnitt der Abb. 2 ist eine vielschichtige gedruckte Dickfilmschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dieses Beispiel dient speziell der Auswertung der charakteristischen Eigenschaften.

Die Abbildung zeigt ein Substrat 2, auf dem die unteren leitenden Filme 3a und 3b befestigt sind, wobei ersterer als Kondensator-Elektrode zum Erhalt eines Kondensators und letzterer als Dünndraht zur Untersuchung des Leiters auf eine Widerstandsveränderung fungiert. Die Isolierschichten 4a und 4b werden jeweils auf den unteren leitenden Filmen 3a und 3b gebildet, wohingegen die Isolierschichten 4c und 4d auf das Substrat 2 aufgebracht werden. Die Isolierschichten 4a-4d werden durch Aufschichten und anschließendes Brennen aus der Isolierpaste der vorliegenden Erfindung hergestellt. Ein Dickfilm-Widerstand 5 wird auf die Isolierschicht 4c aufgebracht. Die oberen leitenden Filme 6a, 6c und 6d werden jeweils auf den Isolierschichten 4a, 4c und 4d erzeugt. Der obere leitende Film 6a dient als eine Kondensator-Elektrode zum Erhalt eines Kondensators mit dem entgegengesetzt angebrachten leitenden Film 3a. Der obere leitende Filme 6c ist elektrisch mit dem Dickfilm-Widerstand 5 verbunden, um als Endelektrode für den Dickfilm-Widerstand 5 zu dienen. Die obere leitende Elektrode 6d dient als Mittel zur Messung der Bindefestigkeit für die Isolierschicht 4d.

Die vielschichtige gedruckte Dickfilmschaltung 1 wird in folgender Weise hergestellt. Auf dem Substrat 2 aus Aluminiumoxid werden die unteren-leitenden Filme 3a und 3b aus einer Silberpaste mittels Siebdruck und anschließender Brennung bei 850°C erzeugt. Der untere leitende Film 3a (für den Kondensator) ist kreisförmig und mißt 8 mm im Durchmesser, und der untere leitende Film 3b (zur Widerstandsmessung) ist 1,2 mm lang und 100 µm breit. Zu diesem Zeitpunkt wird der Widerstand quer durch den unteren leitenden Film 3b gemessen.

Die Isolierschichten 4a bis 4d werden aus der Isolierpaste erzeugt, die in folgender Weise hergestellt wird. Die Rohstoffe für den Glasbestandteil der Raste sind SiO₂, B₂O₃, K₂CO₃, Al(OH)₃, La₂O₃, CaCO₃, Ta₂O₅ und Nd₂O₃. Sie werden gemäß der in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigten Formel gemischt, und das Gemisch wird bei 1.500 bis 1.750°C, wie einzeln angegeben, geschmolzen. Die gewählte Temperatur ist derart, daß das Schmelzen des Gemischs zu erwarten ist. Die resultierende Schmelze wird gelöscht und dann zerstoßen, um ein Glaspulver zu erhalten, das den in Tabelle 1 gezeigten Erweichungspunkt aufweist. Das Glaspulver wird mit einem organischen Bindemittel (eine Lösung von Ethylcellulose in α-Terpineol) in einem Verhältnis von 70 : 30 nach Gewicht gemischt. Auf diese Weise wird die gewünschte Isolierpaste erhalten.

Tabelle 1

Nach Herstellung der unteren leitenden Filme 3a und 3b werden die Isolierschichten 4a bis 4d aus der Isolierpaste mittels Siebdruck und anschließende Brennung in Luft erzeugt. Die Brenntemperatur ist in Tabelle 2 gezeigt. Die Isolierschicht 4a (die auf der unteren Leitschicht 3a gebildet wird) ist kreisförmig und mißt 6 mm im Durchmesser. Die Isolierschicht 4b wird auf dem unteren leitenden Film 3b derart erzeugt, daß beide Enden des Films 3b freiliegend bleiben. Die Isolierschichten 4c und 4d werden auf dem Substrat 2 gebildet.

Dann wird auf der Isolierschicht 4c der Dickfilm-Widerstand 5 aus einer Widerstandspaste auf Ru₂O₃-Basis mittels Siebdruck und anschließende Brennung bei 850°C erzeugt.

Die oberen leitenden Filme 6a, 6c und 6d werden aus einer Kupferpaste mittels Siebdruck und anschließende Brennung bei 580°C in einer Stickstoff-Atmosphäre hergestellt. Der obere leitende Filme 6a (der auf der Isolierschicht 4a erzeugt wird) ist kreisförmig und mißt 4 mm in Durchmesser. Die oberen leitenden Filme 6c werden derart hergestellt, daß sie als Endelektroden für den Dickfilm-Widerstand 5 dienen. Der obere leitende Film 6d (der auf der Isolierschicht 4d erzeugt wird) ist quadratisch (2 × 2 mm) und zur Auswertung seiner Bindefestigkeit an die Isolierschicht 4d vorgesehen.

In dieser Weise wird eine vielschichtige gedruckte Dickfilmschaltung 1 erhalten, wie in Abb. 2 gezeigt.

Tabelle 2

Die charakteristischen Eigenschaften in Tabelle 2 wurden in folgender Weise gemessen. Die charakteristischen Eigenschaften der Isolierschicht 4a wurden gemessen indem sie als dielektrische Schicht eines Kondensators betrachtet wurde, die eingebracht war zwischen den unteren leitenden Film 3a und den oberen leitenden Film 6a als den beiden entgegengesetzten Elektroden. Das heißt, die elektrostatische Kapazität und der elektrische Verlust (tanδ) wurden bei 1 MHz, 1 V_rms und 25°C gemessen, und die relative Dielektrizitätskonstante (εr) wurde aus der erhaltenen elektrostatischen Kapazität und den Abmessungen des verwendeten Kondensators errechnet. Auch wurde der Isolationswiderstand (IR) durch Anlegen einer Spannung von 50 V über 1.000 Stunden hinweg bei 85°C und 85% R.F. und anschließendem Anlegen von 100 V (DC) über 1 Minute hinweg gemessen.

Die Änderungsquote beim Schaltungswiderstand wurde durch Vergleich des Widerstands durch den unteren leitenden Films 3b mit dem Wert erhalten, der vor Aufbringung der Isolierschicht 4b gemessen wurde.

Die Bindefestigkeit (nach dem Löten) der oberen leitenden Schicht 6d wurde durch Ziehen an einem L-förmigen Weichkupferdraht 7 ausgewertet, der am oberen leitenden Film 6d mit Lötzinn 8 befestigt war, wie in Abb. 3 gezeigt.

Der Dickfilm-Widerstand 5 der Proben 1 und 7 wurde auf Widerstand und Temperaturkoeffizient gemessen. Drei verschiedene Proben des Dickfilm-Widerstands 5 wurden aus drei Arten von Widerstandspaste hergestellt, deren Werte des Schichtwiderstands jeweils 20Ω/, 2 kΩ/ und 2 MΩ/ betrugen. Die Messungen des Widerstands wurden bei 25°C anhand von 50 Proben des Dickfilm-Widerstands 5 vorgenommen, und ein Durchschnittswert (zusammen mit Dispersion, d. h. der Standardabweichung vom Mittelwert) wurde erhalten. Der Temperaturkoeffizient des Widerstands ist in ppm/°C bei HTCR (welches die Änderungsquote des Widerstands zwischen 25°C und 150°C ist) und bei CTCR (welches die Änderungsquote des Widerstands zwischen 25°C und -55°C ist) ausgedrückt. Verglichen mit dem Widerstand bei 25°C als Bezugswert. Zum Vergleich wurden die Messungen in derselben Weise wie oben an den Vergleichsproben 1 und 2 vorgenommen, wobei erstere Al-B-Si-Glas als Glaskomponente in der Isolierpaste für die Isolierschicht 4c enthielt, und letztere einen Stoff auf Harzbasis anstelle der Glaskomponente in der Isolierpaste für die Isolierschicht 4c enthielt. Die Meßergebnisse sind in nachstehender Tabelle 3 gezeigt.

Tabelle 3

Ausgehend von den in Tabellen 1 bis 3 gezeigten charakteristischen Eigenschaften wurde die gewünschte Formel für SiO₂, B₂O₃ und K₂O aufgestellt und im Diagramm der Zusammensetzungen in Abb. 1 angegeben. Wie Tabelle 1 zeigt, ist die Glaszusammensetzung zur Isolierung aus SiO₂ und mindestens einem von B₂O₃ oder K₂O zusammengesetzt und die Formel (nach Gewicht) dieser Bestandteile durch die Region definiert, die durch die durch Punkt A (65, 35, 0), Punkt B (65, 20, 15), Punkt C (85, 0, 15) und Punkt D (85, 15, 0) gehenden Linien im Diagramm der Zusammensetzungen für ein ternäres System umschlossen ist, wie in Abb. 1 gezeigt.

Die Proben 1 bis 11 (in Tabn. 1 bis 3 angegeben) enthalten kein Al₂O₃, La₂O₃, CaO, Ta₂O₅ oder Nd₂O₃. Die Proben 2, 3 und 5 bis 10 entsprechen der vorliegenden Erfindung, während die Proben 1, 4 und 11 außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Die Proben 1, 4 und 11 sind einzeln jeweils durch Region X, Region Y und Region Z in Abb. 1 angegeben, die außerhalb der durch die vorliegende Erfindung abgedeckten Region liegen.

Die in die Region X fallenden Zusammensetzungen sind nicht erwünscht, da die Isolierschicht 4a einen Belastungs-Isolationswiderstand bei feuchten Bedingungen von nur 1 × 10¹⁰Ω (log IR = 10) aufweist und die Änderungsquote beim Schaltungswiderstand des unteren leitenden Films 3b 15% beträgt, wie durch Probe i in Tabelle 2 gezeigt. Darüber hinaus zeigt der Dickfilm-Widerstand 5 im Falle solcher Zusammensetzungen eine starke Fluktuation und einen großen Temperaturkoeffizient des Widerstands, wie durch Probe 1 in Tabelle 3 gezeigt.

Die in die Region Y fallenden Zusammensetzungen sind deshalb nicht erwünscht, weil die Isolierschicht 4a eine relative Dielektrizitätskonstante von 8,0 aufweist und ebenfalls einen Belastungs-Isolationswiderstand bei feuchten Bedingungen von nur 1 × 10¹⁰Ω (log IR = 10) aufweist. Die Änderungsquote beim Schaltungswiderstand des unteren leitenden Films 3b betragt 12%, wie durch Probe 2 in Tabelle 2 gezeigt.

Die in die Region Z fallenden Zusammensetzungen sind deshalb nicht erwünscht, weil sie eine Herstellung der Isolierschichten 4a bis 4d durch Brennung selbst bei 1000°C aufgrund des hohen Glaserweichungspunkts von mehr als 1050°C nicht zulassen, wie durch Probe 11 in Tabelle 1 gezeigt.

Die Proben 12 bis 16 in Tabellen 1 und 2 enthalten, zusätzlich zu insgesamt 100 Gewichtsanteilen der drei Hauptbestandteile SiO₂, B₂O₃ und K₂O, 25 Gewichtsanteile von Al₂O₃, La₂O₃, CaO, Ta₂O₅ oder Nd₂O₃. In anderen Worten sind sie, was die drei Hauptbestandteile anbetrifft, mit Probe 7 identisch. Probe 12 Jedoch enthält zusätzlich Al₂O₃, Probe 13 enthält zusätzlich La₂O₃, Probe 14 enthält zusätzlich CaO, Probe 15 enthält zusätzlich Ta₂O₅ und Probe 16 enthält zusätzlich Nd₂O₃. Die Menge des zusätzlichen Bestandteils beträgt 25 Gewichtsanteile pro 100 Gewichtsanteilen der drei Hauptbestandteile zusammengenommen.

Ein Vergleich der Proben 12-16 mit Probe 7 zeigt, daß die Aufnahme von Al₂O₃, La₂O₃, CaO, Ta₂O₅ und Nd₂O₃ eine Kontrolle des Glaserweichungspunkts möglich macht, wie in Tabelle 1 gezeigt, und dadurch die Herstellung der Isolierschicht erleichtert wird. Darüber hinaus ermöglichen diese zusätzlichen Bestandteile die Regulierung der relativen Dielektrizitäts­ konstante innerhalb eines bestimmten Bereichs, wenn ein Umkehrnutzen aus ihrem Nachteil gezogen wird, die relative Dielektrizitätskonstante zu erhöhen.

Erwünscht ist die Verwendung dieser zusätzlichen Bestandteile (Al₂O₃, La₂O₃, CaO, Ta₂O₅ oder Nd₂O₃) in einer Menge von weniger als etwa 25 Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteilen der drei Hauptbestandteile (SiO₂, B₂O₃ und K₂O) zusammengenommen. Eine Überschußmenge führt zu einer hohen relativen Dielektrizitätskonstante (über 7,5) und einem erhöhten Glaserweichungspunkt, was die Herstellung der Isolierschicht erschwert. Diese zusätzlichen Bestandteile können einzeln verwendet werden, wie bei diesem Beispiel, oder in Kombination miteinander, solange die Gesamtmenge weniger als 25 Gewichtsanteile beträgt.

Entsprechend der detaillierten Analyse der erhaltenen Testergebnisse ist eine Verwendung der zusätzlichen Bestandteile (Al₂O₃, La₂O₃, CaO, Ta₂O₅ oder Nd₂O₃) in einer Menge von weniger als etwa 5 Gewichtsanteilen bevorzugt und ein Verhältnis der Glaszusammensetzung innerhalb der Region, die durch die durch Punkt A (65, 35, 0), Punkt B′ (65, 32, 3), Punkt C′ (85, 12, 3) und Punkt D (85, 15, 0), und bevorzugter Punkt A′′ (75, 24,5, 0,5), Punkt B′′ (75, 22, 3), Punkt C′ (85, 12, 3) und Punkt D′′ (85, 14,5, 0,5) gehenden Linien umschlossen ist. In diesem Fall wird eine Glaszusammensetzung mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante von etwa 5 oder weniger als 5 erhalten.

Die wie oben erhaltene Isolierschicht weist eine verbesserte Festigkeit auf, wenn sie aus einer anderen Isolierpaste hergestellt wird, wie im folgenden Beispiel gezeigt. Diese Isolierpaste enthält, zusätzlich zur Glaszusammensetzung und zum in der oben genannten Isolierpaste enthaltenen organischen Bindemittel, Al₂O₃ in pulvriger oder kolloidaler Form. Die Isolierpaste dieses Beispiels enthält als Glaszusammensetzung dasselbe Glaspulver wie in oben erwähnter Probe 7 verwendet. Jede Probe dieses Beispiels wurde durch Mischen des Glaspulvers mit Al₂O₃-Pulver oder Al₂O₃-Kolloid in einer in Tabelle 4 einzeln angegebenen Menge hergestellt. (Die Menge an Al₂O₃- Kolloid ist bezogen auf das Gewicht des Al₂O₃ ausgedrückt.)

Tabelle 4

Jede Isolierpaste (als Proben 17 bis 26) wurde durch Kombinieren des Gemischs aus Glaspulver und Al₂O₃-Pulver oder Al₂O₃-Kolloid (insgesamt 70 Gewichtsanteile) mit dem organischen Bindemittel (30 Gewichtsanteile) hergestellt. Das organische Bindemittel war eine Lösung von Ethylcellulose in α-Terpineol (derselbe wie im vorangegangenen Beispiel verwendet), mit Ausnahme von Beispielen 25 bis 26, die Al₂O₃- Kolloid enthalten. Bei dem organischen Bindemittel in Beispiel 25 und 26 handelte es sich um ein wäßriges Bindemittel. Zufälligerweise ist Probe 17, die weder Al₂O₃-Pulver noch Al₂O₃-Kolloid enthält, mit Probe 7 identisch.

Jede der Isolierpasten der Proben 17 bis 26 wurde zur Herstellung der vielschichtigen gedruckten Dickfilmschaltung 1, wie in Abb. 2 gezeigt, in derselben Weise wie im vorangegangenen Beispiel verwendet. Bei allen Proben wurde eine festgelegte Brenntemperatur von 850°C angewandt, wie in Tabelle 5 gezeigt. Die resultierenden Proben wurde auf ihre relative Dielektrizitätskonstante, den dielektrischen Verlust, den Isolationswiderstand und ihre Bindefestigkeit in derselben Weise wie im vorangegangenen Beispiel getestet. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 5.

Tabelle 5

Aus Tabellen 4 und 5 ist ersichtlich, daß Al₂O₃ die Bindefestigkeit des oberen leitenden Films 6d auf der Isolierschicht 4d verbessert, wobei gleichzeitig die relative Dielektrizitätskonstante unter 7 bleibt. Aus dem Vergleich von Probe 17 mit Probe 18 ist feststellbar, daß Al₂O₃ seine Wirkung einer verbesserten Bindefähigkeit selbst dann erzielt, wenn seine Menge lediglich 0,5 Gewichtsanteile beträgt. Andererseits macht Al₂O₃ in Überschußmenge (etwa 50 Gewichtsanteile oder mehr), wie in Proben 24 und 26, die Isolierschicht weniger dicht und ergibt folglich einen schlechten Isolationswider­ stand. Aus diesen Ergebnissen wird gefolgert, daß die geeignete Menge an Al₂O₃ im Bereich von etwa 0,5 bis 40, und bevorzugt etwa 10 bis 30 Gewichtsanteilen, liegen sollte. Das heißt, daß die Menge der Glaszusammensetzung etwa 60 bis 99,5, und bevorzugt etwa 75-85 Gewichtsanteile pro 100 Gewichtsanteilen der Glaszusammensetzung und des Al₂O₃ zusammengenommen betragen sollte.

Die vorliegende Erfindung wurde zwar in ihrer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, doch sollte zur Kenntnis genommen werden, daß Modifikationen, wie unten gezeigt, vorgenommen werden könne, ohne dabei vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

So ist beispielsweise das organische Bindemittel, das dem Glasbestandteil zum Erhalt der Isolierpaste beigegeben wird, nicht auf eine Lösung von Ethylcellulose in α-Terpineol beschränkt. Der gelöste Stoff kann durch Nitrocellulose, Acrylharz, Butyralharz oder ähnliches ersetzt werden. Das Lösungsmittel kann durch Alkohole (z. B. Butylcarbitol), Ester (z. B. Acetate), Kerosin oder ähnliches ersetzt werden. Außerdem kann das organische Bindemittel je nach Anwendungsform einen Weichmacher (z. B. Phthalatester) enthalten.

Zwar wird bei den oben genannten Beispielen die Isolierpaste in Luft gebrannt, doch wird dieselbe Wirkung selbst bei einer Brennung in neutraler Atmosphäre, zum Beispiel Stickstoff, erzielt.

Im vorangegangenen wurde die vorliegende Erfindung in Bezug auf die Isolierpaste und die Glaszusammensetzung zur Isolierung beschrieben, die zur Herstellung der Isolierschichten in der vielschichtigen gedruckten Dickfilmschaltung verwendet werden. Sie können jedoch auch als Unterglasur für einschichtige Schaltungen verwendet werden, um die Eigenschaften von Widerständen und Verdrahtungen zu stabilisieren.

Das oben genannte Aluminiumoxid-Substrat ist nicht beschränkend; die vorliegende Erfindung schließt die Verwendung von dielektrischen Substraten, vielschichtigen Substraten und Isoliersubstraten (z. B. Glassubstrate) nicht aus.

Bei den oben genannten Beispielen wird der Fall veranschaulicht, bei dem der obere leitende Film 6d einen Leiter auf Kupfer-Basis enthält; dieselbe Wirkung wird jedoch selbst in dem Fall erzielt, in dem Kupfer durch Ag, Ag/Pd, Ag/Pt, Au, Ni oder ähnliches ersetzt wird. Außerdem kann der leitende Film mit einem Metallfilm (z. B. Ni, Sn, Sn-Pd, Pd, Au, Ag oder Cu) durch elektrolytische oder stromlose Plattierung beschichtet werden. In den oben genannten Beispielen wird ein Fall veranschaulicht, in dem der Dickfilm-Widerstand 5 aus einem Widerstandsmaterials auf Ru₂O₃-Basis hergestellt ist; dieselbe Wirkung wird jedoch selbst in dem Fall erzielt, in dem dieses Material durch ein solches auf LaB₆-Basis oder ähnliches ersetzt wird.

Wie ausführlich beschrieben wurde, stellt die vorliegende Erfindung eine Glaszusammensetzung zur Isolierung bereit, die auf einem Glasbestandteil basiert und daher den Stoffen auf Harzbasis hinsichtlich Haltbarkeit bei Hochtemperaturen überlegen ist. Die Glaszusammensetzung weist eine niedrige Dielektrizitätskonstante auf und bietet gute Isoliereigen­ schaften, wie in den Beispielen gezeigt. Sie besitzt einen vergleichsweise niedrigen Glaserweichungspunkt (unter etwa 1050°C) und ist daher bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen (unter etwa 1050°C) sinterbar. Daher lassen sich aus ihr leicht Isolierschichten herstellen. Die Isolierschicht beeinträchtigt nicht die charakteristischen Eigenschaften des an sie angrenzenden Dickfilmleiters oder -widerstands während des Sinterns. Außerdem macht die Isolierschicht möglich, daß auf ihr ein leitender Film bei vergleichsweise hoher Bindefestigkeit zwischen beiden erzeugt wird. Diese Bindefestigkeit ist gegen einen Wärmeschock durch Löten praktisch unempfindlich.

Die Glaszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung findet als Isoliermaterial für Isolierschichten Anwendung, die in vielschichtigen oder einschichtigen gedruckten Dickfilm­ schaltungen eingesetzt werden, wobei sie den Anforderungen an schnellere und kompaktere elektronische Maschinen und Geräte genügen.

Die Glaszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung kann, zusätzlich zu 100 Gewichtsanteilen SiO₂ und mindestens einem von B₂O₃ und K₂O, weniger als 25 Gewichtsanteile mindestens eines Stoffes, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al₂O₃, La₂O₃, CaO, Ta₂O₅ und Nd₂O₃, enthalten. Diese zusätzlichen Bestandteile ermöglichen eine Einstellung des Glaserweichungs­ punkts und der Dielektrizitätskonstante nach Wunsch.

Die Isolierpaste gemäß der vorliegenden Erfindung kann, zusätzlich zur oben genannten Glaszusammensetzung und dem organischen Bindemittel, Al₂O₃-Pulver oder Al₂O₃-Kolloid enthalten. Dieser zusätzliche Bestandteil erhöht die Festigkeit der durch Sintern aus der Isolierpaste erzeugten Isolier­ schicht. In anderen Worten erzeugt er winzige Kristalle im amorphen Glas, durch die diese Wirkung erzielt wird. Außerdem schützt er die Isolierschicht vor Bruch, wenn der darauf zu erzeugende leitende Film angelötet wird, da er bewirkt, daß die Isolierschicht einen Koeffizient der Wärmeexpansion nahe dem des Lötzinns aufweist.

Eine gedruckte Dickfilmschaltung unter Anwendung der vorliegenden Erfindung weist eine Isolierschicht mit den oben genannten Vorteilen auf. Daher ist ihre Anwendung, besonders in vorm der vielschichtigen gedruckten Dickfilmschaltung, für schnellere und kompaktere elektronische Maschinen und Geräten von Vorteil.

Claims (20)

1. Glaszusammensetzung zur Isolierung, umfassend:
Einen Hauptbestandteil aus SiO₂ und mindestens einem von B₂O₃ oder K₂O in einem Verhältnis, das in die Region fällt, die durch die durch Punkt A (65, 35, 0), Punkt B (65, 20, 15), Punkt C (85, 0, 15) und Punkt D (85, 15, 0) gehenden Linien in einem Diagramm der Zusammensetzungen für das ternäre System von SiO₂, B₂O₃ und K₂O umschlossen ist; und
mindestens einen Stoff, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al₂O₃, La₂O₃, CaO, Ta₂O₅ und Nd₂O₃ in einer Menge von weniger als etwa 25 Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteilen des besagten Hauptbestandteils.

2. Glaszusammensetzung, wie in Anspruch 1 definiert, welche zusätzlich Al₂O₃ in einer Menge von weniger als etwa 50 Anteilen am Gesamtgewicht von besagtem Hauptbestandteil und Al₂O₃ enthält.

3. Glaszusammensetzung, wie in Anspruch 2 definiert, worin die Menge dieses Stoffes weniger als etwa 5 Anteile beträgt.

4. Glaszusammensetzung, wie in Anspruch 1 definiert, worin die Menge dieses Stoffes weniger als etwa 5 Anteile beträgt.

5. Glaszusammensetzung, wie in Anspruch 1 definiert, worin besagte Linien durch die Punkte A (65, 35, 0), B′ (65, 35, 3), C′ (85, 12, 3) und D (85, 15, 0) gehen.

6. Glaszusammensetzung, wie in Anspruch 5 definiert, worin die Menge dieses Stoffes weniger als 5 Anteile beträgt.

7. Glaszusammensetzung, wie in Anspruch 1 definiert, worin besagte Linien durch die Punkte A′′ (75, 24,5, 0,5), B′′ (75, 22, 3), C′ (85, 12, 3) und D′′ (85, 14,5, 0,5) gehen.

8. Glaszusammensetzung, wie in Anspruch 7 definiert, worin die Menge dieses Stoffes weniger als etwa 5 Anteile beträgt.

9. Glaszusammensetzung, wie in Anspruch 8 definiert, welche zusätzlich Al₂O₃ in einer Menge von weniger als etwa 50 Anteilen am Gesamtgewicht von besagtem Hauptbestandteil und Al₂O₃ enthält.

10. Isolierpaste, welche eine Glaszusammensetzung umfaßt, wie in Anspruch 1 definiert, und etwa 0,5 bis 30 Anteile eines organischen Bindemittels, bezogen auf das Gewicht dieser Paste.

11. Isolierpaste, welche eine Glaszusammensetzung umfaßt, wie in Anspruch 2 definiert, und etwa 0,5 bis 30 Anteile eines organischen Bindemittels, bezogen auf das Gewicht dieser Paste.

12. Isolierpaste, welche eine Glaszusammensetzung umfaßt, wie in Anspruch 3 definiert, und etwa 0,5 bis 30 Anteile eines organischen Bindemittels, bezogen auf das Gewicht dieser Paste.

13. Isolierpaste, welche eine Glaszusammensetzung umfaßt, wie in Anspruch 4 definiert, und etwa 0,5 bis 30 Anteile eines organischen Bindemittels, bezogen auf das Gewicht dieser raste.

14. Isolierpaste, welche eine Glaszusammensetzung umfaßt, wie in Anspruch 5 definiert, und etwa 0,5 bis 30 Anteile eines organischen Bindemittels, bezogen auf das Gewicht dieser Paste.

15. Isolierpaste, welche eine Glaszusammensetzung umfaßt, wie in Anspruch 7 definiert, und etwa 0,5 bis 30 Anteile eines organischen Bindemittels, bezogen auf das Gewicht dieser Paste.

16. Isolierpaste, welche eine Glaszusammensetzung umfaßt, wie in Anspruch 9 definiert, und etwa 0,5 bis 30 Anteile eines organischen Bindemittels, bezogen auf das Gewicht dieser Paste.

17. Gedruckte Dickfilmschaltung mit mindestens einer Isolierschicht, worin diese Isolierschicht eine gebrannte Isolierpaste ist, wie in Anspruch 10 definiert.

18. Gedruckte Dickfilmschaltung mit mindestens einer Isolierschicht, worin diese Isolierschicht eine gebrannte Isolierpaste ist, wie in Anspruch 11 definiert.

19. Gedruckte Dickfilmschaltung mit mindestens einer Isolierschicht, worin diese Isolierschicht eine gebrannte Isolierpaste ist, wie in Anspruch 13 definiert.

20. Gedruckte Dickfilmschaltung mit mindestens einer Isolierschicht, worin diese Isolierschicht eine gebrannte Isolierpaste ist, wie in Anspruch 16 definiert.