DE19639906C2 - Isolierpaste - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Isolierpaste.
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 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.
Aus der EP 0 472 165 A1 ist eine keramische Zusammensetzung bekannt, die aus
einer Mischung von Borosilikat und einem Glas mit sehr hohem SiO2-Anteil besteht.
Der Borosilikatglasanteil enthält ca. 20-35 Gewichtsprozent B2O3 und ca. 60-80
Gewichtsprozent SiO2. Der Glasanteil mit hohem Silikatgehalt enthält im
wesentlichen 0,5-1 Gewichtsprozent Al2O3, 1-5 Gewichtsprozent B2O3 und ca.
95-98 Gewichtsprozent SiO2. Die keramische Zusammensetzung weist den
Vorteil auf, daß sie bei Temperaturen unter 1000°C hergestellt werden kann.
Aus der US 4,812,422 ist eine dielektrische Paste bekannt, die keramische
Bestandteile sowie Borosilikatglas enthält. Vor Mischung dieser beiden Bestandteile
wird ein Teil des pulverisierten Glases mit dem Keramikpulver gemischt und
kalziniert. Der verbleibende Glasanteil wird anschließend mit dem kalzinierten
Produkt gemischt. Die durch Verwendung der Paste hergestellte Isolationsschicht
weist eine hohe Dichte und gute Isolationseigenschaften auf.
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
Glaszusammensetzung als durch ein Material auf Harzbasis gewährleistet.
Die Isolierpaste gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einer
Glaszusammensetzung mit einer Kombination von SiO2, B2O3, K2O, wobei die
Glaszusammensetzung aus xSiO2-yB2O3-zK2O besteht, in welcher x, y, und z die
Gewichtsprozente der Bestandteile wiedergeben und bei dem die
Gewichtsprozente der Bestandteile in den Bereich fallen, der durch Punkt A (x = 65,
y = 35, z = 0), Punkt B (x = 65, y = 32, z = 3), Punkt C (x = 85, y = 12, z = 3) und
Punkt D (x = 85, y = 15, z = 0) gehende Linien in einem Diagramm der
Zusammensetzung für das ternäre System von SiO2, B2O3 und K2O umschlossen
ist, und wobei 0-25 Gewichtsteile bezögen auf das Gewicht der
Glaszusammensetzung xSiO2-yB2O3-zK2O aus zumindest einem Stoff gewählt aus
der Gruppe, bestehend aus Al2O3, La2O3, CaO, Ta2O5 und Nd2O3, bestehen, und
einem organischen Bindemittel.
Die Glaszusammensetzung kann zu der Isolierpaste durch Kombination mit einem
organischen Bindemittel und wahlweise Al2O3-Pulver oder -kolloid verarbeitet
werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Isolierpaste sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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.
Abb. 1 zeigt ein Diagramm der Zusammensetzung, 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.
Die Grundlage der vorliegenden Erfindung stellt eine Isolierpaste mit einer
Glaszusammensetzung bestehend aus xSiO2-yB2O3-zK2O dar, in welcher x, y und
z die Gewichtsprozente der Bestandteile wiedergeben und bei der die
Gewichtsprozente der Bestandteile in den Bereich fallen, der durch Punkt A (x = 65,
y = 35, z = 0), Punkt B (x = 65, y = 32, z = 3), Punkt C (x = 85, y = 12, z = 3) und
Punkt D (x = 85, y = 15, z = 0) gehenden Linien im Diagramm der
Zusammensetzungen für ein ternäres System von SiO2, B2O3 und K2O
umschlossen ist.
Die Isolierpaste enthält 0-25 Gewichtsteile bezogen auf das Gewicht der
Glaszusammensetzung xSiO2-yB2O3-zK2O zumindest eine Art von
Läuterungsmittel, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Al2O3, La2O3, CaO,
Ta2O5 und Nd2O3 sowie ein organisches Bindemittel.
Die resultierende Glaszusammensetzung zur Isolierung wird gewöhnlich zu einem
Pulver verarbeitet, welches weiter mit dem organischen Bindemittel zum Erhalt der
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 70-90 Gewichtsanteile pro 100 Gewichtsanteile der
Gesamtmenge von Glaszusammensetzung und Al2O3-Pulver oder Al2O3-Kolloid
beträgt.
Die Isolierpaste ergibt durch Brennung eine Isolierschicht, die eine gedruckte
Dickfilmschaltung darstellt.
Im ersten Beispiel und schematisch im Querschnitt der Abb. 2
ist eine vielschichtige gedruckte Dickfilmschaltung
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 Paste 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 1500 bis 1750°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.
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.
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 Vrms 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 1000 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 böten) 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 20 Ω/, 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 letzere einen Stoff auf
Harzbasis anstelle der Glaskomponente in der Isolierpaste
für die Isolierschicht 4c enthielt. Die Meßergebnisse sind
in nachstehender Tabelle 3 gezeigt.
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 aus xSiO2-yB2O3-zK2O der Isolierpaste durch die Region
definiert, die durch Punkt A (x = 65, y = 35, z = 0), Punkt B (x = 65, y = 32, z = 3),
Punkt C (x = 85, y = 12, z = 3) und Punkt D (x = 85, y = 15, z = 0) gehenden Linien
im Diagramm der Zusammensetzungen für ein ternäres System umschlossen ist,
wie in Abb. 1 gezeigt. Dabei stellen x, y und z die Gewichtsprozente der
Bestandteile dar.
Die Proben 1 bis 11 (in Tabn. 1 bis 3 angegeben) enthalten kein Al2O3, La2O3,
CaO, Ta2O5 oder Nd2O3. Die Proben 2, 5 bis 7 und 10 entsprechen der
vorliegenden Erfindung, während die Proben 1, 3, 4, 8, 9 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 × 1010 Ω (log IR = 10) aufweist und die Änderungsquote beim
Schaltungswiderstand des unteren leitenden Films 3b 15% beträgt, wie durch
Probe 1 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 × 1010 Ω (log IR = 10) aufweist. Die Änderungsquote beim
Schaltungswiderstand des unteren leitenden Films 3b beträgt
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, Ta2O3 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 0-25
Gewichtsanteile beträgt.
Entsprechend der detaillierten Analyse der erhaltenen Testergebnisse ist eine
Verwendung der zusätzlichen Bestandteile (Al2O3, La2O3, CaO, Ta2O5 und Nd2O3)
in einer Menge von weniger als etwa 5 Gewichtsanteilen bevorzugt und ein
Verhältnis der Glaszusammensetzung innerhalb der Region, die durch Punkt A' (x
= 75, y = 24,5, z = 0,5), Punkt B' (x = 75, y = 22, z = 3), Punkt C (x = 85, y = 12, z =
3) und Punkt 0' (x = 85, y = 14,5, z = 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.)
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.
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
10 bis 30 Gewichtsanteilen liegen sollte. Das heißt, daß
die Menge der Glaszusammensetzung
70-90 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 können, 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
beschrieben, die zur Herstellung der Isolierschichten in der
vielschichtigen gedruckten Dickfilmschaltung verwendet wird.
Sie kann 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 Isolierpaste mit einer 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 der Isolierpaste 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 der Isolierpaste gemäß der vorliegenden Erfindung kann,
zusätzlich zu 100 Gewichtsanteilen bezogen auf das Gewicht der Glaszusammensetzung
xSiO2-yB2O3-zK2O 0-25 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
Form der vielschichtigen gedruckten Dickfilmschaltung, für
schnellere und kompaktere elektronische Maschinen und Geräte
von Vorteil.
Claims (7)
1. Isolierpaste bestehend aus:
einer Glaszusammensetzung mit einer Kombination von SiO2, B2O3, K2O,
wobei die Glaszusammensetzung aus xSiO2-yB2O3-zK2O besteht, in welcher x, y und z die Gewichtsprozente der Bestandteile wiedergeben und bei dem die Gewichtsprozente der Bestandteile in den Bereich fallen, der durch Punkt A (x = 65, y = 35, z = 0), Punkt B (x = 65, y = 32, z = 3), Punkt C (x = 85, y = 12, z = 3) und Punkt D (x = 85, y = 15, z = 0) gehende Linien in einem Diagramm der Zusammensetzung für das ternäre System von SiO2, B2O3 und K2O umschlossen ist,
und wobei 0-25 Gewichtsteile bezogen auf das Gewicht der Glaszusammensetzung xSiO2-yB2O3-zK2O aus zumindest einem Stoff gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al2O3, La2O3, CaO, Ta2O5 und Nd2O3, bestehen, und
einem organischen Bindemittel.
einer Glaszusammensetzung mit einer Kombination von SiO2, B2O3, K2O,
wobei die Glaszusammensetzung aus xSiO2-yB2O3-zK2O besteht, in welcher x, y und z die Gewichtsprozente der Bestandteile wiedergeben und bei dem die Gewichtsprozente der Bestandteile in den Bereich fallen, der durch Punkt A (x = 65, y = 35, z = 0), Punkt B (x = 65, y = 32, z = 3), Punkt C (x = 85, y = 12, z = 3) und Punkt D (x = 85, y = 15, z = 0) gehende Linien in einem Diagramm der Zusammensetzung für das ternäre System von SiO2, B2O3 und K2O umschlossen ist,
und wobei 0-25 Gewichtsteile bezogen auf das Gewicht der Glaszusammensetzung xSiO2-yB2O3-zK2O aus zumindest einem Stoff gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al2O3, La2O3, CaO, Ta2O5 und Nd2O3, bestehen, und
einem organischen Bindemittel.
2. Isolierpaste nach Anspruch 1, in welcher die Linien durch die Punkte A' (x =
75, y = 24, 5, z = 0,5), B' (x = 75, y = 22, z = 3), C (x = 85, y = 12, z = 3) und
D' (x = 85, y = 14, 5, z = 0,5) gehen.
3. Isolierpaste nach einem der Ansprüche 1 bis 2, in welcher die Menge des
Stoffes, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al2O3, La2O3, CaO, Ta2O5
und Nd2O3 geringer als 5 Gewichtsanteile bezogen auf die
Glaszusammensetzung xSiO2-yB2O3-zK2O ist.
4. Isolierpaste nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in welcher zusätzlich Al2O3
in einem Anteil von 10 bis 30 Gewichtsanteilen basierend auf dem
Gesamtgewicht der Glaskomponente zuzüglich Al2O3 zugegeben ist.
5. Isolierpaste nach Anspruch 4, in welcher Al2O3 in Form von Al2O3-Pulver
vorhanden ist.
6. Isolierpaste nach Anspruch 4, in welcher Al2O3 in Form von Al2O3-Kolloid
vorhanden ist.
7. Isolierpaste nach einem der vorangehenden Ansprüche, in welcher das
organische Bindemittel zu 0,5 bis 30 Gewichtsanteilen bezogen auf das
Gewicht der Paste enthalten ist.
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