DE2131553A1

DE2131553A1 - Widerstandszusammensetzung,Verfahren zur Herstellung einer Widerstandsdruckpaste daraus und deren Verwendung

Info

Publication number: DE2131553A1
Application number: DE19712131553
Authority: DE
Inventors: Bernard Greenstein; Woulbroun John Michael; Mason Daniel Wolfe
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1970-07-27
Filing date: 1971-06-25
Publication date: 1972-02-03
Also published as: GB1345549A; US3681261A

Description

TEL. 3β 74 2 8 TTNS 3 64110

TELEGH. NEGEDAPATENT HAMBURG

MÜNCHEN 15 · MOZARTSTR. 23 TOLEDO, Ohio 436OI/USA telegr. negehapatent München

Hamburg, den 22. Juni 1971

Widerstandszusammensetzung, Verfahren zur Herstellung einer Widerstandsdruckpaste daraus und deren Verwendung

Die Erfindung betrifft elektronisch· Widerstände. Genauer gesagt betrifft sie Widerstandszusammensetzungen und Pasten sowie ein Verfahren zur Herstellung und Verwendung derselben, insbesondere in Verbindung mit mikroelektronischen Schaltungen.

Die Bedeutung von Palladiumoxyd als Widerstandsmaterial ist seit langem bekannt, insbesondere in mikroelektronischen Schaltungen. Allgemein gesagt wird ein Widerstand aus Palladiumoxyd dadurch hergestellt, daß Palladium mit einem Glasbinder und einem organischen Lösungsmittel unter Bildung einer Druckpaste vermischt wird. Im Falle mikroelektronischer Schaltungen wird die Paste dann auf einen Träger aus Isoliermaterial, wie z. B. aus Aluminiumoxyd oder dergleichen mittels eines Siebes der gewünschten

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Maschenweite oder einer Schablone aufgedruckt und gebildet,

so daß das gewünschte Muster entsteht. Das vorgezeichnete Muster wird dann an der Luft aufgebrannt, um das Palladium zum Palladiumoxyd zu oxydieren und die endgültige Widerstandsschicht zu bilden.

Um den negativen Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands zu erhöhen, den Endwert des spezifischen Widerstands zu regulieren und die Stabilität des Palladiumoxyd-Systems akzeptabel zu machen, werden bestimmte Metalle im Gemisch mit Palladium in der Paste eingesetzt. Derartige Metalle, die nachstehend mit Stabilisatoren bezeichnet werden, sind solche, die bei den Temperaturen, die zum Aufbrennen der gedruckten Paste angewandt werden, nicht oxydieren.

Diesem bekannten PdO-Widerstandssystem haften Nachteile an. Das Hauptproblem ist die große Empfindlichkeit dieser Systeme gegenüber dem Aufbrennverfahren insgesamt. Geringe Änderungen oder Abweichungen in der Brenntemperatur z. B. verändert den spezifischen Widerstand des resultierenden Produktes afcark. Luftstrom und Aufbrennzeit sind weitere Veränderliche, von denen die Eigenschaften des Endproduktes stark abhängen. Solche Sensitivität macht natürlich die Pd)O-Systeme außerordentlich schwer reproduzierbar. Es ist nicht nur die Reproduzierbarkeit gering, sondern aus einem

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nicht ganz erklärlichen Grund auch die Stabilität.

Der Ausdruck "Stabilität" ist in der einschlägigen Technik allgemein üblich und wird hier auch in diesem Sinne gebraucht. D.h. unter Stabilität wird die Eigenschaft eines Widerstandes verstanden, welche ihn befähigt, seinen spezifischen Widerstand innerhalb tolerierbarer Grenzen über lange Zeiträume und langen Gebrauch aufrechtzuerhalten.

Obwohl die Stabilisatormetalle, die im Gemisch mit Palladiumoxyd eingesetzt werden, dem System allgemein ausreichende Stabilität verleihen, ist doch gefunden worden, daß sie den Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes des Systems nachteilig erhöhen, gewöhnlich weit über den idealen erwünschten Wert von - 0 ppm/ C.

In einigen Fällen, insbesondere, wenn Silber eingesetzt Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstandes wird, muß die Stabilität für einen annehmbaren TKDSPW / geopfert werden, während auf der anderen Seite letzterer für eine annehmbare Stabilität geopfert werden muß. In den meisten Fällen ist die Reproduzierbarkeit, unabhängig von den verwendeten Metallstabilisatoren, nachteilig niedrig.

Es sind zahlreiche Vorschläge gemacht worden, diese Nachteile zu beseitigen. Es wurden die verschiedensten Zusätze eingearbeitet, um das System zu verbessern. Man

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hat auch die Ausgangsmaterialien in anderer Form eingesetzt, ζ. B. fein zerteiltes Palladiumoxyd oder Palladium und seine Oxyde in kristalliner Form mit bestimmter Teilchengröße und Oberfläche in die Paste eingearbeitet. Es wurden auch diese beiden Maßnahmen zusammen angewendet, und schließlich wendete man sich vom Palladiumoxyd-System ab und hielt nach anderen Metalloxydsystemen mit größerer Stabilität und/oder Reproduzierbarkeit Ausschau. In manchen Fällen wurden nur Teilerfolge erreicht, in anderen Fällen wurde die Herstellung so teuer, daß sie unwirtschaftlich wurde.

Aus dem Vorstehenden wird klar, daß ein Bedarf an einem Palladiumoxyd- oder einem anderen mit Widerstand behafteten Metalloxyd-System, das gut reproduzierbar ist, hohe Stabilität und einen ausgezeichneten negativen Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes besitzt, hochwertige Widerstände erzeugt und wirtschaftlich in der Herstellung ist, besteht·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches System zu schaffen. Es soll eine Widerstandszusammensetzung und/oder Paste geschaffen werden, die in einer Weise gebildet wird, die optimales Legieren der Metalle und kontrollierte gleichmäßige Oxydation des Palladiums oder des mit Widerstand behafteten Metalls vor dem Aufbrennen in einer Weise er-

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möglicht, daß der spezifische Widerstand nicht durch Luftstrom-, Zeit- und Temperatur-Änderungen während des Aufbrennens schädlich beeinflußt wird und ein sehr stabiler reproduzierbarer Widerstand guter Qualität entsteht. Außerdem soll infolge optimaler Eigenschaften bezüglich Legieren und anderer Faktoren ein niedriger negativer Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstandes erhalten werden.

Die Aufgabe wird durch Widerstandszusammensetzungen gelöst,

daderen Herstellung/durch gekennzeichnet ist, daß

a) eine Mischung von einer metallorganischen Verbindung eines mit Widerstand behafteten Metalls, mindestens ein Metallstabilisator in Form einer metallorganischen Verbindung und ein Antiagglomerationsmittel, welches während der Verarbeitung im System zurückbleibt, hergestellt wird,

b) die Mischung auf genügend hohe Temperaturen ausreichend lange erhitzt wird, um die organischen Bestandteile auszutreiben und die Mischung zu einem Pulver zu konzentrieren und c) das Pulver ausreichend hoch und lange erhitzt wird, um die Metalle zu legieren und in einigen Fällen das mit Widerstand behaftete Metall zu oxydieren.

Die oben beschriebenen Widerstandszusammensetzungen können wegen ihrer Widerstandseigenschaften in verschiedenster Weise und in den verschiedensten Teilen eingesetzt werden. Einige davon, die allgemein gebräuchlich sind, sind hier eingezogen.

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Wie weiter oben bereits angedeutet, besteht

die bevorzugte Art, in welcher diese Widerstandszusammensetzungen benutzt werden können, darin, daß sie in Druckpasten eingearbeitet und auf geeignete Träger aus Isoliermaterial für den Gebrauch in mikroelektronischen Schaltngen aufgedruckt werden.

Solche Pasten werden erfindungsgemäß durch Mischen der Widerstandszusammensetzung in Pulverform mit einem üblichen Glasbinder hergestellt} in einigen Fällen werden an diesem Punkt die mit Widerstand behafteten Metalle oxydiert. Danach wird die oxydierte Mischung einem flüssigen organischen Träger zugegeben· Die resultierende Paste kann dann nach den üblichen Methoden aufgedruckt, getrocknet und aufgebrannt werden, um eine Widerstandsschicht zu erzeugen. Die so hergestellten Widerstände haben im allgemeinen einen Stabilitätsfaktor von weniger als - 1 # Abweichung bei normaler Belastung (1OOO bis 10 Stunden) und eine Reprodzierbarkeit, die im allgemeinen in der Größenordnung von - 20 $ des spezifischen Widerstands liegt.

Bei der Durchführung dieser Erfindung kann, allgemein gesagt, irgendein oder eine Kombination von üblichen mit Widerstand behafteten Metallen eingesetzt werden. Beispiele für solche Metalle sind: Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Indium und Mischungen davon. Wegen der wirt-

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schaftlichen Vorteile, der leichten Verarbeitbarkeit_f der guten Stabilität und der guten Reproduierbarkeit des Palladiumoxydsystems wird für die Zwecke der Erfindung Palladium bevorzugt.

Erfindungsgemäß kann irgendeines der bekannten stabilisierenden Metalle eingesetzt werden. Diese Metalle werden bezüglich ihres inerten Verhaltens gegenüber Sauerstoff bei den Betriebsbedingungen ausgewählt. Es braucht nur eines dieser Metalle eingesetzt zu werden, doch wird bevorzuegt, mindestens zwei Metalle zusammen in Mengen einzusetzen, bei denen gefunden wurde, daß sie ihre Wirkung auf den negativen Temperaturkoeffizienten synergistisch auf ein Mindestmaß herabsetzen. Beispiele für diese stabilisierenden Metalle sind Silber, Gold und Platin. Beispiel· für bevorzugte Mischungen, welche die Wirkung auf den negativen Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes auf ein Mindestmaß herabsetzen, sind: Ag : Au 4 : 1 bis 1 : 4; Pt : Ag 8 : 1 bis 1 : 8 und Pt : Au 8 : 1 bis 1 : 8. für die Zwecke dieser Erfindung ist besonders das Ag : Au - Gemisch bevorzugt, denn es ist gefunden worden, daß dieses Gemisch mit Palladium eine Einphasenlegierung bildet, was den Einfluß des Aufbrennens auf das System weiter herabsetzt.

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Es können irgendwelche der bekannten Organometallverbindungen der oben aufgeführten Metalle eingesetzt werden, vorausgesetzt, daß sie sich aus der Mischung zu einem Pulver konzentrieren lassen. Das setzt natürlich allgemein voraus, daß die Organometallverbindungen flüssig sind oder in gebräuchlichen flüssigen Medien als Feststoffe dispergiert oder gelöst sind. Außerdem kommen nur solche Organometallverbindungen in Betracht, deren organische Bestandteile während des Konzentrierens und/oder in geringerem Ausmaß während des Aufbrennens ausgetrieben werden. Die bevorzugten Organometallverbindungen sind die bekannten Metallresinate. Besonders bevorzugt unter den Metallresinaten sind die bekannten Metallmercaptane, weil sie sich sehr leicht zu einem weitgehend homogenen Pulver konzentrieren lassen, sie leicht zur Verfügung stehen und dergleichen. Solche Mercaptane sind wohl bekannt und können z. B. von der Firma Englehard Industries unter Handelsnamen, wie "Gold Nr. 8300^M, 'ein Mercaptan mit 28,0 Gew.-^ Au, "Rhodium Nr. 8826% ein Mercaptan mit 10,0 Gew.-^ Rh, "Platin Nr. 9450", ein Mercaptan mit 26,0 Gew.-^ Pt, "Palladium Nr. 76Ί1¹¹, ein Mercaptan mit 20,0 # Pd, "Iridium 8057", ein Mercaptan mit 24,0 Gew.-^ Iridium, und "SilVer 9144", ein Mercaptan mit 30,0 # Ag erhalten werden.

Andere geeignete Resinate sind die auf Balsam basierenden

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Resinate, von welchen die folgenden von der oben genannten Firma erhältlich sind: "Gold A-1118" und »A-1119", ein Balsam, der 24 Gew.-^ Au bzw. 12,0 Gew.-^ Au enthält; "Rhodium A-1120", ein Balsam mit 5 # Rh j "Platin A-1121f, ein Balsam mit 12,0 Gew.-^ Pt} "Palladium A-1122", ein Balsam mit 9,0 Gew.-# Pd, "Iridium A-1123", ein Balsam mit 6,0 Gew.-5^ IR und "Ruthenium A-1124", ein Balsam mit 4,0 Gew.-^ Ru.

Beispiele für Mercaptide der oben aufgeführten mit Widerstand behafteten und stabilisierenden Metalle sind: Metall-äthylmercaptid, n-Octyl-mercaptid, Benzyl-mercaptid, tert.-Amylmercaptid, tert.-Hexadecyl-mercaptid und dergleichen. Andere Beispiele sind Chlormetallmercaptide, wie Chlormetall-tert. Hexylmercaptid-methyl-sulfid, Chlor-metall- (z.B. Pt )-methyl-mercaptid-propyl-sulfid, Chlor-metall-isoamylmercaptid-methyl-sulfid und dergleichen.

Die Antiagglomerationsmittel, die für die Zwecke dieser Erfindung geeignet sind, sind solche gebräuchlichen Materialien, die gegenüber dem System inert sind und bei den Legierungs- und Aufbrenn-Temperaturen nicht verbrennen. Solche Antiagglomerationsmittel sind gewöhnlich sehr fein» teilig, d.h. sie haben einen Partikeldurchmesser von unter 5/ura. Beispiele für solche Mittel sind: ultrafeines

Aluminiumoxyd, ultrafeines TiO₂ und andere ultrafeine

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feuerfeste Materialien« Bei der Erfindung wird ultrafeines Siliziumdioxyd, das unter dem Namen ¹¹CAB-O-SIL L-5" erhältlich ist, bevorzugt.

Bei der Durchführung der Erfindung können auch andere Zusätze, die in der einschlägigen Technik bekannt sind, verwendet werden, um bekannter Weise ein oder mehrere der erwünschten Eisenschaften des Systems zu verbessern.

Wie gesagt werden die Widerstandszusammensetzungen dieser Erfindung dadurch gebildet, daß zuerst die erforderlichen Mengen Resinate zusammen in flüssiger Form .gemischt werden. Da Homogenität erwünscht ist, sollten die Resinate sorgfältig durchgemischt werden. Bei den bevorzugten Palladiumsystemen werden die Resinate in solchen Mengen eingemischt, so daß etwa 5 bis 95 Gew.-# des Metallgehaltes als Palladium vorliegt. Vorzugsweise ist der Palladiumgehalt 15 bis 75 i° des Gesamtmetallgehaltes, wobei ein Palladiumgehalt von 20 bis 65 $ am meisten bevorzugt wird. Der übrige Metallgehalt besteht gewöhnlich aus einem oder mehrere» stabilisierendes Metallen.

Zu dieser homogenen Resinatmischung wird unter ständigem Rühren ein Antiagglomerationsmittel zugesetzt. Allgemein gesagt, wird dieses Mittel in solchen Mengen zugesetzt, welche ausreichen, ein wesentliches Agglomerieren während des späteren Legierens zu verhindern. Ohne sich hierauf

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festlegen zu vollen, wird angenommen, daß die Verwendung dieses Mittels erheblich dazu beiträgt, die Stabilität und die Reproduzierbarkeit des Systems zu verbessern.

Die genaue Menge , in der das Antiagglomerationsmittel einzusetzen ist, hängt selbstverständlich von den jeweiligem System und der Art des Mittels ab. Allgemein gesagt, wird das Mittel in Mengen von 0,5 bis I5 Gew.-$, bezogen auf das nach der Konzentrierung vorliegende Metallpulver, eingesetzt. Bei einem PÖO-System und feinteiligem' Siliziuradioxyd als Antiagglomerationsmittel werden 5 # dieses Mittels, bezogen auf das Gewicht des Metallpulvers bevorzugt.

Nach Zugabe des Antiagglomerationsmitteüs wird das Gemisch unter Rühren ausreichend lange und auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um die Mischung zu einem festen Pulver zu konzentrieren. Allgemein gesagt, und wenn die Resinate Mercaptide sind, wird das Erhitzen bei 100 bis 200 °C, vorzugsweise bei 125 °C, 3 bis k Stunden lang durchgeführt. Das resultierende Pulver ist ein außerordentlich homogenes Gemisch der Metalle, in welchem das Antiagglomerationsmittel dispergiert ist, und von welchem praktisch alle organischen Bestandteile entfernt sind.

Das so gebildete Pulver wird auf eine ausreichend hohe

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Temperatur ausreichend lange erhitzt, daß die Metalle legieren. Infolge der Homogenität und des Nichtagglomerierens des Ausgangspulvers verläuft das Legieren homogen und optimal. Die resultierende pulverförmige Legierung ist daher ein Antiagglomeriertes homogenes Pulver, fertig für die Weiterverarbeitung.

Die Temperatur, bei der die Legierung bewirkt wird, hängt davon ab, ob das mit Widerstand behaftete Metall an diesem Punkt oxydiert werden soll oder nicht. In den Fällen, wo das mit Widerstand behaftete Metall zu oxydieren ist, findet der Vorgang an Luft statt,und die Temperatur des Legierens wird ausreichend hoch gehalten, daß sich das Oxyd bilden kann, aber nicht so hoch, daß die Oxydation verhindert wird. Beim Palladiumsystem liegt die Temperatur etwa zwischen 65O und 75O °C. Selbstverständlich muß die Legierungszeit so ausgedehnt werden, daß Oxydation in ausreichendem Maße gesichert ist. In den Fällen, wo die Oxydation nicht an diesem Punkt, sondern in einer separaten Stufe bewirkt wird, wird das Legieren entweder in inerter Atmosphäre und/oder bei Temperaturen, bei denen Oxydation des mit Widerstand behafteten Metalls nicht stattfindet.

In bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung wird die Oxydation in einer besonderen Stufe ausgeführt. Vorzugsweise wird die zweite Oxydationsstufe entweder

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unmittelbar im Anschluß an das Legieren oder nach Zugabe der Legierung zum G-lasbindej?, wenn eine Paste gebildet wird, durchgeführt.

In den Fällen, vo die Oxydation unmittelbar im Anschluß an das Legieren durchgeführt wird, wird das Legieren bei einer Temperatur vorgenommen, die über der Temperatur liegt, bei welcher die Oxydation des mit Widerstand behafteten Metalls in großem Umfang stattfindet. Für das bevorzugte Palladiurasystem liegt eine solche Temperatur für gewöhnlich über 725 ⁰C, in der Regel zwischen 800 und 900 ⁰C. Da das Legieren Zeit-Temperatur-abhängig ist, sollte eine für vollständiges Legieren ausreichende Zeit angewendet werden« Für diesen Zweck genügen gewöhnlich 1 bis 48 Stunden, abhängig von der Teilchengröße des Pulveransa-tzes. Nachdem das Legieren ausgeführt wurd^ wird die Temperatur auf eine zur Oxydation geeigente Temperatur gesenkt, und wenn in inerter Atmosphäre legiert worden war, wird Luft zugeführt, um die Oxydation zu bewirken. Auch die Oxydation ist Zeit-Temperatur-abhängig, und es wird vorzugsweise so lange oxydiert, daß eine vollständige Oxydation des mit Widerstand behafteten Metalls möglich ist. Allgemein gesagt ist der bevorzugte Bereich der Oxydationstemperaturen für das PdO-System 300 bis 725 ⁰C, insbesondere der Bereich von 65O bis 725 °C. Die Zeiten

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var±ieren, aber allgemein gesagt sind Zeiten von 1 bis 48 Stunden für ausreichend gefunden worden.

In den bereits erwähnten Fällen, in denen die Legierungen in Pasten eingearbeitet werden, kann die Oxydation vorgenommen werden, nachdem das legierte Pulver mit dem Glasbinder der Pastenzusammensetzung vermischt worden ist. Allgemein gesagt wird dies so ausgeführt, daß ein feinteiliger Glasbinde:r einer durchschnittlichen Teilchengröße unter 5/um mit einer pulverförmigen nicht agglomerierenden

' wird

Legierung in einer Kugelmühle vermisch^/· Nachdem diese Bestandteile sorgfältig vermischt sind, wird das Gemisch Oxydationsbedingungen (d.h. den Oxydationstemperaturen und Zeiten, wie vorstehend angegeben) ausgesetzt, um Oxydation des mit Widerstand behafteten Metalls in der Legierung zu bewirken· Es wird angenommen, daß durch Oxydation an diesem Punkt, vorzugsweise so vollständig wie möglich, die Reproduzierbarkeit und Stabilität optimalisiert werden und der negative Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstandes auf ein Minimum gebracht wird, da die oxydierte Substanz diejenige ist, die ohne weitere Zerkleinerung zur Aufbrennstufe kommt; es sei darauf hingewiesen, daß dies nur eine Theorie ist, auf die sich die Anmelderin nicht beschranken will. Wo vollständige Oxydation bewirkt worden ist, ist die Reproduzierbarkeit am höchsten, da praktisch keine Oxydation während des

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Aufbrennens stattfinden kann. In diesem Zusammenhang wird der Ausdruck "vollständige Oxydation" benutzt, um den Punkt zu kennzeichnen, bei welchem im wesentlichen alles mit Widerstand behaftete Material, das der Oxydation ausgesetzt wurde, oxydiert ist. So wird der Ausdruck benutzt, um den Oxydationsgrad zu kennzeichnen, an welchem praktisch keine weitere Oxydation beim Aufbrennen mehr stattfinden kann. Das besagt nicht, daß alles mit Widerstand behaftete Metall im System oxydiert ist, da in vielen Fällen eine Legierungshülle etwas der Legierung von der Oxydation ausschließt·

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der das Palladiumsystem verwendet wird, wird die Oxydierung nach Zusatz des Glasbinders zwischen 300 und 450 ⁰C 8 bis 48 Stunden lang ausgeführt. Bei Anwendung solcher Bedingungen findet praktisch vollständige Oxydation statt.

Der spezifische Widerstand kann durch den Oxydationsgrad geregelt werden, und es ist in Erwägung gezogen, daß die Oxydation, unabhängig, wie sie bewirkt wird, nicht unbedingt vollständig sein muß, sondern nur bis zu dem Grad, der ausreicht, den gewünschten spezifischen Widerstand zu erhalten. Erfindungsgemäß wird vorzugsweise, unabhängig, wie die Oxydation, ausgeführt wird, unter solchen Bedingungen oxydiert, daß vollständige Oxydation (wie vorstehend definiert) möglich ist. Dies sichert maximale Reproduzierbar-

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keit, während der resultierende spezifische Widerstand durch die Menge des mit Widerstand behafteten Metalls, die eingesetzt worden ist, und/oder den Legierungszyklus gesteuert wird·

Wie bereits weiter oben erwähnt, können, unabhängig davon, wie das Oxydieren vorgenommen wird, die Widerstandszusammensetzungen nach der Erfindung in Druckpasten eingearbeitet werden, insbesondere in solche, welche zum Drucken von mikroelektronischen Schaltungen eingesetzt werden. Solche Druckpasten können nach irgendeiner üblichen Technik hergestellt werden. Allgemein gesagt wird vorzugsweise das legierte Pulver mit einem Glasbinder (vor oder nach der Oxydation, wie beschrieben) und einem geeigneten flüchtigen organischen flüssigen Binder vermischt.

Als Glasbinder kann für die Herstellung der Pasten nach der Erfindung irgendeiner der üblichen bekannten Binder eingesetzt werden. Beispiele für solche Bindet sind Bor-silikat-Gläser, insbesondere Blei-Aluminiumoxyd-Borsilikat-Gläser. Die Zusammensetzung eines besonders bevorzugten Glasbinders wird nachstehend angegeben; er wird in fein zerteilter Form mit einer durchschnittlichen Teilchengröße unter 5 Mikron eingesetzt%

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SiO₂ 8 bis 12 Gew.-#

B₂O^ 20 bis 30 Qew.-#

A1₂O„ 2 bis 7 Gew.-$

ZnO 20 bis 30 Gew.-^

PbO 30 bis 40 Gew.-#

Die organischen Flüssigkeiten, die eingesetzt werden, sind die herkömmlichen. Beispiele hierfür sind Butylcarbitol-Acetat (Diäthylenglycol-monobutyl-äther-acetat),

Zsoamylsalicylat und Mischungen davon. Ein besonders

2 bevorzugter flüssiger Träger ist ein Gemisch von/Gewichtsteilen Butylcarbitolacetat und 1 Gewichtsteil Isoamylsalicylat.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Herstellung von Pasten nach der Erfindung werden die Legierung und der Glasbinder zuerst sorgfältig in einer Kugelmühle miteinander vermischt, danach die resultierende Mischung gerührt und auf der Walze in die erforderliche Menge flüssigen Trägers eingearbeitet, um eine Druckpaste der gewünschten Konsistenz zu erhalten. Die so gebildete Paste kann dann in de« gewünschten Muster unter Benutzung eines üblichen Siebes oder einer Schablone aufgedruckt werden. Danach wird das gedruckte Muster getrocknet und gewöhnlich auf einem isolierenden Träger zur Erzeugung des fertigen Widerstandes aufgebracht. Das Trocknen nach dem Drucken

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kann entweder durch Lufttrocknung und/oder Ofentrocknung bei Temperaturen zwischen 100 und 125 C innerhalb von 5 bis 10 Minuten bewirkt werden. Das Aufbrennen im Anschluß daran wird gewöhnlich bei einer Temperatur von 700 °C - 50 ⁰C (für das PdO-System) ausgeführt unter Anwendung eines Heiz- und Abkühlzyklus von 20 bis 60 Minuten mit 2 bis 15 Minuten langem Aufbrennen bei der höchsten Temperatur·

Wie weiter vorn festgestellt, weisen die erfindungsgemäßen gedruckten Widerstände hohe Reproduzierbarkeit und ausgezeichnete Stabilität auf, und haben allgemein einen negativen Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes kleiner als - 500 ppm/ C, gewöhnlich kleiner als - 200 ppm/ C, und in einigen Fällen sogar nahe 0 ppm/

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung noch genauer veranschaulichen.

BEISPIELE 1 bis 20

Es wurden flüssige Mischungen hergestellt aus Metallmercaptanen des angegebenen Metallgehaltes und Cab-O-Sil L-5 als Antiaggomerationsmittel in einer Menge von 5 Gew.-^, bezogen auf den Gesamtmetallgehalt. Die flüssigen Mischungen wurden dann in offenen Porzellantiegeln

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bei einer Temperatur von I50 C 3 bis 4 Stunden erhitzt, d.h. so lange, bis sich ein Pulver gebildet hatte. Es wurde ein so großer Ansatz hergestellt, daß bei jedem Beispiel 50 g Pulver erhalten wurden.

An der Luft wurden dann die Temperaturen auf die in der Tabelle angegebenen Legierungstemperaturen erhöht und diese Temperatur über die angegebene Zeitdauer beibehalten, um weitgehend homogenes Legieren und die Entfernung praktisch aller organischen Bestandteile sicherzustellen. In einigen Fällen (wo für die Oxydation keine Zeit und Temperatur angegeben wird) wurde die Oxydation gleichzeitig mit dem Legieren ausgeführt. In anderen Fällen wurde die Oxydation in einer getrennten Stufe bei der jeweils angegebenen Temperatur in der angegebenen Zeit bewirkt. Bei den Beispielen 1 bis 11 und 20 wurde die Oxydation ausgeführt, bevor der Glasbinder zugesetzt wurde, während in den Beispielen 12 bis 19 die Oxydation nach Zusatz des Glasbinders und Mischen in der Kugelmühle durchgeführt wurde·

Die Pulver-Glasbinde^-Mischungen wurden hergestellt, indem 50 Gew.-5^ des Pulvers mit 50 Gew.-$ einer Glasfritte einer Partikelgröße unter 5/um 96 Stunden in der Kugelmühle gemischt wurden. Die Glasfritte hatte folgende Zusammensetzung: 10 io SiO₀, 25 $> B₀O₀, 5 % JLL₀O₀, 25 %> ZnO und 35 # PbO.

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Die benutzte Kugelmühle war eine "size O-O"-Walzwerk, und das Mahlen wurde mit einem Aluminiumoxyd-Walzwerk in Aceton ausgeführt. Die erhaltenen Pulver wurden dann vom Aceton getrocknet (bei den Beispielen 12 bis 19 wurde dann oxydiert) und die Fasten hergestellt.

Die Pasten wurden aus 3 Gewichtsteilen Pulver und 1 Gewichtsteil organischem flüssigen Träger aufgeba-tut. Der " organische flüssige Träger bestand aus 15 Gew.-$ Äthylzellulose (τ-1θ), gelöst in 85 Gew.-# eines Gemisches aus 2 Gewichtsteilen Butylcarbitolacetat und 1 Gewichtsteil Xsoamylsalicylat.

Die Pasten wurden dann auf Aluminiumoxyd-Träger einer Größe von 2,5k cm im Quadrat unter Benutzung eines Schablonensiebes einer lichten Maschenweite von Jk/van aufgedruckt. Die gedruckten Muster wurden dann an der | Luft bei 100 C 5 Minuten getrocknet und anschließend in einem offenen, von einem endlosen Förderband durchlaufenen Ofen aufgebrannt, ausgenommen die Beispiele bis 17» vo ein Kastenofen benutzt wurde. Es wurden die angegebenen Aufferennzyklen angewendet. Die Ergebnisse sind der folgenden Tabelle zu entnehmen.

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(O CB CO

Bei- Met*ll-Gee.-Ji spiel in der aetallorg. Verb.

Legierungsteiuperatur

Legierunge zeit (Std.)

-> 21 TABELLE A

Oxy- Oxy- Auf- dier- dier- brenn- teape- zeit temp.

gator (Std.) o_c

(max.!

Atif-	Gesamt-	Κ-α/sq ₂
brenn-	auf-	(KJl/9,29ar)
zeit	brenn-	Widerstand
(Min.)	zeit
(max.)	(Min.)

• 48Jt Olaebinder eingesetzt.

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neg.Tenzp. koef. des spez. Widerstandes

1	Pd a5	65 28 7	800	16 .	725	72	700	5.4 6.0 6.9	21.5 24.0 27.0	10.5 11.0 11.0	+65 +40 +25
2	Pd Af Au	65 28 7	725	16			700	5.4 6.0 6.9	21.5 24.0 27.0	4.6 5.0 6.3	+200 +145 + 80
3	Pd in	40 48 12	725	16		*mmmm*	700	5.4 6.0 6.9	21.5 24.0 27.0	6.0 6.2 5.8	+390 +399· +465
4	Pd Ag Au	40 /:3 12	800	16	725	16	700	*1^Λ* 6.0 6.9	21.5 24.0 27.0	1.2 1.8 2.1	+350 +415 >"■ +445 '
5	Pd ϋ	60 32 8	850	8	725	8	700	5.4 6.0 6.9	21.5 24.0 27.0	2.0 4.0 5.0	+375 +325 +295
6	Pd is	50 40 * 10	725	16			700	*l'^k* 6.0 6.9	21.5 ' 24.0 27.0	15 17 8	+120 +100 +250
♦7	Pd {· Au	45 44 11	725	16			700	5.4	21.5	2.5	+310
•8	Pd aS	45 44 11	700	16			700	5.4	21.5	2.7	+310^

CO

cn cn co

ms τ λ

O CJS.

Bel- Metall-Gee.-* spiel In der netallorg. Verb.

Legle- Legle- Oxyrunge- runge- dlerteape- zeit temperatur (Std.) ratur

- 22 -TABELLE A (Fortsetzung)

Oxy- Aufbrenn- Auf- Gesamt-

dler- temp. brenn- auf-

zelt oC zeit brenn-

(Std.) (max.) (Hin.) zeit

(max.) (Min.)

ΚΠ/eq

Widerstand

·« 48,6* Glaebinder

··♦ In Versuch 3 wurde zu venig legiert (zu tiefe Temperatur und zu kurze Zeit, so daß keine gute Reproduzierbarkeit erhalten wurde.

neg. Temp.koef. des spez. Widerst.

##9	Pd Ag Au	56 35 8.8	775	16	*mmem*	*emaa*	700	5.4	21.5	40	-t-160
♦•10	Pd A« Au	56 35 8.8	775	16			700	5.4	21.5	20	+175
*♦11**	Pd Ag Au	56 35 8.8	800	16			700	5.4	21.C	40	+190
12	Pd A8 Au	35 52 13	800	16	400	16	710	6 8 10	30 40 50	1,13 1,17 1.15	- 50 - 10 + 25
13	Pd Ag Au	35 52 13	800 725	16 8	400	16	710	6 8 10	30 40 50	0,100 0,125 0.168	+ 25 ^; + 25 *. 25**
14	Pd Ag Au	35 52 13	•♦•725	8	400	16	710	6 8 10	30 40 50	3,5 4,9 5	+370 +315 +Vl 5
15	Pd Ag Au	35 52 13	800	16	400	16	643 700 725	10 10 10	30 30 30	2,5 1,3 1.8	-170 0 +200

- 23 -

CO

Ol

cn

CO

- 23 TABELLE A (Fortsetzung)

Bei- Metall-Gew.-% spiel in der metallorg. Verb.

Legierungstenperatur

Legie- Oxy- Oxyrungs- dier- dierzelt tempe- zeit

(Std.) ratur (Std.) ο

Auf- Aufbrenn- brenntemp. zeit

(Min

(max.) <^max

:i

Gesamtaufbrennzelt
(Min.)

ΚΛ/sq (Κα/9,29 nr)

Widerstand

neg.Temp.koef. des spez.
Widerst.

16	Pd	35	800	16	400	I Q	643	10	30	.390	-120
	Ag	52					700	10	30	.180	0
	Au	¹?	725	8			725	10	30	.150	+ 5p
17	Pd	35			400	16	643	10	30	30	-350
	Ag	52					700	10	30	50	-600
	Au	13	#*#725	8			723	10	30	1.5	+600
18	Pd	50	800	16	400	16
	Ag	40
	Au	10	725	8			710	6	30	.800	+430
19	Pd	50	800	16	400	40
	Ag	40
	Au	10	725	8			710	6	30	1.5	+450
20	Pd	35	800	16	—	—
	Ag	8
	Au	57	725	16		700	6	24	.0073	+169

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·♦♦ In Versuch 3 wurde zu wenig legiert (zu tiefe Temperatur und zu kurze Zeit, so daß keine gute Reproduzierbarkeit erhalten wurde

to —*

cn cn

CO

Claims

Patentansprüche

1. Widerstandszusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer metallorganischen Verbindung eines mit Widerstand behafteten Metalls, mindestens einen* Me tall stabilisator in Form einer metallorganischen Verbindung und einem Antiagglomerationsmittel besteht.

2. Widerstandszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Widerstand behaftete Metall aus der nachstehend aufgeführten Gruppe ausgewählt ist: Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Indium und Mischungen davon.

3. Widerstandszusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstabilisator Silber, Gold oder Platin ist.

k. Widerstandszusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Widerstand behaftete Metall Palladium ist.

5· Widerstandszusammensetzung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die metallorganischen Verbindungen Mercaptane sind.

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6. Widerstandszusammensetzung nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Metailstabilsatoren enthält, die in einem bestimmten Gewichtsverhältnis zueinander vorliegen, nämlich Ag und Au im Gewichtsverhältnis 4 : 1 bis 1:4 oder Pt und Ag im Gewichtsverhältnis 8 : 1 bis 1 : 8 oder Pt und Au im Gewichtsverhältnis 8 : 1 bis 1 : 8.

7. Widerstandszusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Widerstand behaftete Metall Palladium ist.

8. Widerstandszusammensetzung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Antiagglomerationsmittel ein fein zerteiltes feuerfestes Metalloxyd ist.

9. Widerstandszusammensetzung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Antiagglomerationsmittel fein zerteiltes Siliziumdioxyd ist.

10. Widerstandszusammensetzung nach Anspruch 3» dadurch, gekennzeichnet, daß sie 5 bis 95 Gew.-^ mit Widerstand behaftetem Metall enthält.

11. Widerstandszusammensetzung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das mit Widerstand behaftete Metall

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Palladium ist und der Metallgehalt der Zusammensetzung zu 15 bis 75 Gew.-^ Palladium ist und der übrige Metallgehalt im wesentlichen von dem stabilisierenden Metall
gebildet wird.

12o Verfahren zur Bildung einer Widerstandsdruckpaste,

gekennzeichnet durch a) Bilden eines Gemisches aus den Bestandteilen der Zusammensetzung nach Anspruch 1, b)
Erhitzen des Gemisches auf eine ausreichende Temperatur ausreichend lange, um im wesentlichen alle organischen Bestandteile zu entfernen und das Gemisch zu einem
Pulver zu konzentrieren, c) Erhitzen des so gebildeten Pulvers auf eine ausreichend hohe Temperatur ausreichend lange, um die Widerstands- und Stabilisator-Metalle zu legieren, d) Oxydieren des mit Widerstand behafteten
Metalls und e) Überführen des resultierenden Produktes in eine Druckpaste.

P 13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydieren gleichzeitig mit dem Legieren ausgeführt wird.

14, Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Legieren bei einer Temperatur ausgeführt wird, die über der Temperatur liegt, bei welcher die Oxydation des
mit Widerstand behafteten Metalls im wesentlichen vor sich geht, und die Oxydation nach dem Legieren bei einer

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Temperatur unterhalb der Legierungstemperatur ausgeführt wird.

15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydation ausgeführt wird, indem zunächst die in Stufe c) gebildete Legierung mit einem Glasbinder vermischt wird und dieses Gemisch solchen Oxydationsbedingungen ausgesetzt wird, die zur Oxydation des mit Widerstand behafteten Metalls ausreichen.

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Paste hergestellt wird, indem die in Stufe c) erhaltene Legierung, vor oder nach dem Oxydieren, mit einem Glasbinder vermischt und danach, aber nach dem Oxydieren, einem organischen flüssigen Träger zugegeben wird.

17· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Widerstand behaftete Metall aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Indium und Gemische davon, und mindestens zwei Metallstabilisatoren eingesetzt werden, die in einem bestimmten Gewichtsverhältnis zueinander vorliegen, nämlich Ag und Au in einem Gewichtsverhältnis von k :1 bis 1 t k oder Pt und Ag in einem Gewichtsverhältnis von 8:1 bis 1 : 8 oder Pt und Au in einem Gewichtsverhältnis von 8 : 1 bis 1:8.

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18« Verfahren nach Anspruch. 17, dadurch, gekennzeichnet, daß als mit Widerstand behaftetes Metall Palladitun eingesetzt wird und als Antiagglomerationsmittel feinteiliges Siliziumdioxyd, in einer Menge von 0,5 bis 15 Gew.-$, besogen auf. das in Stufe b) angefallene Pulver.

19® Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Druckpaste die Legierung mit einem Glasbinder gemischt wird und das resultierende Produkt einem organischen Träger zugesetzt wird, wobei der Glasbilder aus 8 bis 12 Gew.-$ SiQ₂, 20 bis 30 Gew.-^ B₂O₃₉ 2 bis 7 Gew.»$ Al₃O₃₁, 20 bis 30 Gew.-^ ZmO und 30 bis kö Gew.-fs PbO besteht.

20. Verfahren na'äi Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Paste aus 3 Gewichtsteilen Sulver und 1 Gewichtsteil organischem flüssigem Träger besteht.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als organischer Träger eine Lösung von I5 Gew.-^ Äthylzellulose in 85 Gew.-# eines Gemisches aus 2 Gewichtsteilen Diäthylglykol-monobutyläther-acetat und 1 Gewichtsteil Isoamylsalicylat eingesetzt wird.

22. Verfahren zur Herstellung eines gedruckten Widerstandes, gekennzeichnet durch a) Herstellen einer Druckpaste nach

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dem Verfahren gemäß Anspruch 12, b) Aufdrucken der Paste auf einen Träger und c) Einbrennen der aufgedruckten

Paste zur Bildung eines gedruckten Widerstandes.

23» Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucken mit Hilfe eines Sjebes oder einer Schablone vorgenommen wird, der Träger aus Isoliermaterial besteht und das Drucken in einem für mikroelektronische Schaltungen geeigneten Muster vorgenommen wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Antiagglomerationsmittel durch das ganze Verfahren hindurch im System bleibt.

25· Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Widerstand behaftete Metall ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Indium und Gemischen davon, und daß mindestens zwei Metallstabilisatoren eingesetzt werden, die in einem bestimmten Gewichtsverhältnis vorliegen, nämlich Ag und Au in einem Gewichtsverhältnis von 4:1 bis 1:4 oder Pt und Ag in einem Gewichtsverhältnis von 8x1 bis 1:8 oder Pt und Au in einem Gewichtsverhältnis von 8 : bis 1 : 8.

26, Verfahren nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, daß

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als rait Widerstand behaftetes Metall Palladium eingesetzt wird und als Antiagglomerationsmittel fein zerteiltes Siliziumdioxyd in einer Menge von 0,5 bis 15 Gew.-^, bezogen auf das Gewicht des beim Konzentrieren entstehenden Pulvers.

27· Widerstand, erhalten nach dem Verfahren gemäß Anspruch 26,

28. Widerstandspaste, erhalten nach dem Verfahren gemäß Anspruch 15·

29· Widerstandspaste, erhalten nach dem Verfahren gemäß Anspruch 18« '

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