DE2163723C3 - Lötmischung aus kristallisierbarem, aber zunächst nicht kristallisiertem Lötglas und eingelagerten inerten Feuerfestteilchen und ihre Verwendung zur Herstellung einer dichten, mechanisch festen Verschmelzung - Google Patents
Lötmischung aus kristallisierbarem, aber zunächst nicht kristallisiertem Lötglas und eingelagerten inerten Feuerfestteilchen und ihre Verwendung zur Herstellung einer dichten, mechanisch festen VerschmelzungInfo
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Description
3. Lötmischung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
τ u· 11
ώ::::: IS
zenden Flächen aufgebracht und 1 bis 60 min au
eine Temperatur von 400 bis 5000C erhitzt wird
11. Verwendung nach Anspruch 10, wobei di< Schicht 8 Minuten lang auf 45O0C erhitzt wird.
12. Verwendung nach Anspruch 10 und 11, wobei eine Vormischung aus den Teilchen des vor
kristallisierten Glases und einem Teil der Teilche des kristallisierbaren Lötglases mit einem Mi
schungsverhältnis von 100 bis 2250 Gewichtsteile an Teilchen des kristallisierten Glases auf ίθβ Ge
wichtsteile an Teilchen des kristallisierbaren Löt glases hergestellt wird und dann der Vormischung
der Rest der Teilchen des kristaHisierbaren Lötglases und die Feuerfestteilchen zugegeben wire
und mit der Vormischung innig vermischt wird.
13. Verwendung nach einem der Ansprüche K bis 12, wobei eine der miteinander zu verschmelzenden
Flächen die Oberfläche eines Aluminiumin einem elektronischen Miniatur-
30
Kristallisierbares Glas 89 bis 93 "
4. Lötmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuerfestteilchen
aus /9-Eukryptit bestehen.
5. Lötmischung nach einem der Ansprüche 1 bis;
4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 70 Gewichtsprozent
aller Bestandteile eine Teilchengröße unter 400 U. S. Series Sieve Screen aufweisen, aber
weniger als 3,0 Gewichtsprozent der Bestandteile Teilchen einer Größe unter 3 μπι sind.
6. Lötmischung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß das vorkristallisierte Glas die gleiche Zusammensetzung wie das
kristallisierbare Lötglas besitzt.
7. Lötmischung nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß das kristallisierbare Lötglas die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent
aufweist:
0 bis 3 B O
5 bis 15 B O'
70 w ss Phn"
0 bis 10 SiO ' und
5 b' 20 7 O
5 b' 20 7 O
8. Lötmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kristallisierbare
Lötglas die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent aufweist:
1 5 bis 2 5 BaO
8* bis 9 BO*
74 bis 80 Pbo"
74 bis 80 Pbo"
1 bis 2 5 SiO und
10 bis 13' ZnO
10 bis 13' ZnO
9. Lötmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das kristallisierbare
Lötglas die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent aufweist:
1 g gaQ
g'-> 30'
75J PtO3,'
20 SiO '
118 Znd'
Die Erfindung betrifft zunächst eine Lötmischung aus kristallisierbarem, aber zunächst nicht kristalli
siertem Glas und eingelagerten inerten Feuerfestteilchen.
Es ist bekannt (US-PS 32 50 631), Lötmischunger dieser Art für das Verbinden oder Einhüllen von Bau
teilen aus Glas, Keramik, Metall u. dgl. zu verwenden Die Schmelztemperaturen der Lötmischungen müssen
wesentlich unter der Deformationstemperatur der zt verbindenden Bauteile liegen, um Beschädigungen zu
vermeiden. Dies gilt insbesondere für elektronische Bauteile, wie Miniaturbausteine, Luminiszenzkathoden
u. dgl. Bei den bekannten Lötmischungen wird durch die Zugabe der Feuerfestteilchen erreicht, daß dei
Wärmeausdehnungskoeffizient der Lötmischung nach dem Auskristallisieren des Lötglases näher an dem
Wärmeausdehnungskoeffizienten der verlöteten Bau· teile liegt>
als dies bei einem kristallisierten Lötglas der
Fa!1 ist- Es wurclen Wärmeausdehnungskoeffizienten
im Bereich von etwa 80 bis 12° " 10"'/°C (0 bis 3000C)
erreicht. Selbst wenn keine wärmeempfindlichen Bauteile miteinander verbunden oder überzogen werden
sollen, spielen bei der Verwendung derartiger Lotmischungen die Faktoren Zeit und Temperatur auch
eine Rolle hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit ihres Einsatzes. Die aus der US-PS 32 50 631 bekannten
Lötmischungen zeichnen sich aber dadurch aus, daß zum Erschmelzen Temperaturen von 425 bis 450° C erreicht
werden müssen und daß die Erwärmungsdauet ^ Stunde und mehr beträgt. Diese Faktoren machen
die Verwendung der bekannten Lötmischung insbesondere
für die Herstellung von elektronischen Miniaturbauteilen unwirtschaftlich. Außerdem hat sich
herausgestellt, daß die Fähigkeit der bekannten Lötmischungen mit Aluminiumoxidsubstraten HeißSchmelzverbindungen
aufzubauen, relativ gering ist. Die Aluminiumoxid-Keramiken weiser, aber einen
sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten im
6o Bereich von 60 bis 80 · lO-'/'C (0 bis 3000C) auf. Ferner
werden wegen der engen Dimensionsgrenzen der Abdichtung und der erforderlichen hohen Festigkeit
und Dichtigkeit derselben ungewöhnlich harte An-
10. Verwendung einer Lötmischung nach einem 65 forderungen bezüglich Festigkeit, Reproduzierbarkeit
Ah des Aufbringens und der Abdichtungseigenschaften an
die Lötmischung gestellt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Löt-
g g ee
der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung einer dichten, mechanisch festen Verschmelzung, wobei eine
Schicht der Mischung zwischen die zu verschmel-
21
mischung zu schaffen, bei deren Erschmelzen der Temperatur/Zeit-Faktor kleiner ist und die insbesondere
ohne Schwierigkeiten bei der Herstellung elektronischer Miniaturbauteile mit einem Keramiksubstrat
verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Lötmischung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich ein vorkristallisiertes
Glas enthält.
Es ist zwar bekannt (DT-OS 14 96 449), einen Glaskeramikkörper dadurch herzustellen, daß ein nicht
kristallisiertes, aber auskristallisierbares Glas mit einem kristallisierten Material gemischt und dann die
Entglasung vorgenommen wird.
Bei dem Zusatz von vorkristallisiertem Glas zu der
aus der US-PS 32 50 631 bekannten Lötmischung treten aber unerwartete Vorteile hervor. Die erfindungsgemäße
Lötmischung zeigt überraschenderweise einen deutlichen Effekt sowohl hinsichtlich der Verringerung
des Zeit-Temperatur-Faktors während des Heißverschmelzens als auch hinsichtlich des Aufbaus
einer gut reproduzierbaren, zu einer starken hermetischen Abdichtung führenden Verbindung zwischen
Elementen aus keramischen Werkstoffen, insbesondere aus Aluminiumoxid. Weiter wurde gefunden, daß die
erschmolzenen Lötmischungen einen hohen Widerstand gegenüber Feuchtigkeit aufweisen, so daß ihre
Lebensdauer sowohl während der Lagerung als auch während des Gebrauchs des mit der Lötmischung aufgebauten
Bauteils deutlich verlängert wird.
Die Gewichtsprozente, in denen das kristallisierbare
Lötglas, die eingelagerten inerten Feuerfestteilchen und das vorkristallisierte Glas in der Lötmischung vorhanden
sind, variieren über einen weiten Bereich, und zwar sind die eingesetzten Mengen abhängig von den
Umgebungen, in denen die mit Hilfe der Lötmischungen aufgebauten Bauteile eingesetzt werden «ollen.
Allgemein kann gesagt werden, daß die Feuerfestteilchen und das vorkristallisierte Glas in solchen Mengen
zugesetzt werden, daß sie zusammen die nötige Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten der
Fließeigenschaften und der Kristallisationsgeschwindigkeit bringen, um den angestrebten niedrigen Zeit/
Temperatur-Faktor während des Erschmelzen zu erreichen und danach die gewünschte mechanisch feste,
dichte und feuchtigkeitsbeständige Verschmelzung aufzubauen. Vorzugsweise ist die Lötmischung gekennzeichnet
durch die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
Feuerfestteilchen 5 bis 15
Vorkristallisiertes Glas 0,0001 bis 0,03 s°
Kristallisierbares Glas 85 bis 95
Eine besonders bevorzugte Lötmischung ist gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent
:
Feuerfestteilchen 7 bis 11
Vorkristallisiertes Glas 0,02
Kristallisierbares Glas 89 bis 93
Als Feuerfestteilchen können sowohl synthetische als auch natürliche verwendet werden, wie sie in der
Technik üblich sind. Vorzugsweise jedoch bestehen die Feuerfestteilchen aus /?-Eukryptit oder geschmolzenem
Quarz. Unter diesen beiden bevorzugten Materialien wird /9-Eukryptit der Vorzug gegeben. Diese Materialien
wurden auch in der Lötmischung gemäß der US-PS 32 50 631 verwendet. Allgemein gesagt sollen
solche inerte Feuerfestteilchen eingesetzt werden, die, 723
wenn sie alkine eingesetzt werden, den Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Lötmischung um mindestes 15 bis 25 · 10-7/°C herabsetzen können.
Das vorkristallisierte Glas kann irgendein bekanntes
krisiallisiertes Glas sein, das nach bekannten Methoden entglast worden ist. Vorzugsweise weist das vorkristallisierte
Glas die gleiche Zusammensetzung auf wie das kristallisierbare Lötglas.
Als kristallisierbares, aber zunächst nicht kristallisiertes
Lötglas kann irgendein bekanntes Lötglas verwendet werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung,
insbesondere zum Verbinden von Aluminiumoxid-Keramiken, werden aber Lötgläser des Blei-Zink-Borat-Typs
bevorzugt. Die bevorzugten Zusammensetzungsbereiche sind in der folgenden Tabelle in Gewichtsprozent
zusammengefaßt:
Bestandteil | Weiter | Bereich | Bevorz. | Bereich | Spez. |
Beispiel | |||||
BaO | 0 — | 3 | 1,5- | 2,5 | 1,8 |
B2O3 | 5 — | 15 | 8 — | 9 | 8,2 |
PbO | 70 -- | 85 | 74 — | 80 | 75,7 |
SiO2 | 0 — | 10 | ^ | 2,5 | 2,0 |
ZnO | 5 | 20 | 10 — | 13 | 11,8 |
Die Zusammensetzungen können auch andere Oxide enthalten, wie CaO, CuO, SnO2, Bi2O3, Na2O,
K2O, Li2O, CdO und Fe2O3. In vielen Fällen werden
jedoch solche Zusammensetzungen bevorzugt, die diese Bestandteile nicht aufweisen, sondern alleine aus
den in der Tabelle A aufgeführten Bestandteilen bestehen. Vergleichbare Lötgläser vom Blei-Zink-Borat-Typ
sind in der US-PS 32 50 631 beschrieben.
Die Bestandteile der Lötmischung sind gewöhnlich fein zerteilt und werden durch Mischen der Teilchen
der verschiedenen Bestandteile miteinander angesetzt. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn alle Bestandteile
eine Teilchengröße von unter 150 μπι aufweisen. Vorzugsweise sind etwa 50 Gewichtsprozent
der Teilchen kleiner als 44 μΐη, aber weniger als 5 Gewichtsprozent
kleiner als 5 μίτι. Um die besten Ergebnisse
zu erhalten, insbesondere beim Löten von Aluminiumoxid-Keramiken, ist vorzugsweise vorgesehen,
daß mindestens 70 Gewichtsprozent aller Bestandteile eine Teilchengröße unter ~0,35μιη (400 U. S. Series
Sieve Screen) aufweisen, aber weniger als 3,0 Gewichtsprozent der Bestandteile Teilchen einer Größe
unter 3 μηι sind. Die Teilchen lassen sich auf die erforderliche
Größe unter Anwendung der bekannten Frittungs- und Mahl-Methoden bringen.
Die Erfindung ist auch auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Lötmischung zur Herstellung einer
dichten, mechanisch festen Verschmelzung gerichtet, wobei eine Schicht der Mischung zwischen die zu verschmelzenden
Flächen aufgebracht und 1 bis 60 Minuten auf eine Temperatur von 400 bis 5000C erhitzt
wird. Bei einer bevorzugten Verwendung wird die Lötmischung bei 425°C innerhalb von 20 bis 50 Minuten
erschmolzen. Dies zeigt deutlich, daß der Temperatur/ Zeit-Faktor ohne wesentliche Temperaturerhöhung
ganz wesentlich verkürzt werden kann. Dasselbe gilt für die bevorzugte Erhitzung auf 4500C während einer
Erwärmungsdauer von 8 Minuten. Die aus vorstehenden Angaben hervorgehenden Zeit/Temperatur-Faktoren
entsprechen einer Verkleinerung dieses Faktors um einen Faktor von mindestens 1,5.
5 T 6
Die Lötmischungen können nach irgendeiner der wie angegeben auf einen Maximalwert gehalten wird
hierfür üblichen Techniken angemischt werden. Es und danach mit einer Geschwindigkeit von 50 bis
wird aber diejenige Verwenduni; bevorzugt, bei der 60°C/min abgekühlt wird. Ein solcher Wärmebehandeine
Vormischung aus den Teilchen des vorkristalli- lungszyklus sichert eine qualitativ hochwertige Versierten
Glases und eines Teils der Teilchen des Lot- 5 Schmelzung und eine beträchtliche Verminderung des
glases mit einem Mischungsverhältnis von 100 bis Auftretens von zur Schwächung der Verschmelzung
2250 Gewichtsteilen an Teilchen des ausL istallisierten führenden Spannungen während des Kühlens.
Glases auf 10e Gewichtsteile an Teilchen des aus- Die erfindungsgemäße Lötmischung soll nun in krisfAÜisierbaren Löiglases hergestellt wird und dann einigen Beispielen näher gekennzeichnet werden,
der Vormischung der Rest der Teilchen aus auskri- 10 R ' ' 1 1
stallisierbarem Lötglas und die Feuerfestteilchen zu- e 1 s ρ
Glases auf 10e Gewichtsteile an Teilchen des aus- Die erfindungsgemäße Lötmischung soll nun in krisfAÜisierbaren Löiglases hergestellt wird und dann einigen Beispielen näher gekennzeichnet werden,
der Vormischung der Rest der Teilchen aus auskri- 10 R ' ' 1 1
stallisierbarem Lötglas und die Feuerfestteilchen zu- e 1 s ρ
gegeben wird und mit der Vormischung innig ver- Ein Lötglas folgender Zusammensetzung wurde
mischt wird. hergestellt:
Die Teilchengröße der voi kristallisierten Glas- Bestandteile Gewichtsprozent
teilchen liegt vorzugsweise in der Größenordnung —20 15 c-q 2 00
bis -r-80 U. S. Series Sieve Screen. Das Vermischen der 7 A
11*80
Vormischung mit den anderen Teichen kann in einer puQ 75 69
geeigneten Mühle, z. B. einer Kugelmühle, stattfinden. g q g'20
Es ist auch möglich, daß der Rest der Teilchen aus aus- ^Iq
180
kristallisierbarem Lötglas und die Feuerfestteilchen ao
auch vorgemischt werden und beide Vormischungen indem die erforderlichen Mengen von Einsatzstoffen
in den erforderlichen Mengen miteinander vermischt in einem Platintiegel bei etwa 982°C in Luftatmo-
werden. Das Mischen kann nach irgendeinem bekann- Sphäre IV2 Stunden behandelt wurden. Das Glas
ten Verfahren, z. B. mit Hilfe einer Farbmischeinrich- wurde dann gefrittet und zu solcher Teilchengröße ge-
tung, erfolgen. Auch ist es möglich, daß verschiedene 25 mahlen, daß mehr als 70 Gewichtsprozent der Teilchen
Feuerfestteilchen eingesetzt werden und diese zuvor in unter 400 U. S. Series Sieve Screen im Durchmesser
einer Vormischung angesetzt werden. Vorzugsweise lagen. Nach dem Mahlen hatte das Glaspulver fol-
werden mit den Teilchen des vorkristallisiei ten Glases gende Teilchengrößenverteilung:
im Bereich von —20 bis +80 U. S. Series Sieve Screen
Teilchen des zunächst noch nicht kristallisierten Lot- 3° % Spjtzen Duchmes<-er
glases im Bereich von 0,508 bis 0,635 mm verwendet. ° in Mikron
Diese Teilchen werden bei dem Mischen dann auf die ■——
für die verwendungsfertige Lötmischung erforderlichen 90 60
Größen zerkleinert. g0 43
Die Teilchen des vorkristallisierten Glases werden 35 75 35
vorteilhafterweise hergestellt, indem Teilchen kristall!- 59 28
sierbaren Glases in einer Schicht mit einer Dicke von 59 22
etwa 1,587 mm 2 Stunden lang bei einer Temperatur 40 17
von ungefähr 450°C vorkristallisiert werden. 25 H
Der Ausdruck »hermetisch dicht« für die Charakte- 40 20 9 4
risierung der Abdichtungsfähigkeit der erschmolzenen jq ^'q
Lötmischung entspricht der Dichtigkeit, die durch den 5 4^
Military Standard Test Nr. 883 festgelegt ist, nach dem 2 30
im Falle »ohne Wärmeschock« eine Verbindung hermetisch dicht ist, wenn ihre Durchlässigkeit gegenüber 45
risierung der Abdichtungsfähigkeit der erschmolzenen jq ^'q
Lötmischung entspricht der Dichtigkeit, die durch den 5 4^
Military Standard Test Nr. 883 festgelegt ist, nach dem 2 30
im Falle »ohne Wärmeschock« eine Verbindung hermetisch dicht ist, wenn ihre Durchlässigkeit gegenüber 45
Helium unter 1 · 10"8 cm3 He/sec liegt. Siebgröße (Mesh) (°/„)
Die erfindungsgemäßen Lötmischungen können auf
die Keramiksubstrate nach irgendeiner der bekannten 100 (147 Mikron) Spuren
Methoden aufgebracht werden. Hierzu gehören Auf- 140 (84 Mikron) 0,8
sprühen, Siebdrucken oder die Verwendung pyroli- 50 200 (74 Mikron) 4,8
sierbarer Klebestreifen. Wenn die Lötmischungen in 270 (53 Mikron) 7,6
versprühbare Aufschlemmungen überführt werden, 325 (44 Mikron) 5,0
werden sie üblicherweise in einem flüssigen organi- 400 10,5
sehen Träger, wie Alkohol, dispergiert, bis eine für das —400 71,3
Sprühen ausreichende Viskosität erreicht wird. Ein 55
anderes Beispiel für den Träger ist eine l,5%'Se Nitro- 499 g dieses Pulvers wurden dann mit 1 g des oben
cellulose-Lösung in Amylacetat. Irgendeiner der ge- beschriebenen, aber vorkristallisierten Glases vorgebräuchlichen
pastösen organischen Träger kann für mischt. Das vorkristallisierte Glas wurde hergestellt,
die Herstellung einer Auftragspaste benutzt werden; indem 10 g des Glaspulvers unter einem Druck von
auch die üblichen Klebebänder können verwendet 60 70 kg/cm2 in eine Tablette eines Durchmessers von
werden. Nach Aufbringen des die Lötmischung ent- 19,05 mm gepreßt wurde und diese 2 Stunden auf
haltenden Trägers wird dieser getrocknet und/oder 450°C erhitzt wurde, um eine vollständige Entglasung
nach den üblichen Mei'ioden erhitzt, um den Träger zu erreichen. Die Tablette wurde dann gefrittet und zu
wegzubrennen und um die Lötmischung zu entglasen. einer Teilchengröße gemahlen, die der des Glaspul-Ein
besonders bevorzugter Wärmebehandlungszyklus 65 verSi dem djeses vorkristallisierte Glas zugegeben wird,
zur Entglasung einer erfindiingsgemäßen Lötmischung entspricht. Diese so gebildete Morrnischung (500 g)
besteht darin, daß zunächst mit einer Geschwindigkeit wurde sorgfältig 15 Minuten in einer Kugelmühle gevon
75 bis 100°C/min aufgeheizt wird, die Temperatur mischt.
Getrennt davon wurde eine Mischung von 400 g nicht kristallisierten Glaspulvers und 50 g /?-Eukryptit
vorher auf eine Teilchengröße gemahlen, die der der Vormischung entspricht. Die Vormischung und das
/ϊ-Eukryptit-lialtige Pulver wurden dann 15 Minuten
unter Benutzung einer Farbenmischeinrichtung miteinander vermischt. Die fertige Mischung enthielt
0,02 Gewichtsprozent vorkristallisiertes Glaspulver und 10 Gewichtsprozent /J-Eukryptit.
Aus dem Pulver wurde dann eine druckfähige Paste durch Zumischen eines organischen Trägers (bestehend
aus einem organischen Binder und einem flüssigen Lösungsmittel dafür) hergestellt. Das Gewichtsverhältnis
von Pulver zu Träger in der Paste betrug 6,5 :1. Die resultierende Paste wurde dann mittels Siebdruck
auf einen Boden und einen Deckel aus Aluminiumoxid (Wärmeausdehnungskoeffizient 64 · 10-'/0C bei 0 bis
700°C) unter Anwendung der üblichen Techniken und eines Siebes einer Maschenweite von 175 Mikron aufgebracht.
Die aufgedruckten Überzüge wurden dann bei 33O0C 15 Minuten getrocknet, um das organische
Lösungsmittel auszutreiben, und 6 Minuten bei 440°C gebrannt, um den organischen Binder auszutreiben.
Bis zu diesem Zeitpunkt hat keine Kristallisation in merklichem Umfang stattgefunden. Der zweite Erwärmschritt
ist nur bei Verwendung organischer Binder notwendig. Im Fall einer alkoholischen Aufschlämmung
ist nur ein einziger Trocknungsschritt (125°C; 15 Min.) erforderlich. Das Aluminiumoxid-Bodensubstrat
wurde dann mit den üblichen elektronischen Zuleitungsrahmen versehen, während das Aluminiumoxid-Deckelsubstrat
umgedreht wurde und der Boden und die Zuleitungsrahmen damit in Berührung gebracht wurden. Dieses Paket wurde dann mit einer
Geschwindigkeit von 100°C/Min. auf 450°C erhitzt und bei dieser Temperatur 8 Minuten gehalten, um
die Lötmischung völlig auszukristallisicren. Das Paket wurde dann vollständig mit einer Geschwindigkeit
von 60°C/Min. auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Struktur wurde dann einem Test unterworfen, der
im folgenden beschrieben wird.
Die auf vorstehend beschriebene Weise hergestellte
Struktur wurde dem Military Standard Test Nr. 883 unterworfen, indem beide Testbedingungen A und B,
die erstere zur Prüfung auf feine Risse und die letztere zur Prüfung auf große Risse, angewandt wurden. Bei
der Durchführung des Testes unter Bedingung A wurde die Struktur herausgenommen und daraufhin
beobachtet, ob Blasen von ihr aufsteigen.
Die Struktur hatte den Test unter Bedingung A bestanden, was besagt, daß der Durchgang von Helium
ίο unter 1 · 10"8 cm3 He/sec lag. Die Struktur hatte auch
den Test unter Bedingung C bestanden, indem keine Blasen beobachtet worden sind.
Zusätzlich wurde die Struktur auch noch einer Wärmeschockprüfung unterworfen; diese bestand
darin, daß die Struktur zuerst 1 Minute in kochendes Wasser getaucht wurde und dann 5 Sekunden in Eiswasser
abgeschreckt wurde. Dieser Zyklus wurde 4 weitere Minuten wiederholt. Danach wurde die
Struktur wieder dem Test unter Bedingung A und C unterworfen. Sie bestand beide Tests, was die ungewöhnlich
starke Natur der Verschmelzung mit der erfindungsgemäßen Lötmischung wiedergibt, ganz abgesehen
von der Tatsache, daß der Zeit/Temperatur-Faktor gegenüber den Faktoren der bekannten Lötglaser
wesentlich reduziert ist.
Um den bei den erfindungsgemäßen Lötmischungen auftretenden Synergismus zu veranschaulichen, wurde
eine Differential-Thermal-Analyse (D. T. A.) und der Differential-Abtast-Calorimeter-Test (D. S. C.) an verschiedenen
Lötmischungen einschließlich der aus der US-PS 32 50 631 bekannten und der erfindungsgemäßen
Zusammensetzungen durchgeführt. Die Art dieser Versuche ist in der Veröffentlichung »Du Pont
900 Differential Thermal Analyzer«, herausgegeben von der Fa. DuPont Instrument Products Division,
beschrieben. Die verwendete Vorrichtung entsprach der in dieser Veröffentlichung beschriebenen Vorrichtung.
Die geprüften Lötmischungen und die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle B zusammengestellt.
Zusammensetzungen
2
2
Bestandteil (Gewichtsprozent)
BaO
B2O3
PbO
SiO2
ZnO
% Feuerfestteilchen
% vorkristallisiertes Glas
DTA größtes Maximum nach Minuten
Kristallisationszeit (Minuten)
% vorkristallisiertes Glas
DTA größtes Maximum nach Minuten
Kristallisationszeit (Minuten)
A. größtes Maximum (Min.)
B. Gebiet unter der Isotherme (0C Min./100 g)
Spannung in der Verschmelzung (kg/cm3)
Spannung in der Verschmelzung (kg/cm3)
75,69 2,00 |
0 | 10 | 10 |
0 | 0,02 | 0 | 0,02 |
0 | 19,0 | 12,0 | 10s5 |
42,5 | 25,0 | 41,5 | 23,5 |
54,5 | 19,5 10,1 |
10,25 5,5 |
11,5 8,1 |
32,5 9,7 |
28,1 — 52,5 Druck |
239 Zug |
91,4 Druc 609 616/2C |
239 Zug |
|||
ίο
Diese Lötmischungen schließen also das Lötglas Druckspannung, die die kombinierte Lötmischung zur
ein, das hinsichtlich seiner Teilchengröße, den Zusatz- Verwendung mit den bei elektronischen Miniaturbaumengen
und der Technik, nach der es gemischt worden steinen üblichen Aluminiumoxid-Substraten, ideal geist,
im Beispiel 1 beschrieben ist. Die angegebenen eignet macht.
Mengen an Feuerfestteilchen und vorkristallisiertem 5 Als weiterer Beweis für die unerwarteten syner-
Glas sind die der fertig gemischten Lötmischung. In gistischen Effekte, sind die DTA- und DSC-Werte als
jedem Fall waren die Teilchengrößen innerhalb der Ganzes genommen zu betrachten. Dieser Wert zeigt,
Lötmischungen die gleichen, und das vorkristallisierte daß der Zusatz von /Muikryptit entweder zu einer
Glas hatte eine Zusammensetzung, die gleich der des kleineren Menge von Kristallen, anderen Kristallen
Lötglases war. Das vorkristallisierte Glas wurde durch io oder einer Kombination von beiden führt, als es das
2 Stunden langes Erhitzen auf 4500C entglast. Lötglas allein oder mit Zusatz von vorkristallisiertem
Die angegebenen Spannungswerte wurden nach der Glas tut (beide Zusätze von gleicher Größe). So
üblichen Stab-Spannungsmethode bestimmt, bei wel- könnte man vermuten, daß bei Verwendung von
eher ein kleiner Haufen des angegebenen Glases auf das /9-Eukryptit zusammen mit vorkristallisiertem Glas
Ende eines Stabes aus Standardglas eines Ausdeh- 15 die Lötverbindung einen kristallinen Charakter ähnlich
nungskoeffizienten von 83 ■ 10~'/°C aufgeschmolzen dem des /9-Eukryptit haben würde, da das vorkri-
und dann gekühlt wurde. Es wurde pro Minute um stallisierte Glas keinen wesentlichen Einfluß auf die
10°C bis auf 450°C erhitzt, diese Temperatur 30 Mi- kristalline Natur des Lötglases hat. Im Gegensatz zu
nuten gehalten und dann mit einer Geschwindigkeit dieser Erwartung und völlig überraschend führt die
von 5°C/Min. auf Raumtemperatur abgekühlt. Auf 20 Kombination zu einem kristallinen Charakter ähnlich
Spannung wurde nach den üblichen optischen Metho- denen des Lötglases und des Lötglases plus vorkristalliden
geprüft. Druckspannung zeigt einen niedrigeren siertem Glas, entweder in Qualität, Art der Kristalli-
und Zugspannung einen höheren Wärmeausdehnungs- sation oder beidem. Solche »artverwandte« im Gegenkoeffizienten
gegenüber dem Grundglas an. Da etwa satz zu »fremder« Kristallisation verbessert den Grad
14 kg/cm2 gleich einem Ausdehnungspunkt sind, muß 25 der Reproduzierbarkeit erheblich; die mangelnde Reder
Test eine Druckspannung über 56 kg/cm2 anzeigen, produzierbarkeit war einer der Hauptnachteile der
wenn eine gute Verschmelzung mit üblichen Alumi- Verwendung von /3-Eukryptit als alleiniger Zusatz.
niumoxid-Substraten (in der Größenordnung von 60 Ferner wurde »Fremd«-Kristallisation durch das Fehlen
bis 8 · 10'V°C) erhalten werden sollen. eines zweiten Maximums bei Beispiel Nr. 3 im DSC-
Die in der Tabelle wiedergegebenen Ergebnisse 30 Test angezeigt.
zeigen deutlich den synergistischen Effekt, der bei der Außerdem beseitigt die Kombination von Feuerern
ndungsgemäßen Lötmischung auftritt. Einmal ist festteilchen und vorkristallisiertem Glas nur die nachfestzustellen,
daß die Lötmischung Nr. 3 mit /?-Eu- teiligen Einflüsse von /3-Eukryptit, wie durch das Gekryptit
eine Druckspannung von 28 bis 52,5 kg/cm2 biet unter der Isothermen bewiesen, sondern senkt
hat. Andererseits führt das vorkristallisierte Glas (Lot- 35 auch überraschend den Zeit/Temperatur-Faktor, wie
mischung Nr. 2) eine Zugspannung 238 kg/cm2. Man durch die Testergebnisse, über die vorstehend berichtet
würde danach erwarten, daß, wenn Lötmischungen wurde, sowie die Maxima-Werte und die Zeiten bis
Nr. 2 und Nr. 3 miteinander vereinigt werden, die re- zur vollständigen Kristallisation bei den DTA- und
sultierende Lötmischung zu einer Spannung gleich der DSC-Testen belegt ist.
der Lötmischung Nr. 3 oder eines Wertes zwischen 40 Schließlich ist noch zu bemerken, daß die kombiden
Werten der einzelnen Lötmischungen, der wahr- nierte Lötmischung schneller als die schnell kristallischeinlich
mehr zur Zugspannung tendieren würde, sierende Lötmischung gemäß Beispiel 2 mit vorkriführen
würde. Im Gegensatz dazu und völlig über- stallisiertem Glas allein kristallisiert, obwohl /3-Euraschend
führt die erfindungsgemäße Kombination kryptit (das gemäß Nr. 3 zu einer längeren Auskrinicht
nur zu einer viel größeren Druckspannung als bei 45 stallisationszeit führt als die Lötmischung, der vorVerwendung
von /S-Eukryptit allein, sondern zu einer kristallisiertes Glas allein zugesetzt ist) zugegeben ist.
Claims (2)
1. Lötmischung aus kristallisierbarem, aber zunächst nicht kristallisiertem Lötglas und eingelagerten
inerten Feuerfestteilchen, dadurchge- ö kennzeichnet, daß sie zusätzlich ein vorkristallisiertes
Glas enthält.
2. Lötmischung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung in Gewichts-Prozent:
Feuerfestteilchen 5 bis 15
Vorknstalhs.ertes Glas 0,000 bis 0,03
Knstalhsierbares Glas 85 bis 95
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEC0037503 | 1965-11-26 | ||
NL6517018A NL6517018A (de) | 1965-11-26 | 1965-12-28 | |
US00102886A US3778242A (en) | 1965-11-26 | 1970-12-30 | Low temperature sealant glass for sealing integrated circuit package parts |
US10288670 | 1970-12-30 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2163723A1 DE2163723A1 (de) | 1972-07-27 |
DE2163723B2 DE2163723B2 (de) | 1975-09-11 |
DE2163723C3 true DE2163723C3 (de) | 1976-04-15 |
Family
ID=
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