DE2236549A1

DE2236549A1 - Auftrag fuer dickfilmschaltungen und gedruckte dickfilmschaltung

Info

Publication number: DE2236549A1
Application number: DE2236549A
Authority: DE
Inventors: Neil Albert Burr; David Thomas Wall
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1971-07-27
Filing date: 1972-07-26
Publication date: 1973-02-15
Also published as: GB1387267A; IT961700B; FR2147335A1; FR2147335B1; US3857798A

Description

PATENTANWÄLTE DIpHn₈. WERNER COHAUSZ-Dipl.-Ing. WILHELM FLORACK . Dipl.-Ing. RUDOLF KNAUF

>* 4 Düsseldorf, Schumannstraße 97 _

Joseph Lucas (Industries) Limited 25.JuIi 1972

Great King Street
Birmingham / England

Auftrag für Diokfilmschaltungen und gedruckte Dickfilmsohaltung:

Die Erfindung betrifft einen Auftrag für pickfilmschaltungen undeine gedruckte Dickfilmschaltung, die dadurch entsteht, daß Bereiche aus einem metallenthaltenden Auftrag auf ein feuerfestes Substrat gedruckte werden und daß das Substrat zum Härten des Auftrags erhitzt wird.

Bei solchen Schaltungen stößt man auf Schwierigkeiten, wenn mit herkömmlichen Aufträgen gearbeitet wird, um Lötverbindungen zwischen gedruckten Bereichen der Schaltung und Drähten herzustellen. Es ist festgestellt worden, daß eine Verbindung, die zunächst zufriedenstellend ist, sich mit der Zeit schwächt, insbesondere dann, wenn sie großen Unterschieden in den Temperaturbedingungen ausgesetzt wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Dickfilmschaltung der in Präge stehenden Art zu schaffen, mit der die Herstellung zufriedenstellender lötverbindungen leichter vorgenommen werden kann.

Eine Dickfilmschaltung gemäß der Erfindung weist gedruckt© Verfeiadungsbereiohe auf, die aus einem Auftrag gebildet sind, welcher Palladium, Blei -und ein/organisches Bindemittel enthält, wobei das Verhältnis des Palladiumgehalts zum Bleigehalt im Bereich tob Js1 bis 3:2 liegt, auf das Gewicht 'bezogen»

Gemäß der Erfindung ist. fernes eia Mftrag fts di© Herstellung 26 283 ■. '-

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Dickfilmschaltungen vorgesehen, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, wobei der Auftrag Palladiumpulver, Bleipulver, wobei das Gewichtsverhältnis des Palladiumpulvers zum Bleipulver im Bereich von 3:1 bis 3t2 liegt, ein anorganisches Bindemittel und eine Bindeflüssigkeit enthält.

Das optimale Palladium/Blei-Verhältnis liegt im Bereich von 65*35.

Das Verhältnis des Gesamtgewichte des Metallpulvers zum Gewicht des anorganischesn Bindemittels liegt vorzugsweise im Bereich von 50i1 bis 5x1 -

Die zugesetzte Menge an Bindeflüsslgkeit reicht aus, um das Gemisch für einen Siebdruck geeignet zu machen, und vorzugsweise wird mit einer Menge an Binder gearbeitet, die etwa die Hälfte des Gesamtgewichte an Blei, Palladium und Hochtemperatur-Bindemittel wiegt.

Es sind Tests auf Gewichtsbasis mit Auftragen durchgeführt worden, die die folgenden Zusammensetzungen hatten»

Auftrag	Pd	Pb	Glas	Binder	PdtPb	Pd+PbtGlas
A	29,9	29,9	12,0	28,2	1:1	5*1
B	37,0	24,7	9,26	29,0	3*2	6,66:1
C	43,6	23,5	1,34	31,5	13*7	49*1
D	42,8	23,0	3,29	30,9	13«7	*201**
E	42,0	22,6	5,15	30,25	13*7	12,5*1
P	41,4	22,3	6,40	29,9	13*7	10t1
G	40,6	21,85	8,21	29,35	13*)	7,6:1
H	41,9	18,0	12,0	28,1	*73**	*51**
I	52,4	13,1	3,74	30,8	4*1	*17,51**

Anm.: Auftrag A und I liegen außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, und die Zusammensetzungen und Testergebnisse sind lediglich zua Vergleich mit aufgenommen vorden*

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In allen vorstehenden Auftragen wurde das Palladium in der Form eines handelsüblichen Palladiumpulvers verwendet, das von der Firma Englehard Industries Limited unter ihrer Bezeichnung Io 6408 geliefert wurde. Dieses Pulver besteht aus sphärischen Partikeln mit einer Henngröße von 2,5 Mikron. Das Blei wurde von einer handelsüblichen Pastendispersion in Shellsol E abgeleitet, das in einen trockenen Zustand und frei von der Dispersion durch Lösungsmittelwaschen und anschließendes Trocknen gebracht wurde. Das Pulver hatte bieispielsweise 99»5$ Bleigehalt mit einem Oxidgehalt von 0,5$, errechnet als Pb. Die Partikelgröße im mittleren Gewiöht betrug etwa 8 Mikron, was einer mittleren Partikelgröße von etwa 2 Mikron entsprach. Das Glas, mit dem gearbeitet wurde, waereine Glasfritte, die von der Firma CE. Eamsden & Company Limited geliefert wurde, und zwar unter der Bezeichnung No. F1257· Dieses Glas hatte einen Erweichungsbereich von 41O⁰C bis 42O⁰C und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 8,1x10~ pro C, «was nahe an dem von Keramik mit hohem Aluminiumoxidgehalt liegt, wie man sie in Dickfilmschaltungen verwendet. Das Glas enthält bekanntermaßen PbO, ZnO, SiOp und BpO,, die Anteile dieser Bestandteile sind aber nicht bekannt. Die Binderflüssigkeit, mit der gearbeitet wurde, war ein handelsüblicher Binder, der von der Firma C.E. Eamsden & Company Limited unter der Bezeichnung No. M295 geliefert wird und der eine gemessene Viskosität von 9200 Redwood-Sekunden bei 2O⁰C hat.

Aus Testgründen wurden die Aufträge durph ein Sieb mit einer Maschenzahl von 165 Mesh-Einheiten in 2,03 nun großen quadratischen Bereichen auf Keramikkacheln mit hohem Aluminiumoxidgehalt aufgedruckt, die 25,4 χ 25,4 mm groß und 1,016 mm und 0,635 mm dick waren. Der Auftrag wurde in jedem Fall bei 120⁰C plus/minus 10° 10 Minuten lang getrocknet und dann in Luft 10 Minuten lang zwischen 805°C und 88O⁰C gebrannt.

Die mit den gedruckten und gebrannten Substraten durchgeführten Tests bestanden aus der Prüfung der Lötfähigkeit mit einer Lötmasse mit 62$ Pb, 36$ 2#-Ag nach Behandlung mit einem Flußmittel, wie

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es handelsüblich von der Firma Multicore Solders Limited unter der Bezeichnung No. FC21A zu beziehen ist, bei dem es sich um ein nicht-korrodierendes flüssiges Flußmittel handelt, während PC101, das auch verwendet werden kann, ein sogenanntes aktives flüssiges Flußmittel ist. Ein Tarnieren der Metallbestandteile der Aufträge wurde beobachtet, wenn die Kacheln in die geschmolzene Lötmasse eingetaucht wurden, und die festigkeit der Verbindungen durch Verlöten mit den verzinnten Bereichen von Kupferdrähaten, die 0,7112 mm dick waren, wurde sowohl bei der ersten Herstellung der Verbindungen als auch nach einer künstlichen Alterung gemessen. Die Tarnieruagszeit, auf die nachstehend bezug genommen wird, ist die Zeit, die verstreicht, bis ein Tarnieren einen sichtbaren Effekt auf die Form der quadratischen Bereiche hat.

AUFTBAG A Ein Verzinnen der Bereiche wurde nach zweimaligem Eintauchen in das Lötmassebad bewirkt, wobei mit einem Flußmittel PC101 gearbeitet wurde. Die Bereiche konnten auch verzinnt werden, indem man mit dem Flußmittel PC101 und einem Lötkolben arbeitet. Die Bereiche ließen sich nicht mit einem PC21A-Flußmittel verzinnen. Ein Tarnieren dauerte 4» 5 Minuten in dem Lötmassebad, jedoch nur bis 8 Sekunden mit einem Lötkolben. Die anfängliche Zugfestigkeit der Verbundung betrug 2.300 Gramm. Es wurden keine Alterungeteste vorgenommen.

AUFTBAG B Hier erfolgte eine Verzinnung durch drei- oder viermaliges Eintauch in das Lötmassebad mit Flußmittel PC21A. Tarnierungszeit 6 Minuten im Lötmassebad, 1 bis 1,23 Sekunden mit einem Lötkolben. Anfängliche Zugfestigkeit 7.800 Gramm. Keine Alterungetests.

AUFTBAG C Verzinnt durch zweimaliges Eintauch in Bad oder einmaliges Eintauoh für die Dauer von etwa 25 Sekunden unter Verwendung von PC21A. Keine Tarnierungsteste. Anfänglich© Zugfestigkeit 3*700 Gramm. Zugfestigkeit nach einer Alterung von 24 Tagen bei 13O⁰C 3.000 Gn Ein· Probe, die bei 100⁰C 12 Tage lang gealtert wurde, hatte eine Zugfestigkeit von 8.000 Gramm. Die Proben, die duroh zyklische

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Temperaturänderungen zwischen -4O⁰G und +15O⁰C altertea, erreichten eine Zugfestigkeit von mehr als 500 Gramm nicht nach der Alterung während des ersten Tages.

ATTPTBAG D Verzinnt mit PC21A nach einmaligen Eintauchen innerhalb von 25 Sekunden. Einige wurden nach nur 5 bis 10 Sekunden verzinnt. Tarnierungszeit 4 bis 6 Minuten in dem Lötmassebad. Durechschnittliche anfängliche Zugfestigkeit 8000 Gramm. Festigkeit nach Alterung von 25 Tagen bei 130⁰C oder 100⁰C 8000 Gramm, Proben, die nach 14ätägiger zyklischer Alterung zwischen -40⁰C und +130⁰C getestet wurden» hatten immer noch eine Zugfestigkeit von 3000 Gramm, die Verbindungen brachen jedoch nach einer Zeitdauer von weiteren 11 Tagen zyklischer Alterung.

AUFTRAG E Verzinnt nach zweimaligem oder dreimaligem Eintäuoh in Lötmassebad mit FC21A. Andere Tests nicht vorgenommen»

AUFTRAG F Verzinnt nach zwei- bis dreimaligem Eintauchen unter Arbeiten mit PC21A. Verzinnte einigermaßen gut mit Lötkolben. Durchschnittliche Zugfestigkeit 7800 Gramm. Keine Tarnierungs- oder Alterungstests vorgenommen.

AUFTRAG G Verzinnt nach zwei-oder dreimaligem Eintauch in Bad mit PC21A. Tarnierungszeit in Lötmassebad über 7 Minuten, nit Lötkolben etwa 5 Minuten. Durchschnittliche Zugfestigkeit 9000 Gramm. Keine Alterungstests.

AUFTRAG H Verzinnte sich nicht mit PC21A. Verzinnte sich mit PG101 in 2 Sekunden. Tarnierungszeit in Lötmassebad 4»25 Minuten. Anfangliohe Zugfestigkeit 65OO Gramm.

Festigkeit nach Alterung bei I30 C 72 Tage lang 42OO Gramm. Festigkeit nach zyklischer Alterung ~55°C bis 13O⁰C₀ 742 Tage lang 800 Gramm. 41 Tage lang 1800 Gramm« 27 Tage lang 36OO Gramm« 5 Tage !©ag 38OÖ Graam. 309807/1189 . - 6 -

Festigkeit nach zyklisecher Alterung -4O⁰C Ms +100⁰C
39 Tage lang 4000 Gramm.

AUFTRAG I Verzinnte sich nach dreimaligem Eintauchen unter Arbeiten mit PC21A. Verzinnte sich nicht beim Arbeiten mit PC21A und Lötkolben.

Anfängliche Zugfestigkeit 3480 Gramm.

Keine Taraierungs- oder Alterungeteste.

Auf der Basis dieser (Tests wurde geschlossen, daß als Folge der bevorzugten Vervendung eines nicht-korrodierenden Flußmittels und der Fähigkeit der gedruckten und gebrannten Bereiche zum Widerstehen
einer Tamierung das optimale Verhältnis von Palladium zu Blei
13:7 bei einem Verhältnis von Metall zu Glas im Bereich von 20»1
bis 20x3 ist.

Die genannten Aufträge können aleuch auf Glassubstrate oder Keramiks*arubstrate mit einer Glasschicht aufgedruckt eiund eingebrannt werden.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Ij/Auftrag für Dickfilmschaltungen, die dadureh entstehen^ daß Bereiche aus einem metallenthaltenden Auftrag auf ein feuerfestes Substrat gedruckt werden und das Substrat zum Härten des Auftrags erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag Palladiumpulver, Bleipulver, wobei das Gewichtsverhält-ais des Palladium= pulvers zum Bleipulver im Bereich von 3s1 bis 3«2 liegt₉ ein anorganisches Bindemittel und eine Binderflüssigkeit enthält.
2. Auftrag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Υθγ-* hältnis von Palladium zu Blei etwa 1?s7 auf Gewichtsbasis beträgt.
3. Auftrag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Gesamtgewichts des Metallpulvers zum Gewicht des anorganischen Bindemittels im Bereich von 50:1 bis 5:1 liegt.
4* Auftrag nach Anspruch 3, 'dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Gewichts des Metallpulvers zum Gewicht des anorganischen Bindemittels im Bereihh von 20:1 bis 20:3 liegt.
5. Auftrag nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Hochtemperaturbinder eine Glasfritte ist.
6. Auftrag nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfritte PbO, ZnO, SiO₂ und B₃O₅ enthält und einen erwsiohungspunkt im Bereich von 41O⁰C bis 420⁰C und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von 8,1x10 pro ⁰C hat.
7» Auftrag nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Binderflüssigkeit im Bereich von 28 bis 31,5 Gew.-# vorhanden ist und eine Viskosität von 9200 Redwood-Sekunden bei 20⁰C hat.

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Wa/Ti ' - 2 -

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8. Gedruckte Dickfilmschaltung mit Kontaktbereichen aus einem Auftrag nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennung zum Entfernen der Binderfliissigkeit und zum Verschmelzen der Pulver und des Bindemittels erfolgt.
9. Gedruckte Dickfilmschaltung nach Anspruch 8, gekennzeichnet? durch Drähte, die an die Eontaktbereiche mit Lötmasse angebracht sind.

OWGINAL INSPECTED

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