DE2330381C3 - Feinzerteilte, beim Wärmebehandeln einen dichten Glaskeramikkörper bildende Glasmasse zur Erzielung von Mehrschicht-Schaltungsanordnungen mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten - Google Patents

Feinzerteilte, beim Wärmebehandeln einen dichten Glaskeramikkörper bildende Glasmasse zur Erzielung von Mehrschicht-Schaltungsanordnungen mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten

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DE2330381C3 DE2330381A DE2330381A DE2330381C3 DE 2330381 C3 DE2330381 C3 DE 2330381C3 DE 2330381 A DE2330381 A DE 2330381A DE 2330381 A DE2330381 A DE 2330381A DE 2330381 C3 DE2330381 C3 DE 2330381C3
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Description

besteht, wobei BaO und ZnO insgesamt 30 bis lung, (d) richtige Erweichungstemperatur des Glas-40 Gewichtsprozent der Glasmasse ausmachen, Vorläufers, so daß die anfängliche Wärmebehandlung und die sich ergebende kristalline Phase 20 bis 3« dem Siebdruckverfahren angepaßt werden kann, (e) 48 Gewichtsprozent des genannten dichten Glas- höchstens geringe Haamßbildung infolge thermikeramikkörpers ausmacht und im wesentlichen sehen Schocks und (f) niedrige Empfindlichkeit geaus Celsian als ihrem Hauptbestandteil neben ge- gen Wasserdampf und nachfolgende ungewollte, ringeren Mengen an Titanit und Zinkorthosilikat elektrische Verluste.
besteht, j,; Die erfindungsgemäßen Glasmassen sind teilweise
kristallisierbar und bilden in einer Glasmatrix Kristalle. Teilweise kristallisierbare Dielektrika geben
dem Hersteller von Hybridschaltungen einen neuen
und einzigartig nützlichen Verarbeitungsparameter 40 an Hand. In den Anfangsstadien der Wärmebehand-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine feinzer- lung verhält sich das Dielektrikum, als wenn es ein teilte Glasmasse, die für die Herstellung von ge- Einphasenglas wäre, das die normalen Vorgänge des druckten dielektrischen Schichten zwischen Leiter- Sinterns, Erweichens und Zusammenlaufens durchmustern auf einem dielektrischen Substrat geeignet läuft. Wean das Anfangsstadium der Wärmebehandist und beim Wärmebehandeln einen dichten Glaske- \i\ lung beendet ist, erscheinen jedoch Kristalle und verramikkörper bildet, der eine in einer glasartigen Ma- Ursachen eine starke Viskositätserhöhung. Bei der trix dispergierte, kristalline Phase mit Celsian als nachfolgenden Wärmebehandlung entwickelt sich Hauptbestandteil enthält. keine oder nur eine geringe Thermoplastizität, so daß
Bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen die darübergedruckten Metallisierungs- oder Isolieist es zweckdienlich, wenn man durch Anbringung 50 rungsschichten sich verhalten können, als ob sie statt einer Metallisierung unmittelbar oberhalb anderen von einem thermoplastischen Glas von einem kera-Metallisierungen in der Lage ist, Raum zu sjparen. mischen Substrat unterstützt würden.
Natürlich müssen solche Metallisierungen, damit In den US-PS 35 86 522 und 36 56 984 wird eine
Kurzschluß und kapazitive Kopplung vermieden wer- Glasmasse auf der Grundlage von PbO offenbart, die den, durch ein dielektrisches Material getrennt wer.- 55 bei der Herstellung von teilweise kristallisierten den. Überkreuzungsdielektrika nützlich ist Diese Massen
Es gibt zwei Wege zur Herstellung solcher mehr- werden bei der Wärmebehandlung teilweise zu Hexa-Sichichtiger Gebilde. Der erste Weg besteht darin, daß celsian (BaAl2Si2O8) kristallisiert, und es ergibt sich man zwischen gedruckten Leiterschichten »Über- dabei eine Erhöhung der Überkreuzungsviscosität.
kreuzungs«-Schichten auf einem einzelnen Substrat 60 Die wärmebehandelte Masse ist eine Dispersion aufdruckt und wärmebehandelt, um auf diese Weise von solchen feinkristallinen Teilchen in einer glasareine gedruckte Mehrschicht-Schalttafel herzustellen. tigen Matrix und kann als »Glaskeramik« bezeichnet Die zweite Methode umfaßt das Aufdrucken von werden.
Leitennusteni auf organisch gebundenen, dünnen Es besteht jedoch ein weiterer Bedarf an Überstreifen« aus Aluminiumoxidteilchen, dann Lami- 65 kreuzungsdielektrika für Mehrschicht-Schaltungsannieren solcher gedruckter Streifen und Wärmebehan- Ordnungen, die niedrigere Dielektrizitätskonstanten dein des sich ergebenden, laminierten Gebildes bei als diejenigen der US-PS 35 86 522 bnm 36 56 984 hoher Temneratur. Man erhält dabei ein diskretes, und infolgedessen geringere kapazitive Wechsel-
itromkoppluBg zwischen den jeweiligen isolierten Kreisen zeigen. Es ist zu betonen, daß die elektronijche Industrie für Überkreuzungsdielektrika eine möglichst niedrige Dielektrizitätskonstante wünscht, da die Signale der durch das Dielektrikum getrennten jeweiligen Elektroden- mit steigender Kapazität insbesondere bei Hochfrequenzsignalen zur Kopplung neigen.
Gegenstand der Erfindung ist eine feinzerteilte Glasmasse, die für die Herstellung von gedruckten dielektrischen Schichten zwischen. Leitermustern auf einem dielektrischen Substrat geeignet ist und beim Wärmebehandeln einen dichten Glaskeramikkörper bildet, der eine in einer glasartigen Matrix dispergierte, kristalline Phase mit Celsian als Hauptbestandteil enthält, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Endeluiig von Mehrschicht-Schaltungsanordnungen mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten die genannte Glasmasse aus
25 bis 40
5 bis 15
7 bis 12
10 bis 30
10 bis 26
2 bis 10
2 bis 8
Obis 2
Obis 4
Gewichtsprozent
Gewichtsprozent
Gewichtsprozent
Gewichtsprozent
Gewichtsprozent
Gewichtsprozent
Gewichtsprozent
Gewichtsprozent
Gewichtsprozent
2,
SiO TiO2
Al2O3,
BaO,
ZnO,
CaO,
B2O3,
MgO,
Bi2O3
besteht, wobei BaO und ZnO insgesamt 30 bis 40 °/o der Glasmasse ausmachen, und die sich ergebende, kristalline Phase 20 bis 48 Gewichtsprozent des genannten dichten Körpers ausmacht und im wesentlichen aus Celsian als ihrem Hauptbestandteil neben geringeren Mengen an Titanit und Zinkorthosilikat besteht
Das Substrat ist ein vorgebrannter keramischer Körper, üblicherweise Aluminiumoxid.
Die Glasmasse besteht im wesentlichen aus den in der Tabelle I angegebenen Bestandteilen in den dort angegebenen Mengenverhältnissen.
45
Tabelle I
Bestandteil
SiO8
TiO2
Al2O,
BaO
ZnO
CaO
BiA
Geisamtes BaO
plus ZnO ..
Glasmassen Gewichtsprozent bevorzugt | optimal | brauchbar
30 bis 33
8 bis 10
10 bis 12
12 bis 26
10 bis 26
6 bis 10
2 bis 8
Obis 2
Obis 4
30 bis 40
30
8 bis 10 10 26
10 bis 12
6 bis 10
36 bis 38
25 bis 40
5 bis 15
7 bis 12
10 bis 30
10 bis 26
2 bis 10
2 bis 8
Obis 2
Obis 4
30 bis 40
55
60
Die Gläser können in feinzerteilter Form entweder trocken oder als Dispersion in einem inerten, flüssigen Träger auf ein Substrat aufgedruckt (üblicherweise siebgedruckt) werden. In der Dispersion liegen im allgemeinen 0,4 bis 9 Teile Glas je Teil Träger (auf Gewicht bezogen) vor. Wenn die erfindungsgemäßen Gläser wännebehandeli werden (beispielsweise bei 850 bis 9000C), erhält man ein dichtes Dielektrikum, das 20 bis 48 Gewichtsprozent Kristalle in einer glasartigen Matrix dispergiert enthält. Die Kristalle bestehen im wesentlichen aus Celsian als Hauptbestandteil neben geringeren Mengen von Titanit und Zinkorthosilikat. Die Überkreuzungen zeigen niedrigere Dielektrizitätskonstanten als die bisher erhältiichen. Die Dielektrizitätskonstanten liegen unter den hier angegebenen Bedingungen oft im Bereich von 9 bis 12.
Die erfindungsgemäßen Glasmassen erhält man durch Abschreckung einer Mischung von Chargenbestandteilen, welche die beanspruchten Stoffe in den vorgeschriebenen Mengenverhältnissen bilden, aus dem geschmolzenen Zustand. Nach dem Abschrekken wird die Glasmasse dann fein zermahlen und wärmebehandelt.
Eine physikalische Mischung der Glasbestandteile (oder deren Vorläufer) bilden, wenn sie aus dem geschmolzenen Zustand abgeschreckt werden, stabile Glasmassen. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Glasmassen wendet man bestimmte kritische Mengenverhältnisse der Glasbildner an. Nachdem die Gläser fein zermahlen und auf Substraten aufgedruckt und wärmebehandelt worden sind, werden die Kristallkernbildung und teilweise Kristallisation des Glases in einer einzelnen Stufe während des verhältnismäßig einfachen Wärmebehandlungsschemas selbst und infolgedessen viel schneller als bei herkömmlichen kristallisierenden Gläsern durchgeführt. Sobald einmal das Glas erweicht ist und eine für die Kristallisation ausreichend lange Zeitspanne bei der Wärmebehandlungstemperatur gehalten worden ist, verliert es an Thermoplastizität.
Das teilweise kristallisierte Glas in dem gebrannten Dielektrikum enthält eine kristalline Phase, die 20 bis 48 Gewichtsprozent des Gesamtgewichtes des Glases und der Kristalle ausmacht. Die beim Brennen gebildeten Kristalle sind Celsian, (BaAl2Si2O8), als kristalline Hauptphase neben Titanit, (CaTiSiO5), und Zinkorthosilikat. [(ZnO)2SiO2], als kristalline Nebenphasen. Spuren von TiO2 können bei der Wärmebehandlung oberhalb 950° C vorliegen. Diese kristallinen Phasen werden durch Röntgenstrahlenbeugung identifiziert. Ihre relative Häufigkeit in dem wärmebehandelten Überkreuzungsdielektrikum ist natürlich von der Wärmebehandlungsdauer und -temperatur und der Zusammensetzung des speziellen Glases, das als Ausgangsmaterial verwendet wird, abhängig. Das Glas des Beispiels 7 (s. unten) beispielsweise liefert, wenn es in einem 45-Minuten-Zyklus in einem Förderbandofen auf eine Spitzentemperatur von 850 bis 9000C erhitzt wird und 10 Minuten bei der Spitzentemperatur gehalten wird, ein Überkreuzungsdielektrikum, das über 40% (aber nicht mehr als 48 °/o) Kristalle aufweist, wobei 36 °/o Celsian, 5 bis 6 °/o Titanit und höchstens 2 °/o Zinkorthosilikat sind.
Die Wärmebehandlung bei der Spitzentemperatur von 850 bis 900° C wird vorzugsweise in einem Förderbandofen (ein symmetrisches Erhitzungs- und Abkühlungsschema), durchgeführt, wobei etwa 5 bis 15 Minuten lang auf Spitzentemperatur erhitzt wird. Die optimale Zeit bei der Spitzentemperatur beträgt in einem 45-Minuten-Wärmebehandlungsscheina 8
bis 12 Minuten. Temperaturen außerhalb des bevor- Schmelze erreicht werden kanu Nachdem ein homorugten Spitzentemperaturbereichs von 850 bis genes, fließfähiges Glas entstanden ist, wird es im all-900° C sind bei passender AngWchung des Wärme- gemeinen in Wasser oder eine andere Flüssigkeit gebehandlungsschemas (Gesaratdauer und Dauer bei gössen, so daß sich eine Glasfntte bildet
der Spitzentemperarur) möghch, wie für den Fach- 5 Die erfindungsgemaßen Glasmassen, aus denen die mann auf der Hand liegt. Unter Bedingungen einer Überkreuzungsdielektnka hergestellt werden, hegen übermäßigen Wärmebehandlung ergibt sich eine un- in feinzerteilter Form vor. Die obenerwähnte Glaserwünschte Oberflächenaufrauhung fritte ™Γα daher m emer. herkömmlichen Kugelmühle
Dh Eigenschaften der Bestandteile in den erfin- fein zermahlen, bevor sie in einem Trager (faUs ein dungsgemäßen, nicht wännebehandelten Glasmassen io solcher verwendet wird) dispergiert und aufgedruckt und demzufolge in den wännebehandelten, teilweise wird. Glaspulver mit einer durchschnittlichen Teilkristallisierten Überkreuzungsdielektrika sind die chengröße von nicht über 44 Mikron im Durchmesnachfolgenden. Siliciumdioxid bestimmt die Erwei- ser sind im allgemeinen geeignet; diejenigen, weiche chungsmerkmale, die Wärmeausdehnung und chemi- durchschnittliche Teilchengroßen von 1 bis 15 Mische Beständigkeit des teilweise kristallisierten Di- 15 krön aufweisen, werden jedoch deutlich bevorzugt, elektrikums und stellt einen Bestandteil der kristalli- Im allgemeinen sollte kein Teilchen m diesen Glänen Phase dar. Die Glasmassen enthalten 25 bis sern mit bevorzugter Teilchengroße 44 Mikron uber-40Gewichtsprozent Kieselsäure. steigen, d.h., daß die Teilchen durch ein 325-Ma-
Titandioxid ist der Kristallisationskatalysator und schen-Sieb (US.-Standardsieb-Skala) hindurchtreten
steL't ebenfalls einen Bestandteil der kristallinen 20 sollten. Die in den Beispielen verwendeten Teilchen
Phase dar. Der Titandioxidanteil der Glasmasse be- hatten eine wirksame Oberfläche von etwa 1 bis
trägt 5 bis 15 »/0. 2 mVg.
Aluminiumoxid ist ein Bestandteil der primären Die erfindungsgemäßen Glasmassen werden in
Kristallphase, die sich bei der Wärmebehandlung bil- herkömmlicher Weise als Film auf vorgebrannte, me-
det (Celsian). Aluminiumoxid liegt in einer Menge 25 tallisierte, keramische, dielektrische Substrate durch
von 7 bis 12 0/0 des Glases vor. Bariumoxid und Zink- Wärmebehandlung aufgebracht. Im allgemeinen wer-
oxid befinden sich in der gebildeten Kristallphase den vorzugsweise Siebschablonierungsmethoden an-
und liegen in einer Menge von 12 bis 30 «/0 bzw. 10 gewandt. Die Masse wird als feinzerteiltes Pulver
bis 26°/o des Glases vor, wobei die Gesamtmenge entweder trocken oder in Form einer Dispersion in
dieser Oxide im Bereich von 30 bis 40 »/0 liegt. Die 30 einem inerten, flüssigen Träger aufgedruckt. Als Trä-
Oxide tragen zu der Fähigkeit dieser Glasmassen bei, ger kann jede beliebige inerte Flüssigkeit verwendet
bei niedriger Temperatur wärmebehandelt werden zu werden. Wasser oder irgendeine von verschiedenen
können. organischen Flüssigkeiten können mit oder ohne
Calciumoxid liegt zur Erniedrigung des Schmelz- Verdickungsmittel und/oder Stabilisierungsmittel
Punktes des Glases in einer Menge von 2 bis 10°/o 35 und/oder andere gewöhnliche Zusatzstoffe als Träger
des Glases vor, damit das Glas in herkömmlichen verwendet werden. Beispielhaft für die organischen
Öfen ohne Schwierigkeit geschmolzen werden kann. Flüssigkeiten, welche verwendet werden können, sind
Es stellt auch einen der Bestandteile der kristallinen die aliphatischen Alkohole; Ester solcher Alkohole,
Phase CaTiSiO5 dar. z. B. die Acetate und Propionate; Terpene, wie Kie-
Boroxid (2 bis 8 Vo) liegt in dem Glas als Viscosi- 4° fernöl, α- und /Ϊ-Terpineol, Lösungen von Harzen,
tat herabsetzendes Mittel vor. Fakultativ sind MgG wie die Polymethacrylate niederer Alkohole, oder
(0 bis 4 Vo) und Bi2O3 (0 bis 4 «/0), wobei die bevor- Lösungen von Äthylcellulose in Lösungsmitteln, wie
zugten und optimalen Mengenanteile all dieser Glas- Kiefernöl, und der Monobutyläther des Äthylengly-
bestandteile in der Tabelle I angegeben sind. kolmonoacetats. Zur Förderung eines raschen Erhär-
Es versteht sich, daß andere Bestandteile vorliegen 45 tens nach dem Aufbringen auf das Substrat kann der
können, die bei der Herstellung der erfindungsgemä- Träger flüchtige Flüssigkeiten enthalten oder aus sol-
ßen Glasmassen und folglich der erfindungsgemäßen, chen bestehen. Andererseits kann der Träger auch
teilweise kristallisierten Überkreuzungsdielektrika Wachse, thermoplastische Harze oder dergleichen
verwendet werden können und keine stark ungünsti- Stoffe enthalten, die thermofluid sind, so daß die
gen Wirkungen ausüben. 50 Dispersion bei erhöhter Temperatur auf ein verhält-
Die erfindungsgemaßen Glasmassen werden aus nismäßig kaltes, keramisches Substrat aufgebracht
geeigneten Oxidchargenmassen (oder Oxidvorläu- werden kann, worauf die Glasmasse sogleich erhär-
fern) hergestellt, indem irgendeine geeignete Char- tet.
genmasse, velche die vorgeschriebenen Verbindun- Das Verhältnis von inertem Träger zu Feststoffen
gen in den vorgeschriebenen Mengenverhältnissen 55 kann bei der vorliegenden Erfindung beträchtlich va-
liefert, geschmolzen wird. Metalloxide bilden stabile riieren und hängt von der Methode, nach der die
Gläser, wenn sie aus dem geschmolzenen Zustand Dispersion aufgebracht werden soll, und der Art des
unter Herstellung der Gläser abgeschreckt werden. verwendeten Trägers ab. Im allgemeinen werden 0,4
Es kann eine physikalische Mischung von Metalloxi- bis 9 Gewichtsteile Feststoffe je Gewichtsteil Träger
den oder Oxidvorläufern, wie Metallhydroxiden oder 60 zur Herstellung einer Dispersion der gewünschten
-carbonaten, verwendet werden. Die bei der Herstel- Konsistenz verwendet. Vorzugsweise werden 2 bis
lung der Gläser zu verwendende Chargenmasse wird 4 Teile Feststoffe je Teil Träger verwendet,
zunächst durchmischt und dann aufgeschmolzen, so Wie oben angegeben, werden die Überkreuzungs-
daß sich ein praktisch homogenes, fließfähiges Glas massen auf vorgebrannte, keramische Substrate (mit
ergibt. Die Temperatur, die während dieser Schmelz- 65 darauf aufgebrachten, vorgebrannten Metallisierun-
stufe eingehalten wird, ist nicht kritisch, liegt aber gen) aufgedruckt, und danach wird das bedruckte
üblicherweise innerhalb des Bereichs von 1450 bis Substrat wieder wärmebehandelt, um das erfindungs-
1500° C, so daß eine rasche Homogenisierung der gemäße Glas kristallisieren zu lassen, so daß man die
obenerwähnten, teilweise kristallisierten Überkreuzungsdielektrika erhält. Im allgemeinen wird das Glas hierzu im Temperaturbereich von 800 bis 950° C wärmebehandelt. Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung bei einer Spitzentemperatur von 875 bis 900° C im typischen Falle während insgesamt 45 Minuten ausgeführt, wobei man die Temperatur 10 Minuten lang bei dem Spitzenwert hält.
Im allgemeinen wird bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung e;ne geeignete Chargenmasse aus Oxiden oder Oxidvorläufern zur Herstellung von Gläsern verwendet, die dann zu siebdruckbaren Massen gemahlen (und fakultativ in einem Träger dispergiert) werden. Es ist möglich, etwas von den tabellarisch angegebenen, speziellen Beispielen abzuweichen, vorausgesetzt, daß die so hergestellten Glasmassen Bestandteile innerhalb der in der Tabelle I vorgeschriebenen Gewichtsprozentbereiche aufweisen.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfol- ao genden Beispiele veranschaulicht. In den Beispielen und an anderen Stellen in der Beschreibung sind alle Teile, Verhältnisse und Prozentzahlen der Stoffe oder Bestandteile auf Gewicht bezogen.
Beispiele 1 bis 11
Die Gläser der Tabelle II wurden, wie nachstehend angegeben, in Frittenform aus den jeweiligen Chargenmassen der Oxide oder Oxidvorläufer, wie der Carbonate oder Hydroxide, hergestellt. Kieselsäure, Titanoxid, Tonerde und Zinkoxid speziell wurden als Oxide eingeführt. Boroxid wurde als Borsäure eingeführt, Bariumoxid als Bariumcarbonat, Calciumoxid als Calciumcarbonat und Magnesiumoxid als Magnesiumcarbonat.
Die trockenen Chargenbestandteile wurden ausgewogen, gründlich durchmischt und in einen Aluminiumsilikat-Tiegel bei 600° C eingefüllt. Der Tiegel wurde mit dem Tiegelinhalt in einen elektrischen Ofen gestellt und im Verlauf von nur 3 Stunden von Zimmertemperatur bis auf 1450 bis 1500° C erhitzt und etwa V2 Stunde lang bei der Spitzentemperatur gehalten, bis sämtliche Gasentwicklung aufgehört hatte und der Inhalt klar und durchsichtig war. Tiegel und Tiegelinhalt wurden aus dem Ofen herausgenommen, und der Inhalt wurde langsam in kaltes Wasser gegossen. Die durch dieses Verfahren gebildete Fritte wurde in ein Kugelmühlengefäß mit keramischen Kugeln und Wasser gebracht und (etwa 16 Stunden) gemahlen, bis das Produkt durch ein 325-Maschen-Sieb (US.-Standardmaschen) hindurchtrat. Die Aufschlämmung wurde auf Papier im Vakuum filtriert, und das feste Produkt wurde getrocknet. Der getrocknete Kuchen wurde dann mikropulverisiert, um die trocknenden Aggregate aufzubrechen.
Jedes der feinzerteilten Gläser 1 bis 11 wurde in einem Träger aus lO°/o Äthylcellulose und 90Vo ß-Terpineol dispergiert. In manchen Fällen wurden zur Einstellung der Viskosität der Dispersion geringe Mengen Erdöl (279,4° C Siedepunkt, Magie-Öl) verwendet. 3 Gewichtsteile Glas wurden je Teil Träger verwendet.
Die jeweiligen Dispersionen der dielektrischen Masse wurden dann jeweils zweimal (200-Maschen-Sieb) auf vorgebrannte, metallisierte, keramische Aluminiumoxid-(96 °/o-)Substrate, die mit einem Leiter aui> 1 Teil und 2 Teilen Silber metallisiert worden waren, gedruckt und nach jedem Druckvorgang getrocknet. Dann wurden zwei Elektrodenmetallisierungen aufgedruckt, welche die Grundmetallisierungen an demjenigen Punkt kreuzten, an dem die dielektrischen Massen aufgedruckt worden waren. Die Zusammensetzung der oberen Elektrode war gleich derjenigen der Grundelektrode auf jedem Substrat. Das Überkreuzungsdielektrikum und die obere Elektrode wurden dann in einem herkömmlichen Förderbandofen unter Anwendung eines 45-Minuten-Zyklus bei 850 bis 900° C zusammen wärmebehandelt, wobei in der Mitte des 45-Minuten-Zyklus etwa 10 Minuten bei der Spitzentemperatur eingehalten wurden. Das gebrannte Überkreuzungsdielektrikum war etwa 0,0508 mm dick.
Tabelle Π Glaszusammensetrang
Bestandteil 1 2 3 4 5 Beispiel Nr. 7 30 9 10 11
30 30 30 30 30 6 I 30 8 30 30 30
SiO2 8 10 8 8 8 30 10 10 8 8 8
TiO2 10 10 10 10 10 8 10 26 10 10 10
Al2O, .... 12 12 12 12 26 12 26 10 26 26 12
BaO 26 24 24 22 10 12 12 10 10 12 26
ZnO 6 6 6 10 6 24 6 4 8 8 8
CaO 8 8 8 8 8 6 4 2 4 2 2
B2O, — — 2 — 2 8 2 — 2 — —
MgO — — — — — — — 2 4 4
Bi2O3 .... —
Die dielektrischen Schichten wurden dann wie folgt auf Porosität geprüft, und es wurde gefunden, daß sie dicht waren: Auf der gebrannten Fläche des Dielektrikums wurde 5 Minuten lang Tinte ausgebreitet, und dann wurde das Dielektrikum 1 Minute lane in fließendem Wasser gewaschen. Es wurde beobachtet, daß das Dielektrikum nicht fleckig ge worden war.
Jedes Produkt war, wie gefunden wurde, dicht und bei keinem Produkt war die obere Elektrode ein gesickert.
Für die Produkte der Beispiele 1 bis 7 wurden dii
Dielektrizitätskonstanten bestimmt. Die Kapazität (C) in Picofarad wurde bestimmt, und die Dielektrizitätskonstante (K) wurde dann wie folgt errechnet:
K =
Ct
0,224 -A
Hierbei bedeuten t und A die Dicke und den Flächeninhalt des Dielektrikums in Zoll (2,54 cm). Die durchschnittlichen Werte für 4 in gleicher Weise wiederholte Versuche (in Beispiel 7 für 5 in gleicher Weise wiederholte Versuche) waren die in der Tabelle III angegebenen.
Tabelle III
Beispiel Kapazität (pf) Dielektrizitäts
konstante
1 38,8 11,3
2 43,7 12,4
3 37,3 10,9
4 33,9 10,4
5 34,1 9,9
6 34,1 10,6
7*)(1) 35,4 12,4
7*) (2) 40,5 14,0
♦) Zwei Reihen; (1) bei 8500C wärmebehandelt und (2) bei 880° C wärmebehandelt.
Vergleichsversuch A
Das Beispiel 7 (2) wurde bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 880° C mit der Abänderung
wiederholt, daß das PbO enthaltende Glas des Beispiels 2 der US-PS 36 56 984 zum Drucken des Überkreuzungsdielektrikums verwendet wurde. Das Glas enthielt 27% SiO0, 11 %> Al2O3, 32°/o PbO, 8Vo
BaO, 10 Vo ZnO und 12 Vo TiO2. Es wurden bedeutend schlechtere Eigenschaften erhalten als die für die erfindungsgemäßen Massen oben angegebenen. Die auf 5 Versuchen beruhende, durchschnittliche Dielektrizitätskonstante speziell betrug 20,4 (durch-
schnittliche Kapazität 68,2).
Vergleichsversuch B
Die Arbeitsweise der Beispiele 1 bis 11 wurde unter Verwendung einer nicht erfindungsgemäßen Glas-
masse wiederholt. Die Glaszusammensetzung war 33 Vo SiO,, 10 Vo TiO„, 10 Vo Al2O3, 12 Vo BaO, 5 V« ZnO, 90/0 CaO, 10 "/0B2O3, IVo MgO und 10V1 Bi2O3. Das Glas enthielt kein PbO und lag infolgedessen auch außerhalb der US-PS 36 56 984. Das wärmebehandelte Gebilde war nutzlos, da das Dielektrikum zu weich war (es wies weniger als 20Vo Kristalle auf) und die obere Elektrode während des gemeinsamen Wärmebehandeins der oberen Elektrode und des Dielektrikums in das Dielektrikum einsanl (durch das Einsinken der Elektrode wurde die Lotbarkeit der oberen Elektrode aufgehoben).
Wenn es in dem Anspruch und sonst in der Beschreibung heißt, daß die erfindungsgemäßen Glasmassen im wesentlichen aus Glasbestandteilen in bestimmten Mengenanteilen bestehen, so bedeutet dies daß bis zu etwa 5 Vo anderer normaler Glasbestandteile zugegen sein dürfen, welche die grundlegenden neuartigen Eigenschaften der hergestellten Überkreu zungen nicht beeinflussen.

Claims (1)

  1. monolithisches Mehrschiciitengebilde, das als sein Patentansprach: eigenes Substrat dient
    Eine dielektrische Überkreuzungsmasse ist im we-
    Feinzerteilte Glasmasse, die für die Herstel- sentlichen ein Isolator mit niedriger Dielektrizitätslung von gedruckten dielektrischen Schichten 5 konstante, der in der Lage ist, zwei Leitermuster zwischen Leitermustem auf einem dielektrischen durch mehrere Wärmebehandlungsstufen hindurch Substrat geeignet ist und beim Wärmebehandeln zu trennen. Als das Dielektrikum wurden hocheinen dichten Glaskeramikkörper bildet, der eine schmelzende, viskose Glaser verwendet, so daß die in einer glasartigen Matrix dispergierte, kiristal- Wärmebehandlung der oberen Leiterzelle unterhalb line Phase mit Celsian als Hauptbestandteil ent- io derjenigen Temperatur durchgeführt werden kann, hält, dadurch gekennzeichnet, daß zur bei der ein Erweichen des Dielektrikums eintritt Erzielung von Mehrschicht-Schaltungsanordnun- Schmelzen oder Erweichen des Überkreuzungsdielekgen mit'niedrigen Dielektrizitätskonstanten die trikums wird von einem Kurzschluß der beiden genannte Glasmasse aus Leitermuster gegeneinander mit nachfolgendem Ver-
    i5 sagen des elektrischen Kreises begleitet. Das Haupt-
    25 bis 40 Gewichtsnrn/ent SiO erfordernis für ein Überkreuzungsdielektrikum ist die
    25 bis 40 Gewichtsprozent SiO2, Kontrolle des Wiedererweichens oder der Thermo-
    5 bis 15 Gewichtsprozent TiO2, plastizität in der Stufe, in welcher der obere Leiter
    7 bis 12 Gewichtsprozent Al2O3, wärmebehandelt wird. Andere Erfordernisse bezüg-
    10 bis 30 Gewichtsprozent BaO, ao lieh der Eigenschaften sind: (a) niedrige Dielektrizi-
    10 bis 26 Gewichtsprozent ZnO, tätskonstante, um eine kapazitive Wechselstrom-
    2 bis ,0 Gewicht, CO, SSKiS&iÄ £ S&Si
    2 bis 8 Gewichtsprozent B2O3, niedriger elektrischer Verlust (hoher Q-Wert), um di-
    0 bis 2 Gewichtsprozent MgO, a5 elektrische Erhitzung zu vermeiden, (c) geringe Nei-
    O bis 4 Gewichtsprozent Bi2O3 gung zur »Feinlunkerbildung« und geringe Neigung
    zur Entwicklung von Gasen bei der Wärmebehand-
DE2330381A 1972-06-14 1973-06-14 Feinzerteilte, beim Wärmebehandeln einen dichten Glaskeramikkörper bildende Glasmasse zur Erzielung von Mehrschicht-Schaltungsanordnungen mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten Expired DE2330381C3 (de)

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