DE2444639A1 - Dickschicht-leiterbahnpaste - Google Patents

Dickschicht-leiterbahnpaste

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DE2444639A1 DE19742444639 DE2444639A DE2444639A1 DE 2444639 A1 DE2444639 A1 DE 2444639A1 DE 19742444639 DE19742444639 DE 19742444639 DE 2444639 A DE2444639 A DE 2444639A DE 2444639 A1 DE2444639 A1 DE 2444639A1
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Description

Die Erfindung "betrifft eine Dickschicht-Leiterbahnpaste bestehend aus einer Suspension eines Metalle und Glasfritte enthaltenden Purvergemisches in einem organischen Trägermedium.
Derartige Dickschicht-Leiterbahnpasten sind beispielsweise aus »Metall» 24. Jahrgang, Febr. 1970, Heft 2, Seiten 118 bis 122 bekannt. Allen diesen Pasten ist gemeinsam, daß sie Pulver gut leitender Metalle v/ie Silber oder Palladium enthalten, Zur Herstellung von Leiterbahnen werden diese Dickschicht-Leiterbahnpasten, beispielsweise im Siebdruckverfahren, auf einen Glas- oder Keramikträger aufgebracht, getrocknet und dann einem Brennproseß unterzogen. Neben den Leiterbahnen können auf dem Glas- oder Keramikträger auch gedruckte Bauelemente, wie Widerstände oder Kondensatoren, ausgebildet werden, ferner können durch Zwischenschaltung entsprechender Isolierebenen Schaltungsträger mit mehreren Leiterbahnebenen aufgebaut werden.
Die bekannten Dickschicht-Leiterbahnpasten besitzen eine starke Diffusionsneigung, d.h. bestimmte Bestandteile dringen in angrenzende Schichten ein. Diffundieren leitende Bestandteile der Dickschicht-Leiterbahnpasten in die dielektrischen Schichten von Kondensatoren oder in die Isolierebenen mehrlagiger Schaltungsträger, so besteht die Gefahr, daß Kurzschlüsse auftreten. Durch Mikroporen und feine Risse in den isolierenden Schichten wird diese Gefahr noch erheblich verstärkt. Die Bildung von Diffusionsζonen zwischen Dickschicht-
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Leiterbahnen und aufgedruckten Widerständen ist ebenfalls unerwünscht, da hierdurch der Widerstandswert verändert wird und eine genaue Berechnung der Widerstände sehr erschwert wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dickschicht-Leiterbahnpaste zu schaffen, die nur eine geringe Diffusionsneigung aufweist.
Erfindungsgemäß -wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Dickschicht-Leiterbahnpaste der eingangs genannten Art wenigstens 95 Gew.-^ des Pulvergemisches aus 4 bis 10 Gew.-56 Silber,
47 bis 55 Gew.-^ Aluminium und
41 bis 44 Gew.~?S Glasfritte bestehen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis sugrunde, daß eine Dickschicht-Leiterbahnpaste, deren feste Bestandteile zu wenigstens 95 Gew.-^ aus Silber, Aluminium und Glasfritte bestehen, eine auffallend geringe Diffusionsneigung aufweist, sofern diese Komponenten in bestimmten Mischungsverhältnissen vorliegen. Bis zu 5 Gew.-$ der festen Bestandteile können aus bekannten Zusätzen bestehen, ohne daß die Diffusionsneigung wesentlich verstärkt wird. Als fester Zusata kann beispielsweise Wismutoxid (Bi2O5) Verwendung finden. Das Wismutoxid wirkt hierbei als Flußmittel, das eine bessere Benetzung und Haftung auf einer Unterlage herbeiführt.
Da "bekannte Dickschicht-Leiterbahnpasten sine starke Diffusionsneigung aufweisen, wird die geringe Diffusionsneigung der erfindungsgemäßen Dickschicht-Leiterbahnpaste auf die Anwesenheit des Aluminiums und auf die Bildung von Reaktionsprodukten des Aluminiums mit der Glasfritte zurückgeführt. Die genaue Beschaffenheit dieser Reaktionsprodukte, die beim Brennen der Dickschicht-Leiterbahnpaste entstehen, ist nicht
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"bekannt. Es wird jedoch vermutet, daß ihre Bildung durch da3 Silber katalysiert wird. Obwohl die erfindungsgemäße Dickschicht-Leiterbahnpaste bei Temperaturen zwischen 850 und 10500C eingebrannt wird, findet während des Brennprozesses überraschenderweise keine Entmischung statt. Da der Schmelzpunkt dea Aluminiums bei ca. 659°G liegt, wäre zu erwarten, daß das Aluminium schmilzt und sich in Form kleiner Kügelchen an der Oberfläche der aufgedruckten Strukturen abscheidet.
Neben der geringen Diffusionsneigung hat die erfindungsgemäße Dickschicht-Leiterbahnpaste den Vorteil, daß sie kein Lot annimmt und mit bekannten Dickschicht-Leiterbahnpasten bzw. Dickschicht-Widerstandspasten kompatibel ist. So können beispielsweise bei Eybridschaltungen diejenigen Stellen, die später von einem Lot benetzt werden sollen, mit einer lötfähigen Dickschichtpaste überdruckt v/erden. Beim Yerzinnen im Schwall- oder Tauchbad werden dann nur die überdruckten Bereiche vom Lot benetzt, während die übrigen mit der erfindungsgemäßen Dickschicht-Leiterbahnpaste hergestellten Leiterbahnbereiche nicht benetzt werden. Die Gefahr der Bildung von Lotbrücken zwischen den Leiterbahnen wird hierdurch ausgeschlossen. Außerdem können bei Schaltungen mit Anschlußflächen zum Anlöten von Halbleiterbausteinen in Plip-Ohip-Technik die aufgedruckten Anschlußflächen selektiv mit Lot belegt werden, so daß gleichmäßig geformte Lotkuppen entstehen. Das Aufdrucken eines lotabweisenden Dammes, der die Anschlußflachen zu den Leiterbahnen hin abgrenzt, ist somit nicht mehr erforderlich.
Vorzugsweise werden die Mischungsverhältnisse derart festgelegt, daß wenigstens 95 Gew.-^ des Pulvergemisches aus 4 Gew.-JS Silber,
55 Gew.-^ Aluminium und
41 Gew.-^ Glasfritte bestehen.
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Heben der äußerst geringen Diffusionsneigung weist eine derart zusamraengesetzte Dickschicht-Leiterbahnpaste einen besonders geringen Plächenwiderstand auf.
Bei einer be?/ozrugten Ausführungsform der erfisidungsgemäßen Bickschicht-Leiterbahnpaate betragen die Korngrößen des Silberpulvers und des Aluminiumpulvers mindestens 6 /um und höchstens 20/um. Die unteren und oberen Grenzen der Korngrößen sind hierbei so gewählt, daß beim Brennprozeß keine unerwünschte Oxydation auftritt und daß die Dickschicht-Leiterbahnpaste leicht zu verarbeiten ist. .
Im folgenden v/erden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert.
Als Zwischenprodukt zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Dickschicht-Leiterbahnpaste wurde zunächst eine Silberpaste hergestellt, Hierzu v/urden 70 Gew.-$ Silberpulver mit Xorngrö*ßen unter 10 /um und 4,5 Gew.-^ Borosilikatglas~Pulver mit einem organischen Trägerniedium vermischt. Als organisches Trägermedium wurde eine Lösung von 10 $ A'thylcellulose in Terpineal-Isomerengsmisch verwendet. Das Verhältnis der feststoffe zu dem zähflüssigen organischen Trägersedium v/ar mit etwa 3 : 1 bis 4 : 1 festgelegt. Das so hergestellte Zwischenprodukt entspricht etxva handelsüblichen Silberpasten.
Anschließend wurde 1 G-ewichtsteil dieser Silberpaste, 10 Gewichtsteile Aluminiumpulver mit Korngrößenszwischen 6/um und 20/um, 5,7 Gewichtsteile Borosilikatglas-Pulver mit Korngrößen zwischen 30 /um und 5/um und 6 Gewichtsteile eines organischen Trägermediuiü3 vermischt und auf einem Walzenstuhl homogenisiert. Als organisches Trägermedium wurde wieder die bereits vorstehend erwähnte Lösung von 10 $> Äthylcellulose in Terpineol-Isomerengemisch verwendet.
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ITach dem Homogenisieren war die Dickschicht-Leiterbahnpaste in ihrer Viskosität bereits so eingestellt, daß sie in Siebdruckverfahren verarbeitet werden konnte. Mit Hilfe einer entsprechenden Siebdruckschablone wurden gemäß Figur 1 auf einem Keramikträger 1 Leiterbahnen 2 aufgedruckt. Nach dem Trocknen der aufgedruckten Dickschicht-Leiterbahnpaste wurde der Keramikträger-1 in einen Durchlaufofen eingebracht. Das Einbrennen erfolgte bei einer Durchlaufzeit von 10 Minuten, wobei die Spitzentemperatur von 10000G in einer Zeit von 2 Minuten durchfahren wurde. Während des Brennvorgangeü wurde der Durchlaufofen mit Luft gespürt. Anschließend wurde auf dem Keramikträger 1 zur Bildung von Widerständen 3 und 4 eine handelsübliche Widerstandspaste aufgedruckt, getrocknet und bei Spitsentemperatüren von 8500G eingebrannt. Zur Bildung von lötfähigen Bereichen 5 auf den Leiterbahnen 2 wurde eine handelsübliche Silber-Palladium Leiterbahnpaste aufgedruckt, getrocknet und bei Spitzentemperaturen von 8500C eingebrannt. Da die Leiterbahnen 2 und die Widerstände 3 und 4 kein Lot annehmen, können die lötfähigen Bereiche 5 im Schwall- oder Tauchbad selektiv mit lot belegt werden.
Figur 2 zeigt einen Schnitt gemäß der Linie II-II der Figur In diesem Schnitt ist zu erkennen, daß der Widerstand 4 auf dem Keramikträger 1 aufgebracht ist und die Enden der zugehörigen Leiterbahnen 2 überlappt und daß die lötfähigen Bereiche 5 auf die Leitei"bahnen 2 aufgedruckt sind. An den TJberlappungsstellen der Leiterbahnen 2 und des Widerstandes 4 bildet sich nur eine äußerst geringe Diffusionszone aus, so daß der Formfaktor der aufgedruckten Widerstandsschicht nahezu gleich 1 ist. Dies bedeutet, daß die Widerstände 3 und 4 bei konstanter Dicke lediglich vom Länge-Breite-Verhältnis abhängig sind und sehr exakt berechnet werden können. Der Flächenwiderstand der Leiterbahnen 2 entspricht mit 30 ιλ. etwa dem Flächenwiderstand bekannter Silber-Palladium-Leiterbahnpasten.
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Beispiel 2
Zur Kernteilung einer erfiiidungsgesiäßen Dickschicht-Leiterbahnpaste wurden 7 Ge\i.-i/o Silberpulver mit Korngrößen unter 10/UEi, 34 Gev/.--$ Glaspulver mit Korngrößen unter 30/um, 21 G-ev/.~5& Aluminiumpulver mit Korngrößen zwischen 6 und 10/Uin, 15j6 Gew.-$ Aluraihiurapiilver mit Korngrößen unter 20/um und 22,4 Crew.-$ de ο in Beispiol 1 genannten organiscb-sa Trägermediuüis eingev/ogen und auf einem Walzenstuhl homogenisiert. Die Weiterverarbeitung kann wie bei der in Beispiel 1 beschriebenen Dickschicht-loiterbahnpaste erfolgen.
2 Eiguren
3 Patentansprüche
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BAD ORIGINAL

Claims (3)

-7- 24U639 Patflntansprüclie
1.) Dickschich.t--Leiterbah.npas te 1Oestehend aus einer Suspension eines Metalle und Glasfritte enthaltenden Pulvergeiaisches in einem organischen Trägermediura, dadurch g e k e η η zeichnet , daß wenigstens 95 G-ew.-~$> des Purvergemisches aus
4 bis 10 Gew.-$ Silber,
bis 55 Gew.-$ Aluminium und
bis 44 Ge"w.-$ Glasfritte bestehen.
2. Dickschicht-Leiterbahnpaste nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß v/enigstens 95 Gew.-^ des Pulvergemisches aus 4 Gsw.-^ Silber, 55 Gew.-^ Aluminium und 41 Gew.-^ Glasfritte bestehen.
3. Dickschicht-Leiterbahnpaste nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Korngrößen des Sirberpulvers und des Aliirainiumpulvers mindestens 6 /um und höchstens 20/um betragen.
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L e e r s e i t e
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US05/611,793 US4039721A (en) 1974-09-18 1975-09-09 Thick-layer conductor path pastes
FR7527872A FR2285688A1 (fr) 1974-09-18 1975-09-11 Pate pour piste conductrice epaisse
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