DE2445140A1

DE2445140A1 - Dielektrische schichten mit niedriger dielektrizitaetskonstante in mehrschichtenstrukturen

Info

Publication number: DE2445140A1
Application number: DE19742445140
Authority: DE
Inventors: Rudolph John Bacher
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1973-09-21
Filing date: 1974-09-20
Publication date: 1975-04-10
Also published as: JPS5058555A; FR2245062A1; SE7411812L; US3821611A; IT1022175B

Description

Dielektrische Schichten mit niedriger Dielektrizitätskonstante in Hehrschichtenstrukturen

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Vorrichtungen und insbesondere dielektrische Schichten in mehrschichtigen Dickfilmstrukturen. /

Elektronische Dickfilmstrukturen werden hergestellt, indem eine Paste oder Dispersion von anorganischen Pulvern auf ein dielektrisches Substrat aufgedruckt (nach Sieb- oder Schablonenmethoden) und dann das bedruckte Substrat gebrannt wird, um das aufgedruckte Muster zu sintern oder härten ' und die gewünschte elektronische Funktion zu schaffen. Die Paste kann eine Leiter-, Widerstands-, Thennistormasse, eine dielektrische Masse usw. sein. Mehrschichtige Dickfilmstrukturen können durch aufeinanderfolgendes Aufdrucken einer Reihe

- 1 509815/0893

el uz 2445H0

'•l-

von Leiter- und Dielektrikaschichten auf ein Substrat und Brennen der Schichten hergestellt werden. Eine spezielle Ausführungsform ist diejenige, die man dadurch erhält, dass man ein erstes oder Grundleitermuster (Elektrode) auf das Substrat aufdruckt, dann über einen Teil der Elektrode einen dielektrischen Puffer und dann eine zweite oder obere Elektrode auf das Substrat aufdruckt, die das Grundmuster bei dem dielektrischen Puffer überkreuzt. Alle Schichten können zusammen gebrannt werden, oder sie können, wenn gewünscht, nacheinander gebrannt werden.

Der zuvor erwähnte dielektrische Puffer wird aus einer

Masse gedruckt, die als "dielektrische Überkreuzungsmasse¹¹ bezeichnet wird. Eine dielektrische Uberkreuzungsmasse ist im wesentlichen ein Isolator mit niedriger Dielektrizitätskonstante, der in der Lage ist,, zwei Leitermuster durch.mehrere Brennschritte zu trennen. Hoch-schmelzende, viscose Gläser wurden als das Dielektrikum verwendet, so dass das Brennen der oberen Leiterlinie bei einer Temperatur unterhalb derjenigen, bei der das Dielektrikum erweicht, durchgeführt werden kann. Ein Schmelzen oder Erweichen des Uberkreuzungsdielektrikums ist von einem Kurzschluss der beiden Leitermuster gegeneinander begleitet, der ein Versagen der elektrischen Schaltung zur Folge hat. Auch tritt häufig ein Reissen und Abschälen des oberen Leiters ein. Die Hauptbedingung für ein Überkreuzungsdielektrikum ist die Kontrolle des Wiedererweichens oder der Thermoplastizität in der Brennstufe, während der der obere Leiter gebrannt wird. Andere Eigenschaftbedingungen sind eine niedrige Dielektrizitätskonstante, um Wechselstromkapazitätskupplung zwischen isolierten Schaltkreisen zu verhindern; niedriger elektrischer Verlust (hoher Q-Wert), um eine dielektrische Erhitzung zu vermeiden; herabgesetzte Neigung zum "Pinholding"; herabgesetzte Neigung zur Gasentwicklung während des Brennens; eine richtige Glaserweichungstemperatur (oder Erweichungstemperatur des Glas-Keramik-Vorläufers), damit die Anfangsbrennstufe an das Di ckfilmbrennverfahren (im typischen Falle unterhalb 1000 ) an-

509815/0893

ei 42 2U5U0

passbar ist; eine gute Beständigkeit gegen Thermoschockhaarrissbildungj und eine geringe Empfindlichkeit gegen Wasserdampf und die nachfolgenden elektrischen Verluste.

Glaskeramische Stoffe wurden kürzlich als dielektrische Überkreuzungsmassen verwendet. Ein glaskeramischer Stoff ist ein durch teilweise Kristallisation eines Glases in situ hergestellter, keramischer Stoff. Diese Kristallisation umfasst üblicherweise die Zugabe eines kernbildenden oder die Kristallisation fördernden Mittels zu einer glasbildenden Partie, das Aufschmelzen der Partie, das gleichzeitige Verformen und Abkühlen der Schmelze zu einem (nicht-kristallinen) Glaskörper und die nachfolgende Hitzebehandlung des "sich ergebenden Körpers, damit bewirkt wird, dass der Glaskörper in einen Körper umgewandelt wird, der aus feingekörnten Kristallen besteht, die praktisch homogen statistisch überall in einer glasartigen Matrix verteilt sind. Die Kristalle machen einen Hauptanteil des Körpers aus (mindestesn 20 Gew.%). Der kristalline Aufbau des Körpers führt üblicherweise zu physikalischen Eigenschaften, die beträchtlich von denjenigen des ursprünglichen Glaskörpers abweichen. Da der Körper ursprünglich ein Glas war, kann er jedoch unter Anwendung herkömmlicher Methoden der Glasverformung in fast jede beliebige Konfiguration gebracht werden.

Derartige glaskeramische Stoffe sind in den US-PSen 3 586 522 und 3 656 984 offenbart. Wie jedoch in diesen Patentschriften offenbart ist (siehe Beispiel 23) erhält man mit solchen glaskeramischen Überkreuzungen oft eine Dielektrizitätskonstante von über 13· Derartig hohe K-Verte sind für einige Verwendungszwecke oft unannehmbar. Daher sind Überkreuzungsdielektrika erwünscht, die gute physikalische Eigenschaften aufweisen, wie sie in vermindertem Absinken der Elektrode (während des Brennens) und niedrigeren Dielektrizitätskonstanten zum Ausdruck kommen. Das Absinken der Elektrode ist auf ein Mindestmass zu beschränken oder zu vermeiden, da das Absinken zu höherer Kapazität, verminderter Lötbarkeit der oberen Elektrode, einem möglichen Kurz-

- 3 S 0 9 815/0893

El 42 2U5U0

.f.

schliessen von Leitern und niedrigerem Isolationswiderstand führt.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine mehrschichtige, elektronische Dickfilmstruktur bereitgestellt, die eine neuartige, zweischichtige, dielektrische Lage zwischen zwei Leiter- oder Elektrodenmustern enthält. In denjenigen Fällen, in denen ein Überkreuzungsdielektrikum vorliegt, tritt es an mindestens einer Stelle in Erscheinung, wo die Leiter (Elektroden) einander überkreuzen. Es werden zwei unterschiedliche dielekrische Massen verwendet, die übereinander gedruckt werden. Das sich ergebende Überkreuzungsdielektrikum kann sowohl eine niedrige Dielektrizitätskonstante (unterhalb 7 und oft im Bereich von 4 bis 7) als auch vermindertes Einsinken der oberen Elektrode aufweisen, d. h. die obere Elektrode sinkt beim Brennen nicht in das Dielektrikum ein.

Auf dem Gebiet der mehrschichtigen, elektronischen Strukturen, die als aufeinanderfolgende Schichten auf einem keramischen, dielektrischen Substrat eine Grundelektrode auf und haftend an dem genannten Substrat, eine dielektrische Schicht über und haftend an mindestens einem.Teil der genannten Grundelektrode und eine obere Elektrode enthalten, die sich über und haftend an mindestens einem Teil der genannten dielektrischen Schicht ( und infolgedessen als "Dach" über der genannten Grundelektrode) befindet, werden durch die vorliegende Erfindung verbesserte Mehrschichtenstrukturen bereitgestellt, in denen die dielektrische Schicht selbst zwei Teilschichten umfasst: (A) eine der Grundelektrode benachbarte Teilsclaicht, die 5 bis 100 % an einem Borsilikatglas, das mindestens 55 % SiO^ und mindestens 5 % ΒλΟ, umfasst, wobei der Rest des Borsilikatglases eine oder mehrere andere glasbildende Verbindungen ist, und als getrennte Phase 0 bis 95 % an freiem SiO₂ enthält, und (B) eine an (A) haftende, der oberen Elektrode benachbarte, dielektrische Teilschicht, die einen glaskeramischen Stoff darstellt, der mindestens 20 % an Kristallen enthält, die in einer glasartigen Ma-

509815/0893

trix dispergiert sind. Unter freier Kieselsäure in der Teilschicht (A) wird eine Kieselsäure verstanden, die nicht Teil des Glases ist, sondern ungebunden oder ungefrittet ist. Es kann entweder amorphe oder kristalline Kieselsäure sein. Die dielektrische Schicht- kann einen Teil der oder die gesamte Grundelektrode bedecken oder sogar die Kanten der Grundelektrode überlappen und einen Teil des Substrats auch noch bedecken. Die obere Elektrode kann einen Teil der oder die gesamte dielektrische Schicht bedecken; wenn das Dielektrikum eine oder mehrere senkrechte Kanten der Grundelektrode überlappt, kann die obere Elektrode die dielektrische Schicht an diesen Stellen bedecken. Die erfindungsgemässen, dielektrischen Schichten sind infolgedessen sehr nützlich bei der Herstellung von überkreuzungsdi elektrika.

Bevorzugt sind MehrSchichtenstrukturen, in denen die dielektrische Teilschicht (A) ein Borsilikatglas mit einem Gehalt von mindestens 60 % SiO₂ und mindestens 10 % BpO, enthält. Bevorzugt sind auch Mehrschichtenstrukturen, in denen die dielektrische Teilschicht (A) zusätzlich zu diesem Borsilikatglas etwa 10 bis 30 Gew.% SiO₂ als getrennte Phase enthält.

Bevorzugter sind MehrSchichtenstrukturen, in denen die dielektrische Teilschicht (A) sowohl das genannte bevorzugte Borsilikatglas (mindestens 60 % SiO₂ und mindestens 10 % B₂O^) als auch etwa 20 bis 30 Gew.% SiO₂ als getrennte Phase enthält.

Bevorzugtere Mehrschichtenstrukturen sind auch diejenigen, in denen die dielektrische Teilschicht (B) ein gla.skeramischer Stoff ist, der durch Brennen (um teilweise Kristallisation zu bewirken) eines Glases hergestellt wurde, das im wesentlichen aus den in den Tabellen I und/oder II aufgeführten Stoffen in den angegebenen Mengenverhältnissen (auf Gewicht bezogen) besteht. Unter diesen in den Tabellen angegebenen Gläsern befinden sich bevorzugte Gläser.

— 5 "· 5 ü 0 8 1 5 / 0 8

42

■2U5U0

Tabelle I

Bestandteil

SiO PbO

BaO ZnO

SrO ZrJ.

wo₅

CdO SnO₂

Sb₂O₅

Glaszusammensetzungen	Be "To rζugt	32
(,Gew.%0	22 -	42
Brauchbar	22 -	13
20 -	9 -	15
21 -	3 -	12
1 -	4 -	20
2 -	0 -	10
2 -	0 -	4
0 -	0 -	4
0 -	0 -	4
0 -	0 -	4
0 -	0 -	4
0 -	0 -	4
0 -	0 -	4
0 -	0 -
0 -
0 -
- 38
- 45
-25
- 20
- 15
- 25
- 15
- 5
- 5
- 5
LfN
■ 5
- 5
LfN

Tabelle II

Bestandteil	Brauchbar	Bevorzugt	33 %	Optimal
SiO₂	25 - 40 %	30 -	10 %	30 %
TiO₂	5 - 15 °/o	8 -	12 %	8 - 10 %
Al₂O₅	7-12 ^c/o	10 -	26 %	10 %
BaO	10 - 30 %	12 -	26 %	26 %
ZnO	10 - 26 %	10 -	10 %	10 -12 -%*>
CaO	2 - 10 %	6 -	8 %	6 - 10 %
	2 - 8 %	2 -	ο o/	4 %
MgO*"	0 - 2 %	0 -		2 %
Bi₂O,,	0 - 4 %	0 -
LIaO plus ZnO			40 %
iiisp^namt	50 ~ -'K) ■■>	30 -

3 fc' ! ι? / -J -■ J '.*

2U5U0 .7·

Nachstehend werden die Zeichnungen kurz erläutert.

Die Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine mehrschichtige, elektronische Struktur, welche die folgenden, auf ein dielektrisches Substrat 1 aufgedruckten Schichten umfasst: Die Grundelektrode 2, die dielektrische Zwischenschicht 5 und die obere Elektrode 3· ·

Die Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht der Mehrschichtenstruktur der Fig. 1 entlang der Linie 1-1 in der Fig. 1 und zeigt,.dass die obere dielektrische Schicht 5 eine andere dielektrische Schicht 4- bedeckt.

Die Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer Mehrschichtenstruktur, die derjenigen der Fig. 1 und 2 ähnlich ist, nur dass die obere dielektrische Schicht 5 drei Seiten der dielektrischen Schicht 4- vollständig überlappt;

Mit den erfindungsgemässen, gebrannten, dielektrischen Stoffen erzielt man einen vninschenswerten Ausgleich von physikalischen Merkmalen, einschliesslich einer dielektrischen Konstante (K), welche derjenigen einer Borsilikatglasschicht mit niedriger Dielektrizitätskonstante nahekommt, und eines physikalischen Aussehens (und infolgedessen einer verminderten Neigung zum Einsinken der oberen Elektrode), das demjenigen einer glaskeramischen, dielektrischen Schicht gleich ist. Vorausgesetzt, dass keine Wechselwirkung der jeweiligen dielektrischen Schichten während des erfindungsgemässen Brennens erfolgt, ist die Dielektrizitätskonstante des sich ergebenden, gebrannten, zweischichtigen Dielektrikums

	» K	t K₁₊K₂
wobei K,	- K	insgesamt
^K1	= K	der ersten Schicht
K₂		der zweiten Schicht.
		- 7 -
	509815/0893

El t

Die Zusammensetzung der Stoffe, die zur Herstellung der jeweiligen Schichte» in den erfindungsgemässen, dielektrischen Stoffen verwendet werden, ist in dem Sinne wichtig, dass die erfindungsgemässen Massen vor dem Brennen für die Grundschicht ein Borsilikatglas und für die obere Schicht ein Glas-Keramik-Vorläufer sind.

Die zum Drucken der Grundschicht verwendete Masse kann fakultativ vor dem Brennen eine zweite Phase von fein-zerteilter Kieselsäure zusätzlich zu der oben beschriebenen Glasphase enthalten. Die Kieselsäure kann amorph (verschmolzen) oder kristallin sein. Die Kieselsäuremenge kann in Abhängigkeit von der gewünschten Porosität O bis 95 Gew.% der zum Drucken der Grundschicht verwendeten Masse ausmachen. Mindestens 5 % Glasphase liegen vor, damit für die Haftung an das Substrat gesorgt ist. Wenn eine grössere Menge an dieser zweiten Kieselsäurephase verwendet wird (beispielsweise mehr als 30 %), ist es wichtig, dass die obere dielektrische Schicht so aufgedruckt wird, dass sie die dielektrische Grundschicht vollständig überlappt. In diesem Zusammenhang sei auf die obere Schicht 5» welche die dielektrische Grundschicht 4 oben und an den Seiten überlappt, in derPig. J verwiesen.

Die bevorzugte Menge der Kieselsäure in der zweiten Phase, die in der zum Bedrucken der Grundschicht verwendeten Masse vorliegt, beträgt etwa 10 bis 30 %, bezogen auf das Gewicht des gesamten Glases plus Kieselsäure; die optimale Menge ist etwa 20 %. Die Kieselsäure ist kristallin oder amorph.

Der wesentliche Bestandteil der zum Bedrucken der ersten oder dielektrischen Grundschicht verwendeten Masse, nämlich das Borsilikatglas, enthält mindestens 55 % SiO« und mindestens 5 % BpO,, wobei der Rest ein oder mehrere herkömmliche glasbildende Stoffe, die aus der Technik bekannt sind, ist. Bei der Herstellung des Glases nach herkömmlichen Schmelzmethode.n können diese Stoffe der gJasbildenden Partie als das Oxid odor als VoI¹IaUfer desselben (beispielsweise B₀O-, als Η,ΒΟ, ur.w.)

5(39BiBZO B <] <

Λ-

zugeführt werden. Zu solchen typischen Glasbildnern gehören beispielsweise CaO₁ AIpO^, MgO, KoO, Na₂Q usw. Bevorzugte Borsilikatgläser enthalten mindestens 60 % SiOo und 10 % BpO,. Optimale Borsilikatgläser enthalten (a) etwa 70 % SiOo und 30 % BpO, zusammen mit nur geringen Mengen anderer Stoffe oder (b) 55 bis 75 % SiO₂, 5 bis 25 % B₃O₅, O bis 25 % CaO, O bis 25 % Al₂O₃, O bis 10 % MgO, 0 bis 3 % K₂O und 0 bis 3 %

Beim Brennen ergeben sich Kieselsäureteilchen, die in einer Borsilikatglasmatrix verteilt sind.

Das teilweise kristallisierbare Glas (Glas-Keramik-Vorläufer), das zum Bedrucken der zweiten (oberen) dielektrischen Schicht verwendet wird, wird ebenfalls nach herkömmlichen Methoden zum Aufschmelzen von Glaspartien aus den gewünschten Bestandteilen oder deren Vorläufern hergestellt.-Das Glas kann irgendeines der aus dem Stand der Technik bekannten Gläser sein, die beim Erhitzen in situ mindestens etwa 20 % Kristalle (vorzugsweise 20 bis 48 %) in einer glasartigen Matrix ergeben; solche Gläser sind beispielsweise die in den US-PSen 3 586 522, 3 656 984 und 3 785 837 beschriebenen.

Die erfindungsgemäss verwendeten Massen umfassen fein-zerteilte, anorganische Pulver, die in inerten Trägern dispergiert sind. Die Pulver sind genügend fein zerteilt, um in herkömmlichen Sieb- oder Schablonendriickvorgangen verwendet werden zu können, und sind genügend fein zerteilt, damit das Sintern erleichtert wird. Im allgemeinen sind die Pulver so beschaffen, dass sie durch ein 325 Maschen-Sieb (4A Mikron weite öffnungen; U.S.-Standardsieb-Skala) hindurchfallen.

Die Massen werden aus den Feststoffen und Trägern durch mechanisches Vermischen hergestellt. Sie werden in herkömmlicher Weise als Film auf keramische, dielektrische Substrate aufgedruckt. Im allgemeinen werden Sieb- oder Schablonendruckmethoden bevorzugt angewandt.

2445U0

Jede beliebige inerte Flüssigkeit kann als Träger verwendet werden. Wasser oder irgendeine von verschiedenen organischen Flüssigkeiten können mit oder ohne Verdickungsmittel und/oder Stabilisierungsmittel und/oder andere gewöhnliche Zusatzstoffe als. Träger verwendet werden.'Beispielhaft für die verwendbaren organischen Flüssigkeiten sind die aliphatischen Alkohole; Ester solcher Alkohole, beispielsweise die Acetate und Propionate; Terpene, wie Pineöl, Terpineol und dgl.; Lösungen von

Harzen, wie den Polymethacrylaten niedriger Alkohole, oder Athylcelluloselosungen, in Lösungsmitteln, wie Pine-Öl und dem Monobutyläther des Ithylenglykol-monoacetats. Der Träger kann flüchtige Flüssigkeiten enthalten oder aus solchen flüchtigen Flüssigkeiten zusammengesetzt sein, damit das Abbinden nach dem Aufbringen auf das Substrat beschleunigt wird.

Das Verhältnis von inertem, flüssigem Träger zu Feststoffen in den Massen kann beträchtlich variieren und hängt von der Art und Weise ab, in der die Dispersion der Masse in dem Träger· aufgebracht werden soll, und hängt auch von der Art des verwendeten Trägers ab. Im allgemeinen werden 0,2 bis 20 Gew.teile Feststoffe je Gew.-teil Träger zur Herstellung" einer Dispersion der gewünschten Konsistenz verwendet. Bevorzugte Dispersionen enthalten 30 bis 75 % Träger.

Wie oben angezeigt, werden verschiedene Massen auf keramische Substrate aufgedruckt, und danach wird das bedruckte Substrat gebrannt, um die Massen zum Reifen zu bringen (zu sintern), wodurch sich stetige Leiter und zusammenhängende Dielektrika bilden. Obgleich ein beträchtlicher Vorteil erfindungsgemäss dann erzielt wird, wenn die Elektrodenmasse und die dielektrische Masse auf Keramika aufgedruckt und zusamnengebrannt werden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform begrenzt. Die Massen können nämlich aufgedruckt und einzeln gebrannt (gehärtet) werden, bevor die nächstfolgende Schicht aufgebracht wird, wenn dies erwünscht ist.

Das erfindungsgemässe zur Herstellung von Mehrschichtenkonden-

- IC) 5 Ü 9 8 1 ^r; / 0 B 9 3

• AA » ■

satoren verwendete, dielektrische Substrat kann irgendein Dielektrikum sein, das mit der Elektrodemasse und der ausgewählten Brenntemperatur gemäss in der Technik anerkannten Prinzipien verträglich ist. Zu derartigen Dielektrika gehören Tonerde, Bariumtitanat, Bariumzirconat, Bleizirconat, Strontriumtitanat, Calciumtitanat, Calciumzirconat, Bleizirconat, Bleizirconat-titanat usw.

Die Brenntemperaturen, die zum Sintern der Elektroden und Dielektrika und zur teilweiseh Kristallisierung der zweiten dielektrischen Teilschicht (Teilschicht B) angewandt werden, werden je nach der verwendeten Hasse gemäss allgemein in der Technik bekannten Prinzipien ausgewählt. Normalerweise wird eine Hitzebehandlung bei niedriger Temperatur (beispielsweise 100 bis 150 C) angewandt, um das aufgedruckte Muster zu trocknen und Drucklösungsmittel abzutreiben. Danach wird das Sintern (Härten oder Brennen zur Herstellung von stetigen Elektroden oder Dielektrika) bei erhöhten Temperaturen (beispielsweise 850 bis 950° C) entweder in einen Förderbandofen oder einem Kastenofen ausgeführt. Die Temperatur wird auf Grund der thermischen Charakteristika des zu sinternden Materials ausgewählt. Bei Verwendung einer Elektrode beispielsweise liegt die Brenntemperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls, weil ein Schmelzen zu Unstetigkeiten der Elektrode oder dem Verlust der Abgrenzung des aufgedruckten Musters führen würde. Verschiedene Schichten können, wenn gewünscht, zusammengebrannt werden, vorausgesetzt, dass sie zwischen den Druckschritten getrocknet werden.

Die nachfolgenden Beispiele und Vergleichsversuche werden zur Veranschaulichung der Vorteile der vorliegenden Erfindung gebracht. In den Beispielen und auch sonst in der Beschreibung und Ansprüchen Bind sämtliche Teile, Pr ο ζ ent ζ aiii en, Mengenanteile usv c, soweit nicht anders angegeben, auf Gewicht be- zo gen.

- 11 -

509315/0893 BAD ORlGiNAL

EL42 · 2U5U0

Die Bestimmung der Kapazität und des Verlustfaktores erfolgte, indem die gebrannten Mehrschichtenkondensatoren zwischen den Backen einer automatischen RLC-Brücke (General Radio Model Nr. 1683) eingespannt wurden, von der sowohl die Kapazität als auch der Verlustfaktor automatisch abgelesen wurde.

Die Dielektrizitätskonstante wurde aus der Kapazität wie folgt bestimmt:

K= ^{C x} * ■

0,224 χ Α

Hierbei bedeuten t und A die Dicke bzw. die Fläche des Dielektrikums in Zoll (inches).

Beispiele 1 bis 10

Es wurden mehrschichtige Dickfilmstrukturen hergestellt, indem die folgenden Pasten in der angegebenen Reihenfolge auf vorgebrannte Tonerde (96 %)-Substrate aufgedruckt wurden: Eine Grundelektrodenmasse, zwei dielektrische Schichten und eine obere Elektrode in der Anordnung der Fig. 1.

Anorganische Pulver, die genügend fein-zerteilt wurden, so dass sie durch ein Nr. 325-Sieb hindurchfielen, wurden in einem Träger aus 10 % Äthylcellulose und 90 % ß-Terpineol dispergiert. Das Feststoff-Träger-Verhältnis war 7/3· Alle Massen wurden durch ein Nr. 200-Sieb aufgedruckt.

In der Tabelle IV ist die Beschaffenheit der in jedem der Beispiele 1 bis 10 verwendeten Elektroden angegeben. Bei Verwendung von Pd/Ag-Elektroden wurden 2 bis 3 Teile Ag je Teil Pd verwendet, und die Elektrodenfeststoffe enthielten etwa 10 bis 20 % anorganische Bindemittel (Glas und/oder Bi₂O*). Die Goldelektrodenmasse der Beispiele 7 bis 9 enthielt etwa 5 % Bindemittel auf. Feststoffbasis.

- 12 509815/08 9 3

2U5U0

Die Zusammensetzung der in der dielektrischen Grundschicht verwendeten Gläser ist in der Tabelle III angegeben. Die Gläser 1 bis 4- der Tabelle III wurden in den Beispielen 1 bis 4- der Tabelle IV ohne Zusatz einer zweiten freien Kieselsäurephase verwendet. Das Glas 5 der Tabelle III wurde in der dielektrischen Grundschicht der Beispiele 5 his 10 zusammen mit der in Tabelle IV angegebenen Menge an freier Kieselsäure verwendet. Die freie Kieselsäure war amorph. Die kristallisierbaren Gläser in der oberen dielektrischen Schicht waren in den Beispielen 1 bis 10 die nachstehenden (vgl. Tabelle IV): Das kristallisierbare Glas A des oberen Dielektrikums enthielt 50 % SiO₂, 10 % TiO₂, 26 % BaO, 10 % Al₂Ov, 12 % ZnO, 2 % MgO, 4 % B₃O₅ und 6 % CaC Das kristallisierbare. Glas B enthielt 27 % SiO₂, 12 % TiO₂, 8 % BaO, 11 % Al₂O₅, 10 % ZnO und 32 % PbO.

Nachdem jede Schicht aufgedruckt worden war, wurde sie 10 Minuten lang bei 125° C getrocknet. In jedem Beispiel wurde die untere Elektrode nach dem Trocknen gebrannt, indem sie 5 Minuten lang in einen Kastenofen bei 500° C und dann 10 Minuten lang in einem Ofen bei 850° C gebracht wurde. In den Beispielen 1 bis 4 wurden das Dielektrikum und die obere Elektrode ebenso wie die Grundelektrode jeweils einzeln gebrannt. In den Beispielen 5 bis 10 warden das Dielektrikum und die obere Elektrode in einem Kastenofen wie folgt zusammengebrannt: In den Beispielen 5 und 9 10 Minuten lang bei 850° C; in Beispiel 10 10 Minuten lang bei 890° G. In den Beispielen 6 bis 8 wurde das Brennen in einem Förderbandofen ausgeführt; die gesamte Verweilzeit betrug etwa 1 Stunden, und die ßpitzentemperatur von 85O⁰ C wurde 10 Minuten lang eingehalten.

EL42 2U5UQ

Tabelle III In Beispielen verwendete Gläser

Bestandteil Menge des Bestandteils in dem Glas Nr.

1 2 3 4- 5

66	,5	62	5	60	,0	62	,0	etwa	70
10	,0	12.		10	»o	10	»0
10		10		10		10			—
10	10	15	13	etwa	30
0	1.	1	1		—
1	2,	2	2		—
2	2	2	2		——

₅ K₂O Na₂O MgO

In der Tabelle IV werden zusätzlich zu den in den Beispielen 1 bis 10 verwendeten Stoffen die Ergebnisse angegeben, die mit verschiedenen erfindungsgemässen, dielektrischen Strukturen erhalten wurden. Das"Aussehen" stellt eine quantitative Beurteilung des Ausmasses der Rissbildung, der Wechselwirkung der oberen Elektrode mit dem Dielektrikum (Einsinken usw.) und des Abblätterns dar.

509315/0893

Tabelle IV

Beispie

l- Nr.

cn σ co

Zusammensetzungen

Dielektrische Schichten

Grundschicht

Obere Schicht

Verwendete Elektroden

Elektrische Eigenschaften (bei 1 K Hertz)

Verlustfaktor

Aussehen

2	JL	.- JL	Glas A	6	JL·	Glas A .	__8	9	■is- 10 *>
Glas 2	Glas 3	Glas/90 Glas 5 4 Z.10 .Kiesel säure	Pd/ AG	(80 Glas 5 (80 Glas.5 -(20 Kiesel-£20 Kiesel säure säure	Au	(80 Glas 5 £20 Kiesel säure	(70 Glas ■C30 Kiese säure	5 JBo Glas 5 3l-j4o Kiesel säure
Glas A	•Glas A	Glas A	Glas A	Glas B'	Glas A	Glas A
Pd/ Ag	Pd/ Ag	Pd/ Ag	Pd/ AG	Au	Au	Pd/ Ag

Glas 1

Glas

Pd/

A₆

7,5 7y0 6,5 7,5 7,6

0,55 0,9 0,8 0,8 0,2

gut gut gut gut Befriedigend bis gut

6,8

0,03

Befriedigend bis gut

ausgezeichnet

6,5

0,16

ausgezeichnet

5,2
0,1

5,1 0,0

ausge- ausgezeichnet zeichnet

1"O

cn

Vergleichsversuche A und B

Die Arbeitsweise der Beispiele 1 bis 10 wurde unter Verwendung von zwei Schichten aus dem kristallisierbaren Glas A im Vergleichsversuch A und zwei Schichten aus dem Borsilikatglas 5 (Tabelle I) im Vergleichsversuch B (es wurden keine Kieselsäurezusätze angewandt) wiederholt. Die Elektroden waren die in Beispiel 1 verwendeten. Im Vergleichsversuch A wies die sich ergebende gebrannte Struktur eine Dielektrizitätskonstante auf, die allzu hoch war (B). Das gebrannte Produkt des Vergleichsversuchs B war ebenfalls unbefriedigend, v/eil es sich ablöste und riss; es konnten keine elektrischen Messungen durchgefüh rt werden.

- 16 -

509815/0893

Claims

Patentanspruch

Elektronische Mehrschichtenstrukturen, enthaltend als aufeinanderfolgende Schichten auf einem keramischen Substrat eine Grundelektrode auf und haftend an dem genannten Substrat, eine dielektrische Schicht über und haftend an mindestens einem Teil der genannten Grundelektrode und eine obere Elektrode über und haftend an mindestens einem Teil der genannten dielektrischen Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte dielektrische Schicht zwei Teilschichten umfasst, und zwar (A) eine Teilschi ent benachbart zu der Grundelektrode, die 5 bis 100 % eines Borsilikatglases, das mindestens 55 % SiOo und mindestens 5 % BoO* enthält, wobei der Eest des Borsilikatglases eine oder mehrere andere glasbildende Verbindungen ist, und als getrennte Phase 0 bis 95 % freies SiOo enthält, und haftend an (A) eine der oberen Elektrode benachbarte, dielektrische Teilschicht (B), die einen glaskeramischen Stoff darstellt, der mindestens 20 % an in einer glasartigen Matrix verteilten Kristallen enthält.

509815/OÖ0

Leerseite