DE2523009A1 - Silbermasse und ihre verwendung - Google Patents
Silbermasse und ihre verwendungInfo
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- H01B1/14—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material
- H01B1/16—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material the conductive material comprising metals or alloys
Description
Dr. Kur.s-A. L.iiins 23. Mai 1975
B ML.-iciwn Lo1 i-.-..—■"·uuw,ioir. 2ö EL-62
E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY
10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19898, V.St.A,
Silbermasse und ihre Verwendung
Die Erfindung betrifft die Elektronik, speziell Massen, die sich zur Ausbildung von an Unterlagen haftenden Leitermustern
eignen.
Leitermassen, die auf dielektrische Unterlagen (Glas, Glaskeramik und Keramik) aufgetragen und auf diesen gebrannt werden,
werden gewöhnlich von feinteiligen, anorganischen Pulvern
(z. B. Metallteilchen und Bindemittelteilchen) gebildet und normalerweise auf Unterlagen unter Anwendung sogenannter "Dick-
£ilm"-Techniken - als Dispersion dieser anorganischen Pulver
in einem inerten flüssigen Medium oder Träger - aufgetragen. Beim Brennen oder Sintern des Films übernimmt die metallische
Komponente der Masse die funktioneile Aufgabe (Leitfähigkeit), während das anorganische Bindemittel (z. B. Glas, kristalline
Oxide wie BipO^ usw.) die Metallteilchen aneinander und an die
Unterlage bindet. Dickfilm-Techniken stehen im Gegensatz zu
— 1 —
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ORIGINAL INSPEGTED
Dünnfilm-Techniken, bei denen eine Teilchenablagerung durch Aufdampfen
oder Spritzen erfolgt. Dickfilm-Techniken sind im "Handbook of Materials and Processes for Electronics,", Herausgeber
C. A. Harper, McGraw-Hill, U.Y., 1970, Kapitel 12, erörtert.
Die gebräuchlichsten Leitermassen enthalten Edelmetalle, insbesondere
Gold, Silber, Platin, Palladium und deren Mischungen, Legierungen und Verbindungen, da ihre relativ inerten Charakteristiken
ein Brennen an Luft erlauben. Versuche zum Arbeiten nit Dispersionen weniger kostspieliger Nichtedelmetalle sind
oft auf spezielle Anwendungen beschränkt gewesen oder haben die erhebliche praktische Unbequemlichkeit und die Kosten
bedingt, die mit einem Brennen in nichtoxidierenden Atmosphären (Stickstoff, Stickstoff/Wasserstoff, Wasserstoff, Argon usw.)
verbunden sind.
Zum Stand der Technik zu Leitermassen gehört der Einsatz von Glasbindemitteln für Edelmetalle wie auch die Verwendung glasfreier
Bindemittel, wie des von Gucker und Treptow (Am. Ceram. Sc. Bull., 46, 789, 1967) und in US-PS 3 799 890 erwähnten
Kupferoxid-Bindemittels (für Gold). Die US-PS 3 799 891 beschreibt
die Verwendung von glasfreiem Kupferoxid/Cadmiumoxid-Bindemittel
bei Gold. Die US-PS 3 763 4Ο9 beschreibt glasfreie
Massen in Form von Palladium oder Palladiumoxid zuzüglich Kupferoxid. Silber/Kupferoxid- und Silber/Kupferoxid/Glas-Massen
stehen seit etwa 15 Jahren im Handel zur Verfügung.
Die US-PS 3 293 501 beschreibt leitfähige Filme aus Gläsern, die Kupfer und Wismutoxide enthalten. In US-PS 3 776 769 sind
Massen aus Edelmetall, Kupferoxid und Glas beschrieben, die in reduzierenden Atmosphären brennbar sind. Die GB-PS 855 625
beschreibt leitfähige Filme aus Silber, Kupferoxid und einem ."inerten" Material wie Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumdioxid,
Titandioxid, Chrom(III)-oxid oder Aluminiumoxidsilicat. In US-PS 2 819 170 sind Massen aus Silber und einem
verglasbaren Flussmittel aus Wismutoxid und Cadmiumborat
beschrieben.
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Die kostspieligeren Edelmetalle (Au1 Pt, Pd) ergeben stabilere
gebrannte Leiter. Silber ist trotz seiner im Vergleich mit den anderen Edelmetallen relativen Instabilität allein oder zusammen
mit Pt oder Pd zur Bildung weniger kostspieliger Leiter verwendet worden. Zur Erhöhung der Haftung solcher Silber-Leitermassen
an der Unterlage wird der relative Anteil an anorganischem Bindemittel erhöht. Jedoch ist oft die Leitfähigkeit
umso geringer, je höher der Bindemittelanteil ist. Es besteht ein Bedarf an wohlfeilen Massen auf Silbergrundlage, die sich
bei derart niedrigen Temperaturen wie 850° C an Luft zur Bildung von Leitern brennen lassen, die gealtert nach Löten eine
gute Haftung an der Unterlage zeigen, und zwar nach sowohl Alterung von i oder 2 Tagen Dauer bei Raumtemperatur als auch bei
150° C, und auch gute Löteigenschaften haben. Von besonderem
Interesse sind Leitermassen mit einem Metallgehalt von mindestens 95 % (5 % oder weniger Bindemittel), die trotz geringer
Bindemittelanteile gegenüber Schwankungen der Brenntemperatur relativ weniger empfindlich sind und einen grosseren Spielraum
bei der Verarbeitung bieten. Besonders erwünscht ist auch die Möglichkeit .eines Brennens bei 850° C; Massen des Standes der
Technik werden oft bei derart hoher Temperatur wie 950° C gebrannt .
Die vorliegende Erfindung stellt Silbermassen bzw. -stoffzusammensetzungen
zur Verfügung, bei denen nur kleine Mengen eines bestimmten Bindemittels (1 bis 5 %) eingesetzt werden und die
somit die Leitfähigkeit von mit ihnen hergestellten, gebrannten Mustern nicht wesentlich herabsetzen. Trotz der kleinen
Bindemittelmenge können niedrige Brenntemperaturen Anwendung finden (z. B. 875° C oder darunter, vorzugsweise etwa 850° C).
Ferner ist das Bindemittel so geartet, dass die Massen gegenüber Brenntemperatur-Schwankungen weniger empfindlich sind.
Die Bindemittel gemäss der Erfindung vermögen gebrannte und .gelötetete Leiter zu ergeben, die eine ausgezeichnete Haftung
(z. B. entsprechend einer Kraft von 1,8 kg) haben, und zwar sowohl anfänglich (z. B. nach 48stündiger Lagerung bei Raumtemperatur)
als auch nach thermischer Alterung (gewöhnlich 48 Stunden bei 150° C).
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Die Silbermassen gemäss der Erfindung eignen sich, zur Bildung
stark haftender Leitermuster oder -züge auf keramischen, dielektrischen Unterlagen bzw. Substraten. Die Massen werden von
einer glasfreien Mischung feinteiliger, anorganischer Pulver
gebildet, die in einem flüssigen Träger dispergiert sind, und kennzeichnen sich dadurch, dass die anorganischen Pulver, bezogen
auf das Gesamtgewicht der in der Masse vorliegenden, an-, organischen Pulver, 1 bis 5 % eines kristallinen, anorganischen
Bindemittels und 95 his 99 % Metallpulver enthalten. Das Metallpulver
gehört der Klasse
a) Silber und
b) Ag zuzüglich Pt, Pd, Au, Legierung von Cu mit einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe Pt, Pd, Au und Ag, oder
Mischungen derselben
an. Das Gewichtsverhältnis des Silbers (in jeglicher Form) zu diesen anderen Elementen beträgt mindestens 17:1? vorzugsweise
mindestens 19 : 1.
Das anorganische Bindemittel kann im wesentlichen aus 0,3 bis 6 Gew.teilen Kupferoxid und/oder Bleioxid je Gew.teil Wismutoxid
bestehen. Andererseits kann das Bindemittel von 1 bis 6 Gew.teilen Kupferoxid und/oder Bleioxid, 0,5 bis 4- Gew.teilen
Wismutoxid und 0,5 his 2 Gew.teilen MnBp und/oder MnOp gebildet
werden.
Bevorzugte Massen enthalten etwa 1 Teil Kupferoxid und/oder Bleioxid
und 1 Teil Wismutoxid. Andere bevorzugte Massen enthalten 1 Teil Kupferoxid, 1 Teil Wismutoxid und 1 Teil Bleioxid. Noch
andere bevorzugte Massen enthalten etwa 6 Teile Kupferoxid, 1 Teil Wismutoxid und 1 Teil MnB2i MnO 2 oder Mischungen derselben.
Bei besonders bevorzugten Massen liegt anorganisches Bindemittel in einer Menge, bezogen auf die gesamten anorganischen Stoffe,
von 1,5 bis 4 % vor.
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Die Erfindung umfasst auch, keramische, dielektrische Unterlagen,
an bzw.auf denen haftend die obigen, gesinterten (gebrannten) Massen vorliegen, wie auch die Verwendung der Massen
zur Bildung von an keramischen, dielektrischen Unterlagen (isolierfähigen Trägerteilen) haftenden Leitermustern bzw.
-zügen.
Die Erfindung ist nachfolgend im einzelnen beschrieben.
Die Massen gemäss der Erfindung werden von feinteiligen, anorganischen
Teilchen gebildet, die in einem inerten flüssigen Medium oder Träger dispergiert sind. Der Begriff "feinteilig"
bezeichnet in der Dickfilm-Technik Teilchen genügender Feinheit, damit diese ein Sieb von 0,037 1^1 lichter Maschenweite
(400-Maschen-Sieb der U.S.-Standard-Siebreihe) passieren. Vorzugsweise
liegt bei im wesentlichen allen Teilchen die grösste Abmessung im Bereich von 0,001 bis 15 Mikron, wobei die grösste
Abmessung vorzugsweise 5 Mikron nicht überschreitet.
Zu bevorzugten Silberteilchen gehören die im Handel verfügbaren
"polierten" Silberschuppenteilchen und gefälltes Pulver, wobei die grösste Abmessung bei beiden Materialien im Bereich
von 0,1 bis 15 Mikron liegt.
Über Silberteilchen hinaus können, wenn gewünscht, auch Zusatzmetallteilchen
vorgelegt werden, um die Lotauslaugbeständigkeit des anfallenden, gebrannten Leiters zu erhöhen und im Falle
von Kupferlegierungen die Kosten zu senken. Es wird angenommen, dass auf Grund des höheren Schmelzpunktes von Pt bei einer gegebenen
Brenntemperatur eine umso geringere Sinterung eintritt, je mehr Pt vorliegt. Erwünscht ist bei den Silbermassen die
Möglichkeit, sie bei niedriger Temperatur brennen zu können. Das Gewichtsverhältnis von Ag zu anderen Metallen (mindestens
17 : 1, vorzugsweise mindestens 19 : 1) erlaubt unter Einsatz
der Bindemittel gemäss der Erfindung eine gute Haftung bei niedrigen Brenntemperaturen.
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Während als Zusatzmetall Pt bevorzugt wird, kann man auch mit
einem oder mehreren der anderen obengenannten Metallpulver arbeiten. Die Kupferlegierungspulver mit Pt, Pd, Au und/oder Ag
sind im Handel erhältlich. Bei der Herstellung solcher Legierungen (z. B. der Ag/Cu-Legierung von Beispiel 24-) können
Sprühfertigungstechniken Anwendung finden. In Beispiel 22 wurde ein durch gemeinsame Fällung erhaltenes Legierungspulver (Pd/Cu) verwendet. Solche durch gemeinsame Fällung oder
Co-Fällung gebildete Legierungen können bekanntlich durch reduktives Fällen aus Lösungen erhalten werden, die Salze von
zwei oder mehr Metallen enthalten. Die Anteile der Metalle in der Lösung entsprechen dabei den in dem cogefällten Pulver
gewünschten. Zu den Reduktionsmitteln gehören all die Mittel, welche die gewünschten Metalle aus Lösung gleichzeitig gemeinsam
zu fällen vermögen, z. B. bei Pd/Cu-Legierungen Hydrazinsulf
at, Natriumborhydrid, Aminborane usw. Co-Fäll-Techniken sind z. B. in US-PS 3 390 981 und 3 620 714- beschrieben.
Den Kern der Erfindung bildet das anorganische Bindemittel. Zur Ausbildung einer brauchbaren Haftung liegt mindestens
etwa 1 Gew.% Bindemittel (bezogen auf die gesagten anorganischen
Komponenten) vor. Im Hinblick auf eine gute Leitfähigkeit liegen nicht mehr als etwa 5 % Bindemittel vor; derart geringe
Mengen wie 1 bis 5 % liefern eine brauchbare Haftung.
Das anorganische Bindemittel gemäss der Erfindung ist ein (glasfreies)
kristallines Bindemittel auf Basis von Kupferoxid (Cu2O und/oder CuO) und/oder Bleioxid (PbO) zuzüglich Wismutoxid
(Bi2O^). Gegebenenfalls-Bestandteile des Bindemittels
sind MnBp, MnOp und Mischungen derselben. Auch Vorläufer dieser Materialien (wie Kupfer(II)-carbonat) können Verwendung finden.
In dem anorganischen Bindemittel können 0,3 his 6 Gew.teile
Kupferoxid und/oder Bleioxid je Teil BipCK vorliegen, wobei
0,5 "bis 2 Gew.teile Kupferoxid und/oder Bleioxid je Teil Bi2O^
bevorzugt werden. Wenn auch einer oder mehrere der Gegebenenfalls-Zusätze
MnB2 und MnO2 vorliegen, liegen 1 bis 6 Teile
Kupferoxid und/oder Bleioxid, 0,5 his 4· Teile Wismutoxid und
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0,5 bis 2 Teile Zusatz vor.
Die anorganischen Teilchen werden durch mechanisches Mischen (z. B. auf einem Walzenmahlwerk) mit einem inerten, flüssigen
Träger zur Bildung einer pastenartigen Masse gemischt. Die letztgenannte wird in herkömmlicher Weise als "Dickfilm" auf
herkömmliche dielektrische Unterlagen aufgedruckt. Als Träger kann jede inerte Flüssigkeit verwendet werden. So kann man als
Träger Wasser oder irgendeine der verschiedenen organischen Flüssigkeiten mit oder ohne Dickungs- und/oder Stabilisier-
und/oder andere gewöhnliche Zusatzmittel verwenden. Beispiele für die organischen Flüssigkeiten sind die aliphatischen . Alkohole,
Ester solcher Alkohole, z. B. die Acetate und Propionate, Terpene, wie Pine-Öl. Terpineol und dergleichen, Lösungen
von Harzen wie der Polymethacrylate niederer Alkohole oder Lösungen von Äthylcellulose in Lösungsmitteln wie Pine-Öl und
dem Monobutyläther von Äthylenglykolmonoacetat. Der Träger kann
auch flüchtige Flüssigkeiten enthalten oder von solchen gebildet werden, um ein rasches Erstarren nach der Auftragung auf
die Unterlage zu fördern.
Das Verhältnis des Trägers zu Feststoffen in den Dispersionen kann sehr verschieden gewählt werden und hängt von der Art und
Weise, in der die Dispersion aufzutragen ist, und der Art des eingesetzten Trägers ab. Normalerweise werden die Dispersionen
zur Erzielung einer guten Deckung 60 bis 90 % Feststoffe und
die entsprechende, auf 100 % ergänzende Menge im Bereich von 10 bis 40 % an Träger enthalten. Die Massen gemäss der Erfindung
können naturgemäss auch durch Zusatz anderer Materialien modifiziert werden, die ihre vorteilhaften Eigenschaften nicht
nachteilig beeinflussen.
Nach Trocknen zur Entfernung des Trägers werden die Massen gemäss .der Erfindung bei Temperaturen und Zeiten gebrannt, die
zum Sintern der anorganischen Materialien und zur Bildung an der dielektrischen Unterlage haftender Leitermuster genügen.
Die Brenndauer und -Scheiteltemperatur werden in. Abhängigkeit
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voneinander gewählt, wobei eine längere Brennzeit niedrigere Temperaturen erlaubt (solange Sinterung eintritt). Im allgemeinen
wird man im Bereich von 800 bis 930° G mit 5 bis 30 Minuten
bei der Scheiteltemperatur brennen, vorzugsweise bei 830 bis 875° C und in besonders bevorzugter Weise etwa 850° C,
mit 8 bis 10 Minuten bei Scheiteltemperatur.
Die folgenden Beispiele und Vergleichsversuche dienen der weiteren
Erläuterung der Erfindung, einschliesslich der Bedeutung des anorganischen Bindemittels gemäss der Erfindung. In den
Beispielen wie auch der sonstigen Beschreibung und den Ansprüchen beziehen sich Teil-, Prozent- und Verhältnisangaben, wenn
nicht anders gesagt, auf das Gewicht.
Mit Ausnahme von Pt und Pd hatten alle bei diesen Versuchen eingesetzten anorganischen Materialien eine durchschnittliche
Teilchengrösse im Bereich von 0,1 bis 3 Mikron, wobei im wesentlichen keine Teilchen vorlagen, die grosser als 15 Mikron
waren. Das Pt hatte eine durchschnittliche Teilchengrösse im Eereich von 0,001 bis 0,01 Mikron und das Pd im Bereich von
0,001 bis 0,03 Mikron. Der Träger setzte sich aus 9 Teilen Äthylcellulose und 1 Teil ß-Terpineol oder 2,2,4—Trimethylpentandiol-1,3-donoisobutyrat
("Texanol" von Eastman Kodak) zusammen,
Das im Vergleichsversuch B (Tabelle I) verwendete Glasbindemittel enthielt 58,8 % PbO, 23,0 % SiO2, 7,8 % B2O3, 6,1 %
, 3,9 % CdO und 0,4 %
Nachdem die anorganischen Feststoffe und der Träger gründlich nach herkömmlichen Walzenmahltechniken gemischt worden waren,
wurde die anfallende Dispersion durch ein gemustertes Sieb von 0,074 mm lichter Maschenweite (200-Masehen-Sieb), das
neun in einer 3x3 Anordnung vorliegende 2-mm-öffnungen aufwies,
auf eine vorgebrannte Aluminiumoxid-TJnterlage gedruckt.
Der Druck wurde zur Bildung eines trocknen Drucks von etwa 0,036 mm Dicke bei etwa 150° C getrocknet. Der getrocknete
Druck wurde in einem herkömmlichen Bandofen im 45-60-Minuten-
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Eeizzyklus mit etwa 8 bis 10 Minuten bei der in den Tabellen
genannten Scheiteltemperatur erhitzt. Der gebrannte Druck hatte
eine Dicke von etwa 0,018 mm.
Die Haftung wurde wie folgt geprüft: An die gebrannten Leiterauflagen
wurden durch Auflegen von vorverzinntem Kupferdraht (Durchmesser 0,81 mm; 20 Gauge) über drei der gebrannten Metallisierungsauflagen
und dann Tauchen in einen Lotbehälter (62/36/2-Sn/Pb/Ag) von 220° C Drahtleitungen befestigt. Dann
wurde durch Zugbelastung der angelöteten Leitungen mit einem Prüfgerät der Bauart Instron die Bindungsfestigkeit gemessen.
Zur Gewinnung einer repräsentativen Bindungsfestigkeit wurden bei jeder Probe mehrere Auflagen zugbelastet. Unter "kg" ist
die Kraft in Kilogramm zu verstehen.
Die Anfangshaftung des gebrannten Drucks wurde bestimmt, nachdem das gebrannte Produkt 24 bis 48 Stunden bei Raumtemperatur
stehengelassen worden war. Die Haftung im gealterten Zustand wurde bestimmt, nachdem das gebrannte Produkt 48 Stunden bei
I5O0 C thermisch gealtert worden war. Das Beispiel 6 weicht
hiervon dadurch ab, dass die Anfangshaftung nach 84 Stunden bei Raumtemperatur und die Haftung im gealterten Zustand nach 60
Stunden bei I5O0 C bestimmt wurde. In Beispiel 13 bis 15 und
den Vergleichsversuchen D und E wurde die Anfangshaftung nach 24 Stunden und die Haftung im gealterten Zustand nach 24 Stunden
bei 1500 C bestimmt. Auf die folgenden Ausführungen sei verwiesen.
Die Beständigkeit gegen Auslaugung durch geschmolzenes Lot
wurde bei einer Reihe von Beispielen und Vergleichsversuchen durch Eintauchen gebrannter Teile in ein Lotschmelzbad (230° C) der Zusammensetzung 62/36/2-Sn/Pb/Ag unter Verwendung eines schwach aktiven Flussmittels ("Dutch Boy 115") bestimmt. In jedem Zyklus wurde in Flussmittel getaucht, 10 Sekunden in
Lot getaucht und Flussmittelrückstand abgewaschen. Die Zahl der Zyklen, die die verschiedenen Proben vertrugen, ist nachfolgend genannt.Die Lotannahme wurde durch eine Einzeltauchung
wurde bei einer Reihe von Beispielen und Vergleichsversuchen durch Eintauchen gebrannter Teile in ein Lotschmelzbad (230° C) der Zusammensetzung 62/36/2-Sn/Pb/Ag unter Verwendung eines schwach aktiven Flussmittels ("Dutch Boy 115") bestimmt. In jedem Zyklus wurde in Flussmittel getaucht, 10 Sekunden in
Lot getaucht und Flussmittelrückstand abgewaschen. Die Zahl der Zyklen, die die verschiedenen Proben vertrugen, ist nachfolgend genannt.Die Lotannahme wurde durch eine Einzeltauchung
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in das gleiche, auf 220° C gehaltene Lot bestimmt.
Beispiele 1 bis 8 Vergleichsversuche A bis D
Vergleichsversuch A erläutert (vgl. Tabelle I), dass Kupferoxid allein (in Abwesenheit von Vismutoxid) eine inadäquate
Haftung an der ' Unterlage ergibt. In Vergleichsversuch B wurde ein glasiges Bindemittel verwendet, das eine- inadäquate Haftung
im gealterten Zustand nach Brennen bei 850 C lieferte.
Die Lotauslaugbeständigkeit bei dem gebrannten Produkt von Vergleichsversuch B lag unter 5 Zyklen (in Gegenüberstellung
zu den Ergebnissen von Beispiel 20 bis 25 zu betrachten). Die
Beispiele 1 bis 4- erläutern, dass sich mit Kupferoxid/Wismutoxid-Bindemittel
und mit Kupferoxid/Wismutoxid/Bleioxid-Bindemittel
ausgezeichnete Eigenschaften in Abwesenheit von Platinzusätzen erzielen lassen. Die Beispiele 1 bis 3 erläutern
die Variierung des Kupferoxid/Wismutoxid-Verhältnisses. Eine
Betrachtung von Beispiel 4- bis 6 und Vergleichsversuch C miteinander erläutert die Auswirkung einer Veränderung des Platingehalts
der Massen bei Konstanthaltung des Bindemittels. In Vergleichsversuch C wurde bei einem Verhältnis von Ag zu Pt
von 15 ϊ leine inadäquate Haftung im gealterten Zustand erhalten.
Die Beispiele 4 bis 8 erläutern die Verwendung eines Kupferoxid/
Wismutoxid/Bleioxid—Bindemittels, wobei dieses mit Vergleichsversuch
D in Vergleich zu setzen ist, in dem mit einem ähnlichen Bindemittel, aus dem Wismutoxid weggelassen wurde, eine
inadäquate Haftung im gealterten Zustand erhalten wird.
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VerRleichsversuch | B | Beispiel | Z | 3 | • | 2,0 | 4 | |
A | 80 | 1 | 80 | 80 | 80 | |||
Ag, Gewicht | 70 | — | 70 | 2,4 | — | |||
Pt, Gewicht | — | —. | 1,71 | |||||
Bindemittel | 4,65 | 2,0 | 0,29 | 3,0 | ||||
Gewicht | 7,75 | 1,0 | — | |||||
%, bezogen auf die | 5,5 (Glas) | 2,4 | 18,0 | 3,6 | ||||
anorganischen Stoffe | 10 | — | 1,4 | 1,0 | 1,0 | |||
Cu2O, Gewicht | 7,75 | — | 0,75 | 1,0 | — | 1,0 | ||
Bi2O,, Gewicht | — | ■ — | 0,25 | — | 6/1 | 1,0 | ||
PbO, Gewicht | — | 15,35 | 18,0 | — | 17,0 . | |||
Träger, Gewicht | 22,25 | 29 | ||||||
Gewichtsverhältnis | — | — | — | |||||
Ag/Pt | — | — | — | 1/1 | 2,9 | 1/1 | ||
Cu2OZBi2O5 | — | — | 3/1 | — | 2,5 | 1/1/1 | ||
Cu20/Bi205/Pb0 | — | |||||||
Haftung, kg | ||||||||
bei 850° C gebrannt | 3,5 | 2,9 | —— | 2,8 | ||||
anfänglich | <o,5 | 1,1 | 2,8 | 2,6 | — | 2,7 | ||
gealtert | -CO,5 | 2,1 | gut | |||||
. bei 900 bis 910° C | ||||||||
gebrannt | — | — | — | |||||
anfänglich | 1,4 | — | 3,1 | — | — | |||
gealtert | 0,5 | schlecht | 2,9 | gut , | gut | |||
Lotannähme | gut | gut | ||||||
(Tabelle I - Fortsetzung)
■ | Ag, Gewicht | Beispiel | 6 | Vergleichs- | Beispiel | 8 | Vergleichs | |
Pt, Gewicht | 5 | 76 | versuch C | 7 | 80 | versuch D | ||
Bindemittel | 77 | 4 | 75 | 80 | 1 | 70 | ||
Gewicht | 3 | 5 | 1,0 | — | ||||
%, bezogen auf die anorganischen Stoffe |
3,0 | 2,25 | ||||||
Cu2O, Gewicht | 3,0 | 3,6 | 3,0 | 3,0 | 2,7 | 1,0 | ||
Bi2O-,, Gewicht | 3,6 | 1,0 | 3,6 | 3,6 | 0,75 | 1,4 | ||
co | PbO, Gewicht | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 0,75 | 0,75 | |
C-/ co |
Träger, Gewicht | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 0,75 | — | |
OO ω |
Gewi cht sverhältni s | 1,0 | 17,0. | 1,0 | 1,0 | 16,75 | 0,25 | |
-j1 | Ag/Pt | 17,0 | 17,0 | 16 | 29 | |||
ΟΓΟ | Cu20/Bi20, | 19/1 | 80/1 | |||||
CD, -Jr- |
Cu20/Bi203/Pb0 | 26/1, | 1/1 | 15/1 | 80/1 | 1/1 | — | |
OO | Haftung, kg | 1/1 | 1/1/1 | 1/1 | 1/1 | 1/1/1 | — | |
bei 8500G gebrannt anfänglich |
1/1/1 | 1/1/1 | 1/1/1 | |||||
gealtert | 3,1 | 2,8 | ||||||
bei 900 bis 910° C gebrannt anfänglich |
2,9 | 3,0 | 2,6 | 2,6 | 2,5 | ^,4 | ||
gealtert | 2,4 | 0,6 | 2,8 | <0,5 | ||||
Tiotfirmahmfi | — | — | 3,0 | |||||
— | gut | — | — | gut | 0,9 | |||
recht gut |
recht gut |
gut | gut |
NJ GO O O
Diese Beispiele erläutern den Spielraum bezüglich der Brenntemperatur,
der bei den Massen gemäss der Erfindung ungeachtet ihres geringen prozentualen Gehalts an Bindemittel verfügbar
ist. Eine verminderte Empfindlichkeit gegenüber Brenntemperatur-Schwankungen bzw. -.Änderungen ist wichtig, da sich in
der Praxis Ofentemperatur-Änderungen ergeben.
In Beispiel 9 und 10 wurden die Massen von Beispiel 7 bzw.
verwendet. Es wurde eine Eeihe von Proben bei 830° C und eine zweite Eeihe bei 890° C gebrannt, und zwar jeweils in einem
Brennzyklus von 1 Stunde Dauer mit etwa 10 Minuten bei Scheiteltemperatur. Die Haftung zu Anfang und im gealterten Zustand
nennt die folgende Tabelle.
Beispiel | Haftung, kf | τ- | gebrannt | bei 890° C | gebrannt |
bei 830° G | gealtert | zu Anfang | gealtert | ||
zu Anfang | 3,0 2,8 |
2,8 2,6 |
2,8 2,8 |
||
9 10 B e i s ρ |
2,9 2,7 i e 1 11 |
In Beispiel 7 wurde eine Masse aus Silber, Platin, CupO, PbO
und Bip^x eingesetzt. Beispiel 11 wurde mit der Abänderung
unter Verwendung der gleichen Materialien und Mengenanteile wie Beispiel 7 durchgeführt, dass das CupO durch CuO ersetzt
wurde. Dabei wurden ähnliche Ergebnisse nach Brennen bei 850° C erhalten, d. h. eine Anfangshaftung von 2,6 kg und
Haftung im gealterten Zustand von 2,9 kg bei guter Lotannahme,
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ΕΣ/-62 /^
Beispiel 12
Dieses Beispiel wurde mit einem Vorläufer von Kupferoxid, basischem Kupfer(II)-carbonatpulver, CuCO^-Cu(OH)2I und nach
der Arbeitsweise von Beispiel 1 einschliesslich Brennen bei 850° C durchgeführt. Eine Masse aus 80 Teilen Silber, 1,0 Tei
len Platin, 4,0 Teilen Bindemittel (1 Teil PbO, 1 Teil 25
und 2 Teile des Kiipfersalzes) und 15 Teilen Träger wurde auf
eine Scheiteltemperatur von 850° C gebrannt. Die Haftung betrug zu Anfang 2,8 kg und gealtert 2,7 kg bei recht guter
Lot annähme.
Beispiele 15 bis 15
Vergleichsversuche E und ff
Diese Beispiele zeigen den Einsatz eines Kupferoxid/Wismutoxid/Manganoxid-Bindemittels
mit und ohne Platinzusatz. Die Ergebnisse sind gegenüberzustellen den Ergebnissen von Vergleichsversuch
E, in dem ein ähnliches Bindemittel verwendet wird, aber ein Platinüberschuss (10 % Platin) angewandt wird.
Die Ergebnisse der Beispiele sind ferner gegenüberzustellen denjenigen von Vergleichversuch ff, in dem das Bindemittel kein
Vismutoxid enthält. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt. Die Lotauslaugbestandigke.it lag in Beispiel 14
über 10 Zyklen.
Beispiele 16 bis 19 Vergleichsversuche G und H
Diese Beispiele (Tabelle IV) erläutern, dass unter Verwendung eines Kupferoxid/WUsmutoxid/Manganborid-Bindemittels in Abwesenheit
von Platin wie auch unter Zusatz von Platin in verschiedenen Anteilen eine ausgezeichnete Haftung erzielbar ist.
Der Vergleichsversuch G erläutert die Verschlechterung der Haftung im gealterten Zustand bei Einsatz von überschüssigem
Platin (10 % Platin) und der Vergleichsversuch H die Bedeutung, die dem Einsatz des Bindemittels gemäss der Erfindung zukommt,'
- 14 609837/Ü9A8
EL-62
252300a
da sich die Haftung im gealterten Zustand in Abwesenheit von
Vismutoxid verschlechtert. Die Lotauslaugbestandigkeit lag in
Beispiel 18 über 10 Zyklen.
Unter Konstanthaltung des Bindemittels (C^O/BioO^/PbO in gleichen
Gewichtsanteilen) wurde eine Reihe von Beispielen mit
Silberpulver allein (Beispiel 25) oder mit Silberpulver zuzüglich Pulver verschiedener Zusatzmetalle (Pt, Pd, 1/1-Pd/Cu-Legierung,
Au und 19/1-Ag/Cu-Legierung in Beispiel 20 bis 24)
durchgeführt. Dabei wurde eine ausgezeichnete Haftung (zu Anfang und gealtert) erhalten. Die Beständigkeit gegen Lotauslaugung
war, wie Tabelle V zeigt, in Jedem Beispiel ausgezeichnet (Beständigkeit für mindestens 18 Zyklen), wobei diese
Ergebnisse gegenüberzustellen sind den gebrannten Massen von Vergleichsversuch B (Tabelle I), bei denen die Beständigkeit
unter 5 Zyklen lag. Die Lotannahme war in jedem der Beispiele 20 bis 25 gut.
In Beispiel 25 wurde das Ge samt verhältnis von Ag zu Zusatzmetall
durch Zusatz des freien Silberpulvers und des Silbers in dem Legierungspulver hergestellt.
609837/OQA8
13 14- 15 E F
Kupferoxid/Bi2O3 6/1 6/1 6/1
Kupferoxid/Bi203/Mn02 6/1/1 6/1/1 6/1/1
Haftung, kg (Brennen bei 850° C;
zu Anfang . 3,5 3,5 3,3
gealtert 3,3 3,5 2,7·
Ag, Gewicht -80 78,4 76,8 72
Pt, Gewicht . ' — 2,0 4,0 Bindemittel
Gewicht ' 2,0 2,0 1,9 1,8 1,0
%, bezogen auf anor-
g ganische Stoffe 2,4 2,4 2,3
<o Cu2O, Gewicht ' 1,5 1,5 1,44
u> Bi2°3' Gewicht 0,25 '0,25 0,24
^1 MnO2, Gewicht 0,25 0,25 0,24
gi Träger, Gewicht 18 17,6 17,3 ■*-» Gewichtsverhältnis ■
00 Äg/Pt — 40/1 19/1
2,1 | 1,4 |
1,35 | 0,75 |
0,23 | — |
0,23 | 0,25 |
16 | 29 |
7/1 | 70/1 |
6/1 | — |
6/1/1 | —— |
2,7 | <0,5 |
0,6 | <0,5 |
Tabelle IV
"Τδ Ύ} TB T9 Tx H
Ag, Gewicht ■ 80 80 78,4 76,8 72 70
Pt, Gewicht — 1 2,0 4 10 Bindemittel
Gewicht 2,0 3 2,0 1,9 1,81 1
%, bezogen auf anorganische Stoffe 2,4 3,6 2,4 2,3 2,1 1,4
Cu2O, Gewicht 1,5 1 1,5 1,44 1,35 0,75
Bi2O5, Gewicht 0,25 · 1 0,25 0,24 0,2}
MnO2, Gewicht 0,25 1 0,25 0,24 0,23 0,25
Träger, Gewicht 18 16 17,6 17,3 16,2 29 ^
Gewichtsνerhältnis
Ag/Pt — 80/1 40/1 20/1 7/1
Kupferoxid/Bi205 6/1 1/1 6/1 6/1 6/1
Kupferoxid/Bi203/Mn02 6/1/1 1/1/1 6/1/1 6/1/1 6/1/1
Haftung, kg (Brennen bei ■ ■ ...
850° C) %
zu Anfang 3,1 2,7 3,6 3,1 3,2 2,3
gealtert 3,2 2,8 3,3 3,1 0,9 <vO,5
d
to* m
GO CD CD CD
Ag, Gewicht Zusatzmetall, Gewicht
Bindemittel, Gewicht Träger, Gewicht Gewichtsverhältnis Ag : Zusatzmetall
Haftung, kg (Brennen bei 850° G) zu Anfang gealtert
Lotauslaugbeständigkeit, Zyklen
Beispiel | 21 | 22 | 23 | 24 |
20 | SO | 80 | 30 | 70 |
80 | Pd | Pd/Cu | Au | Ag/Cu(19/1) |
Pt | 1 | (VD | 1 | 10 |
1 | 3 | 3 | 3 | 3 |
3 | 16 | 16 | 16 | 17 |
16 | ||||
80/1
>20
80/1
3,3
2,5
2,5
20
80/1
3,3 3,0
>20
80/1
79,5/0,5
3,1
2,3
2,3
>20
cn ro oo ο
CD CO 00
Ag, Gewicht Zusatzmetall, Gewicht
Bindemittel, Gewicht Träger, Gewicht Gewichtsverhältnis Ag : Zusatzmetall
Haftung, kg (Brennen bei 850° C;
zu Anfang
gealtert
Lotauslaugbeständigkeit,
Zyklen
(Tabelle V - | Fortsetzung) | J | |
Beispiel | 72 | ||
25 | 26 | Vergleichsversuch | Pd |
80 | 77 | I | 8 |
Pd " | 15 | 3 | |
— | 3 | Pd | 17 |
3 | 3 | 5 | |
17 | 17 | 3 | |
17 |
26/1
2,9
2,7
2,7
15/1
3,2 ^0,5
9/1
3,5
.C. 5
.C. 5
Beispiel 26 Vergleichsversuche I und J
In einer weiteren Versuchsreihe wurde die Henge an Pd-Zusatz
verändert, aber das anorganische Bindemittel konstant gehalten (vgl. Tabelle V). Ein Ag/Pd-Verhältnis von 26 : 1 lieferte
gute Ergebnisse, während Verhältnisse von 15 '· 1 uncL 9 : 1
dies nicht taten. Die Haftung zu Anfang und gealtert wurde nach 46 Stunden bestimmt.
Diese Beispiele erläutern den Einsatz einer kleinen Menge an Kupferoxid, die weit unter einem Gewichtsverhältnis von
Kupferoxid zu Wismutoxid von 1 : 1 liegt (vgl. Tabelle VI).
Diese Versuche (Tabelle VI) erläutern den Einsatz eines nicht im Rahmen der Erfindung liegenden Bindemittels, einmal in
Form von Wismutoxid und zum anderen von MnOo oder MnB2, aber
ohne Kupfer- oder Bleioxid. Die Anfangshaftung wurde nach 100 Stunden und die Haftung im gealterten Zustand nach 48 Stunden
bestimmt.
Beispiel 29
Dieses Beispiel erläutert ein Vismutoxid/Bleioxid-Bindemittel (Abwesenheit von Kupferoxid). Die Arbeitsweise von Beispiel 1
wurde mit einer Masse aus 80 Teilen Silber, 1 Teil Platin, 1 Teil Bi2O, und 1 Teil PbO, in 17 Teilen Träger dispergiert,
wiederholt. Ilach Brennen bei einer Scheiteltemperatur von
850° C betrug die Anfangshaftung nach 84 Stunden bei Raumtemperatur
3» 3 kg. Die Haftung im gealterten Zustand nach 60 Stunden
bei 150° C betrug 3iO kg. Die Lotannahine war gut.
- 20 609837/0 9\8
Tabelle VI
Ag, Gewicht | Beispiel | 28 | Vergleichsversuch | L | |
Pt, Gewicht | 27 | 80 | K | 80 | |
Bindemittel, Gewicht | 80 | 1 | 80 | 1 | |
Cu2O | 1 | 2,0 | 1 | 1,5 | |
BipO3 | 2,5 | 0,5 | 1,5 | — | |
PbO | 0,5 | 1,5 | — | 1 | |
MnO2 | 1,0' | — | 1 . | — | |
CP | Träger, Gewicht | 1,0 | — | 0,5 | |
O co 00 |
Gewichtsverhältnis | —— | 17 | 0,5 | 17,5 |
Ag/Pt | 16,5 | 17,5 | |||
Cu20/Bi203 | 80/1 | 80/1 | |||
Haftung, kg (Brennen bei 85O0-C; |
80/1 | 0,33/1 | 80/1 | — | |
co | zu Anfang | 0,5/1 | — | ||
gealtert | • 3,5 | 5,4 | |||
Lotauslaugbeständigkeit, Zyklen |
5,4 | 5,0 | 2,9 | <0,9 | |
5,0 | 20 | 1,7 | 7 | ||
20 | 7 | ||||
CD O CD
Claims (4)
1. Zur Bildung stark haftender Leitermuster auf keramischen, dielektrischen Unterlagen geeignete Silbermasse, die von
einer glasfreien Mischung feinteiliger, anorganischer Pulver,
dispergiert in einem flüssigen Träger, gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen Pulver,
bezogen auf das Gesamtgewicht an anorganischen Pulvern in der Masse, gebildet v/erden von 1 bis 5 % kristallinem,
anorganischem Bindemittel und 95 his 99 % Metallpulver
aus der Klasse a) Ag und b) Ag zuzüglich Pt, Pd, Au, Legierung von Cu mit einem oder mehreren Stoffen aus der
Gruppe Pt, Pd, Au und Ag oder Mischungen derselben, wobei das Gewichtsverhältnis von Ag zu anderen Metallen mindestens
17 · 1 beträgt und wobei das kristalline, anorganische
Bindemittel im wesentlichen aus Wismutoxid zuzüglich
Kupferoxid, Bleioxid oder Mischungen derselben besteht und je Gew.teil Wismutoxid 0,3 bis 6 Gew.teile Kupferoxid
und/oder Bleioxid vorliegen.
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Binuemittel zusätzlich MnBp, MnO £ oder Mischungen
derselben enthält, wobei in dem Bindemittel 0,5 bis 4 Gew.teile Vismutoxid, I.bis 6 Gew.teile Bleioxid,
Kupferoxid oder Mischungen derselben und 0,5 bis 2 Gew.-teile MnBp1 Mn0P oder deren Mischungen vorliegen.
C.
3· Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das Metallpulver der Gruppe a) Silberpulver oder b) Mischung von Silber- und Platinpulvern angehört.
4. Verwendung der Masse gemäss Anspruch 1 bis 3 zur Herstellung
von an einer keramischen, dielektrischen Unterlage haftenden Leitermustern.
~ 22 60 9 8 37/09A8
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