DE2714196C3 - Beschichtetes Aluminiumoxidsubstrat und Pulvergemisch zur Beschichtung solcher Substrate - Google Patents

Description

Bei der Herstellung von Drucksch.iliungen ist es fur die Plalzcrsparniv nützlich, wenn man eine Metallisierung direkt über anderen Metallisierungen aiilhringen kann. Zur Verhinderung eines Kurzschlusses und zur Verminderung einer kapazitiven Kopplung werden solche Metallisierungen bzw. Metallschichten durch ein dielektrisches Material geirenni

Zur Herstellung solcher vielschichtigen Strukturen gibl es zwei Verfahren Hei dein ersten Verfahren werden »l berkrciizungs« Schichten zwischen gedruckten l.eitersehichten auf einem einzelnen Substrat unter Bildung einer Struktur gedruckt und gebrannt, die manchmal als »Mchrpunkt« Leiterplatte bezeichnet wird. Bei dem zweiten Verfahren werden l.eUermuster auf organisch verbundene, dünne »Bändern« aus teilchenförmigen! Aluminiumoxid aufgedruckt, diese gedruckten Bänder werden dann laminiert, und die entstehenden laminierten Strukturen werden hei hoher Temperatur zu einer diskreten, numoliihischen. viel schichtigen Struktur, die als ihr eigenes Substrat wirkt, gebrannt. Die vorliegende ! rfindung beruht auf der Verwendung bestimmter l'ulvergemische bei der Herstellung von zum Beispiel dielektrischen Wberkreu /iingsschiclHen bei dem »Mehrputiki«· Typ-Verfahren, bei dem das Substrat ein voraktivicrlcs bzw. Vorge> braniitcs Aluminiumoxid'Kcramikmalcrial ist.

Eine dielektrische Übcrkretizungsmasse besieht im wesentlichen aus einem Isolator mit niedriger dielckfrl· scher Konstante, der mehrere Leiicrnitislcr durch mehrere Brennstufen trennen kann. Als Dielektrika wurden hochschmclzende, viskose Gläser verwende!, so daß das Brennen der oberen Leiterleitung bei einer Temperatur erfolgen kann, die unter der liegt, bei der eine Erweichung des Dielektrikums auftritt Das Schmelzen oder Erweichen des Überkreuzungsdielektrikums wird von einem Kurzschluß der beiden Leitermuster miteinander begleitet, was zum nachfolgenden Versagen der elektrischen Schaltung führt. Die Hauptforderung für ein Überkreuzungsdielektrikum ist die Kontrolle des Wiedererweiehens oder die Thermoplastizität bei der Brennstufe für den oberen Leiter. Andere Eigenschaftserfordernisse sind: (a) eine niedrige dielektrische Konstante, damit man eine niedrige Wechselstromkapazitätskupplung zwischen den durch das Oberkreuzungsdielektrikum isolierten Schaltungen erhält; (b) ein niedriger elektrischer Verlust (hoher Q) zur Vermeidung eines Erwärmens des Dielektrikums; (c) eine geringe »Nadelloch«-Bildung und eine niedrige Gasbildung beim Brennen; (d) eine geeigp^'.e Glaserweichungstemperatur, so daß das erste Brennen bei

_>o einem Siebdruckverfahren durchgeführt werden kann; (e) ein hoher Widerstand gegenüber der Rißbildung durch thermischen Schock; und (f) eine niedrige Empfindlichkeit gegenüber Wasserdampf und den darauffolgenden, ungewollten elektrischen Verlusten.

Es besteht weiterhin ein Bedarf an Zusammensetzungen, die /ur Herstellung dielektrischer Schichten in mehrschichtigen Kondensatoren, wobei die Schichten auf ein Aluminiumoxid-Substrat gedruckt werden. Solche Kondensatoren sind /. B. die. die in den US-PS

ίο ib 83 245 und 3b 79 943 beschrieben werden.

Unter den zahlreichen Zusammensetzungen, die für die Herstellung dielektrischer Schichten in mehrschichtigen Strukturen bekannt sind, sind Zusammensetzungen auf der Grundlage von Gläsern, wie die knstallisierbarcn Glaser.die in den US-PS 35 8b 522 uiiu 37 85 837 beschrieben werden, oder auf der Grundlage von Gemischen aus kristallinen Materialien und Glasern, wie die Zusammensetzungen, die in den US-PS 37 87 219 und 38 37 8b9 beschrieben werden.

Oft wird das Aluminnimoxidsubstrat. auf dem die vielschichtigen Strukturen gebildet werden, durch Kräfte, die auf die gebrannte dielektrische Schicht bzw. die gebrannten dielektrischen Schichten einwirken, verzerrt oder verbogen f'.s besteht ein Bedarf der dielektrischen Zusammensetzungen, die solche thermischen KxpanSKinscigenschafien besitzen, daß dieses Verbiegen vermindert wir), da sonst eine schlechte lilmadhasion erhalten wird.

I ine Verminderung im Verbiegen des Aluminium

so oxidsubstrats. das durch viele im l'.ndel erhältliche dielektrische Zusammensetzungen hervorgerufen wird, ist wichtig, da verzerrte (nichiplanare) Substrate eine Ausrichtung br ι π Drucken der darauffolgenden Schichten auf das Substrat erschweren Aufgeldern ist es schwierig, verbogene Substrate zu Steckeranordnungen zusammenzubauen Die Druckkräfte, die auf die dielektrische Schicht wirken, können im Aluminium oxidsiibsirai eine ItiUhildung bewirken, wenn es Tempera tu r w echselbeatispn lehn ngcn ausgesetzt ist.

ho z. B beim latichlnten der I leklroden Die gebrannten dielektrischen Schichten dürfen, wie /.uvur erwähnt, nicht potüs Sein und müssen bei Temperaturen brennbar

sein, die mit den Brenntemperaturen typischer Eickifti' denzusammcnsciziingeit verträglich sind (Z, B. unter

hi 975"C). Werden kristalline RiIIstoffe verwendet, sollten die Füllstoffe: dielektrische Konstanten besitzen, die relativ niedrig sind.

In der DF.-PS 6 84 9 32 ist ein elektrischer Isolierkör-

per beschrieben, der im wesentlichen aus einer unter Bildung von Magnesiumtitanat gesinterten Mischung von MgO und TiO> besteht. Es fehlen jegliche Angaben, welche Mengen von Magnesiumoxid und Titandioxid die zu sinternde Mischung und welchen Magnesiumtitanatanteil der gesinterte Körper aufweisen sollen. Außer den genannten Oxiden können geringe Mengen von Plastifizierungs- oder Flußmitteln verwendet werden, während der Einsatz von Gläsern nicht vorgesehen ist.

In der DE-PS 6 99 112 werden für den Isolierkörper 1» der vorgenannten DE-PS bestimmte Anteile an Magnesiumoxid und Titandioxid sowie weiterer Zuschlagstoffe oder Flußmittel angegeben. Der Anteil der Zuschlagstoffe oder Flußmittel, über deren Art die Patentschrift keinerlei Angaben enthält, liegt bei ,5 höchstens 11 %.

Die Erfindung wird durch die Patentansprüche wiedergegeben.

Erfindungsgemäß wird ein insbesondere zur Herstellung dielektrischer Schichten in Mehrschichten-Koi>- ₂n densatoren geeignetes beschichtetes Aluminiumoxidsubstrat geschaffen, welches keine Verbiegung während des Brandes erleidet und dessen dielektrische Schichl(en) porös und bei günstigen Temperaturen cinbrennbar ist (sind). Die dielektrischen Schichten ₂s ergeben weiterhin gute elektrische Eigenschaften, z. B. eine Dielektrizitätskonstante unter 10 und Q über etwa 400.

In der gebrannten dielektrischen Schicht bzw. in den gebrannten dielektrischen Schichten sind nicht mehr als _J0 25 Gew.-%. vorzugsweise nicht mehr als 20 Gcw.-% MgTiOi vorhander· (das zu dem ungebrannten Pulvergemisch als vorgeformtes MgTiOj zueegeben wird oder das durch Umsetzung von MgO uno FiO₂ während des Brennens gebildet wird). Es kann jedoch ein Überschuß j^ an MgO oder TiO.. bis zu einem gesa.ntcn kristallinen Oxidgehall von 35% vorhanden sein.

Das Pulvergemisch enthält vorzugsweise 82 bis 86 Gew. % (a) und 14 bis 18 Gew.% (b). Insbesondere besteht die Komponente (b) nur aus vorgebildetem ^₀ MgTiO μ

Das erfindungsgemäßc Pulvergemisch enthält das bestimmte Glas und die bestimmten kristallinen Oxidfüllstoffc. Die Pulverbestandteile sind so fein verteilt, daß sie bei den bekannten .Siebdruckverfahren .₍-, verwendet werden können. Im allgemeinen sind die Pulver so fein verteilt, daß sie durch ein O,O37-mm-Sieb hindurchgehen. Vorzugsweise besitzen sie eine durch schnittliche Teilchengröße von 0,5 bis 15 μπι. insbesondere I bis 5 μιη, wobei im wesentlichen alle Teilchen im ',ο Bereich von I bis 20 μίτι liegen. Zur [Erzeugung dieser Größen können die Pulver in einer Mühle (einer Kugelmühle oder einer niullidimensionalen Mühle) vor der Verwendung vermählen werden.

Das Glas und die kristallinen Oxide und ihre relativen y, Verhältnisse werden so gewählt, daß sie eine verringerte Verzerrung (Verbiegung) des Aluminiumoxidsub strats beim Brennen des Dielektrikums ergeben. Bei einigen Anwendungen kann eine stärkere Verbiegung toleriert werden als bei anderen. t,n

Die verwendeten Gläser sind im wesentlichen nichtleitend und besitzen einen Erweichungspunkt (die Teiiiperaluft bei der sich das Glas schnell verförmt), der über etwa 700"C liegt. Sie haben einen thermischen Expansionskocffizicntcn, der unter dem von Aluminiu- &··, moxid liegt (70x10 V⁰C). Gläser mit weniger als insgesamt 30% BbO _t plus PbO werden bevorzugt.

Die cffindtfngsgeinäß verwendeten Gläser werden aus geeigneten Gemengezusammensetzungen der Oxide (oder Oxidvorstufen, wie Hydroxide und Carbonate) durch Schmelzen geeigneter Zusammensetzungen hergestellt, die die gewünschten Verbindungen in den gewünschten Verhältnissen ergeben. Die Gemengezusammensetzungen werden zuerst vermischt und dann unter Bildung eines homogenen, fluiden Glases geschmolzen. Die bei dieser Schmelzstufe aufrechterhaltene Temperatur ist nicht kritisch, liegt aber normalerweise im Bereich von 1450 bis 1550⁰C, so daß eine schnelle Homogenisierung der Schmelze erhalten wird. Nachdem ein homogenes, fluides Glas erhalten wurde, wird es normalerweise unter Bildung einer Glasfritte in Wasser gegossen.

MgTiOi besitzt einen höheren thermischen Expansienskoeffizienten als Aluminiumoxid. Dieses kristalline Oxid, das manchmal in der vorliegenden Anmeldung als »temäres Oxid« bezeichnet wird, kann im erfindungsgemäßen (ungebrannten) Pulvergemisch vorhandeT sein oder alternativ beim Brennen des Dielektrikums in der mehrschichtigen Konfiguration gebildet werden. Das Pulvergemisch k.inn etwas oder kein ternäres Oxid enthalten. Wenn das Pulvergemisch weniger als 10 Gew.-% MgTiOi enthält, sind ausreichend MgO und TiO.. oder deren Vorstufen (b2) vorhanden, daß beim Brennen mindestens 10 Gew.-% kristallines MgTiO₁ gebildet werden. Wenn z.B. 5 Gew.% MgTiOi im Pulvergemisch vorhai den sind, enthält das Pulver ausreichend Vorläufer (b2), daß mindestens 5 Gew.-% mehr MgTiO, in der gebrannten dielektrischen Schicht gebildet werden.

Das Pulver enthält insgesamt 10 bis 35 Gew.-% MgTiOi plus MgO und TiO.. Weniger als IO Gew.-% MgTiO, ergeben in dem gebrannten Dielektrikum nicht die erforderliche Verminderung im Verbiegen des Substrats. Mehr ,ils 35 Gew.% kristalline Oxide ergeben in dem gebrannten Dielektrikum poröse, dielektrische Schichten. Eine Porosität kann ein Sinken der I.eiterschicht in und durch das Dielektrikum und somit einen Kurzschluß verursachen

Wenn in der gebrannten dielektrischen Schicht MgO rid TiO.. verbleiben, steigt das Gesamtgewicht aus MgTiO, nlus MgO utid TiO. nicht über 55 Ciew.%; es sind jedoch mindestens 10 Gew.-'Cn MgTiO, vorhanden.

Das erfindungsgemäße Pulvergemisch wird als Film in an sich bekannter We.se auf Aluminiunioxidsubstrale, die eine vorgebrannie bzvv voraktivierte Flektrodenmetallisierung tragen, aufgedruckt. Bevorzugt werden .Siebdruckverfahren oder Matrizendruckverfahren verwendet. Das Pulvergemisch kann .n fein verteilter Form als Dispersion in einem inerten, flüssigen Träger aufgedruckt werden. Als Trager kann man irgendeine inerte Flüssigkeit einschließlich Wasser rider irgendeine der verschiedenen organischen Flüssigkeiten mit oder ohne Verdickungsmittel und/oder Stabilisator und/oder anderen üblichen Zusatzstoffen verwenden. Beispiele von organischen flüssigkeiten, die verwendet werden können, sind aliphalische Alkohole. I ster solcher Alkohole. /. B. Acetale oder Propionate Terpene, wie Pineöl b/w. Fichlcnnadelöl oder Tcrpineol. Lösungen von Polyisobutylmelh.icrylat in 2.2.4 Trimethylpentan diol-l,3'iiionö!sobutyrat, Lösungen von Harzen, wie Polyniclhacrylalen niedriger Alkohole, oder Lösungen von Alhylcellulose in Lösungsmitteln, wie Pineöl bzw. Fichlennadclö! und dem Moiiobutyliithcr von Älhylenglykolmonoacetat. Der Träger kann zur Aktivierung eines schnellen Abbindens nach der Applikation auf das Substrat flüchtige Flüssigkeiten enthalten oder daraus

bestehen.

Das Verhältnis von Träger zu anorganischen Feststoffen kann beachtlich variieren und hängt von der Art ab, wie die Dispersion angewendet wird, und der Art der verwendeten Träger. Im allgemeinen werden 0,4 bis 9 Gew.-Teile anorganische Feststoffe/Gew.-Teil Träger zur Herstellung einer Dispersion mit der gewünschten Konsistenz verwendet. Bevorzugt werden 2 bis 4 Teile anorganische Feststoffe/Teil Träger verwendet.

Nachdem die erfindungsgemäßen Pulvergemische auf vorgebrannte bzw. voraktivierte Keramiksubstrate (mit Metallisierungen darauf) aufgedruckt wurden, wird das gedruckte Substrat erneut gebrannt. Im allgemeinen wird das dielektrische Pulvergemisch im Temperaturbereich von 800 bis 975°C unter Bildung einer kontinuierlichen dielektrischen Schicht gebrannt. Bevorzugt erfolgt das Brennen bei einer Peaktemperatur von etwa 900 bis 950⁰C. Die Peaktemperatur wird normalerweise etwa 10 Minuten gehalten, obgleich 5 bis 30 Minuten angewendet werden können. Man kann Band- bzw. Haubenofen oder Kastenöfen verwenden. Wenn ein Band- bzw. Haubenofen verwendet wird, dauert der gesamte Brennzyklus im allgemeinen etwa 40 bis 60 Minuten. Das Brennen kann in Luft oder Stickstoff vorgenommen werden. Wesentlich bessere Ergebnisse werden in Luft erzielt. Oft wird eine zweite dielektrische Schicht direkt über der ersten aufgedruckten gebrannt, damit die Bildung von Nadellöchern vermieden wird.

Das erfindungsgemäß beschichtete Aiuminiumoxidsubstral eignet sich insbesondere für mehrschichtige elektronische Strukturen, wie Kondensatoren und Mehrpunktsirukturen. die als aufeinanderfolgende Schichten auf einem Substrat eine Bodenelektrode auf und haftend an dem Substrat, eine dielektrische Schicht über und haftend an mindestens einem Teil der Bodenelektrode und eine obere bzw. Spitzenelektrode über und haftend an mindestens einem Teil der dielektrischen Schicht umfassen.

Als Substrate eignen sich auch solche, die thermische F.xpansionseigenschaften besitzen, die ähnlich sind wie die von Aluminiumoxid. Typische, im Handel erhaltliche, verdichtete (vorgebrannte) Aluminiumoxidsubstratc enthalten über 90% Aluminiumoxid. /. B. 9b% bandgcgosscnes gesintertes Aluminiumoxid und 4% Magnesiumsilikat.

Die durch die Erfindung geschaffenen mehrschichtigen Strukturen umfassen leitende Schichten (z. B. Kondensatoren) oder Leitungen (/. B. komplexe Schal lungen mit dielektrischen Dämpfungsgliedern bzw. Kissen oder »Überkreu/ungcn« an der Stelle der Überkreuzungen der Leilerlinicn). Die Geometrie der Vielschichtenstrukturcn ist nicht beschränkt, sondern wird in an sich bekannter Weise von dem Fachmann entsprechend den Erfordernissen ausgewählt. In der USPS 37 85 837 werden Überkreuzungsdielekirika und in der USPS 37 87 219 mehrschichtige Kondensatoren beschrieben. Mit Hilfe der F.rfindung können Strukturen mit einer Vielzahl von Schichten bereitgestellt werden.

Beispiele

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Teile, Prozcntgehallc, Verhältnisse usw. sind, sofern nicht anders angegeben, auf das Gewicht bezogen. Bei einer Reihe von Beispielen werden mehrschichtige Kondensatoren aus zwei Leitern und ein Zwischendiclckfrikum zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung auf ein Aluminiiirrioxidsubstrat aufgedruckt und gebrannt. In anderen Beispielen werden zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorteile, d.h. einer verminderten Substratdeformation oder eines verminderten Verbiegens, bedingt durch die gebrannte dielektrische Schicht, die dielektrischen Zusammensetzungen auf Aluminiumoxidsubstrate aufgedruckt und gebrannt. In allen Beispielen ist das Substrat ein vorgebranntes (dichtes) Aluminiumoxidsubstrat (96% bandgegossencs gesintertes Al₂Oj und 4% Magnesiumsilikat).

in Die in den Beispielen verwendeten Gläser werden folgendermaßen hergestellt Ein physikalisches Gemisch in den gewünschten Verhältnissen aus Metalloxiden, -hydroxiden und/oder -carbonaten wird hergestellt und bei einer Peaktemperalur von 1450 bis 1550°C geschmolzen. Durch Eingießen in Wasser wird es dann abgeschreckt. Die Gläser werden dann fein in einer bekannten 1-I-Kugelmühle mit 26 0,63-cm-AIuminiumoxidkugeln (36 g Glas, 15 ml Wasser, 2stündiges Mahlen) vermählen und anschließend wird filtriert und getrocknet. Das Pulver wird durch ein Sieb mit 0,037-mm-Öffnungen gesiebt. Jie durchschnittliche Teilchengröße beträgt etwa I fa^:> 5 μιτι, wobei im wesentlichen alle Teilchen zwischen etwa 1 bis 20 μηι liegen.

Die verwendeten kristallinen Oxide, d. h. MgO, TiO> un·' MgTiOj, werden im Handel gekauft, durch Röntgenbeugungsanalyse identifiziert und dann wird ihre Größe durch Vermählen von 100 g mit 100 ml Wasser in einer multidimensionalen Mühle während

jn 2 Stunden verkleinert. Die Teilchengröße der gemahlenen Oxide liegt im Bereich von etwa 1 bis 20 μιτι, durchschnittlich bei etwa 1 bis 5 μιτι.

Erfindungsgemäß werden Dispersionen aus Glas und kristallinen Oxiden durch Vermischen der gewünschten

j-, relativen Mengen aus feinverlcihem Glas und kristallinen Oxiden (normalerweise in einem Hoover-Kollergang) mit einem Träger mit für das Siebdrucken geeigneter Konsistenz und Rheologie hergestellt. Das Feststoffe/Träger-Verhältnis beträgt 77/23.u. h. 77 Teile anorganische Feststoffe (Glas und kristalline Oxide) werden mit einem Träger aus 22.8 Teilen eines Gemisches aus Polymer und Lösungsmittel (20% Polyisobutylmethacrylat in 80% eines Lösungsmittels, das 2.2.4-Trime:hyIpentandiol-1.3-monoisobutyrat ist)

4) und 0.2 Teilen Benetzungsmittel (Sojalecithin) vermischt. Zur Modifizierung der Rheologie werden in einigen Fällen zusätzlich bis zu 2 Teilen Lösungsmittel zugegeben.

B e i s ρ i e I 1

Zur Erläuterung einer verringerien .Substratverzerrung (Verbiegung) mit den erfindungsgemäßen Massen wird die dielektrische erfindungsgemäße Zusammensetzung auf ein Aluminiumoxidsubstrat aufgedruckt und in

r> Luft gebrannt. Das Substrat hat Abmessungen von 5.08 cm χ 2,54 (.m χ 0.64 mm. Ein 0.0/4 mm-Drucksieb wird am Mittelpunkt maskiert (ein 0,64-cm-Quadrai), so daß die gesamte Oberfläche des Substrats mit dem dielektrischen Pulvergemisch mit Ausnahme des Matel-

hn quadrats bedeckt wird. Zuerst wird die Dicke (Höhe) des MiUelquadrals auf jedem Substrat mil einer Mikrometer-Lehre gemessen. Der Prozentgehall des-Verbiegens entspricht einer Änderung in der Höhe in dem Mittelteil des Substrats, dividiert durch die Dicke des Substrats, jeweils in μιτι angegeben. Das Glas besitzt einen thermischen Expansionskoeffizienten von 50x 10-VC. Das Glas enthält 40% SiO₂, 18% BaO, 5% CaO, 6% B₂Oj, 10% AI₂O₁,5% MgO, 8% ZnO und 8% PbO. Eine

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Schicht aus der dielektrischen Zusammensetzung aus 16 Teilen MgTiCh und 84 Teilen Glas wird dann durch das gemusterte 0,074-mm-Sieb auf das Substrat aufgedruckt. Der Abdruck wird 10 min bei 120°C getrocknet, und dann wird ein zweiter dielektrischer Abdruck auf den ersten aufgedruckt und dann wird, wie zuvor beschrieben, getrocknet. Das gedruckte Substrat wird dann in einem Kastenofen 10 ftiin bei 950° C gebrannt.

Zwei weitere dielektrische Schichten werden wie zuvor beschrieben aufgedruckt und getrocknet und das Brennen wird wie zuvor beschrieben wiederholt. Die Höhe im Mittelteil des Substrats wird erneut gemessen. Die Mitte des Substrats biegt sich etwas negativ (etwa 0,5%) gegenüber dem Substrat vor irgendeinem Drucken oder Brennen, wie zuvor beschrieben.

Man stellt fest, daß die dielektrische Schicht ein sehr gutes Aussehen hat und nach dem Druckfarbentesl, wie er im folgenden erläutert wird, nicht porös ist. Ein Tropfen einer handelsüblichen blauen wasserlöslichen Farbe wird auf das gebrannte Dielektrikum gegeben und 1 min stehengelassen. Dann wird etwa 5 see mit fließendem Wasser abgewaschen. Wenn ein Flecken verbleibt, wird die Probe als porös angesehen.

Vergleichsbcispiel A

Beispiel 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß nur Glas verwendet wird. Es ist kein MgTiOj oder ein anderer kristalliner Füllstoff vorhanden. Obgleich das dielektrische Verhalten wiederum sehr gut ist, beobachtet man ein Verbiegen des Substrats von + 24.4%.

Vergleichsbeispiel B

Beispiel 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß das anorganische Pulver 26% kristallines MgO und 74% Glas enthält. Die Verbiegung ist stärker als im Beispiel 1. Die dielektrische Schicht ist, bedingt durch starke Rißbildung und Oberflächenrauhheit, unannehm-•bar. Dies erläutert die Wichtigkeit von MgTiOj.

Beispiel 2

Beispiel 1 wird unter Verwendung einer dielektrischen masse, uic weniger FvIgTiGj, iGVu (piub 90-7U Glas), enthält, wiederholt. Das Substrat verbiegt sich um + 5.5% gegenüber nur etwa -0,5% im Beispiel 1, bei dem 16% MgTiOj verwendet wird (das Substrat ist nahezu planar) und gegenüber +24,4% Verbiegung im Vergleichsbeispiel A, bei dem 100% Glas verwendet werden. Somit sind 10% MgTiOj nicht bevorzugt.

Beispiel 3

Beispiel 1 wird unter Verwendung von 84 Teilen Glas und 16 Teilen kristallinem Füllstoff mit einem 1/1-Molverhältnis von MgOAlO₂ gegenüber 16 Teilen vorgebildetem MgTiO3 und 84 Teilen Glas im Beispiel 1 wiederholt Die Substratverbiegung beträgt +6,2%. Vorgebildetes MgTiOj ist gegenüber MgO/TiOi-Gemischen bevorzugt, obgleich solche Gemische eine Verbesserung ergeben gegenüber Zusammensetzungen, die nur aus Glas bestehen (Vergleichsbeispiel A) und MgO allein (Vergleichsbeispiel B).

Beispiele 4 bis 7

In diesen Beispielen werden vielschichtige Kondensatoren unter Verwendung der erfindungsgemäßen dielektrischen Zusammensetzungen hergestellt. Es wird das gleiche Glas wie im Beispiel 1 verwendet. In der folgenden Tabelle sind die anorganischen Feststoffe und ihre relativen Verhältnisse aufgeführt, aus denen die

40 Dispersionen gebildet werden. Die Substratdimensionen betragen 2,54 cm χ 2,54 cm χ 0,64 mm Dicke.

In den Beispielen 4,6 und 7 wird eine Bodenelektrode (ein Schlüssellochmuster mit einem 1,02'cm-Kreis mit sich davon erstreckenden Elektfodenvorsprüngen) auf das Substrat mit einer Goldzusammensetzung durch ein Sieb mit O,O44^mm-Öffnungen gedruckt, 10 min bei 125⁰C getrocknet und in Luft 10 min bei 900⁰C gebrannt. Die Göldzusammensetzung enthält 80,3 Teile feinverteiltes Gold und 3,7 Teile feinverteiltes Glasbindemittel, dispergiert in 16 Teilen Träger (8% Äthylcellu-Iose/94% Terpineol). Die gebrannte Elektrode ist etwa 17,78 μπι dick.

Im Beispiel 5 wird die Elektrode in Stickstoff 10 min bei 900⁰C gebrannt. Das Elektrodenmaterial enthält ein Grundmetall, Kupfer (80,6 Teile feinverteiltes Kupfer und 6,2 Teile feinverteiltes Glas), dispergiert in 13,2 Teilen Träger (2,5 Teile Äthylcellulose, 48,5 Teile Dibutylphthalat, 46.6 Teile Terpineol und 2,4 Teile Sojalecithin).

Eine dielektrische Schicht (1,12-cm-Kreis) wird auf die gebrannte Bodenelektrode gedruckt, wobei sie die Bodenelektrode in dem Bereich überlappt, wo die Spitzen- bzw. Oberseitenelektrode (ein Schlüssellochmuster) aufgedruckt werden sollte. Die dielektrische Schirht wird 10 min bei 125°C getrocknet und dann wird pine zweite dielektrische Schicht auf die erste aufgeoYuckt und getrocknet. Die Struktur wird 10 min bei 900°C erneut gebrannt. Die Dicke der dielektrischen Schicht ist in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Eine Spitzen- bzw. Oberseitenelektrode (Schlüssellochmuster) wird auf die gebrannte dielektrische Schicht unter Verwendung der gleichen Elektrodenzusammensetzung und der gleichen Brennatmosphäre, wie sie für die Bodenelektrode in diesem Beispiel verwendet wurde, aufgedruckt und wie zuvor beschrieben getrocknet und 10 min bei 900⁰C gebrannt.

Q. ein Maß für den Energieverlust bei einem Schwingungskreis (je höher Q ist, um so niedriger ist der Energieverlust), wird bestimmt, indem man die Kapazität (pF) und den Leitwert (mho) von einer handelsüblichen i-ivIHz-Erücke abliest und dann die folgende Gleichung verwendet:

50

60 Q = 2-

Kapazität
Leitwert

Der Verlustfaktor wird in Dezimalwerten unter Verwendung einer handelsüblichen 1-kHz-Brücke bestimmt und dann in Prozentwerte umgewandelt.

Die Dielektrizitätskonstanie wird aus der Kapazität folgendermaßen bestimmt:

K =

Ct- 10"
0.224 - A

worin Cdie Kapazität (pF) und ί bzw. A die Dicke bzw. Fläche des Dielektrikums (in 0,0254 mm) bedeuten.

Der Isolationswiderstand (IR) wird bei 100 V Gleichstrom unter Verwendung eines handelsüblichen Megatrometers bestimmt.

Die Durchschlagspannung (Volt Wechselstrom) wird mit Hilfe eines handelsüblichen Durchschlag-Testgeräts bestimmt.

Wie aus der folgenden Tabelle hervorgeht werden für alle Zusammensetzungen gute dielektrische Eigenschaften erhalten.

Die besten Gesamtergebnisse werden bei 16% vorgebildetem MgTiOj (0,1% Verlustfaktor, niedriger K-Wen von 7,2 und C? von 707) beobachtet.

ίο

Tabelle
Kondensalofherstellung

4 MgTiO₃ 16/84 16 7,2 0,i 707 60,96 1000

5 2MgCVlTiO₂ 26/74 0 6,8 0,28 64O 60,96 900

6 MgTiO₃ 10/90 ΙΟ 6,8 0,4 789 55,88 1200

7 lMgO/lfiÖ₂ 16/84 0 9,5 0,6 807 55,88 800

Heisp.	Kristalline	Gew.-Ver-	Gew.-%	Dielektri	Verlust	öbei	Dielek-	Durch	IR
Nr	Füllstoffedind	hällnis	vorgebikl.	zitäts	faktor	1 MHz	(rik.	schlag
	Molverhältnis)	Füllstoff	lernäres	konstante	bei I kHz		Dicke	spannung
		zu Glas	Oxid im an	bei IkIIz
			organischen					(Volt	(Ohm)
			Pulver					Wechsel
			gemisch		(%)		(μηι)	strom)

5xi0¹²

io¹² io^u

2X10¹²

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Beschichtetes Aluminiumoxidsubstrat mit minimaler Verbiegung während des Brandes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem Pulvergemisch aus

a) 65 bis 90 Gew.-°/o eines oder mehrerer Gläser mit einem Erweichungspunkt Ober 700° C und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der geringer ist als jener von Aluminiumoxid, als Rußmittel und

b) 10 bis 35 Gew.-°/o einer MgO/TiOr Komponente, weiche, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemisches, aus

1) Obis 25 Gew.-% kristallinem MgTiOjund

2) 0 bis 35 Gew.-% Mischungen von kristallinem MgO und TiO₂ und/oder deren Vorstufen, die zur Bildung von MgTiOi befähigt sind, besteht,

vorausgesetzt, «laß, wenn der Anteil des Pulvergemisches an MgTiOi unter 10 Gew.-% liegt, der relative Anteil der Oxidkomponente (2) so bemessen ist. daß nach dem Brennen zu einem Dielektrikum in diesem insgesamt mindestens IO Gfw. °/o MgIiOi vorhanden sind, und daß die relativen Anteile von MgO und TiO> und/oder deren Vorstufen so bemessen sind, daß im gebrannten Dielektrikum nicht mehr als 25 Gew.-"/" Mg TiO ι vorhanden sind.

gebildet wurde

2. Pulvergemisch /ur Beschichtung von Substraten ■nit einer Zusammensetzung gemäß Anspruch i