DE3004606A1

DE3004606A1 - Verfahren zum einbrennen von dickschicht-nichtedelmetall-pasten und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3004606A1
Application number: DE19803004606
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Roland 7140 Ludwigsburg Bader; Dipl.-Phys. Dr. Wolfgang 7250 Leonberg Leibfried; Dipl.-Phys. Günther Stecher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-02-08
Filing date: 1980-02-08
Publication date: 1981-08-13

Description

Verfahren zum Einbrennen von Dickschicht-Nichtedel-
metall-Pasten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei der Herstellung von Dickschichtschaltungen werden die auf dem Trägersubstrat aufgebrachten Paste, die im allgemeinen aus einem Metallpulver, einem Keramik- oder Glaspulver und einem organischen Bindemittel bestehen, einer Temperaturbehandlung unterzogen. Diese erfolgt in Muffeldurchlauföfen, indem ein endloses Transportband die Substrate gleichmäßig durch das Innere des elektrisch beheizten Ofens fördert, wobei die Teile ein definiertes Temperatur-Zeit-Profil durchlaufen. Gleichzeitig wird im Ofeninneren eine Luftströmung im Gegenstrom zur Transportrichtung aufrechterhalten, die vor allem die Aufgabe hat, die organischen Pastenbe-0 standteile bei Temperaturen unterhalb etwa 500 C zu verbrennen und die dabei entstehenden Verbrennungsprodukte abzutransportieren.
Beim Einbrennen von Pastensystemen mit Nichtedelmetallen wie Kupfer oder Nickel und damit kompatiblen dielektrische Pasten und Widerstandspasten muß statt Luft ein chemisch inertes Gas, vorzugsweise Stickstoff, verwendet werden, da sonst eine unerwünschte Oxidation des Metalls in der Paste auftreten würde. Es hat sich dabei jedoch als notwendig erwiesen, im Temperaturbereich unterhalb etwa 500 Or einen definierten Rest sauerstoffgehalt aufrechtzuerhalten, während im Hochtemperatur- und Abkühlungsbereich des Ofens eine möglichst sauerstofffreie Ofenatmosphäre herrschen soll. Diese Einstellung des Restsauerstoffgehaltes unterhalb etwa 500 OC hat sich als sehr kritisch erwiesen, da z. B. zu hohe Sauerstoffgehalte die Leiterbahnen oxidieren, zu niedrige dagegen die organischen Pastenbestandteile nur unvollständig verbrennen und dadurch die Eigenschaften der Dielektrika und Widerstandsschichten in hohem Masse verschlechtern.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich die genannten Probleme des Oxidierens der Leiterbahnen oder der unvollständigen Verbrennung der organischen Bestandteile weitgehend vermeiden lassen.
Durch die in den Unteransprüchen 2 bis 4 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist es, den Ofenquerschnitt im Aufheizbereich auf etwa ein Drittel des ursprünglichen Querschnitts zu verengen.
In den Ansprüchen 5 bis 8 ist eine Vorrichtung angegeben, mit der das erfindungsgemäße Verfahren in besonders einfacher Weise durchgeführt werden kann.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung, die eine Vorrichtung in Form eines Muffeldurchlaufofens in einem schematischen Schnitt zeigt, dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Der Nuffeldurchlaufofen 1 weist an seinem Ende einen Einlaß 2 auf, durch welchen reiner Stickstoff eingeblasen wird. Dieser Stickstoff wird durch einen Schornstein 3 abgesaugt. Zwischen dem Schornstein 3 und dem Hochtemperaturbereich 9 weist der Muffeldurchlaufofen 1 einen hitzebeständigen Formkörper 4 auf, der zur Verengung des Querschnitts des Ofens 1 auf etwa ein Drittel des ursprünglichen Querschnitts führt. An dem Übergang zwischen Aufheizbereich und Hochtemperaturbereich 9, der vorzugsweise bei etwa 500 0C liegt, weist der Ofen 1 ein mit Löchern versehenes Rohr 5 auf, das senkrecht zur Laufrichtung eines Transportbandes 6 in geringer Höhe darüber angebracht und durch das ein definiertes Luft-Stickstoff-Gemisch eingeleitet wird. Das Transportband 6 läuft in der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung von links nach rechts, also dem bei 2 und 5 eingeführten Gasstrom entgegen. Dichtheit gegenüber der Außenatmosphäre wird durch eine Eingangsschleuse 7 und eine Ausgangsschleuse 8 erreicht, die beide mit Stickstoff gespült werden. Der Ofen 1 weist eine nicht dargestellte elektrische Heizung auf, die es erlaubt, über die Länge des Ofens im Inneren ein bestimmtes Temperaturprofil aufrechtzuerhalten, wobei die Temperatur, von der Eingangsschleuse 7 herkommend, bis zu dem Übergang 9 etwa 500 0C erreicht hat, danach weiter ansteigt bis auf etwa 900 OC, um danach allmählich wieder abzufallen. Eine den Heizzonen folgende wassergekühlte Muffel kühlt die Teile praktisch auf Raumtemperatur ab.
Zur Durchführung des Verfahrens wird der Muffeldurchlaufofen aufgeheizt, an den Stellen 2, 7 und 8 Stickstoff sowie durch das Rohr 5 ein Luft-Stickstoff-Gemisch eingeleitet. Bei einem Ofenquerschnitt. von 90 cm2 im Hochtemperaturbereich des Ofens werden bei 2 etwa 2000 l/h reiner Stickstoff eingeleitet, während durch das Rohr 5 450 l/h eines Gemisches aus etwa 0,1 Vol.-% Luft und etwa 99,9 Vol.-% Stickstoff eingeleitet wird. Dann werden die mit einer Nichtedelmetall-Paste sowie gegebenenfalls auch mit dielektrischen und/oder Widerstandspasten versehenen Substrate aus keramischen Material auf dem Transportband 6 durch die Eingangsschleuse 7 hindurch zunächst in den Aufheizbereich des Ofens mit dem verengten Querschnitt eingeführt, wo die Temperatur der Substrate zunächst bis auf etwa 500 C ansteigt und dabei das organische "iaterial der Pasten verbrennt. In dem anschließenden Hochtemperaturbereich steigt die Temperatur der Substrate weiter bis auf 900 0C, wobei die Pasten aufgrund des Gehaltes an keramischem Material gesintert werden und sich dabei fest mit dem Substrat verbinden. In der Gegend der Ausgangsschleuse 8 fällt die Temperatur der Substrate dann bis auf etwa 30 0C ab und die Substrate verlassen den Ofen 1 durch die Ausgangsschleuse 8. Die Verweildauer in dem Muffeldurchlaufofen beträgt ca. 60 th nuten.
Das Temperatur-Zeit-Profil läßt sich durch geeignete Vorrichtungen den jeweils verwendeten Pasten anpassen. Das gleiche gilt für die beim Übergang 9 herrschende Temperatur. Die Verweildauer der Substrate in dem Muffeldurchlaufofen läßt sich durch Änderung der Geschwindigkeit des Transportbandes 6 variieren, so daß. auch hier eine Anpassung an die verwendeten Pasten möglich ist.
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zum Einbrennen von Dickschicht-Nichtedelmetall-Pasten vorgeschlagen, bei dem die Substrate mit den aufgebrachten Dickschichtpasten durch einen Ofen geführt werden und dort ein definiertes Temperatur-Zeit-Profil durchlaufen, wobei gleichzeitig Stickstoff sowie in dem Aufheizbereich zusätzlich eine bestimmte Menge Sauerstoff über die Substrate geleitet wird. Der mit Sauerstoff vermischte Stickstoff im Aufheizbereich wird mit einer gegenüber dem Hochtemperatur- und Abkühlungsbereich erhöhten Strömungsgeschwindigkeit über die Substrate geleitet.
Dadurch wird vermieden, daß durch zu hohen Sauerstoffgehalt das Metall der Dickschichtpaste oxidiert oder aber durch zu niedrigen Sauerstoffgehalt die organischen Pastenbestandteile unvollständig verbrennen. Die höhere Strömungsgeschwindigkeit in dem Ofen (1) im Aufheizbereich zwischen einem Schornstein (3) und dem Übergang (g) zum Hochtemperaturbereich wird durch eine Verengung des Querschnitts, z. B. durch Einbau eines Formkörpers t4) in den Ofen (1) erreicht..

Claims

Ansprüche 111 Verfahren zum Einbrennen von Dickschicht-Nichtedelmetall-Pasten, bei dem die Substrate mit den aufgebrachten Dickschichtpasten durch einen Ofen geführt werden und dort ein definiertes Temperatur-Zeit-Profil durchlaufen, wobei gleichzeitig in einem Hochtemperatur- und Abkühlbereich Stickstoff im Gegenstrom über die Substrate geleitet wird, dem in einem Aufheizbereich eine definierte Menge Sauerstoff zugemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Sauerstoff vermischte Stickstoff in dem Aufheizbereich mit einer gegenüber dem Hochtemperatur- und Abkühlungsbereich erhöhten Strömungsgeschwindigkeit über die Substrate geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit durch eine Verengung des Ofenquerschnitts im Aufheizbereich erzielt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenquerschnitt auf etwa ein Drittel des ursprünglichen Querschnitts verengt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen Aufheizbereich einerseits und Hochtemperatur- und Abkühlungsbereich andererseits, bei dem dem Stickstoff Sauerstoff zugemischt und die Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird, bei etwa 500 oC liegt.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis #, bestehend aus einem Muffelofen (1) mit einer mit Stickstoff gespülten Eingangsschleuse (7) und einer ebenfalls mit Stickstoff gespülten Ausgangsschleuse (8), einem Schornstein (3) am Ofeneingang, einer Sauerstoffzuführung (5) am Übergang (9) zwischen einem Aufheizbereich und einem Hochtemperaturbereich sowie einer Stickstoffzuführung (2) in einem Abkühlungsbereich und einem Transportband (6), auf dem die Substrate von der Schleuse (7) zur Schleuse (8) transportiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen zwischen dem Schornstein (3) und dem Übergang (9) einen verengten Querschnitt aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (1) zwischen dem Schornstein (3) und dem Übergang (9) einen den Querschnitt des Ofens verengenden Formkörper (4) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Ofens zwischen dem Schornstein (3) und dem Übergang (9) etwa ein Drittel des übrigen Ofenquerschnitts beträgt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang (9) eine Temperatur von ca. 500 °C aufweist.