DE3876643T2

DE3876643T2 - Elektronische dickschicht-materialien.

Info

Publication number: DE3876643T2
Application number: DE8888101583T
Authority: DE
Inventors: Paul Christopher Donohue; Vincent Paul Siuta
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1988-02-04
Publication date: 1993-06-03
Anticipated expiration: 2008-02-05
Also published as: JP2854577B2; EP0278390B1; KR880010448A; HK49393A; EP0278390A2; US4780248A; DE3876643D1; EP0278390A3; JPS63245809A; KR910001031B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung ist auf Dickfilm-Elektronik-Materialien mit verbesserten Ausbrenn-Eigenschaften gerichtet, insbesondere dann, wenn sie in Atmosphären mit niedrigen Sauerstoff- Gehalten gebrannt werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bei der Verarbeitung von Dickfilm-Elektronik-Materialien - Leitern, Widerständen und Dielektrika - ist es häufig schwierig, die Entfernung des organischen Mediums während des Brennens zu bewerkstelligen, ohne kohlenstoffhaltige Rückstände und Flecken auf den Schichten der gebrannten Materialien zu hinterlassen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Elektronik-Material in einem organischen Medium dispergiert wird, das Cellulose-Komponenten wie Ethylcellulose, Hydroxyethylcellulose und Ethylhydroxyethylcellulose enthält.
Cellulosehaltige Materialien sind oft bevorzugte Komponenten für organische Medien, da sie den daraus hergestellten Dickfilm-Zusammensetzungen hervorragende Dispersions-Stabilität und Druck-Rheologie verleihen. Solche Dickfilm-Schichten haben typischerweise eine gute Druckbarkeit, lassen sich schnell drucken und ergeben glatte gedruckte Schichten.
Bisher ist es notwendig, die Gesamtmenge oder einen Teil der cellulosehaltigen Materialien durch Acryl-Polymere zu ersetzen, die gewöhnlich ein besseres charakteristisches Verhalten beim Ausbrennen haben. Solche Acryl-Polymere haben jedoch nicht genauso gute rheologische Eigenschaften wie die cellulosehaltigen Bindemittel.
Aus diesem Grunde wäre es sehr wünschenswert, ein Mittel zu haben, mit dessen Hilfe man die Verwendung cellulosehaltiger Bindemittel-Materialien in Dickfilm-Elektronik-Zusammensetzungen beibehalten könnte, während gleichzeitig die guten Ausbrenn-Charakteristiken erhalten werden, die gewöhnlich mit Acryl-Polymeren verbunden sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Unter einem Aspekt ist die Erfindung auf Dickfilm-Elektronik-Zusammensetzungen gerichtet, die fein zerteilte Teilchen eines elektrisch funktionellen Materials und eines mit Bleioxid verträglichen Glases, von denen entweder eines oder beide auf seiner Oberfläche mit einer Schicht aus 0,1 bis 10 Gew.-% Bleinitrat überzogen ist/sind, dispergiert in einem organischen Medium, umfassen.
Unter einem zweiten Aspekt ist die Erfindung auf elektrisch funktionelle Schichten gerichtet, die durch Aufbringen wenigstens einer Schicht aus der oben beschriebenen Dickfilm-Zusammensetzung und Brennen der Schicht(en) bei einer Temperatur, die ausreicht, um eine Verflüchtigung des organischen Mediums zu bewirken und das mit Bleioxid verträgliche Glas zu sintern, gebildet werden.

STAND DER TECHNIK

US 1 763 268, Slepian
Formgepreßte Widerstandsplatten, die Lampenruß und einen Rest von Oxidationsmitteln wie KNO&sub3; oder Ba(NO&sub3;)&sub2; zum Zwecke der Oxidation des Lampenrußes enthalten, um dadurch den spezifischen Widerstand der daraus hergestellten Widerstände zu erhöhen.
US 2 033 103, Beyersdorfer
Bei der Herstellung Blei enthaltender Gläser wird die Blei- Komponente als Pb(NO&sub3;)&sub2; zugesetzt, das beim oxidierenden Schmelzen in PbO umgewandelt wird, das sich in dem Glas auflöst.
US 2 617 773, Nagy
Calciumwolframat-Phosphore werden mit Bleinitrat formuliert, das sich beim Brennen der Phosphore zum Oxid zersetzt.
US 3 343 984, Saums et al.
Ein glasbildendes Oxid, LiNO&sub3;, wird in einen Lack eingearbeitet, der auf einer Draht-Isolierung ausgeheizt wird, um die Ausbrenn-Charakteristik des Lacks für das organische Medium zu verbessern.
US 3 348 918, Kruse
Verfahren zur Entfernung von Kohlenstoff aus Kohlenstoff- Diamant-Gemischen durch In-Berührung-Bringen des Gemischs mit PbO und Sauerstoff bei 250 ºC bis 500 ºC.
US 3 370 966, Schwartz et al.
Ein Oxidationsmittel wie PbO&sub2; wird zu einem PbO/ZnO/B&sub2;O&sub3;- Glas hinzugefügt, um das Ausbrennen von Verschnittmitteln aus dem Glas zu erleichtern.
US 3 973 975, 4 038 091, 4 099 977 und 4 120 678, Francel et al.
Die Reduktion von PbO während des Brennens einer versiegelnden Glas-Paste wird vermieden durch Einarbeitung von, unter anderem, Pb&sub3;O&sub4;-Teilchen in die Paste.
US 4 058 387, Nofziger
In einer PbO enthaltenden, versiegelnden Glas-Zusammensetzung werden Teilchen von Pb(NO&sub3;)&sub2; zugesetzt, um eine Reduktion des PbO zu Pb während des Brennens zu verhindern.
US 4 098 611, Francel et al.
Reduktion von PbO während des Brennens einer versiegelnden Glas-Paste wird vermieden durch Einarbeitung von LiNO&sub3;- und/oder AgNO&sub3;-Teilchen in die Paste.
US 4 476 039, Hormadaly
Die Fleckenbildung in Widerständen auf Basis von Rutheniumoxid wird reduziert durch Zusatz von Teilchen einer Metall- Verbindung, die sich unter Abgabe von O&sub2; aus ihr thermisch zersetzt. Unter den erwähnten geeigneten Metall-Verbindungen finden sich nicht-alkalische Nitrate, von denen Pb(NO&sub3;)&sub2; erwähnt wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Elektrisch funktionelles Material

Die Verwendung von Pb(NO&sub3;)&sub2;-Überzügen auf elektrisch funktionellen Materialien zur Erleichterung des Ausbrennens organischer Medien aus Dickfilm-Zusammensetzungen ist anwendbar auf Materialien eines beliebigen Typs elektrischer Funktionalität, d.h. Leiter, Widerstände und Dielektrika, sowie auf die anorganischen Bindemittel, die in Verbindung mit ihnen verwendet werden können. Die Menge Pb(NO&sub3;)&sub2;, die relativ zu der Gesamt-Menge der Feststoffe eingesetzt werden kann, beträgt 0,1 bis 10 Gew.-%, wobei 0,2 bis 5 Gew.-% bevorzugt werden. Unterhalb von 0,1 Gew.-% tritt die günstige Wirkung nicht hinreichend deutlich auf, und oberhalb von 10 Gew.-% kann die Menge des gebildeten PbO sich auf die Rheologie des anorganischen Bindemittels nachteilig auswirken.
So lange das Pb(NO&sub3;)&sub2; innerhalb des oben angegebenen Bereichs vorliegt, spielt es keine Rolle, ob es als Schicht auf die Teilchen des primären, elektrisch funktionellen Materials oder auf die Teilchen des anorganischen Bindemittels oder auf beide aufgezogen ist. Die Teilchengrößen- Verteilung der Feststoffe, sowohl des elektrisch funktionellen Materials als auch des anorganischen Bindemittels, ist nicht kritisch in bezug auf die Ausführbarkeit der vorliegenden Erfindung. Sie kann demnach frei eingestellt werden, so daß sie den rheologischen, drucktechnischen oder anderen Bedürfnissen des Anwenders entspricht.
Das elektrisch funktionelle Material kann ein Widerstands- Oxid sein, auf dessen Teilchen-Oberflächen das Bleinitrat als Schicht aufgetragen ist.
In einer anderen Ausführungsform ist das Bleinitrat auf die Teilchen-Oberflächen sowohl des Widerstandsmaterials als auch des anorganischen Bindemittels als Schicht aufgetragen. Speziell ist das elektrisch funktionelle Material ein dielektrisches keramisches Oxid, auf dessen Teilchen-Oberflächen das Bleinitrat als Schicht aufgetragen ist.
Als Folge davon wird in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Bleinitrat auf die Teilchen- Oberflächen sowohl des dielektrischen keramischen Oxids als auch des anorganischen Bindemittels als Schicht aufgetragen.
Das elektrisch funktionelle Material kann auch ein leitfähiges Metall sein, auf dessen Teilchen-Oberflächen das Bleinitrat als Schicht aufgetragen ist. Das Bleinitrat kann auch auf die Teilchen-Oberflächen sowohl des leitfähigen Metalls als auch des anorganischen Bindemittels als Schicht aufgetragen werden.
Obwohl Bleinitrat und andere Metallnitrate für verschiedene Zwecke und auf verschiedene Weisen im Stand der Technik verwendet werden, ist der Einsatz des Bleinitrats in der vorliegenden Erfindung sowohl vom Stand der Technik verschieden als auch effektiver, weil es in Form eines Überzugs auf Teilchen in Dickfilm-Pasten zur Anwendung kommt. Eine wichtige Funktion des Bleinitrats in dieser Form besteht in der Erleichterung des Ausbrennens des restlichen organischen Mediums. Da es so innig mit den Teilchen verbunden ist, auf die es als Schicht aufgetragen ist, erfolgt das Ausbrennen homogener als in dem Fall, in dem es einfach als Pulver- Additiv verwendet wird, und das Bleinitrat wirkt in effektiver Weise bei niedrigeren Werten der Konzentration als in dem Fall, in dem es in Form eines teilchenförmigen Zusatzes hinzugefügt worden wäre.
Bleinitrat ist in Dickfilm-Zusammensetzungen anderen Nitraten aus mehreren Gründen überlegen. Ein Vorteil ist der, daß es sich bei relativ niedrigen Temperaturen zersetzt. Demgemäß wird das Ausbrennen erreicht, bevor in den ein anorganisches Bindemittel enthaltenden Dickfilm-Zusammensetzungen das Fließen des Glases stattfindet. Ein derartiges Ausbrennen bei niedrigen Temperaturen ist besonders nützlich beim Brennen in Stickstoff, wo restlicher Kohlenstoff Glas bei höheren Brenntemperaturen zu reduzieren vermag.
Ein anderer Vorteil der Verwendung von Bleinitrat ist die Tatsache, daß sein Zersetzungsprodukt, PbO, in vielen Fällen dazu dienen kann, durch Auflösung in dem Glas während des Brennens den Glasfluß zu verstärken. Weiterhin kann das PbO selbst als Mittel zum Binden von Metall-Filmen an die Substrate beim Brennen sowohl an der Luft als auch in Stickstoff wirken.
Noch ein weiterer Vorteil des Bleinitrats besteht darin, daß es keine Hydrate bildet, von denen beobachtet wurde, daß sie aufgrund der Adsorption von Wasser eine Viskositäts-Instabilität verursachen. Dies ist zu sehen bei Zugabe eines Tropfens Wasser zu einer Paste, worauf man feststellt, daß anschließend eine Erhöhung der Viskosität stattfindet. Im Gegensatz hierzu sind Pasten mit einem Pulver, das mit Nitrat beschichtet ist, stabil.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf eine Dickfilm-Verkapselungs-Zusammensetzung, die fein zerteilte Teilchen eines mit PbO verträglichen Glases, das mit 0,1 bis 10 Gew.-% Bleinitrat beschichtet ist, dispergiert in einem organischen Medium, umfaßt.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf einen Widerstand, der einen strukturierten Dickfilm der Zusammensetzung, in der das elektrisch funktionelle Material ein Widerstands- Oxid ist, auf dessen Teilchen-Oberflächen das Bleinitrat als Schicht aufgetragen ist oder in der das Bleinitrat auf die Teilchen-Oberflächen sowohl des Widerstandsmaterials als auch des anorganischen Bindemittels als Schicht aufgetragen ist, umfaßt, wobei die Zusammensetzung auf ein Substrat gedruckt und gebrannt wurde, um eine vollständige Verflüchtigung des organischen Mediums aus dieser zu bewirken.
Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine dielektrische Schicht, die einen Dickfilm der Zusammensetzung, in der das elektrisch funktionelle Material ein dielektrisches keramisches Oxid ist, auf dessen Teilchen-Oberflächen das Bleinitrat als Schicht aufgetragen ist, oder in der das Bleinitrat auf die Teilchen-Oberflächen sowohl des dielektrischen keramischen Oxids als auch des anorganischen Bindemittels als Schicht aufgetragen ist, umfaßt, wobei die Zusammensetzung auf ein Substrat gedruckt und gebrannt wurde, um eine vollständige Verflüchtigung des organischen Mediums aus diesem und eine Verdichtung des dielektrischen keramischen Oxids zu bewirken.
Noch ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine leitfähige Schicht, die einen Dickfilm der Zusammensetzung, in der das elektrisch funktionelle Material ein leitfähiges Metall ist, auf dessen Teilchen-Oberflächen das Bleinitrat als Schicht aufgetragen ist, oder in der das Bleinitrat auf die Teilchen-Oberflächen sowohl des leitfähigen Metalls als auch des anorganischen Bindemittels als Schicht aufgetragen ist, umfaßt, wobei die Zusammensetzung auf ein Substrat gedruckt und gebrannt wurde, um eine vollständige Verflüchtigung des organischen Mediums aus diesem und ein Sintern des leitfähigen Metalls zu bewirken.
Schließlich erstreckt sich die vorliegende Erfindung auf eine Verkapselungs-Beschichtung, die eine Dickfilm-Schicht der Zusammensetzung der Dickfilm-Verkapselungs-Zusammensetzung umfaßt, die fein zerteilte Teilchen eines mit PbO verträglichen Glases, das mit 0,1 bis 10 Gew.-% Bleinitrat beschichtet ist, dispergiert in einem organischen Medium, umfaßt, wobei die Zusammensetzung auf ein elektrisch funktionelles Substrat gedruckt und gebrannt wurde, um eine vollständige Verflüchtigung des organischen Mediums aus dieser und ein Flüssigphasen-Sintern des Glases zu bewirken.

Anorganisches Bindemittel

Das anorganische Bindemittel kann ein beliebiges Glas mit einer geeigneten Sintertemperatur sein, bei der PbO im wesentlichen löslich ist. Somit kann das Glas entweder ein glasbildendes (dicht werdendes) oder ein entglasendes (Glas- Keramik bildendes) Glas sein. Im Falle des entglasenden Glases ist es einfach erforderlich, daß das PbO in dem nichtkristallinen Matrix-Glas löslich ist.

Formulierung

Es ist notwendig, daß die Zusammensetzung der Erfindung wenigstens 0,1 Gew.-% Bleinitrat, bezogen auf die Feststoffe, jedoch nicht mehr als etwa 10 Gew.-% enthält. Weiterhin wird es für eine Verwendung in Systemen, die in Stickstoff gebrannt werden, bevorzugt, wenigstens etwa 2,5 Gew.-% Bleinitrat einzusetzen. Da das organische Medium nur etwa 25 bis 30 Gew.-% der Gesamt-Zusammensetzung ausmacht, beträgt die benötigte Menge des Bleinitrat-Ausbrennmittels 0,3 bis etwa 30 %, bezogen auf das organische Medium.
Das Bleinitrat wird in der Zusammensetzung dadurch dispergiert, daß es als Beschichtung auf eine oder beide der Feststoff-Komponenten aufgebracht wird. Das heißt, daß das Bleinitrat entweder als Schicht auf das elektrisch funktionelle Material aufgetragen werden kann oder als Schicht auf das Glas aufgetragen werden kann oder auf beide aufgetragen werden kann.
Das Verfahren des Beschichtens kann mit Hilfe einer der beiden im folgenden beschriebenen Arbeitsweisen mit äquivalenter Effektivität durchgeführt werden:

Verfahren A:

(1) Man bildet eine Aufschlämmung der funktionellen Feststoffe und der Fritte in Wasser;
(2) man deagglomeriert die suspendierten Feststoffe erforderlichenfalls durch zusätzliches Mischen;
(3) man setzt der Aufschlämmung Bleinitrat zu und setzt das Rühren der Aufschlämmung fort, um das Bleinitrat vollständig aufzulösen; und
(4) man dampft die gelöste Bleinitrat enthaltende Aufschlämmung zur Trockne ein.

Verfahren B:

(1) Man löst das Bleinitrat in Wasser;
(2) man bildet eine Aufschlämmung der funktionellen Feststoffe und der Fritte in dem das gelöste Bleinitrat enthaltenden Wasser;
(3) man dampft die gelöste Bleinitrat enthaltende Aufschlämmung zur Trockne ein.
Das Eindampfen ist nicht schwierig und kann bei einer beliebigen Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur des Bleinitrats durchgeführt werden, d.h. unterhalb von etwa 437 ºC. Ein Eindampfen im Vakuum kann natürlich in diesem Schritt vorgenommen werden, ist jedoch nicht erforderlich.
Dann werden Dickfilm-Zusammensetzungen aus den Feststoffen mittels konventioneller Methoden gebildet, beispielsweise durch Vermischen der Feststoffe mit dem organischen Medium und Vermischen mittels einer Walzenmühle, um eine einheitliche Dispersion der Feststoffe zu erhalten.

Prüfverfahren

A. Haftung

Die Haftung wurde mittels eines "Instron"-Zugprüfgeräts in einer 90º-Abschäl-Anordnung mit einer Zugrate von 1,27 cm/min (0,5 inch/min) durchgeführt. Vorverzinnte Drähte von 20 gauge wurden an Kontakten von 80 mil x 80 mil (2 mm x 2 mm) befestigt durch 10 s Eintauchen bei 220 ºC in Lot 62 Sn/36 Pb/2 Ag oder bei 230 ºC in Lot 63 Sn/37 Pb unter Verwendung von Flußmittel Alpha 611. Untersuchungen der Alterung wurden in einem auf 150 ºC eingestellten Blue M Stabil-Therm -Ofen durchgeführt. Nach dem Altern ließ man die Prüf-Teile mehrere Stunden an der Luft äquilibrieren, bevor an den Drähten gezogen wurde.

B. Kapazität

Die Kapazität kann als die Proportionalitätskonstante zwischen der elektrischen Ladung und der angelegten Spannung definiert werden (C = Q/V).
Für einen Kondensator mit parallelen Platten kann die Kapazität aus der Formel
berechnet werden, in der
K die Dielektrizitätskonstante,
A die Platten-Fläche in cm² und
d die Dicke des Dielektrikums in cm ist.
Nach dieser Formel wird die Kapazität in elektrostatischen Einheiten angegeben.
1 F = 9 x 10¹¹ elektrostatische Einheiten
Die Kapazität wurde mit Hilfe eines General Radio Automatic RLC Bridge Model 1683 bei einer Frequenz 120 Hz oder von 1 kHz und 1 VA C gemessen. Die Kapazität wurde im allgemeinen zwischen der Anoden-Leitung und dem angelöteten Kathoden-Überzug gemessen. In einigen Fällen wurden Leitungen an den Kathoden-Überzug angelötet und für die Messungen benutzt.

C. Verlustfaktor

Der Verlustfaktor DF ist der Tangens des Winkels (δ), um den der Strom gegenüber dem 90º-Vektor der Spannung verzögert ist. Hier wird er als prozentualer Verlustfaktor (100 x tan δ) ausgedrückt.
Die Kapazitäten und die Verlustfaktoren werden mit Hilfe eines Hewlett-Packard-Multifrequenz-LCR-Meßgeräts HP 4274A gemessen, während der Isolationswiderstand unter Benutzung eines Super-Megohm-Meters Modell RM170 (Biddle Instruments, AVO Ltd., UK) gemessen wird. Jede Zahl ist der Mittelwert aus wenigstens 10 Messungen. Die Messung des Isolationswiderstandes werden nach 1 min Laden des Kondensators mit der betreffenden Arbeitsspannung gemessen. Die Messungen erfolgen in beiden Richtungen, und im Mittel werden keine Unterschiede in der Größenordnung des Isolationswiderstandes IR gefunden. Im allgemeinen sind die Spezifikationen für C und IR als Minimal-Werte und für DF als der maximal zulässige Wert für einen vorgegebenen Gebrauch festgelegt.

D. Messung und Berechnung des Widerstandes

Die Prüf-Substrate werden auf Batterieklemmen im Inneren einer Kammer mit eingestellter Temperatur befestigt und mit einem digitalen Ohmmeter verbunden. Die Temperatur in der Kammer wird auf 25 ºC eingestellt, und man läßt die Kammer ins Gleichgewicht kommen, wonach der Widerstand jedes Substrats gemessen und aufgezeichnet wird.
Die Temperatur in der Kammer wird dann auf 125 ºC erhöht, und man läßt die Kammer ins Gleichgewicht kommen, wonach der Widerstand jedes Substrats erneut gemessen und aufgezeichnet wird.
Dann wird die Kammer auf -55 ºC abgekühlt, und man läßt die Kammer ins Gleichgewicht kommen, wonach der Widerstand in der Kälte gemessen und aufgezeichnet wird.
Die Temperaturkoeffizienten des Widerstandes (TCR) in der Hitze und in der Kälte werden wie folgt berechnet:
Die Werte von R25 ºC und von TCRheiß und TCRkalt HCTR bzw. CTCR) werden gemittelt, und die Werte von R25 ºC werden auf eine Dicke der trockenen gedruckten Schicht von 25 um normalisiert, und der Wert des spezifischen Widerstandes wird in Ohm pro square bei einer Dicke der trockenen gedruckten Schicht von 25 um angegeben. Die Normalisierung der Mehrfach-Prüfwerte wird nach der folgenden Beziehung berechnet:
Normalisierter Widerstand = Mittlerer gemessener Widerstand x Mittlere Dicke der trockenen gedruckten Schicht [um] / 25 um

E. Prüfung auf Lot-Akzeptanz

Das Muster für die Prüfung auf Lot-Akzeptanz enthält Lötkontakte unterschiedlicher Größe im Bereich der Größen von 10 mil x 20 mil (250 um x 500 um) bis 80 mil x 80 mil (2 mm x 2 mm). Die Dickfilm-Leiter-Zusammensetzung wird auf ein Aluminiumoxid-Substrat von 2,54 cm x 2,54 cm (1 inch x 1 inch) gedruckt und gebrannt. Drei Brenn-Vorgänge bei 850 ºC in Luft werden für Edelmetall-Leiter-Zusammensetzungen angewandt, um die Bedingungen des Endverbrauchs zu simulieren. Kupfer-Leiter werden bei 900 ºC in Stickstoff gebrannt. In beiden Fällen wird der Leiter 10 min bei der Maximal-Temperatur gehalten, und der Gesamt-Brenncyclus beträgt etwa 60 min.
Das gebrannte Prüfmuster wird in ein RMA-Flußmittel wie Alpha 611 (Alpha Metals, Jersey City, NJ) getaucht, und das übrige Flußmittel wird ablaufen gelassen. Dann wird das Teil 2 bis 3 s durch Eintauchen der Unterkante des Substrats in das geschmolzene Lot vorgeheizt. Die Wahl von Flußmittel, Lot-Zusammensetzung und Temperatur der Lötwanne werden so vorgenommen, daß die Bedingungen des Endverbrauchs simuliert werden. Nach dem Vorheizen wird das gesamte Teil 5 s in das Lot eingetaucht. Die Geschwindigkeit des Eintauchens und Herausziehens beträgt etwa 0,5 bis 1,0 cm/s. Nach dem Herausziehen wird das gelötete Prüfmuster abkühlen gelassen. Flußmittel-Rückstände werden durch Waschen des Teils in einem geeigneten Lösungsmittel wie Trichlorethan oder Isopropanol entfernt.
Die Lot-Akzeptanz wird durch Auszählen der Anzahl der Kontakte bewertet, die von dem Lot vollständig benetzt sind. Jeder nicht vollständig benetzte Kontakt wird als nichtbenetzt gewertet. Die Anzahl der vollständig von dem Lot benetzten Kontakte wird durch die Gesamtzahl der Kontakte dividiert, um die Lot-Akzeptanz auf prozentualer Basis zu berechnen.

BEISPIELE

Beispiel 1

Verwendung von Pb(NO&sub3;)&sub2; in einem Verkapselungs-Mittel, das sich bei niedriger Temperatur in N&sub2; brennen läßt

Bleinitrat wurde als Beschichtung auf ein Zink-Blei-Borosilicat-Glas mit niedrigem Erweichungspunkt (365 ºC) aufgebracht. Das Beschichten erfolgte durch Auflösen von 2,4 g Pb(NO&sub3;)&sub2; in H&sub2;O, Einrühren von 50 g des Glas-Pulvers und 24 h Eindampfen des beschichteten Pulvers zur Trockne bei 120 ºC. Das Pulver wurde durch Vermischen in einem Lancaster-Gegenstrom-Tellermischer mit Läufern und Schaufeln mit einem organischen Medium und einem SiO&sub2;-Füllstoff zu einer Dickfilm-Paste verarbeitet. Der Füllstoff soll ein übermäßiges Fließen des Glases beim Brennen einschränken. Das nachstehende Gemisch wurde hergestellt: 4,35 g des obigen beschichteten Pulvers, 0,65 g SiO&sub2;-Pulver, 0,25 g grünes Pigment und 1,5 g organisches Medium. Das Medium enthielt 3,1 % Ethylcellulose, 95,84 % Texanol -Lösungsmittel (2,2,4-Trimethylpentandiol-1,3-monoisobutyrat, hergestellt von Eastman Kodak Company, Rochester, NY) und 1,06 % Tridecylphosphat.
Die Paste wurde als Verkapselungsmittel über einer zuvor gebrannten Cu-Schaltung und zwei Dickfilm-Widerständen auf Aluminiumoxid-Substraten geprüft. Die Paste wurde mittels Siebdruck auf die Substrate aufgebracht, 10 min bei 120 ºC getrocknet und in einem Förderband-Ofen in einer N&sub2;-Atmosphäre mit einer ungefähr 10-minütigen Maximal-Temperatur von 535 ºC gebrannt.
Der resultierende Film war glatt und frei von schwarzen blasigen Bereichen und zeigte somit ein gutes Ausbrennen des Vehikels an. Es wurde beobachtet, daß die Verschiebung des Widerstandes und die Cu-Fleckenbildung minimal waren.

Beispiele 2 und 3

Niedriger erweichendes Verkapselungsmittel

Eine Menge eines niedrigschmelzenden Verkapselungsmittels wurde nach der Arbeitsweise von Beispiel 1 hergestellt. Eine Lösung wurde hergestellt, indem 121,86 g Pb(NO&sub3;)&sub2; in 2 538 g Wasser aufgelöst wurden. Die nachstehenden, niedrig erweichenden Gläser wurden hinzugefügt: Glas A aus Beispiel 1 und 846,72 g Glas B (Gew.-%: PbO: 82,7; B&sub2;O&sub3;: 11,2; PbF&sub2;: 5; SiO&sub2;: 1,1) wurden hinzugefügt. Die Mischung wurde zur Trockne eingedampft, um die Gläser zu beschichten. Das Pulver wurde in einer Walzenmühle vermahlen: Glas A und Glas B mit der Pb(NO&sub3;)&sub2;-Beschichtung: 63,5 %; SiO&sub2; 9,49 %; Grün-Pigment 2,92 %; und dem in Beispiel 1 beschriebenen Cellulose-Vehikel 24,4 %.
Die Paste wurde über einer Cu-Schaltung mit Widerständen, wie sie oben beschrieben ist, gedruckt und bei 550 ºC in einem Förderband-Ofen in einer N&sub2;-Atmosphäre gebrannt. Die Glattheit des gebranntn Films zeigte an, daß das organische Medium ganz vollständig ausgebrannt worden war.
Zur Bestimmung des optimalen Pb(NO&sub3;)&sub2;-Gehalts für das vollständige Ausbrennen mit minimaler Fleckenbildung wurde eine Paste ähnlich der obigen, jedoch ohne Pb(NO&sub3;)&sub2;, hergestellt. Sie wurde mit einem Teil der Paste mit Pb(NO&sub3;)&sub2; vermischt, um die Menge des Pb(NO&sub3;)&sub2; von 4,8 Gew.-% bis 4,3 Gew.-% zu erniedrigen. Die Paste wurde wie beschrieben gedruckt und gebrannt. Der resultierende Film zeigte Anzeichen eines unvollständigen Ausbrennens. Somit liegt für diese Glas- Kombination die optimale Menge des Pb(NO&sub3;)&sub2; zwischen 4,3 und 4,8 Gew.-%.
Glatte, vollständig ausgebrannte Filme wurden in dem Förderband-Ofen in N&sub2; bis hinab zu 450 ºC erhalten. Solche niedrigeren Brenn-Temperaturen werden bevorzugt, um die Widerstands-Verschiebung zu minimieren.

Beispiel 4

Verwendung von Pb(NO&sub3;)&sub2; zum Ausbrennen des Vehikels in einem Verkapselungs-Mittel mit höherem Erweichungspunkt, das sich in N&sub2; brennen läßt

Ein Glas mit einem Erweichungspunkt von 660 ºC (SiO&sub2;: 56,5; PbO: 17,2; Al&sub2;O&sub3;: 9,1; CaO: 8,6; B&sub2;O&sub3;: 4,5; Na&sub2;O: 2,4; und K&sub2;O: 1,7) wurde mit Pb(NO&sub3;)&sub2; beschichtet durch Auflösen von 0,54 g Pb(NO&sub3;)&sub2; in Wasser, Hinzufügen von 11,27 g Glas und Eindampfen zur Trockne. Eine Paste wurde unter Verwendung des gleichen Cellulose-Vehikels hergestellt, wie es oben beschrieben ist (5 g des mit Pb(NO&sub3;)&sub2; beschichteten Glases und 1,7 g des oben beschriebenen Cellulose-Vehikels). Sie wurde geprüft als Verkapselungsmittel für einen Kondensator mit Kupfer-Elektroden, die zuvor auf Aluminiumoxid-Substraten hergestellt worden waren. Die Paste wurde durch Siebdruck aufgetragen, getrocknet und bei 900 ºC/10 min Maximum in einem Ofen unter einer N&sub2;-Atmosphäre gebrannt. Der resultierende Film war glatt und vollständig ausgebrannt, wie Klarheit oder Durchsichtgkeit des gebrannten Films anzeigte.

Beispiel 5

Verwendung von Pb(NO&sub3;)&sub2; zum Ausbrennen des Vehikels in einem dielektrischen Kondensator mit hohem K

50 g TiO&sub2;-Pulver wurden in Wasser mit 1,2 g Pb(NO&sub3;)&sub2; vermischt und dann zur Trockne eingedampft, um das TiO&sub2; zu beschichten. Dann wurde die folgende Mischung hergestellt und in einer Walzenmühle vermahlen: 48 g des beschichteten TiO&sub2;-Pulvers, 2,53 Glas-Bindemittel, 13,0 des Cellulose- Vehikels (zuvor beschrieben). Die Paste wurde hergestellt, um Kondensatoren auf Kupfer-Elektroden herzustellen. Die Filme wurden bei 900 ºC in N&sub2;-Förderband-Ofen gebrannt. Die resultierenden dielektrischen Filme waren weiß, was ein gutes Ausbrennen anzeigte. Die Kondensatoren zeigten ein hohes K von 200 mit einem niedrigen Verlustfaktor von 0,2 %.

Beispiele 6 bis 8

Verwendung von Pb(NO&sub3;)&sub2; in einer Kupfer-Leiter-Zusammensetzung

2 % Pb(NO&sub3;)&sub2; wurden als Schicht auf Kupfer-Pulver gemäß den nachstehenden Zusammensetzungen nach der folgenden Arbeitsweise aufgebracht: Zusammensetzungen Bleinitrat-Lösung (A) Citronensäure D.I.-Wasser Kupfer-Aufschlämmung (B) Bleinitrat-Lösung (A) Cu-Pulver

Arbeitsweise

1. Man stellt 1 000 g einer Bleinitrat-Lösung (A) durch Auflösen von 10 % Pb(NO&sub3;)&sub2; und 0,05 % Citronensäure in D.I.-Wasser her.
2. Man überführt die Lösung (A) in einen hochscherenden Mischer und gibt allmählich 5 000 g Cu-Pulver zu.
3. Man rührt 15 min langsam, um das Pulver durchgehend zu benetzen. Dann erhöht man die Geschwindigkeit, um Agglomerate aufzubrechen. Man setzt das Vermischen unter hoher Scherung 15 min fort, bis die Kupfer-Paste eine glatte einheitliche Konsistenz "wie Schlagsahne" hat.
4. Man überführt die Kupfer-Aufschlämmung (B) auf ein Blech und gefriertrocknet sie, um ein feines, deagglomeriertes, gleichmäßig mit Pb(NO&sub3;)&sub2; beschichtetes Kupfer-Pulver zu erhalten.
Das obige, mit Bleinitrat beschichtete Kupfer-Pulver wurde in der nachstehenden Pasten-Zusammensetzung geprüft und mit den Standard-Kupfer-Leitern Du Pont 9924Q (durch Fritte gebunden) und 6022 (oxid-gebunden) verglichen. Alle Kupfer-Zusammensetzungen wurden in einem 1 h-Cyclus 10 min bei 900 ºC gebrannt. Zusammensetzung des Kupfer-Leiters C mit 2 % Pb(NO&sub3;)&sub2; beschichtetes Cu-Pulver Organisches Medium Eigenschaften der Cu-Leiter Spez. Blatt-Widerstand mX/sq/10 um Lot-Akzeptanz % Haftung, Abschälen N Zurückgehalt. Kohlenstoff* % * Kohlenstoff-Analyse des Kupfer-Films nach dem Brennen auf eine Ausbrenn-Temperatur von 600 ºC.

Beispiele 9 und 10

Verwendung von Pb(NO&sub3;)&sub2; in einer Ag/Pt-Leiter-Zusammensetzung

Eine Pulver-Mischung aus 100 Ag : 1 Pt wurde mit 1,5 % Pb(NO&sub3;)&sub2; mittels eines Aufschlämmungs-Verfahrens ähnlich dem oben beschriebenen beschichtet. Dieses beschichtete Pulver wurde dann in der nachstehenden Leiter-Zusammensetzung D verwendet, die ausgezeichnete Eigenschaften zeigte, wenn sie in einem 1 h-Cyclus 10 min bei 850 ºC gebrannt wurde. Zusammensetzung des Ag/Pt-Leiters D mit Pb(NO&sub3;)&sub2; beschichtetes Ag/Pt Fritte F Cu-Bi-Ruthenat Organisches Medium Eigenschaften der Ag/Pt-Leiter Spez. Blatt-Widerstand mX/sq/10 um Lot-Akzeptanz % Anfangs-Haftung N Haftung nach Alterung, Abschälen 100 h bei 150 ºC N 2000 h bei 150 ºC N
Die überlegenen Eigenschaften des Ag/Pt-Leiters (D), der aus mit Pb(NO&sub3;)&sub2; beschichtetem Pulver hergestellt wurde, werden durch den Vergleich mit E deutlich. Die Probe E war eine ähnliche (nicht identische) Zusammensetzung, die aus einem Gemisch von Ag- und Pt-Pulvern hergestellt wurde. Die Haftung war schlecht, obwohl E 2 % PbO an Stelle des Pb(NO&sub3;)&sub2; als Bindemittel enthielt. Zusammensetzung von E (keine Pb(NO&sub3;)&sub2;-Beschichtung Ag-Pulver Pt-Pulver Fritte F Cu-Bi-Ruthenat Organisches Medium Zusammensetzung der Fritte F (vermahlene Mischung) Borosilicat-Glas

Claims

1. Dickfilm-Elektronik-Zusammensetzung, umfassend fein zerteilte Teilchen eines elektrisch funktionellen Materials und eines mit PbO verträglichen anorganischen, in einem organischen Medium dispergierten Bindemittels, wobei die Verbesserung das Einarbeiten von 0,1 bis 10 Gew.-%, auf Feststoff-Basis, Bleinitrat in die Dispersion als Beschichtungsmittel auf der Oberfläche wenigstens einer der Feststoff-Komponenten umfaßt.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das elektrisch funktionelle Material ein Widerstands-Oxid ist, auf dessen Teilchen-Oberflächen das Bleinitrat als Schicht aufgetragen ist.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, worin das Bleinitrat auf die Teilchen-Oberflächen sowohl des Widerstandsmaterials als auch des anorganischen Bindemittels als Schicht aufgetragen ist.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das elektrisch funktionelle Material ein dielektrisches keramisches Oxid ist, auf dessen Teilchen-Oberflächen das Bleinitrat als Schicht aufgetragen ist.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, worin das Bleinitrat auf die Teilchen-Oberflächen sowohl des dielektrischen keramischen Oxids als auch des anorganischen Bindemittels als Schicht aufgetragen ist.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das elektrisch funktionelle Material ein leitfähiges Metall ist, auf dessen Teilchen-Oberflächen das Bleinitrat als Schicht aufgetragen ist.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, worin das Bleinitrat auf die Teilchen-Oberflächen sowohl des leitfähigen Metalls als auch des anorganischen Bindemittels als Schicht aufgetragen ist.

8. Dickfilm-Verkapselungs-Zusammensetzung, umfassend fein zerteilte Teilchen eines mit PbO verträglichen Glases, das mit 0,1 bis 10 Gew.-% Bleinitrat beschichtet ist, dispergiert in einem organischen Medium.

9. Widerstand, umfassend einen strukturierten Dickfilm der Zusammensetzung des Anspruchs 2 oder des Anspruchs 3, die auf ein Substrat gedruckt und gebrannt wurde, um eine vollständige Verflüchtigung des organischen Mediums aus dieser zu bewirken.

10. Dielektrische Schicht, umfassend einen Dickfilm der Zusammensetzung des Anspruchs 4 oder des Anspruchs 5, der auf ein Substrat gedruckt und gebrannt wurde, um eine vollständige Verflüchtigung des organischen Mediums aus diesem und eine Verdichtung des dielektrischen keramischen Oxids zu bewirken.

11. Leitfähige Schicht, umfassend einen Dickfilm der Zusammensetzung des Anspruchs 6 oder des Anspruchs 7, der auf ein Substrat gedruckt und gebrannt wurde, um eine vollständige Verflüchtigung des organischen Mediums aus diesem und ein Sintern des leitfähigen Metalls zu bewirken.

12. Verkapselungs-Beschichtung, umfassend eine Dickfilm- Schicht der Zusammensetzung nach Anspruch 8, die auf ein elektrisch funktionelles Substrat gedruckt und gebrannt wurde, um eine vollständige Verflüchtigung des organischen Mediums aus dieser und ein Flüssigphasen-Sintern des Glases zu bewirken.