DE4335685C2 - Glasurzusammensetzung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Glasurzusammensetzung zur Ver
besserung der Oberflächenglätte beispielsweise für ein
Keramiksubstrat und insbesondere eine Glasurzusammenset
zung, die für die Herstellung von Dünnfilm-Hybridteilen
unter Verwendung von Dünnfilm- oder Dünn-/Dickfilm-Tech
niken geeignet ist, wie Chip-Kondensatoren, Chip-Wider
ständen und Chip-Induktivitäten.
Eine Glasurzusammensetzung ist in bekannter Weise dazu
geeignet, die Oberflächenglätte eines Keramiksubstrats
deutlich zu verbessern. Die Glasurzusammensetzung besitzt
wärmespeichernde, elektrisch isolierende und andere her
vorragende glasartige Eigenschaften. Diese Eigenschaften
werden bei Thermoköpfen und verschiedenen anderen Teilen
verwendet.
- 1. Die Glasurzusammensetzung mit hervorragender Ober flächenglätte für Thermoköpfe enthielt im allgemeinen ein Alkalimetall und Blei zur Anhebung der Herstellungseffi zienz der Glasurzusammensetzung.
- 2. Vor kurzem wurde eine Glasurzusammensetzung für einen Hochgeschwindigkeits- oder Fotodruck-Thermokopf hauptsächlich aus thermisch beständigem Siliciumdioxid hergestellt, ohne Verwendung eines Alkalimetalls oder Blei. Eine derartige Hochtemperatur-Glasurzusammensetzung wurde beispeilsweise in den japanischen geprüften und ver öffentlichten Patentanmeldungen Nr. 60-55453 und 61-24345 sowie in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 60-118648 veröffentlicht.
Jetzt wurden Glasurzusammensetzungen zur Verwendung für
Chips zusätzlich zur Verwendung für Thermoköpfe
entwickelt. Um den Ansprüchen nach leichten, dünnen,
kurzen, kleinen, jedoch hochpräzisen elektronischen Teilen
zu genügen, ersetzt ein Keramiksubstrat mit einer auf
seiner Oberfläche gebildeten Glasurschicht derzeit konven
tionelle Chip-Substrate. Dieses glasierte Substrat hat
eine hervorragende Oberflächenglätte, und Dünn- oder
Dickfilmstrukturen können auf der Oberfläche des Substrats
mit feinen Strukturteilungen gebildet werden.
Wenn die vorstehend beschriebene bekannte Glasurzusammen
setzung (1), die einen großen Anteil Alkalimetall und Blei
enthält, für ein Chip-Substrat verwendet wird, verschlech
tert das Alkalimetall zum Zeitpunkt einer Spannungsbeauf
schlagung die elektrische Isolierfähigkeit, während es
sich durch das Glas bewegt und dabei die elektrische Zu
verlässigkeit verschlechtert. Wenn die Glasurzusammen
setzung in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt wird,
macht die Reduktion von Bleioxiden das Glas schwarz, und
die hohe elektrische Isolierfähigkeit, das heißt ein spe
zifischer volumetrischer Widerstand von 1014 Ohm × cm oder
mehr kann nicht aufrechterhalten werden. Zusätzlich ist
die Verwendung von Blei nicht erwünscht, weil Blei eine
giftige Substanz ist.
Die vorstehend erwähnte Hochtemperatur-Glasurzusammen
setzung (2), die hauptsächlich aus Silikat besteht, wurde
zur Erzielung des hohen Wärmewiderstands entwickelt. Wenn
der Wärmeausdehnungskoeffizient der Zusammensetzung nicht
exakt mit dem des Keramiksubstrats übereinstimmt, würde
sich das Keramiksubstrat krümmen. Da das hochschmelzende
Glas eine hohe Fixiertemperatur beim integralen Aufbringen
auf das Substrat benötigt, würde schon ein geringer Unter
schied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem des
Glases und dem des Substrates ein Krümmen des Substrats
bewirken. Da das Keramiksubstrat eine ausreichende Dicke
benötigt, um beständig gegen ein solches Krümmen zu sein,
ist die Bildung eines wünschenswert dünnen Chip-Substrats
schwierig.
Zum Zeitpunkt des Brennens der Glasur entwickelt das hoch
schmelzende Glas eine so hohe Viskosität, daß die End
bereiche der Glasurzusammensetzung merkbare Vorsprünge
relativ zu der gesamten dünnen Glasurzusammensetzung be
kommen. Dies ist nicht vorteilhaft für das partielle Gla
sieren, sondern erzeugt eine unzureichende Glattheit auf
dem gesamten Oberflächenüberzug oder bandförmige Glasur
muster auf dem Chip-Substrat.
Der Wärmewiderstand des glasierten Substrats ist eine
wesentliche Eigenschaft für Thermoköpfe, jedoch eine un
nötige Eigenschaft für Dünnfilm-Hybridteile. Das glasierte
Substrat für die Hybridteile muß bei hohen Temperaturen
kalziniert werden. Daher ist ein glasiertes Substrat mit
hohem Wärmewiderstand unökonomisch für die Verwendung bei
Dünnfilm-Hybridteilen.
Die gewünschte Glasurdicke des glasierten Substrats für
Dünnfilm-Hybridteile liegt zwischen ungefähr 5 µm und
25 µm, während die von konventionellen glasierten Substra
ten für Faksimile-Thermoköpfe zwischen 60 µm und 80 µm
liegt. Wenn eine bekannte Glasurzusammensetzung dünn aus
gebildet und die Glasurviskosität hoch ist, wird die Zu
sammensetzung durch die unregelmäßige Oberfläche des
Keramiksubstrats beeinflußt. Daher bildet sich bei der
Glasurzusammensetzung eine ungenügende Oberflächenglätte
aus. Eine derartig verschlechterte Veränderung der Glasurflä
che ist nicht wünschenswert. Heutzutage ist eine Glasurzusam
mensetzung gefragt, die eine sehr dünne und flache Glasurflä
che mit jedoch hoher Qualität erzeugt.
Aus der EP 0 080 345 A1 und der EP 0 469 271 A1 sind Glasur
zusammensetzungen für Glasurschichten bekannt, bei denen eine
Kristallisation in der Glasurschicht angestrebt wird. Derar
tige kristallisierte Glasurschichten sind jedoch als Glasur
schichten für Dünnfilm-Hybridteile oder für andere Chip-
Substrate ungeeignet, da durch die Kristallisation nur eine
für diesen Anwendungszweck unzureichende Oberflächenglätte
erreicht wird.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine für glasierte
Substrate für Dünnfilm-Hybridteile oder für andere Chip-
Substrate geeignete Glasurzusammensetzung zu schaffen, die
auch die Glasurtemperatur verringern und eine überragende
elektrische Isolierfähigkeit und chemische Stabilität unter
Vermeidung einer Kristallisation aufweisen sollte.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An
spruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Glasurzusammensetzung führt in vorteil
hafter Weise selten zu Irregularitäten an der Oberfläche von
Substraten oder zu Erhebungen an den Endbereichen der Glasurzusammensetzung.
Selbst bei einem dünnen Substrat wird ein
Krümmen verhindert. Es können leicht äußerst glatte Glasur
schichten ohne Verschlechterung einer dünnen Glasurfläche ge
bildet werden.
Wie vorstehend ausgeführt, ist der Anteil jeder Komponente
der Glasurzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung
aus den folgenden Gründen spezifiziert oder begrenzt.
- 1. Boroxid ist ein notwendiges glasbildendes Oxid bei der vorliegenden Erfindung. Wenn der Anteil von Boroxid weniger als die spezifizierte untere Begrenzung beträgt, kann leicht Kristallisation auftreten, und der Schmelz punkt der Glaszusammensetzung erhöht sich. Wenn der Anteil des Boroxids den festgelegten oberen Grenzwert übersteigt, besitzt die Glasurzusammensetzung einen unzureichenden Wärmewiderstand und eine unzureichende Wasserdichtigkeit.
- 2. Zusätzlich zu Boroxid ist Aluminiumoxid ein weiteres glasbildendes Oxid. Wenn der Anteil von Aluminiumoxid un terhalb des festgelegten unteren Grenzwerts liegt, wird die chemische Beständigkeit der Glasurzusammensetzung deutlich verringert. Wenn der Anteil von Aluminiumoxid den festgelegten oberen Grenzwert übersteigt, weist die Gla surzusammensetzung einen hohen Schmelzpunkt auf und kris tallisiert leicht.
- 3. Phosphorpentoxid ist eine charakteristische Komponente der vorliegenden Erfindung. Der Zusatz von Phosphorpento xid verbessert die Oberflächenglätte. Phosphorpentoxid er höht den Wärmeausdehnungskoeffizienten, vermindert jedoch die chemische Beständigkeit. Wenn der Anteil an Phosphor pentoxid unter dem angegebenen unteren Grenzwert liegt, kann keine bemerkenswerte Oberflächenglätte erreicht wer den. Wenn der Anteil an Phosphorpentoxid den angegebenen oberen Grenzwert übersteigt, tritt leicht Kristallisation ein, und die Oberflächenglätte geht verloren. Phosphorpen toxid oder wenigstens eines der unter Ziffer 5 aufgeführ ten Oxide müssen erfindungsgemäß in der Glasurzusammenset zung enthalten sein.
- 4. Der Zusatz von Siliciumdioxid verbessert die Oxidations- und Wasserbeständigkeit der Glasurzusammensetzung. Wenn der Anteil an Siliciumdioxid 40 Gew.-% übersteigt, erhöht sich der Schmelzpunkt der Glasurzusammensetzung, wodurch die Anwendung der vorliegenden Erfindung scheitert.
- 5. Der Zusatz von Erdalkalioxiden, wie Kalziumoxid,
Strontiumoxid und Bariumoxid, stellt den Wärmeausdeh
nungskoeffizienten ein und fördert die Verglasung.
Wenn der Anteil an Erdalkalioxiden unter dem ange
gebenen unteren Grenzwert liegt, erfolgt die Vergla
sung nicht ohne weiteres, und wenn der Erdalkalioxid-
Anteil die angegebene obere Grenze überschreitet,
tritt leicht Kristallisation auf.
Unter den Erdalkalioxiden ist Kalziumoxid das am meisten erwünschte, weil es die Verglasung stark fördert. Die Effektivität kann jedoch nicht bemerkens wert sein, wenn der Anteil an Kalziumoxid unterhalb der angegebenen unteren Begrenzung liegt. Wenn der Kalziumoxid-Anteil die angegebene obere Begrenzung übersteigt, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient stark verringert, und es tritt leicht Kristallisation auf.
Durch Ersetzen eines Teils des Kalziumoxids mit Stron tiumoxid und Bariumoxid kann der Wärmeausdehnungs koeffizient eingestellt werden. Die kombinierte Wir kung der Erdalkalioxide kann erreicht werden. Weiterhin wird das Maß der Verglasung verbessert. Wenn der An teil an Strontiumoxid und Bariumoxid den angegebenen oberen Grenzwert überschreitet, tritt starke Kristal lisation auf. - 6. Dioxide, wie Lanthantrioxid, Yttriumoxid und Zirkon
dioxid, sind charakteristische Beimengungen gemäß der
vorliegenden Erfindung. Diese Beimischungen erhöhen
den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Verglasung, ohne
die Verglasungseigenschaften der übrigen Komponenten
stark zu verändern. Wenn der Gesamtanteil der Oxide 30 Gew.-%
übersteigt, tritt Kristallisation auf.
Wenn der Anteil an Yttriumoxid 20 Gew.-% und der des Zirkondioxids 10 Gew.-% übersteigt, wird die Tendenz zur Kristallisation in unerwünschter Weise intensiviert. - 7. Andere erwünschte Beimenungen sind Magnesiumoxid,
Zinkoxid, Wismuttrioxid, Titandioxid u. dgl.
Wenn nur ein kleiner Anteil an Magnesiumoxid zugefügt wird, bringt dies die erwünschte Effektivität eines Erdalkalioxids (nachfolgend als RO bezeichnet, soweit erforderlich), in der gleichen Weise wie Kalziumoxid, Strontiumoxid und Bariumoxid.
Der Zusatz eines nur kleinen Anteils an Zinkoxid fördert die Verglasung, jedoch intensiviert ein großer Zusatz bemerkenswert die Tendenz zur Kristallisation.
Der Zusatz von nur einem kleinen Anteil an Wismut trioxid und Titandioxid verbessert die chemische Be ständigkeit, jedoch intensiviert ein großer Zusatz die Tendenz zur Kristallisation. - 8. Ein Alkalimetall, Blei und andere Oxide sind uner wünscht, weil sie die Zuverlässigkeit von elektroni schen Teilen verschlechtern. Obwohl sie die chemische Beständigkeit verringern, verbessern sie die Produk tivität. Deshalb können sie verwendet werden, wenn sie nicht nachfolgende Prozeßschritte nachteilig beein trächtigen.
Die Glasurzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung
unterscheidet sich deutlich von der bekannten, wie nach
folgend erläutert.
- 1. Bekannte Glasurzusammensetzungen unterscheiden sich
voneinander durch den Gehalt an Blei und Alkalimetal
len, den Wärmewiderstand und andere Faktoren. Alle be
stehen jedoch aus Silikatglas. Der Anteil an Silicium
dioxid wird 50 mol% oder mehr, wenn die Glaszusammen
setzung in mol%-Therme des Oxids konvertiert wird. Der
übliche Anteil von Siliciumdioxid liegt zwischen 60 und
75 mol%. Bei einer bekannten Glasurzusammensetzung ist
das Oxid zur Bildung eines Glasnetzwerks als glas
bildendes Gerüst das Ion des Siliciumtetroxids.
Die chemische Beständigkeit, der Wärmewiderstand und die anderen Grundeigenschaften von Silikatglas werden vermutlich bei der bekannten Glasurzusammensetzung verwendet. Wie vorstehend beschrieben, kann die bekann te Zusammensetzung jedoch nicht die Erfordernisse für ein glasiertes Substrat für die derzeitigen Dünnfilm- Hybridteile befriedigen. - 2. Das Gerüst der B2O3-Al2O3-RO-System-Glasurzusammen
setzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Bor
tretroxid-Anion- und Aluminiumtetroxid-Anion-Tetraeder.
Alternativ hierzu weist die B2O3-Al2O3-P2O5-RO-System-
Glasurzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Phosphortetroxid-Trianion-Tetraeder-Gerüst auf.
Die Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung unter
scheidet sich von der bekannter Glasurzusammensetzun
gen.
Insbesondere führt das glasbildende Netzwerk des Bor tetroxid-Anion- und Aluminiumtetroxid-Anion-Tetraeders zu überragenden charakteristischen Eigenschaften. Da das Glas gemäß der vorliegenden Erfindung einen kleinen Anteil an Siliciumdioxid und ein geeignetes Verhältnis von Erdalkalimetallen aufweist, können sowohl Bor als auch Aluminium eine stabile Tetraeder-Koordination bilden: Bor hat eine Koordinationszahl von 3 oder 4 relativ zum Sauerstoff, und Aluminium hat eine Ko ordinationszahl von 4 oder 6. Die Kombination von nied rigen thermischen Eigenschaften, überragender Ober flächenglätte und Zuverlässigkeit wird dadurch erreicht.
Die bekannte System-Glasurzusammensetzung von Alkali metall oder Erdalkalimetall kombiniert mit B2O3, be kannt als niedrigschmelzendes Glas, ist schlechter bezüglich der chemischen Beständigkeit und der elektri schen Isolierfähigkeit, die nicht mit den Zielen der vorliegenden Erfindung übereinstimmen. Weil Bor eine Koordinationszahl von 3 relativ zu Sauerstoff aufweist, bildet es ein unstabiles Gerüst. Um folglich die Effek tivität gemäß der vorliegenden Erfindung zu erzielen, ist Aluminiumoxid oder Phosphorpentoxid eine weitere unverzichtbare Komponente zusammen mit dem Boroxid und dem Erdalkalioxid. - 3. Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf der Er
kenntnis entwickelt, daß die vorstehend genannte
Glasurzusammensetzung eine geeignete Glasur für Dünn
film-Hybridteile bildet, die die Kombination von
Niedertemperatureigenschaften, Oberflächenglätte, hohe
chemische Beständigkeit und andere Eigenschaften be
züglich der Zuverlässigkeit aufweist. Weiterhin wurde
die vorliegende Erfindung basierend auf der Erkenntnis
vervollständigt, daß der Zusatz von speziellen Oxiden
effektiv verhindert, daß sich ein glasiertes Substrat
verbiegt bzw. krümmt auf Grund von unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten des Keramiksubstrats und
einer Glasurzusammensetzung.
Insbesondere ermöglicht die Glasurzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Niedertemperaturglasie ren, führt zu hervorragender chemischer Beständigkeit und hoher elektrischer Isolierfähigkeit wie bei be kannten Silikatgläsern und kann in geeigneter Weise den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Glasurzusammensetzung durch Einstellen des Anteils spezieller additiver Oxide kontrollieren, ohne daß die exzellenten Eigenschaften der Glasurzusammensetzung verändert würden. Der Wärme ausdehnungskoeffizient wird dadurch kontrolliert, so daß selbst bei einem dünnen Keramiksubstrat ein Krümmen oder Verbiegen verhindert werden kann. Weiterhin wurde die vorliegende Erfindung basierend auf der Erkenntnis entwickelt, daß sogar eine dünne Glasurschicht eine glatte Oberfläche und andere überragende Eigenschaften haben kann.
Um die Schmelze mit der in Tabelle 1 gezeigten Zusammen
setzung zu erhalten, wurden Orthoborsäure, Aluminium
hydroxid, Kalziumkarbonat, Strontiumkarbonat, Bariumkarbo
nat, Magnesiumkarbonat, Siliciumdioxid, Zinkoxid, Ortho
phosphorsäure, Natriumkarbonat, Kaliumkarbonat und Blei
tetroxid individuell gewogen und in einer Mühle vermischt.
Die Mischung wurde in einem Platin-Rhodium-Tiegel bei
1200 bis 1450°C (2192-2642°F) während 3 bis 5 Stunden
geschmolzen und dann schnell wassergekühlt. In der Folge
wurde die in Tabelle 1 gezeigte Glasurzusammensetzung
Nr. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt.
In der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel
wurden die außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfin
dung liegenden Glasurzusammensetzungen der Nr. 2 bis 4
eine bekannte Hochtemperatur-Glasurzusammensetzung Nr. 5
die hauptsächlich aus Siliciumdioxid besteht, ohne Alkali
metall- oder Bleibestandteile, und eine bekannte Glasur
zusammensetzung Nr. 6, die Alkalimetall und Blei enthält,
gemäß Tabelle 1 hergestellt.
Der Glaserweichungspunkt und der Wärmeausdehnungskoeffi
zient der Glasurzusammensetzungen Nr. 1 bis 6 wurden ge
messen. Die Meßergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Da die Referenzzusammensetzungen gemäß den Nr. 3 bis 4
beim Schmelzen nicht verglast wurden, konnten die thermi
schen Eigenschaften des Glases nicht gemessen werden. Der
in Tabelle 2 aufgeführte Glaserweichungspunkt ist die
Temperatur, die der zweiten endothermen Spitze entspricht,
die erreicht wurde, wenn eine differentielle thermische
Analyse durchgeführt wurde. Der Wärmeausdehnungskoeffi
zient wurde aus dem Wärmeausdehnungsgradienten eines
zylindrischen Glases ermittelt, das einen Durchmesser von
ungefähr 3 bis 5 mm und eine Länge von 20 mm besitzt.
Der Ausdehnungsgradient wurde ermittelt basierend auf den
Längenmessungen des zylindrischen Glases während des
Erhitzens von einer Raumtemperatur auf 400°C.
Nachfolgend wurden die Glasurzusammensetzungen Nr. 1 bis
6 jeweils in einer Aluminiumoxid-Topfmühle naßgeschliffen
bzw. -gemahlen. Die feingemahlenen Glaspartikel wurden mit
einem Ethylcellulose-Systembinder und einem organischen
Lösungsmittel vermischt, um eine Druckglaspaste herzustel
len.
Die Druckglaspaste wurde auf die Oberfläche eines Alumi
niumoxid-Substrats aufgedruckt, das aus Aluminiumoxid
bestand mit einer Reinheit von 97% und einer Größe von
50 mm × 50 mm × 0,635 mm. Danach wurden die gedruckten
Substrate thermisch behandelt bei den jeweils geeigneten
Temperaturen, wie sie in Tabelle 2 aufgeführt sind.
Dadurch wurden Substrate hergestellt, die auf ihrer Ober
fläche ein Glasurband von 5 mm Breite und 20 µm Dicke
aufwiesen.
Als Ergebnis der Beobachtung der glasierten Substrate
wurde festgestellt, daß die Glasurzusammensetzung
Nr. 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
eine glänzende Glasurfläche aufwies, obwohl die
Dicke der Glasur 20 µm betrug. Die Referenz-Glasurzusam
mensetzungen Nr. 2 bis 4 konnten keine bevorzugte
Glasurschicht erzielen, weil sie kristallisierten oder
nicht zur Verglasung gelangten, selbst bei Variation der
Temperatur, der Verweilzeit oder der anderen Einbrenn
bedingungen.
Die bekannte Glasurzusammensetzung Nr. 5 war in uner
wünschter Weise mit einer unzureichenden Oberflächenglätte
versehen, weil die Endbereiche des Glasurmusters Erhebun
gen aufwiesen. Unter dem Einfluß der Eigenschaften des
Keramiksubstrats krümmte sich das glasierte Substrat be
trächtlich.
Da die Glasurzusammensetzung Nr. 6 einen großen Anteil an
Blei enthält, ist das Substrat für Dünnfilm-Hybridteile
bei Verwendung dieser Zusammensetzung einer unerwünschten
Begrenzung in der Anwendung unterworfen, um die Reduktion
und die Auflösung des Bleis zu vermeiden.
Die Referenz-Glasurzusammensetzungen weisen beträchtliche
Unterschiede in der Erscheinung gegenüber der Glasurzusam
mensetzung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf.
Bei der Verwendung der Glasurzusammensetzungen Nr.
5 und 6 wurden die folgenden Aufdruckschritte ausge
führt: Eine Druckglaspaste wurde auf ein Aluminiumoxid-
Substrat aufgedruckt, das eine Größe von 100 mm × 100 mm ×
0,5 mm aufwies. Dann wurde das Aluminiumoxid-Substrat bei
den in Tabelle 2 aufgeführten Temperaturen gebrannt, so
daß 70% der Oberfläche des Aluminiumoxid-Substrats mit
einer 20 µm dicken Glasur überdeckt war. Tabelle 3 zeigt
die Erhebungsabmessungen, die durchschnittliche Ober
flächenrauhigkeit und die Substratkrümmung. Die Erhebungs
abmessungen, also die Höhe der Erhebungen an den Endbe
reichen der Glasurschicht, wurde durch Messung der Diffe
renzhöhe zwischen dem flachen Oberflächenbereich der Gla
surschicht und dem höchsten Punkt der Endbereiche der
Glasurschicht erhalten. Die Substratkrümmung erhielt man
durch Messung der maximalen Höhe der gekrümmten Oberfläche
als Ergebnis der Krümmung des Substrats.
Um die Schmelze mit der in Tabelle 4 angegebenen Zusammen
setzung zu erhalten, wurden Orthoborsäure, Aluminium
hydroxid, Siliciumdioxid, Kalziumkarbonat, Strontiumkarbo
nat, Bariumkarbonat, Magnesiumkarbonat, Lanthantrioxid,
Zirkondioxid, Orthophosphorsäure, Natriumkarbonat, Kalium
karbonat und Bleitetroxid individuell gewogen und in einer
Mühle vermischt. Die Mischung wurde in einem Platin-Rho
dium-Tiegel bei 1300 bis 1450°C drei bis fünf Stunden
lang geschmolzen und wurde dann schnell mit Wasser abge
kühlt. In der Folge wurden die Glasurzusammensetzungen Nr.
21 bis 31 gemäß Tabelle 4, die Gegenstand der vorliegenden
Erfindung sind, hergestellt.
In der gleichen Weise wie beim zweiten Ausführungsbeispiel
wurden die Glasurzusammensetzungen Nr. 32 bis 35, die
außerhalb des Bereichs der Erfindung liegen, und die be
kannten Glasurzusammensetzungen Nr. 36 bis 39 gemäß
Tabelle 4 hergestellt.
Der Glaserweichungspunkt und der Wärmeausdehnungskoeffi
zient der Glasurzusammensetzungen Nr. 21 bis 39 wurden in
derselben Weise gemessen wie beim ersten Ausführungsbei
spiel und dem Referenzbeispiel. Die Meßergebnisse sind in
Tabelle 5 dargestellt.
Danach wurden aus den Glasurzusammensetzungen Nr. 21 bis
39 in der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbei
spiel und dem Referenzbeispiel die glasierten Substrate
hergestellt.
Der Glasurzustand und die Substratkrümmung der glasierten
Substrate wurden beobachtet.
Wie klar in den Tabellen 4 und 5 gezeigt wird, weisen die
Glasurzusammensetzungen Nr. 21 bis 31 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel niedrigschmelzende Gläser mit einem
Glaserweichungspunkt von 840°C oder weniger auf. Daher
kann die Einbrenntemperatur ungefähr 980°C oder weniger
betragen. Der vorstehend spezifizierte Anteil der Oxide
wird den Zusammensetzungen zugefügt. Daher wurde der
Wärmeausdehnungskoeffizient des Glases von 5,6 bis 7,7 ×
10-6 nahe an den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Alumi
niumoxidsubstrate von ungefähr 7 bis 8 × 10-6 gelegt. Es
wurde eine nur geringe Krümmung der glasierten Substrate
beobachtet, und ein solcher Krümmungsgrad beeinträchtigt
nicht die praktische Anwendung. Der glasierte Bereich des
glasierten Substrats hatte eine große Fläche, aber nur
geringe Erhebungen, wodurch eine Oberflächenglätte ge
schaffen wurde. Weiterhin hatten die glasierten Substrate
gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine glänzende
Glasurfläche und sind geeignet für die Anwendung bei Dünn
film-Hybridteilen.
Die Glasurzusammensetzungen Nr. 32 bis 35, die außerhalb
des Umfangs der Erfindung liegen, erhielten keine bevor
zugte Glasurfläche, weil sie kristallisierten oder nicht
verglasten, selbst bei Variation der Temperatur, der Ver
weilzeit oder der anderen Einbrennkonditionen. Insbesonde
re die Referenz-Glasurzusammensetzung Nr. 35 führt in un
erwünschter Weise zu einer starken Krümmung des glasierten
Substrats. Die bekannten Glasurzusammensetzungen Nr. 36
bis 38 erforderten eine hohe Einbrenntemperatur von
1020 oder darüber während des Glasierens. Weiterhin
wiesen die Enden des Glasurmusters Erhebungen auf, und die
glasierten Substrate krümmten sich stark.
Um die Schmelze mit der in Tabelle 6 gezeigten Zusammen
setzung zu erhalten, wurden Orthoborsäure, Aluminium
hydroxid, Kalziumkarbonat, Strontiumkarbonat, Barium
karbonat, Magnesiumkarbonat, Siliciumdioxid, Orthophos
phorsäure, Natriumkarbonat, Kaliumkarbonat und Blei
tetroxid individuell gewogen und in einer Mühle vermischt.
Die Mischung wurde in einem Platin-Rhodium-Tiegel bei
1200°C bis 1450°C während drei bis fünf Stunden ge
schmolzen und dann schnell mit Wasser gekühlt. Nachfolgend
wurden die Glasurzusammensetzungen Nr. 41 bis 51 gemäß der
vorliegenden Erfindung hergestellt, wie sie in Tabelle 6
gezeigt sind.
In der gleichen Weise wie beim dritten Ausführungsbeispiel
wurden Referenz-Glasurzusammensetzungen Nr. 52 bis 56, die
außerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen, und die
bekannten Glasurzusammensetzungen Nr. 57 bis 58 gemäß
Tabelle 6 hergestellt.
Der Glaserweichungspunkt und der Wärmeausdehnungskoeffi
zient der Glasurzusammensetzungen Nr. 41 bis 58 wurden in
der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel und
dem Referenzbeispiel gemessen. Die Meßergebnisse sind in
Tabelle 7 dargestellt.
Danach wurden aus den Glasurzusammensetzungen Nr. 41 bis
58 in der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbei
spiel und dem Referenzbeispiel die glasierten Substrate
hergestellt.
Der Glasurzustand und die Substratkrümmung der glasierten
Substrate wurden beobachtet.
Wie klar aus den Tabellen 6 und 7 hervorgeht, sind die
Glasurzusammensetzungen Nr. 41 bis 51 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel niederschmelzende Gläser mit einem
Glaserweichungspunkt von ungefährt 830°C oder niedriger.
Daher kann die Einbrenntemperatur ungefähr 980°C oder
weniger betragen. Keine bemerkenswerte Krümmung war bei
den glasierten Substraten zu sehen. Der Glasurbereich der
glasierten Substrate hatte eine große Fläche, wies jedoch
nur geringe Erhebungen auf, wodurch eine glatte Oberfläche
erzeugt wurde. Weiterhin hatten die glasierten Substrate
gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel eine glänzende
Glasurfläche und wiesen in bevorzugter Weise keine Irre
gularitäten oder Erhebungen an ihrer Oberfläche auf.
Die Glasurzusammensetzungen Nr. 52 bis 56, die außerhalb
des Schutzumfangs der Erfindung liegen, erreichten keine
bevorzugte Glasurfläche, weil sie kristallisierten oder
nicht verglasten, selbst nicht bei Variation der Tempera
tur, der Verweilzeit oder der anderen Einbrennkonditionen.
Die bekannte Glasurzusammensetzung Nr. 57, ein hoch
schmelzendes Glas, das hauptsächlich aus Silikat besteht,
erforderte eine hohe Einbrenntemperatur, die 1240°C oder
mehr während des Glasierens betrug. Weiterhin führte die
Glasurzusammensetzung Nr. 57 in ungünstiger Weise zu einem
vorspringenden Glasurmuster und zu einem stark gekrümmten
glasierten Substrat. Die bekannte Glasurzusammensetzung
Nr. 58 erhielt eine gewünschte Glasurfläche, wies jedoch
in ungünstiger Weise unstabile elektrische und chemische
Eigenschaften auf, weil Blei und ein Alkalimetall ent
halten waren.
Die Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf bevor
zugte Ausführungsbeispiele beschrieben, wie sie in den
Tabellen aufgeführt sind. Modifikationen und Abänderungen
werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der Beschrei
bung deutlich. Trotz der Verwendung der Ausführungsbei
spiele zu Illustrationszwecken sollen alle Modifikationen
und Abänderungen umfaßt sein, die innerhalb der Gedanken
und des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche liegen.
Wie vorstehend beschrieben, kann die vorliegende Erfindung
eine niedrigschmelzende B2O3-Al2O3-RO-System- oder eine
B2O3-Al2O3-P2O5-RO-System-Glasurzusammensetzung aufweisen,
die bezüglich der chemischen Stabilität, der elektrischen
Isolierfähigkeit und der Oberflächenglätte überlegen ist,
selbst wenn die Glasurschicht dünn ist. Verglichen mit
bekannten Glasurzusammensetzungen kann die Glasurzusam
mensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung die Herstel
lung eines glasierten Substrats bei einer niedrigen Tem
peratur gewährleisten. Weiterhin enthält die Glasurzu
sammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung einen
spezifizierten Anteil an Oxiden, wie vorstehend be
schrieben. Daher wird der Unterschied zwischen den Wärme
ausdehnungskoeffizienten der Glasurzusammensetzung und des
Keramiksubstrats verringert. Beim glasierten Substrat wird
weiterhin ein Krümmen verhindert. In bemerkenswert
vorteilhafter Weise können gemäß der vorliegenden Erfin
dung Dünnfilm-Chips und andere elektronische Teile leicht
hergestellt werden. Die Glasurerhebungen am glasierten
Substrat können ebenfalls reduziert werden.
Wenn die Glasurzusammensetzung gemäß der Erfindung einen
spezifischen Anteil an Phosphorpentoxid enthält, kann die
Oberflächenglätte der Glasurfläche verbessert werden. Das
glasierte Substrat, das sich aus der Glasurzusammensetzung
gemäß der Erfindung ergibt, ist zur Anwendung für Chips
geeignet.
Die Glasurzusammensetzung gemäß der Erfindung kann auch
für die konventionellen Faksimile-Thermoköpfe, Thermo
druckerköpfe oder andere Komponenten verwendet werden,
wenn nicht ein besonders hoher Wärmewiderstand
erforderlich ist. Wenn die Glasurzusammensetzung gemäß der
Erfindung einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, kann sie
bei glasartigen Materialien zur Beschichtung oder zum Ver
gießen von Multilayer-Keramiksubstraten verwendet werden.
Claims (2)
1. Glasurzusammensetzung, die auf der Basis des Oxid
gewichts die folgenden Komponenten aufweist:
15 bis 40 Gew.-% Boroxid;
10 bis 30 Gew.-% Aluminiumoxid;
40 oder weniger Gew.-% Siliciumdioxid;
15,5 bis 40 Gew.-% wenigstens eines Erdalkalioxids, ausgewählt aus der aus Kalziumoxid, Strontiumoxid und Bariumoxid bestehenden Gruppe; und
0,5 bis 17 Gew.-% Phosphorpentoxid oder
3 bis 30 Gew.-% wenigstens eines Oxids, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus 30 oder weniger Gew.-% Lanthantrioxid, 20 oder weniger Gew.-% Yttri umoxid und 10 oder weniger Gew.-% Zirkondioxid be steht;
wobei diese Komponenten zusammen wenigstens 90 Gew.-% der gesamten Glasurzusammensetzung ausmachen.
15 bis 40 Gew.-% Boroxid;
10 bis 30 Gew.-% Aluminiumoxid;
40 oder weniger Gew.-% Siliciumdioxid;
15,5 bis 40 Gew.-% wenigstens eines Erdalkalioxids, ausgewählt aus der aus Kalziumoxid, Strontiumoxid und Bariumoxid bestehenden Gruppe; und
0,5 bis 17 Gew.-% Phosphorpentoxid oder
3 bis 30 Gew.-% wenigstens eines Oxids, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus 30 oder weniger Gew.-% Lanthantrioxid, 20 oder weniger Gew.-% Yttri umoxid und 10 oder weniger Gew.-% Zirkondioxid be steht;
wobei diese Komponenten zusammen wenigstens 90 Gew.-% der gesamten Glasurzusammensetzung ausmachen.
2. Glasurzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Erdalkalioxid wenigstens 1,5 bis 25 Gew.-%
Kalziumoxid, 20 oder weniger Gew.-% Strontiumoxid und
10 oder weniger Gew.-% Bariumoxid enthält.
Priority Applications (1)
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DE4345516A DE4345516C2 (de) | 1992-10-27 | 1993-10-20 | Verwendung eines glasierten Keramiksubstrats zur Herstellung von Dünnfilm-Hybridteilen |
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1993
- 1993-10-20 DE DE19934335685 patent/DE4335685C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE4335685A1 (de) | 1994-04-28 |
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