DE4345516C2 - Glaze compound for coating ceramic substrate - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines glasierten Kera miksubstrats zur Herstellung von Dünnfilm-Hybridteilen unter Verwendung von Dünnfilm- oder Dünn-/Dickfilm-Techniken, wie Chip-Kondensatoren, Chip-Widerständen und Chip-Induktivitä ten, wobei das Keramiksubstrat eine amorphe Glasurschicht aufweist.The invention relates to the use of a glazed Kera miksubstrats for the production of thin film hybrid parts under Use of thin film or thin / thick film techniques such as Chip capacitors, chip resistors and chip inductance ten, the ceramic substrate an amorphous glaze layer having.
Eine Glasurzusammensetzung ist in bekannter Weise dazu geeig net, die Oberflächenglätte eines Keramiksubstrats deutlich zu verbessern. Die Glasurzusammensetzung besitzt wärmespeichern de, elektrisch isolierende und andere hervorragende glasarti ge Eigenschaften. Diese Eigenschaften werden bei Thermoköpfen und verschiedenen anderen Teilen verwendet.A glaze composition is suitable for this in a known manner net, the surface smoothness of a ceramic substrate significantly improve. The glaze composition has heat storage de, electrically insulating and other excellent glasarti properties. These properties are used in thermal heads and various other parts used.
- 1. Die Glasurzusammensetzung mit hervorragender Oberflä chenglätte für Thermoköpfe enthält im allgemeinen ein Alka limetall und Blei zur Anhebung der Herstellungseffizienz der Glasurzusammensetzung.1. The glaze composition with excellent surface Surface smoothness for thermal heads generally contains an alka limetall and lead to increase the manufacturing efficiency of the Glaze composition.
- 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.2. Recently a glaze composition for one High speed or photo printing thermal head mainly made of thermally stable silicon dioxide without Use of an alkali metal or lead. Such High-temperature glaze composition was tested, for example, in Japanese and ver public patent applications No. 60-55453 and 61-24345 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-118648 published.
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.Now glaze compositions have been used for Chips in addition to use for thermal heads developed. To meet the demands for light, thin, short, small, but high-precision electronic parts to suffice, replaces a ceramic substrate with one the surface of the glaze layer currently formed tional chip substrates. This glazed substrate has excellent surface smoothness, and thin or Thick film structures can be on the surface of the substrate with fine structure divisions.
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.When the known glaze composition (1) containing a large amount of alkali metal and lead described above is used for a chip substrate, the alkali metal at the time of voltage application deteriorates the electrical insulation ability while moving through the glass while doing so the electrical reliability deteriorates. When the glaze composition is fired in a reducing atmosphere, the reduction of lead oxides turns the glass black, and the high electrical insulation ability, that is, a specific volumetric resistance of 10 14 ohm × cm or more, cannot be maintained. In addition, the use of lead is not desirable because lead is a toxic substance.
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 Keramimsubstrat 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.The above high temperature glaze together settlement (2), which mainly consists of silicate developed to achieve high thermal resistance. If the coefficient of thermal expansion of the composition is not would exactly match that of the ceramic substrate the ceramic substrate will bend. Because the melting Glass has a high fixing temperature for integral application on the substrate would require a small sub difference in the coefficient of thermal expansion between that of Glass and that of the substrate a curvature of the substrate cause. Because the ceramic substrate is of sufficient thickness needed to be resistant to such curving is the formation of a desirably thin chip substrate difficult.
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.At the time of firing the glaze that is developing highly melting glass has such a high viscosity that the end areas of glaze composition noticeable protrusions relative to the entire thin glaze composition come. This is not beneficial for partial gla sieren, but produces an insufficient smoothness the entire surface coating or ribbon-shaped glaze pattern on the chip substrate.
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.The thermal resistance of the glazed substrate is one essential property for thermal heads, but an un necessary property for thin film hybrid parts. The glazed Substrate for the hybrid parts must be at high temperatures be calcined. Therefore, a glazed substrate is included high thermal resistance uneconomical for use with Thin film hybrid parts.
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.The desired glaze thickness of the glazed substrate for Thin film hybrid parts are between about 5 µm and 25 µm, while that of conventional glazed substra for facsimile thermal heads between 60 µm and 80 µm lies. If a known glaze composition thin out formed and the glaze viscosity is high, the Zu composition due to the irregular surface of the Ceramic substrate affected. Therefore, at Glaze composition an insufficient surface smoothness out. Such a worsened change in the glaze surface che is not desirable. Nowadays a glaze is together in order to achieve a very thin and flat glaze surface but with high quality.
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 er Glasurschicht angestrebt wird. Derarti ge kristallisierende Glasurschichten sind jedoch als Glasur schichten für Dünnfilm-Hybridteile ungeeignet, da durch die Kristallisation nur eine für diesen Anwendungszweck unzurei chende Oberflächenglätte erreicht wird.Glaze is known from EP 0 080 345 A1 and EP 0 469 271 A1 compositions known for glaze layers, in which one Crystallization in the glaze layer is desired. Derarti ge crystallizing glaze layers are however as glaze layers unsuitable for thin-film hybrid parts because of the Crystallization is only insufficient for this application appropriate surface smoothness is achieved.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein glasiertes Kera miksubstrat zur Verwendung bei der Herstellung von Dünnfilm- Hybridteilen zu schaffen, dessen Glasurschicht bei verringer ter Glasurtemperatur eine überragende elektrische Isolierfä higkeit und Chemische Stabilität unter Vermeidung einer Kris tallisation aufweisen sollte.It is therefore an object of the invention to provide a glazed Kera micro substrate for use in the manufacture of thin film To create hybrid parts, the glaze layer at reduce The glaze temperature is an outstanding electrical insulation Ability and chemical stability while avoiding a crisis tallization should have.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa tentanspruchs gelöst.This object is achieved by the features of Pa claim resolved.
Die erfindungsgemäße Glasurzusammensetzung führt in vorteil hafter Weise selten zu Irregularitäten an der Oberfläche von Substraten oder zu Erhebungen an den Endbereichen der Glasur zusammensetzung. Selbst bei einem dünnen Substrat wird ein Krümmen verhindert. Es können leicht äußerst glatte Glasur schichten ohne Verschlechterung einer dünnen Glasurfläche ge bildet werden.The glaze composition according to the invention leads to advantage Infrequently, irregularities on the surface of Substrates or elevations at the end areas of the glaze composition. Even with a thin substrate, a Prevents curving. It can easily be extremely smooth glaze layers without deterioration of a thin glaze surface be formed.
Wie vorstehend ausgeführt, ist der Anteil jeder Komponente der Glasurzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung aus den folgenden Gründen spezifiziert oder begrenzt.As stated above, the proportion of each component the glaze composition according to the present invention specified or limited for the following reasons.
- 1. Boroxid ist ein notwendiges glasbildendes Oxid bei der vorliegenden Erfindung. Wenn der Anteil von Boroxid we niger als die spezifizierte untere Begrenzung beträgt, kann leicht Kristallisation auftreten, und der Schmelz punkt der Glasurzusammensetzung erhöht sich. Wenn der Anteil des Boroxids den festgelegten oberen Grenzwert ü bersteigt, besitzt die Glasurzusammensetzung einen unzu reichenden Wärmewiderstand und eine unzureichende Was serdichtigkeit.1. Boron oxide is a necessary glass-forming oxide in the present invention. If the proportion of boron oxide we is less than the specified lower limit, crystallization can easily occur and the enamel point of the glaze composition increases. If the Proportion of boron oxide the specified upper limit ü exceeds, the glaze composition has a too sufficient thermal resistance and an insufficient what serdichtigkeit.
- 2. Zusätzlich zu Boroxid ist Aluminiumoxid ein weiteres glasbildendes Oxid. Wenn der Anteil von Aluminiumoxid unterhalb des festgelegten unteren Grenzwerts liegt, wird die chemische Beständigkeit der Glasurzusammenset zung deutlich verringert. Wenn der Anteil von Aluminium oxid den festgelegten oberen Grenzwert übersteigt, weist die Glasurzusammensetzung einen hohen Schmelzpunkt auf und kristallisiert leicht.2. In addition to boron oxide, aluminum oxide is another glass-forming oxide. If the proportion of alumina is below the specified lower limit, the chemical resistance of the glaze composition significantly reduced. If the proportion of aluminum oxide exceeds the specified upper limit the glaze composition has a high melting point and crystallizes easily.
- 3. 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.3. The addition of silicon dioxide improves the oxidation and water resistance of the glaze composition. If the proportion of silicon dioxide exceeds 40% by weight the melting point of the glaze composition, causing the application of the present invention fails.
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4. Der Zusatz von Erdalkalioxiden, wie Kalziumoxid, Stron
tiumoxid und Bariumoxid, stellt den Wärmeausdehnungsko
effizienten ein und fördert die Verglasung. Wenn der An
teil an Erdalkalioxiden unter dem angegebenen unteren
Grenzwert liegt, erfolgt die Verglasung nicht ohne wei
teres, 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 bemerkenswert sein, wenn der Anteil an Kalziumoxid unterhalb der angegebenen un teren Begrenzung liegt. Wenn der Kalziumoxid-Anteil die angegebene obere Begrenzung übersteigt, wird der Wärme ausdehnungskoeffizient stark verringert, und es tritt leicht Kristallisation auf.
Durch Ersetzen eines Teils des Kalziumoxids mit Strontium oxid und Bariumoxid kann der Wärmeausdehnungskoeffizient eingestellt werden. Die kombinierte Wirkung der Erdalka lioxide kann erreicht werden. Weiterhin wird das Maß der Verglasung verbessert. Wenn der Anteil an Strontiumoxid und Bariumoxid den angegebenen oberen Grenzwert über schreitet, tritt starke Kristallisation auf.4. The addition of alkaline earth oxides, such as calcium oxide, stron oxide and barium oxide, adjusts the coefficient of thermal expansion and promotes glazing. If the proportion of alkaline earth oxides is below the specified lower limit value, glazing does not take place without further notice, and if the alkaline earth oxide proportion exceeds the specified upper limit, crystallization easily occurs.
Among the alkaline earth oxides, calcium oxide is the most desirable because it promotes glazing. However, the effectiveness cannot be remarkable if the calcium oxide content is below the specified lower limit. If the calcium oxide content exceeds the specified upper limit, the coefficient of thermal expansion is greatly reduced and crystallization tends to occur.
The coefficient of thermal expansion can be adjusted by replacing part of the calcium oxide with strontium oxide and barium oxide. The combined effect of alkaline earth oxides can be achieved. Furthermore, the size of the glazing is improved. If the proportion of strontium oxide and barium oxide exceeds the specified upper limit, strong crystallization occurs. -
5. Andere Beimengungen sind Magnesiumoxid und
Zinkoxid.
Wenn nur ein kleiner Anteil an Magnesiumoxid zugefügt wird, bringt dies die erwünschte Effektivität eines Erd alkalioxids (nachfolgend als RO bezeichnet, soweit er forderlich), 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. 5. Other admixtures are magnesium oxide and zinc oxide.
If only a small amount of magnesium oxide is added, this brings about the desired effectiveness of an alkaline earth oxide (hereinafter referred to as RO, if required), in the same way as calcium oxide, strontium oxide and barium oxide.
The addition of only a small proportion of zinc oxide promotes glazing, but a large addition remarkably intensifies the tendency to crystallize. - 6. Ein Alkalimetall, Blei und andere Oxide sind uner wünscht, weil sie die Zuverlässigkeit von elektronischen Teilen verschlechtern. Obwohl sie die chemische Bestän digkeit verringern, verbessern sie die Produktivität. Deshalb können sie verwendet werden, wenn sie nicht fachfolgende Prozessschritte nachteilig beeinträchtigen.6. An alkali metal, lead and other oxides are not essential desires because of the reliability of electronic Deteriorate parts. Although the chemical stocks decrease, improve productivity. That is why they can be used when they are not adversely affect subsequent process steps.
Die Glasurzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich deutlich von der bekannten, wie nachfol gend erläutert.The glaze composition according to the present invention differs significantly from the well-known, as follows explained below.
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1. Bekannte Glasurzusammensetzungen unterscheiden sich von
einander durch den Gehalt an Blei und Alkalimetallen,
den Wärmewiderstand und andere Faktoren. Alle bestehen
jedoch aus Silikatglas. Der Anteil an Siliciumdioxid
wird 50 mol% oder mehr, wenn die Glasurzusammensetzung
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 glasbildendes Gerüst
das Ion des Siliciumtetroxids.
Die chemische Beständigkeit, der Wärmewiderstand und die anderen Grundeigenschaften von Silikatglas werden vermutlich bei der bekannten Glasurzusammensetzung verwen det. Wie vorstehend beschrieben, kann die bekannte Zu sammensetzung jedoch nicht die Erfordernisse für ein glasiertes Substrat für die derzeitigen Dünnfilm- Hybridteile befriedigen.1. Known glaze compositions differ from one another in the content of lead and alkali metals, the heat resistance and other factors. However, all are made of silicate glass. The content of silicon dioxide becomes 50 mol% or more when the glaze composition is converted into mol% thermal of the oxide. The usual proportion of silicon dioxide is between 60 and 75 mol%. In a known glaze composition, the oxide to form a glass network as a glass-forming scaffold is the ion of silicon tetroxide.
The chemical resistance, the heat resistance and the other basic properties of silicate glass are presumably used in the known glaze composition. However, as described above, the known composition cannot meet the requirements for a glazed substrate for the current thin film hybrid parts. -
2. Das Gerüst der B2O3-Al2O3-RO-System-Glasurzusammensetzung
gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Bortetroxid-
Anion- und Aluminiumtetroxid-Anion-Tetraeder. Die Struk
tur gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich
von der bekannter Glasurzusammensetzungen.
Insbesondere führt das glasbildende Netzwerk des Bortetroxid- Anion- und Aluminiumtetroxid-Anion-Tetraeders zu überragenden charakteristischen Eigenschaften. Da das Glas gemäß der vor liegenden 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.2. The framework of the B 2 O 3 -Al 2 O 3 -RO system glaze composition according to the present invention is a boron tetroxide anion and aluminum tetroxide anion tetrahedron. The structure according to the present invention differs from the known glaze compositions.
In particular, the glass-forming network of the boron tetroxide anion and aluminum tetroxide anion tetrahedron leads to outstanding characteristic properties. Since the glass according to the present invention has a small proportion of silicon dioxide and a suitable ratio of alkaline earth metals, both boron and aluminum can form a stable tetrahedral coordination: boron has a coordination number of 3 or 4 relative to oxygen, and aluminum has one Coordination number of 4 or 6. The combination of low thermal properties, outstanding surface smoothness and reliability is achieved.
The known system glaze composition of alkali metal or alkaline earth metal combined with B 2 O 3 , known as low-melting glass, is inferior in chemical resistance and electrical insulating ability, which do not meet the objectives of the present invention. Because boron has a coordination number of 3 relative to oxygen, it forms an unstable framework. Accordingly, in order to achieve the effectiveness according to the present invention, alumina or phosphorus pentoxide is another indispensable component together with the boron oxide and the alkaline earth oxide. -
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.3. The present invention was developed based on the knowledge that the above glaze composition forms a suitable glaze for thin film hybrid parts, which has the combination of low temperature properties, surface smoothness, high chemical resistance and other reliability properties. Furthermore, the present invention has been completed based on the finding that the addition of special oxides effectively prevents a glazed substrate from bending due to different thermal expansion coefficients of the ceramic substrate and a glaze composition.
In particular, the glaze composition according to the present invention enables low-temperature glazing, leads to excellent chemical resistance and high electrical insulation ability as with known silicate glasses, and can suitably control the thermal expansion coefficient of the glaze composition by adjusting the proportion of special additive oxides without sacrificing the excellent properties of the Glaze composition would be changed. The coefficient of thermal expansion is thereby controlled, so that bending or bending can be prevented even with a thin ceramic substrate. Furthermore, the present invention was developed based on the finding that even a thin glaze layer can have a smooth surface and other superior properties.
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 wurden die in Tabelle 1 gezeigten Glasurzusammensetzung. Nr. 1 und 2 gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt. Around the melt with the combination shown in Table 1 To get settlement were orthoboric acid, aluminum hydroxide, calcium carbonate, strontium carbonate, barium carbo nat, magnesium carbonate, silicon dioxide, zinc oxide, ortho phosphoric acid, sodium carbonate, potassium carbonate and lead tetroxid individually weighed and mixed in a mill. The mixture was placed in a platinum-rhodium crucible 1200 to 1450 ° C (2192-2642 ° F) for 3 to 5 hours melted and then quickly water-cooled. Subsequently were the glaze composition shown in Table 1. Nos. 1 and 2 made according to the present invention.
In der gleichen Weise wie bei den Ausführungsbeispielen wurden die außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfin dung liegenden Glasurzusammensetzungen der Nr. 3 bis 5, eine bekannte Hochtemperatur-Glasurzusammensetzung Nr. 6, die hauptsächlich aus Siliciumdioxid besteht, ohne Alkali metall- oder Bleibestandteile, und eine bekannte Glasur zusammensetzung Nr. 7, die Alkalimetall und Blei enthält, gemäß Tabelle 1 hergestellt.In the same way as in the exemplary embodiments were outside the scope of the present inven glaze compositions No. 3 to 5, a well-known high-temperature glaze composition No. 6, which consists mainly of silicon dioxide, without alkali metal or lead components, and a well-known glaze composition No. 7, which contains alkali metal and lead, prepared according to Table 1.
Der Glaserweichungspunkt und der Wärmeausdehnungskoeffi zient der Glasurzusammensetzungen Nr. 1 bis 7 wurden ge messen. Die Meßergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Da die Referenzzusammensetzungen gemäß den Nr. 4 bis 5 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 Raumtemperatur auf 400°C.The glass softening point and the coefficient of thermal expansion The glaze compositions No. 1 to 7 were used measure up. The measurement results are shown in Table 2. Since the reference compositions according to Nos. 4 to 5 were not glazed during melting, the thermi properties of the glass cannot be measured. The Glass softening point listed in Table 2 is Temperature corresponding to the second endothermic peak which was achieved when a differential thermal Analysis was performed. The coefficient of thermal expansion the thermal expansion gradient became one cylindrical glass that has a diameter of about 3 to 5 mm and 20 mm in length. The expansion gradient was determined based on the Length measurements of the cylindrical glass during the Heating from room temperature to 400 ° C.
Nachfolgend wurden die Glasurzusammensetzungen Nr. 1 bis 7 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.Subsequently, glaze compositions No. 1 to 7 each wet-ground in an aluminum oxide pot mill or ground. The finely ground glass particles were an ethyl cellulose system binder and an organic Solvent mixed to make a printing glass paste 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.The printing glass paste was applied to the surface of an alumi nium oxide substrate printed, that of aluminum oxide existed with a purity of 97% and a size of 50 mm × 50 mm × 0.635 mm. After that, the printed ones Substrates thermally treated with the appropriate ones Temperatures as listed in Table 2. This produced substrates that were on their upper surface a glaze tape 5 mm wide and 20 µm thick exhibited.
Als Ergebnis der Beobachtung der glasierten Substrate wurde festgestellt, daß die Glasurzusammensetzungen Nr. 1 und 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel jeweils bevor zugt eine glänzende Glasurfläche aufwiesen, obwohl die Dicke der Glasur 20 µm betrug. Die Referenz-Glasurzusam mensetzungen Nr. 3 bis 5 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.As a result of the observation of the glazed substrates it was found that the glaze compositions No. 1 and 2 according to the first embodiment each before shows a shiny glaze surface, although the The thickness of the glaze was 20 µm. The reference glaze together Settings 3 to 5 could not be preferred Achieve glaze because they crystallized or did not come to the glazing, even if the Temperature, dwell time or other burn-in conditions.
Die bekannte Glasurzusammensetzung Nr. 6 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. The well-known glaze composition No. 6 was in un desirably with insufficient surface smoothness provided because the end areas of the glaze pattern elevation gene. Under the influence of the properties of the Ceramic substrate curved the glazed substrate considerable.
Da die Glasurzusammensetzung Nr. 7 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.Since the glaze composition No. 7 makes up a large proportion Containing lead is the substrate for thin-film hybrid parts when using this composition an undesirable Limitation in application subjected to the reduction and to avoid dissolving the lead.
Die Referenz-Glasurzusammensetzungen weisen beträchtliche Unterschiede in der Erscheinung gegenüber den Glasurzusam mensetzungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf.The reference glaze compositions show considerable Differences in appearance compared to the glaze together based on the first embodiment.
Bei der Verwendung der Glasurzusammensetzungen Nr. 1, 6 und 7 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.When using glaze compositions No. 1, 6 and 7, the following printing steps were carried out leads: A printing glass paste was placed on an aluminum oxide Printed substrate, which is a size of 100 mm × 100 mm × 0.5 mm. Then the alumina substrate was added fired the temperatures listed in Table 2, see above that 70% of the surface of the alumina substrate with a 20 µm thick glaze was covered. Table 3 shows the survey dimensions, the average upper surface roughness and the substrate curvature. The survey dimensions, i.e. the height of the elevations at the end range of the glaze layer was determined by measuring the differences limit height between the flat surface area of the gla layer and the highest point of the end regions of the Preserved glaze layer. The substrate curvature was obtained by measuring the maximum height of the curved surface as a result of the curvature of the substrate.
Wie vorstehend beschrieben, kann die vorliegende Erfindung eine niedrigschmelzende B2O3-Al2O3-RO-System-Glasurzusammen setzung aufweisen, die bezüglich der chemischen Stabilität, der elektrischen Isolierfähigkeit und der Oberflächenglätte überlegen ist, selbst wenn die Glasurschicht dünn ist. Ver glichen mit bekannten Glasurzusammensetzungen kann die Gla surzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung die Her stellung eines glasierten Substrats bei einer niedrigen Tem peratur gewährleisten. Weiterhin enthält die Glasurzusammen setzung gemäß der vorliegenden Erfindung einen spezifizierten Anteil an Oxiden, wie vorstehend beschrieben. Daher wird der Unterschied zwischen den Wärmeausdehungskoeffizienten der Glasurzusammensetzung und des Keramiksubstrats verringert. Beim glasierten Substrat wird weiterhin ein Krümmen verhin dert. In bemerkenswert vorteilhafter Weise können gemäß der vorliegenden Erfindung Dünnfilm-Chips und andere elektroni sche Teile leicht hergestellt werden. Die Glasurerhebungen am glasierten Substrat können ebenfalls reduziert werden.As described above, the present invention can have a low-melting B 2 O 3 -Al 2 O 3 -RO system glaze composition which is superior in chemical stability, electrical insulation property and surface smoothness even when the glaze layer is thin. Compared to known glaze compositions, the glaze composition according to the present invention can ensure the manufacture of a glazed substrate at a low temperature. Furthermore, the glaze composition according to the present invention contains a specified proportion of oxides as described above. Therefore, the difference between the coefficients of thermal expansion of the glaze composition and the ceramic substrate is reduced. The glazed substrate continues to prevent warping. In a remarkably advantageous manner, thin film chips and other electronic parts can be easily manufactured according to the present invention. The glaze elevations on the glazed substrate can also be reduced.
Die Glasurzusammensetzung gemäß der Erfindung kann auch für die konventionellen Faksimile-Thermoköpfe, Thermodruckerköpfe oder andere Komponenten verwendet werden, wenn nicht ein be sonders höher Wärmewiderstand erforderlich ist. Wenn die Gla surzusammensetzung gemäß der Erfindung einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, kann sie bei glasartigen Materialien zur Beschichtung oder zum Vergießen von Multilayer-Keramik substraten verwendet werden.The glaze composition according to the invention can also be used for the conventional facsimile thermal heads, thermal printer heads or other components are used, if not a be particularly high thermal resistance is required. If the Gla a low composition according to the invention Has melting point, it can with glass-like materials for coating or casting multilayer ceramics substrates are used.
Claims (1)
31,1 bis 50 Gew.-% Boroxid;
5 bis 35 Gew.-% Aluminiumoxid;
bis zu 20.6 Gew.-% Siliciumdioxid;
bis zu 8 Gew.-% Zinkoxid; und
15 bis 55 Gew.-% Erdalkalioxide, die auf der Basis des Oxidgewichts der Gesamtzusammensetzung 1,5 bis 30 Gew.-% Kalziumoxid, bis zu 30 Gew.-% Strontium oxid, bis zu 10 Gew.-% Magnesiumoxid und bis zu 45 Gew.-% Bariumoxid enthalten,
wobei der Gesamtanteil dieser unerlässlichen Komponenten we nigstens 90 Gew.-% der gesamten Glasurzusammensetzung aus macht.Use of a glazed ceramic substrate for the production of thin film hybrid parts, the ceramic substrate having an amorphous glaze layer which contains the following essential components based on the oxide weight:
31.1 to 50 weight percent boron oxide;
5 to 35 weight percent alumina;
up to 20.6% by weight of silicon dioxide;
up to 8% by weight zinc oxide; and
15 to 55% by weight of alkaline earth metal oxides, which, based on the oxide weight of the overall composition, 1.5 to 30% by weight of calcium oxide, up to 30% by weight of strontium oxide, up to 10% by weight of magnesium oxide and up to 45 Wt .-% contain barium oxide,
the total proportion of these indispensable components making up at least 90% by weight of the total glaze composition.
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