DE69630332T2 - Leitpaste zum Verschluss von Vias in keramischen Leiterplatten - Google Patents

Leitpaste zum Verschluss von Vias in keramischen Leiterplatten Download PDF

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Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • A. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine Leiterpaste zum Verschließen eines Durchgangslochs, das ausgebildet ist, um Leiterschaltkreise elektrisch zu verbinden, die auf den gegenüberliegenden Flächen eines Keramiksubstrats ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine keramische Leiterplatte, die diese Paste verwendet. Insbesondere betrifft die Erfindung ferner eine Leiterpaste zum Verschließen eines Durchgangslochs in einem einschichtigen Keramiksubstrat, zum Verschließen eines Durchgangslochs in einem mehrschichtigen Keramiksubstrat oder zum Verschließen eines Durchgangslochs, das in einem integrierten Schaltkreis oder einem Transistorgehäusesubstrat ausgebildet ist, sowie die keramischen Leiterplatten, die diese Paste verwenden.
  • B. BESCHREIBUNG DAS STANDES DER TECHNIK
  • Im Allgemeinen wird eine keramische Leiterplatte durch Drucken einer Paste, die ein elektrisch leitendes Pulver, beispielsweise Silberpulver, eine Mischung aus Silber- und Palladiumpulver, eine Mischung aus Silber- und Platinpulver oder ein Kupferpulver enthält, auf ein Keramiksubstrat, das gewöhnlich aus 96% Tonerde besteht, erzeugt, und zwar indem die Paste mittels Siebdruck auf das Substrat aufgedruckt wird und beides anschließend bei etwa 800–900°C gesintert wird.
  • In den letzten Jahren ist mit den für die Miniaturisierung und die Leistungsfähigkeit von elektronischen Geräten erzielten Fortschritten ein Bedarf nach in hohem Maße zuverlässigen, mehrschichtigen keramischen Leiterplatten entstanden, auf denen sich elektronische Bauelemente in einer höheren Dichte unterbringen lassen. Eine verbreitete Methode zur Steigerung der Integrationsdichte eines Schaltkreises besteht darin, auf beiden Flächen des Substrats Leiterschaltkreise zu erzeugen, wobei ein Durchgangsloch in dem Substrat ausgebildet wird, das dazu dient, die auf den gegenüberliegenden Flächen angeordneten Leiterschaltkreise elektrisch zu verbinden.
  • Ein Verfahren zum Verbinden von Schaltkreisen mittels eines Durchgangslochs begründet sich darauf, eine Leiterbahn auf die Wandfläche des Durchgangslochs zu drucken, während ein anderes Verfahren das Durchgangsloch mit einem elektrisch leitfähigen Pfropfen verschließt. Im Falle des Pfropfverfahrens besteht der elektrisch leitfähige Pfropfen im Wesentlichen aus einer Leiterpaste, die ein elektrisch leitendes Pulver enthält und in das Durchgangsloch eingebracht und gesintert wird.
  • Allerdings führt das Pfropfverfahren häufig zu unbefriedigenden Ergebnissen, da der elektrisch leitfähige Pfropfen nach dem Sintern dazu neigt, zu schrumpfen und aus dem Durchgangsloch herauszufallen, da die beim Schrumpfen des elektrisch leitenden Pulvers auftretende Kraft die Haftfestigkeit zwischen dem elektrisch leitfähigen Pfropfen und dem Keramiksubstrat überschreitet. Ein weiteres Problem, das im Zusammenhang mit dem Pfropfverfahren auftaucht, ist, dass der elektrisch leitfähige Pfropfen dazu neigt, sich während des Egalisierungsschritts abzulösen, d. h., wenn vorstehende Abschnitte des elektrisch leitfähigen Pfropfens durch Schleifen entfernt werden. Nach dem Arbeitsschritt des Pfropfens entstehen häufig Vorsprünge, da zum Einbringen der Leiterpaste in ein Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 0,3 mm eine Druckplatte verwendet werden muss, die ein Partitionsmuster mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm aufweist, um die Abmessungstoleranzen des zu bedruckenden Substrats auszugleichen. Daher sind herkömmliche Verfahren zum Verbinden von Schaltkreisen über ein Durchgangsloch bisher in der Praxis auf ein Drucken eines Leiters auf die Wandfläche des Durchgangslochs beschränkt.
  • Vom Erfinder wurde zum Verschließen von Durchgangslöchern bereits eine Leiterpaste mit geringem Schrumpfen vorgeschlagen, in der Rhodiumpulver verwendet wird (Japanische Patentanmeldung Nr. 6-51306). Die geringe Neigung dieser Paste zu schrumpfen verhindert, dass der elektrisch leitfähige Pfropfen aus dem Substrat herausfällt und trägt zu einer vorteilhaften Steigerung der Dichte der Leiterbahnen auf Keramiksubstraten bei, allerdings ist der elektrisch leitfähige Pfropfen immer noch mit dem Problem des Ausbrechens während des Egalisierungsschritts behaftet.
  • Leiterpasten werden auch auf dem Gebiet der Gehäusesubstrate verwendet, die eine weitere Anwendung für keramische Leiterplatten darstellen. Diese Substrate können mittels einer mehrschichtige Substrate verwendenden Technologie erzeugt werden, bei der grüne (nicht gesinterte) Folien aus etwa 92% Tonerde miteinander laminiert und bei einer hohen Temperatur gesintert werden. Ein Gehäusesubstrat, wie es in einem Beispiel in 1 gezeigt ist, weist ein aktives Teil 7 auf, beispielsweise einen an einem Substrat 3 befestigten integrierten Schaltkreis oder Quarzoszillator, wobei das aktive Teil 7 mit einer Metallappe 6 bedeckt ist. In dem Substrat 3 sind Durchgangslöcher 2 ausgebildet und ein elektrisch leitfähiger Pfropfen 1 ist in die Löcher gepfropft und schließt dabei das aktive Teil 7 an eine außerhalb der Metallkappe 6 befindliche Umgebung an. Dies dient dazu Wärme abzuleiten, die sich innerhalb der Metallkappe 6 ansammelt. Ein inaktives Gas ist dicht in der Metallkappe 6 eingeschlossen, um eine Korrosion des aktiven Teils 7 zu verhindern. Es ist daher wichtig, dass die Dichtung zwischen der Kappe und dem Substrat einen sehr geringen Grad an Gasdurchlässigkeit aufweist.
  • Wenn mehrschichtige Gehäusesubstrate aus 92% Tonerde hergestellt werden, ist es möglich die Gasdurchlässigkeit auf einem sehr niedrigen Niveau zu halten, da das Gehäuse mehrschichtig ist. Substrate, die aus 96% Tonerde hergestellt sind, weisen auch dann einen sehr geringen Grad an Gasdurchlässigkeit auf, falls sie einschichtig sind. Wenn es gilt, ein Durchgangsloch in einem mehrschichtigen Gehäusesubstrat aus 92% Tonerde zu verschließen, werden die Leiterpaste und das Substrat selbst gleichzeitig gesintert. In diesem Fall lässt sich ein sehr geringer Grad an Gasdurchlässigkeit in dem Durchgangsloch nur erreichen, wenn die Schrumpfrate des elektrisch leitfähigen Pfropfens und des Substrats aufeinander abgestimmt sind. Wenn eine Gehäuseplatte oder dergleichen aus einem Substrat aus 96% Tonerde erzeugt wird, wird das Durchgangsloch nach dem Sintern des Substrats mit einer nicht gesinterten Leiterpaste verschlossen.
  • Wenn das Gehäuse nachgesintert wird, entsteht häufig zwischen der Wandfläche des Durchgangslochs und dem elektrisch leitfähigen Pfropfen auch dann ein kleiner Spalt, wenn eine gering schrumpfende Leiterpaste verwendet wird, wodurch es schwierig wird, für das Durchgangsloch einen sehr geringen Grad an Gasdurchlässigkeit zu erreichen.
  • EP-A-421 694 offenbart eine Leiterpaste zum Verschließen eines in einem Keramiksubstrat ausgebildeten Durchgangslochs; US-A-4 465 727 offenbart eine gesinterte Leiterpaste.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Leiterpaste zum Verschließen eines in einem Keramiksubstrat gebildeten Durchgangslochs ein elektrisch leitfähiges Pulver, das als Hauptbestandteil ein Metallpulver aufweist, ein durch Kalzinierung von Kaolin und einem Alkalimetall oder einem Erdalkalimetall-Carbonat gewonnenes kalziniertes Material, wobei das kalzinierte Material während des Sinterns eine Kristallphase bilden kann und die Fähigkeit aufweist, sich zu verfestigen, nachdem es gesintert wurde, und eine Bindemittellösung, die ein Bindemittel und ein Lösungsmittel beinhaltet.
  • Die Leiterpaste kann mindestens ein Metallpulver umfassen, das aus der Gruppe, bestehend aus Goldpulver, Silberpulver, Kupferpulver, einer Mischung aus Silber- und Platinpulver und einer Mischung aus Silber- und Palladiumpulver ausgewählt ist, wobei die durchschnittliche Partikelgröße des Metallpulvers in einem Bereich zwischen 1–100 μm liegt.
  • Die Bindemittellösung ist vorzugsweise in einem Bereich zwischen 10–45 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen von elektrisch leitfähigem Pulver, wobei das Bindemitel mindestens eines ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Ethylcellulose und Acrylharz, ausgewählt ist, und vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2–10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des elektrisch leitfähigen Pulvers vorhanden ist, und wobei das Lösungsmittel mindestens eines ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Ethylcarbitol-Acetat und Terpineol ausgewählt ist, und das vorzugsweise in einem Bereich zwischen 300–2000 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Bindemittels vorhanden ist.
  • Die Leiterpaste kann einen Adhäsionsbeschleuniger umfassen, der vorzugsweise Glas mit einem Erweichungspunkt von 500–1000°C, wie beispielsweise PbO, B2O3, ZnO, CaO, SiO2 und Al2O3, ist.
  • Die Leiterpaste kann einen Hilfs-Adhäsionsbeschleuniger umfassen, der vorzugsweise mindestens einer ist, der aus der Gruppe, bestehend aus TiO2, CuO, Cr2O3, Bi2O3 und NiO ausgewählt ist.
  • Die Leiterpaste kann Rhodiumpulver umfassen, das relativ zu dem elektrisch leitfähigen Pulver und mit einer durchschnittlichen Partikelgröße zwischen 0,1–2,0 μm vorzugsweise mindestens 0,1 Gewichtsprozent und nicht mehr als 0,3 Gewichtsprozent ist.
  • Diese Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Verschließen eines Durchgangslochs in einer Keramiksubstanz, das, in Kombination, die folgenden Schritte beinhaltet:
    • a) Mischen einer Bindemittellösung, die ein Bindemittel und Lösungsmittel, ein elektrisch leitfähiges Pulver, das ein Metallpulver als Hauptbestandteil aufweist, und ein Quellungsmittel, das ein durch Kalzinierung von Kaolin und einem Alkalimetall oder Erdalkalimetall-Carbonat gewonnenes kalziniertes Material beinhaltet, wobei das kalzinierte Material während des Sinterns eine Kristallphase bilden kann und sich nach dem Sintern verfestigen kann;
    • b) Einführen der Leiterpaste in das Durchgangsloch; und
    • c) Sintern der Leiterpaste, um dadurch die Verfestigung des kalzinierten Materials und der Leiterpaste zu ermöglichen, um die Verschliessung des Durchgangslochs in der Keramiksubstanz zu maximieren.
  • In einer Ausführungsform dieses Verfahrens weist die Keramiksubstanz gegenüberliegende Flächen auf, das Quellungsmittel umfasst eine Kristallphase, die während des Schritts des Sinterns der Leiterpaste erscheint, wobei die Kristallphase stabil bleibt und nach dem Schritt des Sinterns einheitlich schrumpft, wobei das Pulver verfestigte Sinter bildet, und wobei der Schritt des Einführens der Leiterpaste in das Durchgangsloch das Einführen einer ausreichenden Menge der Leiterpaste in das Durchgangsloch umfasst, so dass sich die verfestigten Sinter, nach dem Schritt des Sinterns und der Verfestigung der Sinter, über die gegenüberliegenden Flächen hinaus erstrecken, und wobei ferner ein Schritt des Egalisierens der gegenüberliegenden Flächen beinhaltet ist.
  • Die Keramiksubstanz kann mindestens zwei Schichten beinhalten, die durch Sintern zusammengefügt werden sollen, wobei der Sinterschritt den Schritt des Zusammenfügens durch Sintern von mindestens zwei Schichten der Keramiksubstanz umfasst.
  • Vorzugsweise ist das Metallpulver mindestens von einer Art, die aus der Gruppe, bestehend aus Goldpulver, Silberpulver, Kupferpulver, einer Mischung aus Silber- und Platinpulver und einer Mischung aus Silber- und Palladiumpulver ausgewählt ist.
  • Das Alkalimetall oder Erdalkalimetall-Carbonat ist vorzugsweise Calciumcarbonat.
  • Das Bindemittel ist vorzugsweise mindestens eines, das aus der Gruppe, bestehend aus Ethylcellulose und Acrylharz, ausgewählt ist, und das Lösungsmittel ist mindestens eines, das aus der Gruppe, bestehend aus Ethylcarbitol-Acetat und Terpineol, ausgewählt ist.
  • Diese und andere Ziele und die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Offenbarung offensichtlicher.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein typisches Gehäusesubstrat in einem Querschnitt;
  • 2 zeigt einen Querschnitt eines Keramiksubstrats, das dem in 1 gezeigten ähnelt, und mit einem elektrisch leitfähigen Pfropfen konstruiert ist;
  • 3 zeigt einen Querschnitt eines Keramiksubstrats, das einen in ein Durchgangsloch eingebrachten, elektrisch leitfähigen Pfropfen nach dem Stand der Technik aufweist;
  • 4 zeigt einen weiteren Querschnitt eines Keramiksubstrats, das einen in ein Durchgangsloch eingebrachten, elektrisch leitfähigen Pfropfen nach dem Stand der Technik aufweist;
  • 5 veranschaulicht ein Siebdruckmuster, das zum Überprüfen und Testen der Gasdurchlässigkeit der in den Beispielen gezeigten Keramiksubstrate verwendet wird;
  • 6 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse einer Analyse des Bruchteils des Schrumpfens beim Sintern der elektrisch leitfähigen Pfropfen veranschaulicht, wie sie in den Referenzbeispielen gewonnen wurden;
  • 7 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse einer Analyse der Verfestigungsfähigkeit der elektrisch leitfähigen Pfropfen wiedergibt, wie sie in den Referenzbeispielen erhalten wurden;
  • 8 zeigt einen Graph, der die Ergebnisse einer Analyse des Bruchteils des Schrumpfens beim Sintern und die Verfestigungsfähigkeit der elektrisch leitfähigen Pfropfen veranschaulicht, wie sie in dem vergleichenden Referenzbeispiel erhalten wurden.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • A. Leiterpaste
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Möglichkeit zu minimieren, dass ein elektrisch leitfähiger Pfropfen aus einem Durchgangsloch in Keramiksubstraten herausfällt und die Häufigkeit eines Ausbrechens des elektrisch leitfähigen Pfropfen während des Egalisierungsschritts zu reduzieren.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Gasdurchlässigkeit eines in einer Gehäuseplatte ausgebildeten verschlossenen Durchgangslochs zu verringern.
  • Daher enthält gemäß der vorliegenden Erfindung eine ein sehr geringes Schrumpfen aufweisende Leiterpaste zum Verschließen von Durchgangslöchern ein elektrisch leitendes Pulver, das als seinen Hauptbestandteil ein Metallpulver aufweist, sowie ein Quellungsmittel und eine Bindemittellösung. Der Ausdruck "sehr geringes Schrumpfen" bedeutet in dieser Beschreibung, dass nahezu keinerlei thermisches Schrumpfen während des Sinterns auftritt.
  • Das in der Leiterpaste der vorliegenden Erfindung verwendete elektrisch leitfähige Pulvermaterial kann eine beliebige Substanz sein, die in der Lage ist, eine elektrische Ladung zu leiten, und das Metallpulvermaterial ist im Wesentlichen das gleiche Metallpulver, das zum Erzeugen der Leiterschaltkreise auf Keramiksubstraten verwendet wird. Gewöhnlich ist dies ein einfaches Metallpulver, beispielsweise Goldpulver, Silberpulver oder Kupferpulver, oder es ist eine Mischung von Pulvern, z. B. Silber- und Palladiumpulver oder Silber- und Platinpulver, und es kann in der Tat auch eine Mischung von zwei oder mehreren dieser Pulver sein. Die Metallpulverpartikel können die Gestalt einer Kugel, eines Agglomerats, einer Nadel, einer Schuppe oder dergleichen aufweisen. Die durchschnittliche Partikelgröße des Metallpulvers beträgt vorzugsweise nicht weniger als 3 μm, eher bevorzugt nicht weniger als 5 μm, um das thermische Schrumpfen während des Sinterns auf ein geringeres Maß zu senken. Darüber hinaus ist die durchschnittliche Partikelgröße des Metallpulvers vorzugsweise nicht größer als 100 μm, eher bevorzugt nicht größer als 70 μm, um die Packungsdichte des Metallpulvers zu erhöhen und dadurch ein feineres Sinterprodukt zu erhalten. Die durchschnittliche Partikelgröße des Metallpulvers liegt beispielsweise in einem Bereich von 1–100 μm und vorzugsweise in einem Bereich von 2–70 μm, und eher bevorzugt in einem Bereich von 3–70 μm, noch eher bevorzugt in einem Bereich von 5–70 μm, um ein optimales Gleichgewicht zu erzielen zwischen der Erhöhung der Packungsdichte des Metallpulvers und der Reduzierung des während des Sinterns auftretenden thermischen Schrumpfens. Ein Metallpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße, die geringer ist als der oben erwähnte Bereich, kann in Kombination mit einem Metallpulver verwendet werden, das eine durchschnittliche Partikelgröße innerhalb des oben erwähnten Bereichs aufweist, um ein feineres Sinterprodukt zu erhalten oder um die Druckfähigkeit zu verbessern.
  • Hinsichtlich des in der elektrisch leitfähigen Paste zu verwendenden Quellungsmittels sind Substanzen, die nach dem Quellen ein hervorragendes Verfestigungsvermögen aufweisen, besonders erwünscht. Der Begriff "Verfestigungsvermögen" in dem für die Erfindung verwendeten Sinne bezeichnet, dass eine kristalline Phase während des Sinterns in dem Quellungsmittel möglich ist, die jedoch stabil bleibt und ein Quellen nach dem Sintern stoppt. Mit anderen Worten, das Quellungsmittel sollte die Fähigkeit aufweisen, während des Sinterns zu quellen und anschließend monoton zu schrumpfen, um verfestigte Sinterprodukte zu bilden.
  • Zu Quellungsmitteln, die über ein solches Verfestigungsvermögen verfügen, zählen beispielsweise auf Alumosilicat basierende Verbindungen, Bariumtitanat, Kalziumtitanat, Bleititanat, Bleizirkonat, Ferrite wie ZnFe2O4 und CdFe2O4, PTZ, PTF und dergleichen. Hier bedeuten PTZ und PTF die Sinterprodukte, die durch die im Folgenden wiedergegebenen Sinterreaktionen (1) bzw. (2) gewonnen werden. (1) PbO + 0,55ZrO3 + 0,45TiO2 → Pb(Zr0,55Ti0,45)O3 (2) 4PbO + Ta2O6 + Fe2O3 → 4Pb(Ta0,5Fe0,5)O2
  • Die auf Alumosilicat basierenden Verbindungen sind beispielsweise Verbindungen, die durch eine allgemeine Formel RO-Al2O3-SiO2 dargestellt sein können (wobei R für ein Alkalimetall oder Erdalkalimetall steht). In der Praxis sind dies auf Alumosilicat basierende Verbindungen wie Anorthit (CaO·Al2O3·2SiO2) und Celsian (BaO·Al2O3·2SiO2). Diese Verbindungen sind auch kalzinierte Materialien, die durch ein Verfahren, wie es im Folgenden beschrieben ist, gewonnen werden. Als Erstes werden Kaolin und ein Carbonat eines Metallelements der Gruppe II kalziniert. Bei der Kalzinierung entsteht aus diesen eine amorphe Mischung, das eine große Reaktionsbereitschaft aufweist und während des Nachsinterns ein zähflüssiges Fließverhalten zeigt. Wenn eine Mischung gesintert wird, quillt es in einem Bereich zähflüssigen Fließverhaltens (in Gegenwart von Silber) an, und wenn die Viskosität ansteigt, bildet sich eine Kristallphase und die Mischung verfestigt sich schließlich. Das resultierende verfestigte Produkt stellt ein Sinterprodukt dar, das nicht quillt, sondern seine Gestalt beibehält.
  • Das Verhältnis des oben erwähnten verwendeten Quellungsmittels liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,5–15 Gewichtsprozent, und eher bevorzugt 1,0–7,0 Gewichtsprozent bezogen auf das elektrisch leitfähige Pulver. Wenn das verwendete Verhältnis geringer als 0,5 Gewichtsprozent ist, ist die Quellwirkung schwach und es entsteht zwischen der Wandfläche des Durchgangslochs und dem elektrisch leitfähigen Pfropfen ein Spalt. Wenn das Verhältnis 7,0 Gewichtsprozent überschreitet, weist das resultierende Sinterprodukt eine grobe Struktur auf, mit der ein Ansteigen des Widerstandswerts des elektrisch leitfähigen Pfropfens einhergeht. Jedes beliebige der oben erwähnten Quellungsmittel kann entweder in reiner Form oder mit anderen kombiniert verwendet werden.
  • Die Bindemittellösung enthält ein Bindemittel und ein Lösungsmittel. Als das Bindemittel kann Ethylcellulose, Acrylharz oder dergleichen verwendet werden, und als das Lösungsmittel kann Ethylcarbitol-Acetat, Terpineol oder dergleichen verwendet werden. Jede beliebige Kombination eines Typs von Bindemitteln und Lösungsmitteln kann verwendet werden. Der Anteil des verwendeten Bindemittels beträgt etwa 2–10 Gewichtsanteile pro 100 Gewichtsanteilen des elektrisch leitfähigen Pulvers. Der Anteil des verwendeten Lösungsmittels variiert abhängig von dem Typ des verwendeten Bindemittels, beträgt jedoch gewöhnlich etwa 300–2000 Gewichtsanteile pro 100 Gewichtsanteilen des Bindemittels. Eine bevorzugte Bindemittellösung ist TRD-1, das von Tanaka Precious Metals International Co. hergestellt wird. Der Anteil der verwendeten Bindemittellösung beträgt gewöhnlich etwa 10–45 Gewichtsanteile pro 100 Gewichtsanteilen der nicht gesinterten Pulvermischung.
  • Die Leiterpaste der vorliegenden Erfindung enthält vorzugsweise ferner einen Adhäsionsbeschleuniger, der dazu dient, die Haftung an dem Keramiksubstrat zu verbessern. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Adhäsionsbeschleuniger kann vorzugsweise eine Standardglaskomponente wie PbO, B2O3, ZnO, CaO, SiO2 und Al2O3 sein oder eine Kombination von diesen, und er ist vorzugsweise ein Glas, das einen Erweichungspunkt von 500–1000°C und eher bevorzugt 600– 900°C aufweist. Wenn Glas mit einem Erweichungspunkt unterhalb von 500°C verwendet wird, ist die Viskosität des Adhäsionsbeschleunigers während des Sinterns zu niedrig und es gelangt lediglich ein geringer Anteil auf die Wandfläche des Durchgangslochs. Dies trägt nicht nur nicht zu der Bindung zwischen dem elektrisch leitfähigen Pfropfen und der Wandfläche des Durchgangslochs bei, sondern steigert darüber hinaus die Schrumpfrate des elektrisch leitfähigen Pfropfens und bewirkt, dass sich dieser von der Wandfläche des Durchgangslochs löst. Wenn Glas mit einem Erweichungspunkt von mehr als 1000°C verwendet wird, wird dieses während des Sinterns nicht ausreichend weich, wodurch das Haftvermögen ebenfalls beeinflusst wird.
  • Das Verhältnis des oben erwähnten verwendeten Adhäsionsbeschleunigers bezogen auf das elektrisch leitfähige Pulver liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1,0–10 Gewichtsprozent, und eher bevorzugt 3,0–8,0 Gewichtsprozent. Wenn das verwendete Verhältnis geringer als 1,0 Gewichtsprozent ist, ist die Haftung an einem Keramiksubstrat sehr schwach. Wenn das Verhältnis 10 Gewichtsprozent überschreitet, wird das Schrumpfen des resultierenden Sinterprodukts gefördert und die Verfestigungsfähigkeit des Sinterprodukts geht verloren.
  • Die Leiterpaste der vorliegenden Erfindung enthält vorzugsweise ferner einen Hilfs-Adhäsionsbeschleuniger. Zumindest ein Material, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus TiO2, CuO, Cr2O3, Bi2O3 und NiO besteht, ist als der Hilfs-Adhäsionsbeschleuniger bevorzugt, da es eine Glaskomponente bilden kann, die ähnliche Eigenschaften wie der Adhäsionsbeschleuniger aufweist und die Adhäsion zwischen dem elektrisch leitfähigen Pfropfen und dem Keramiksubstrat zusätzlich verbessert. Der Hilfs-Adhäsionsbeschleuniger ist nicht auf diese Oxide beschränkt, vorausgesetzt die eine oder mehreren ausgewählten Verbindungen verbessern die Adhäsion zwischen dem elektrisch leitfähigen Pfropfen und dem Keramiksubstrat zusätzlich.
  • Das Verhältnis des oben erwähnten verwendeten Hilfs-Adhäsionsbeschleunigers bezogen auf das elektrisch leitfähige Pulver liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1–6 Gewichtsprozent, und eher bevorzugt 0,3–3 Gewichtsprozent. Wenn das verwendete Verhältnis geringer als 0,1 Gewichtsprozent ist, fällt die Bildung einer Adhäsionsreaktionsschicht unzureichend aus. Wenn das Verhältnis 6 Gewichtsprozent überschreitet, weist das resultierende Sinterprodukt eine raue Struktur auf, die ein Ansteigen des Widerstandswerts des Leiters nach sich zieht.
  • Der Leiterpaste der vorliegenden Erfindung kann ferner Rhodiumpulver (Rh) hinzugefügt werden, um ein Schrumpfen aufgrund des Sinterns zusätzlich zu reduzieren.
  • Der Anteil an zuzufügendem Rhodiumpulver beträgt vorzugsweise mindestens 0,1 Gewichtsprozent und nicht mehr als 3,0 Gewichtsprozent, und eher bevorzugt mindestens 0,6 Gewichtsprozent und nicht mehr als 3,0 Gewichtsprozent bezogen auf das elektrisch leitfähige Pulver. Wenn der hinzugefügte Anteil geringer als 0,1 Gewichtsprozent ist, wird die verhinderte Schrumpfrate gering. Wenn der hinzugefügte Anteil 3,0 Gewichtsprozent überschreitet, verringert sich der Anteil an Metallpulver in der Leiterpaste entsprechend, und der Widerstandswert des elektrisch leitfähigen Pfropfens erhöht sich daher. Darüber hinaus ist der Einsatz eines übermäßig hohen Anteils an Rhodium unerwünscht, da dieses sehr teuer ist.
  • Das oben erwähnte Rhodiumpulver kann in jeder Form verwendet werden, beispielsweise kugelförmig, agglomeratförmig, nadel- oder schuppenförmig, und seine durchschnittliche Partikelgröße liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1–2,0 μm, und eher bevorzugt 0,5– 1,2 μm. Wenn die durchschnittliche Partikelgröße weniger als 0,1 μm beträgt, wird ein Schrumpfen des Leiterpfropfens lediglich geringfügig reduziert. Wenn die durchschnittliche Partikelgröße 2,0 μm überschreitet, wird ein Schrumpfen des Leiterpfropfens nicht einheitlich reduziert.
  • Die Leiterpaste kann ferner Zusatzstoffe wie aliphatische Ester enthalten, um der Paste vor dem Sintern einen geeigneten Grad an Fließvermögen zu verleihen.
  • Die Leiterpaste der vorliegenden Erfindung lässt sich einfach herstellen, indem das elektrisch leitfähige Pulver, das Quellungsmittel und die Bindemittellösung miteinander zu einem Rohmaterialpulver verknetet werden, oder es kann eine geknetete Mischung aus der Bindemittellösung und Zusatzstoffen wie dem Quellungsmittel einer weiteren gekneteten Mischung des elektrisch leitfähigen Pulvers und der Bindemittellösung hinzugefügt werden und anschließend zusammen geknetet werden. Eine Knetmaschine, beispielsweise eine Dreiwalzenmühle kann dafür eingesetzt werden, oder vorzugsweise eine Pulverisiermühle.
  • Wenn ein in einem Keramiksubstrat ausgebildetes Durchgangsloch mit der Leiterpaste der vorliegenden Erfindung verschlossen wird, wird dies vorzugsweise in der Weise durchgeführt, dass ein offener Abschnitt des Durchgangslochs mittels einer Metallmaske abgedeckt wird. Die Metallmaske ist eine Metallplatte, die eine Bohrung aufweist, deren Durchmesser nicht kleiner ist als der Durchmesser des Durchgangslochs und in einer Position, die dem Durchgangsloch in dem Substrat entspricht. Das Verschließen des Durchgangslochs wird vorzugsweise mittels Siebdruck oder Metallmaskendruck durchgeführt, wie es im Allgemeinen in der Technologie des Dickschichtdruckens geschieht.
  • Die Sintertemperatur liegt vorzugsweise in einem Bereich von 750–1000°C, und eher bevorzugt 800–950°C. Wenn die Temperatur niedriger als 750°C ist, wird das elektrisch leitfähige Pulver unbefriedigend gesintert und das resultierende Sinterprodukt ist somit rau, und der Widerstandswert des Leiters erhöht sich. Außerdem geht die Verfestigungsfähigkeit des Sinterprodukts verloren, da dieses nicht kristallisiert wird. Wenn die Temperatur 1000°C überschreitet, kann der Adhäsionsbeschleuniger Blasen bilden oder das elektrisch leitfähige Pulver kann übersintert werden. Das Sintern der Leiterpaste wird vorzugsweise für etwa 60 Minuten mittels eines fortlaufenden Sinter- oder Chargenofens durchgeführt.
  • Falls erforderlich, wird nach dem Sintern ein Egalisieren des Substrats durchgeführt. Der Egalisierungsschritt wird vorzugsweise so durchgeführt, dass der vorstehende Abschnitt des elektrisch leitfähigen Pfropfens gleichmäßig abgeschliffen und entfernt wird.
  • Ein Keramiksubstrat mit einem mit dem elektrisch leitfähigen Pfropfen der vorliegenden Erfindung verschlossenen Durchgangsloch wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. In 2 ist ein mit Leiterschaltkreisen 9 verbundener elektrisch leitfähiger Pfropfen 8 in dem Durchgangsloch 10 eines Substrats 11 so angeordnet, dass zwischen der Wandfläche des Durchgangslochs und dem elektrisch leitfähigen Pfropfen 8 keine Lücken bleiben. Aufgrund der Zugabe eines Quellungsmittels wird der elektrisch leitfähige Pfropfen 8 nicht aus dem Durchgangsloch 10 fallen, und die Gasdurchlässigkeit des Durchgangslochs 10 ist im Falle von Gehäusesubstraten außerordentlich niedrig. Allerdings gibt es Fälle, wie sie in 3 und 4 gezeigt sind, in denen sich Lücken 12 und 17 zwischen der Wandfläche der Durchgangslöcher 13 und 18 und den elektrisch leitfähigen Pfropfen 14 und 19 bilden, da diese nur teilweise gequollen sind. Es ergibt sich keine nachteilige Wirkung für die Verbindung zwischen den Leiterschaltkreisen 15 und 20, wenn derartige Lücken in einer keramischen Leiterplatte vorhanden sind. Allerdings besteht ein Problem im Zusammenhang mit der Gasdurchlässigkeit, wenn die Leiterplatte in einem Gehäusesubstrat verwendet wird.
  • B. Keramische Leiterplatte und Gehäusesubstrat
  • Eine keramische Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Keramiksubstrat, das ein Durchgangsloch aufweist, das mit einer beliebigen der oben erwähnten Leiterpasten verschlossen und gesintert ist, sowie Leiterschaltkreise, die auf den gegenüberliegenden Flächen des Keramiksubstrats ausgebildet und über den elektrisch leitfähigen Pfropfen in dem Durchgangsloch miteinander verbunden sind.
  • Das Keramiksubstrat kann entweder eine einzelne Schicht oder eine aus einer Vielzahl von Schichten aufgebaute Folienschicht sein. Außerdem lassen sich herkömmliche Verfahren einsetzen, um die Keramiksubstrate herzustellen und zu laminieren.
  • Die Leiterschaltkreise können mittels einfacher Metallpulver, wie Goldpulver, Silberpulver und Kupferpulver, sowie mittels Mischungen von Pulvern, wie Silber- und Palladiumpulvern und Silber- und Platinpulvern hergestellt werden, die, wie weiter oben erwähnt, im Allgemeinen zur Herstellung von keramischen Leiterplatten verwendet werden. Die Leiterschaltkreise können mittels herkömmlicher Verfahren erzeugt werden.
  • In der vorliegenden Erfindung stehen die Teile der Leiterschaltkreise, die das Durchgangsloch überbrücken, in Kontakt mit dem elektrisch leitfähigen Pfropfen. Folglich werden die Leiterschaltkreise bei der Herstellung einer mehrschichtigen keramischen Schaltkreisplatte isoliert, um die Notwendigkeit eines Verzweigens der Schaltkreise um den elektrisch leitfähigen Pfropfen herum zu vermeiden. Wenn das Durchgangsloch einer mehrschichtigen keramischen Leiterschaltkreisplatte allerdings nicht mit einem elektrisch leitfähigen Pfropfen verschlossen ist, kann eine auf der Oberseite des Durchgangslochs aufgebrachte grüne Folie in dieses einsinken und reißen. Mittels der keramischen Leiterplatte der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen in hohem Maße zuverlässigen Leiterschaltkreis auf dem Substrat zu konstruieren, der keine Leiterunterbrechungen aufweist.
  • Wenn eine Leiterpaste der vorliegenden Erfindung ein Quellungsmittel enthält, das in der Lage ist sich zu verfestigen, führt der Quellvorgang des Mittels eine chemische und physikalische Vereinigung zwischen dem hinzugefügten Adhäsions- und/oder Hilfs-Adhäsionsbeschleuniger und den Komponenten herbei, aus denen das Wandflächendurchgangsloch besteht, so dass nach dem Sintern nahezu keine Lücke zwischen dem elektrisch leitfähigen Pfropfen und der Wandfläche des Durchgangslochs entsteht. Außerdem quillt das Quellungsmittel sobald es sich verfestigt hat nicht weiter, so dass dafür gesorgt ist, dass es seine Gestalt beibehält. Infolgedessen ist das Auftreten eines Schrumpfens oder einer Expansion des elektrisch leitfähigen Pfropfens auch dann sehr unwahrscheinlich, falls der auf das Keramiksubstrat gedruckte Leiterschaltkreis nach dem Verschließen des Durchgangslochs mit dem elektrisch leitfähigen Pfropfen gesintert wird. Folglich werden, zusätzlich zum Unterdrücken des thermischen Schrumpfens des elektrisch leitfähigen Pfropfens, die Stabilität der Vereinigung mit dem Keramiksubstrat sowie dessen die Gasdurchlässigkeit betreffende Charakteristiken aufrechterhalten. Darüber hinaus kommt es praktisch nie vor, dass sich der elektrisch leitfähige Pfropfen während der Durchführung eines Egalisierungsschritts von dem Durchgangsloch löst oder aus diesem herausfällt.
  • Eine weiterer Vorteil der Leiterpaste der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass mit dem Unterdrücken des Schrumpfens die Verbindung zwischen der Wandfläche des Durchgangslochs und dem elektrisch leitfähigen Pfropfen zufriedenstellend aufrechterhalten wird und die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Durchgangslochleiter und einem Leiterschaltkreis erhöht wird. Außerdem ist die Menge an leitenden Material innerhalb des Durchgangslochs im Vergleich zu herkömmlichen Bauformen größer und somit der Widerstand des Leiters geringer.
  • Falls das oben erwähnte Quellungsmittel wenigstens von einem Typ ist, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus auf Alumosilicat basierenden Verbindungen, Bariumtitanat, Kalziumtitanat, Bleititanat, Bleizirkonat, Ferrit, PTZ und PTF besteht, ergibt sich eine weitere Verringerung der Schrumpfrate der Leiterpaste nach dem Sintern und eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem elektrisch leitfähigen Pfropfen und dem Leiterschaltkreis.
  • Falls die oben erwähnte auf Alumosilicat basierende Verbindung eine Verbindung ist, die durch die allgemeine Formel RO-Al2O3-SiO2 dargestellt werden kann (wobei R ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall repräsentiert), ergibt sich sogar noch eine weitere Verringerung der Schrumpfrate der Leiterpaste nach dem Sintern und eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem elektrisch leitfähigen Pfropfen und dem Leiterschaltkreis.
  • Falls die Leiterpaste der vorliegenden Erfindung weiterhin einen Adhäsionsbeschleuniger enthält, führt dies zu einer zusätzlichen Verbesserung der Haftfestigkeit zwischen dem elektrisch leitfähigen Pfropfen und dem Keramiksubstrat, und falls die Paste darüber hinaus in ein in einem Gehäusesubstrat ausgebildetes Durchgangsloch eingebracht ist, lässt sich die Gasdurchlässigkeit des Durchgangslochs auf einem sehr niedrigen Niveau halten.
  • Falls der oben erwähnte Adhäsionsbeschleuniger Glas mit einem Erweichungspunkt von 500–1000°C ist, lässt sich die Gasdurchlässigkeit des Durchgangslochs in einem Gehäusesubstrat sogar auf einem noch niedrigeren Niveau halten.
  • Falls die Leiterpaste der vorliegenden Erfindung ferner einen Hilfs-Adhäsionsbeschleuniger enthält, erfolgt eine weitere Verbesserung der Haftfestigkeit zwischen dem Leiterpfropfen und dem Keramiksubstrat, und darüber hinaus eine zusätzliche Verringerung der Gasdurchlässigkeit des Durchgangslochs in einem Gehäusesubstrat.
  • Falls der oben erwähnte Hilfs-Adhäsionsbeschleuniger wenigstens ein Typ ist, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus TiO2, CuO, Cr2O3, Bi2O3 und NiO besteht, wird die Gasdurchlässigkeit des Durchgangslochs in einem Gehäusesubstrat sogar noch weiter verringert.
  • Falls die Leiterpaste ferner Rhodiumpulver in einem Anteil von wenigstens 0,1 Gewichtsprozent und nicht mehr als 3,0 Gewichtsprozent bezogen auf das oben erwähnte elektrisch leitfähige Pulver enthält, wird eine zusätzliche Verbesserung der Schrumpfrate der Leiterpaste nach dem Sintern erreicht.
  • Ein Beispiel eines Gehäusesubstrats ist z. B. in 1 gezeigt, in der der elektrisch leitfähige Pfropfen 1 ein Sinterprodukt aus einem beliebigen der oben erwähnten Leiterpasten gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
  • C. Verfahren zum Verschließen eines Durchgangslochs
  • Ein Verfahren zum Verschließen eines Durchgangslochs in einer Keramiksubstanz ist in Anspruch 11 erläutert.
  • Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele veranschaulicht.
  • Beispiel 1
  • 20 Gewichtsanteile einer Bindemittellösung wurden 100 Gewichtsanteilen Silberpulver (durchschnittliche Partikelgröße 5,0 μm) zugefügt und mit diesen gemischt, und die resultierende Mischung wurde mittels einer Dreiwalzenmühle geknetet, um auf diese Weise eine Silberpaste zu erhalten. Eine Mischung von in 100 Gewichtsanteilen Terpineol aufgelösten 15 Gewichtsanteilen Ethylcellulose diente als Bindemittellösung.
  • Anschließend wurden pro 100 Gewichtsanteilen elektrisch leitfähigen Pulvers 3,9 Gewichtsanteile Quellungsmittel, 6,7 Gewichtsanteile eines Adhäsionsbeschleunigers, 0,6 Gewichtsanteile eines Hilfs-Adhäsionsbeschleunigers und 20 Gewichtsanteile Bindemittellösung vermischt und anschließend mittels einer Dreiwalzenmühle geknetet, um auf diese Weise eine Additivpaste zu erhalten. Diese Paste und die Silberpaste wurden vermischt und geknetet, um eine Leiterpaste zu erhalten.
  • Das Quellungsmittelumfasste ein Pulver aus Kaolin (durchschnittliche Partikelgröße 0,25 μm) und Calciumcarbonat (durchschnittliche Partikelgröße 0,3 μm), die vermischt und bei etwa 870°C kalziniert wurden. Die Zusammensetzung des kalzinierten Pulvers wurde festgesetzt auf CaO : Al2O3 : SiO2 = 1,1 : 1,0 : 2,4. Ein auf B2O3-ZnO-PbO basierendes Glaspulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 3,5 μm (zu beziehen unter der Bezeichnung ASF-1440 und hergestellt von Asahi Glass Co.) wurde als der Adhäsionsbeschleuniger verwendet, und TiO2-Pulver einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,3 μm (hergestellt von Ishihara Sangyo Co.) wurde als der Hilfs-Adhäsionsbeschleuniger verwendet.
  • In den nachstehenden Abschnitten "Analyse der Haftfestigkeit" und "Analyse des Leiterwiderstandswerts" wurden die Analysen mit einem elektrisch leitfähigen Pfropfen durchgeführt, der auf einem Tonerdesubstrat angeordnet war, da es schwierig ist, derartige Analysen auszuführen, wenn der elektrisch leitfähige Pfropfen in einem Durchgangsloch eines Substrats gepfropft ist.
  • 1. Analyse der Haftfestigkeit
  • Die Leiterpaste von Beispiel 1 wurde mittels eines 200-Maschen-Siebs aus rostfreiem Stahl in einer Vielzahl quadratischer Partitionen mit 2 mm Seitenlänge auf ein Tonerdesubstrat einer Reinheit von 96% (76 mm2 (3 Quadratzoll), Stärke 0,635 mm t) gedruckt. Das Produkt wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert. Ein verzinnter weicher Kupferdraht mit einem Durchmessers von 0,6 mm wurde (mittels eines eutektischen Lötmittels mit einem Silbergehalt von 2%) mit einem Lötkolben auf die auf dem Substrat befindlichen quadratischen 2-mm-Partitionen gelötet, und der Anschlussdraht wurde anschließend in einem Winkel von 90° gegenüber dem Substrat gebogen und die Zugfestigkeit (Abziehfestigkeit) wurde gemessen. Das Resultat für den Mittelwert der Haftfestigkeit von 20 Punkten mit 2-mm-Partitionen betrug 2,31 kg.
  • 2. Analyse des Leiterwiderstandswerts
  • Ein Leiterbahnmuster wurde mittels der Leiterpaste von Beispiel 1 auf ein Tonerdesubstrat einer Reinheit von 96% (76 mm2 (3 Quadratzoll), 0,635 mm Stärke) gedruckt: Das Produkt wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert, um so ein Tonerdesubstrat mit einem linienartigen Leiterbahnfilm zu erhalten.
  • Die Filmdicke, die Linienbreite und der Widerstandswert des Leiterbahnfilms auf der Tonerdesubstratoberfläche wurden ermittelt, und der Leiterwiderstandswert wurde anhand dieser Werte berechnet. Fünf Proben wurden zubereitet und ein Wert von 7,9 μΩ·cm wurde als Mittelwert des Leiterwiderstandswerts erhalten.
  • 3. Analyse des elektrisch leitfähigen Pfropfens
  • a. Analyse des Ablösens des elektrisch leitfähigen Pfropfens
  • Die Leiterpaste von Beispiel 1 wurde mittels Masken aus rostfreiem Stahl von 0,1 mm Folienstärke (Durchmesser 0,3 mm) in ein Tonerdesubstrat einer Reinheit von 96% (84,0 mm × 69,0 mm × 0,635 mm) eingebracht, das (600) Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 0,2 mm aufwies. Dieses Substrat wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert. Anschließend wurde ein Egalisierungsschritt durchgeführt, um das Leiterbahnmaterial, das auf der Substratoberfläche aus den Durchgangslöchern herausragte oder um diese herum überschüssig war, vollständig zu entfernen. Die verschlossenen Durchgangslöcher wurden mit einem Stereoskop untersucht. Die Flächen der verschlossenen Durchgangslöcher hatten sich nicht abgelöst, und es waren keine der elektrisch leitfähigen Pfropfen aus den Durchgangslöchern herausgefallen. Außerdem ließ es sich nach einem Durchschneiden des verschlossenen Durchgangslochs und Betrachten des Querschnitts bestätigen, dass die Wandfläche des Durchgangslochs und der elektrisch leitfähige Pfropfen lückenlos aneinander klebten und auf dem Wandflächendurchgangsloch eine gleichmäßige Adhäsionsreaktionsschicht vorhanden war.
  • b. Analyse der Gasdurchlässigkeit
  • Wie in 5 gezeigt, wurde nach dem Verschließen der Durchgangslöcher 22 mit Leiterpaste 23 und dem Sintern ein Muster 24 mittels Siebdrucks auf der Oberfläche des Substrats 25 ausgebildet und mittels einer Dickschicht-Silber/Platin-Paste (QS-171, hergestellt von DuPont Co.) dem oben beschriebenen Schleifvorgang unterworfen, und das Ganze wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert.
  • Als Nächstes wurde Lötpaste (hergestellt von Nippon Solder Co.) mittels einer Kupferplattenmetallmaske auf dieses Muster gedruckt und eine (in 1 mit Bezugszeichen 6 bezeichnete) Metallkappe wurde über der Oberseite der Durchgangslöcher 22 angebracht. Ein Lötschritt wurde anschließend durchgeführt, indem das Substrat 25 und die Metallkappe 6 durch einen Heißluft-Rückflussofen bewegt wurden, um auf diese Weise eine Probe für die Analyse der Gasdurchlässigkeit zu erhalten. Einhundert Proben wurden für diese Analyse hergestellt.
  • Die Proben wurden mit "Chlorosen" gereinigt und es wurde ein grober Lecktest bei 125°C in "Fluorinate" (FC-40, hergestellt von Sumitomo 3M Co.) durchgeführt. Es ließen sich keine Blasen beobachten. Anschließend wurde an diesen Proben mittels eines Helium-Lecktesters (hergestellt von Biiko Co.) ein Feinlecktest durchgeführt, und bei einem Wert von höchstens lediglich 1,0 × 10–8 atm·cc/sec für sämtliche Proben beobachtet, was den Grenzwert der Vorrichtung darstellte.
  • Komparatives Beispiel 1
  • Pro 100 Gewichtsanteilen elektrisch leitfähigen Pulvers wurden 20 Gewichtsanteile einer Bindemittellösung in 100 Gewichtsanteilen Silberpulver (durchschnittliche Partikelgröße 5,0 μm) eingebracht und mit diesen gemischt, und die resultierende Mischung wurde mittels einer Dreiwalzenmühle geknetet, um auf diese Weise eine Silberpaste zu erhalten. Eine Mischung von in 100 Gewichtsanteilen Terpineol aufgelösten 15 Gewichtsanteilen Ethylcellulose diente als Bindemittellösung. Es wurden keine Quellungsmittel, Adhäsionsbeschleuniger oder Hilfs Adhäsionsbeschleuniger verwendet.
  • In den nachstehenden Abschnitten "Analyse der Haftfestigkeit" und "Analyse des Leiterwiderstandswerts" wurden die Analysen mit einem elektrisch leitfähigen Pfropfen durchgeführt, der auf einem Tonerdesubstrat angeordnet war, da es schwierig ist, derartige Analysen auszuführen, wenn der elektrisch leitfähige Pfropfen in einem Durchgangsloch eines Substrats gepfropft ist.
  • 1. Analyse der Haftfestigkeit
  • Die Leiterpaste des komparativen Beispiels 1 wurde mittels eines 200-Maschen-Siebs aus rostfreiem Stahl in einer Vielzahl quadratischer Partitionen mit 2 mm Seitenlänge auf ein Tonerdesubstrat einer Reinheit von 96% (76 mm2 (3 Quadratzoll), Stärke 0,635 mm t) gedruckt. Das Produkt wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert. Ein verzinnter weicher Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,6 mm wurde (mittels eines eutektischen Lötmittels mit einem Silbergehalt von 2%) mit einem Lötkolben auf die auf dem Substrat befindlichen quadratischen 2-mm-Partitionen gelötet, und der Anschlussdraht wurde anschließend in einem Winkel von 90° gegenüber dem Substrat gebogen und die Zugfestigkeit (Abziehfestigkeit) wurde gemessen. Das Resultat für den Mittelwert der Haftfestigkeit von 20 Punkten mit 2-mm-Partitionen betrug 0,6 Kg.
  • 2. Analyse des Leiterwiderstandswerts
  • Ein Leiterbahnmuster wurde mittels der Leiterpaste des komparativen Beispiels 1 auf ein Tonerdesubstrat einer Reinheit von 96% (3 Zoll im Quadrat, Dicke 0,635 mm t) gedruckt. Das Produkt wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Trockenofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert, um auf diese Weise ein Tonerdesubstrat mit einem linienartigen Leiterbahnfilm zu erhalten.
  • Die Filmdicke, die Linienbreite und der Widerstandswert des Leiterbahnfilms auf der Tonerdesubstratoberfläche wurden ermittelt, und der Leiterwiderstandswert wurde anhand dieser Werte berechnet. Fünf Proben wurden zubereitet und ein Wert von 4,3 μΩ·cm wurde als Mittelwert des Leiterwiderstandswerts erhalten.
  • 3. Analyse des elektrisch leitfähigen Pfropfens
  • a. Analyse des Ablösens des elektrisch leitfähigen Pfropfens
  • Die Leiterpaste des Komparativen Beispiels 1 wurde mittels Masken aus rostfreiem Stahl von 0,1 mm Folienstärke (Durchmesser 0,3 mm) in ein Tonerdesubstrat einer Reinheit von 96% (84,0 mm × 69,0 mm × 0,635 mm t) eingebracht, das (600) Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 0,2 mm aufwies. Dieses Substrat wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert. Anschließend wurde ein Egalisierungsschritt durchgeführt, um das Leiterbahnmaterial, das auf der Substratoberfläche aus den Durchgangslöchern herausragte oder um diese herum überschüssig war, vollständig zu entfernen. Die verschlossenen Durchgangslöcher wurden mit einem Stereoskop untersucht. Es stellte sich heraus, dass sich 65% der verschlossenen Durchgangslöcher abgelöst hatten, und 12% der elektrisch leitfähigen Pfropfen aus den Durchgangslöchern herausgefallen waren. Weiter stellte sich heraus, dass sämtliche der Proben zwischen dem elektrisch leitfähigen Pfropfen und der Wandfläche des Durchgangslochs eine gleichartige Lücke aufwiesen und es ließ sich keine Adhäsionsreaktionsschicht beobachten.
  • b. Analyse der Gasdurchlässigkeit
  • Wie in 5 gezeigt, wurde nach dem Verschließen der Durchgangslöcher 22 mit der in dem komparativen Beispiel 1 erzeugten Leiterpaste 23 und dem Sintern ein Muster 24 mittels Siebdrucks auf der Oberfläche des Substrats 25 ausgebildet und mittels einer Dickschicht-Silber/Platin-Paste (QS-171, hergestellt von DuPont Co.) dem oben beschriebenen Schleifvorgang unterworfen, und das Ganze wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert.
  • Anschließend wurde Lötpaste (hergestellt von Nippon Solder Co.) mittels einer Kupferplattenmetallmaske auf dieses Muster gedruckt, und eine (in 1 mit Bezugszeichen 6 bezeichnete) Metallkappe wurde über der Oberseite der Durchgangslöcher 22 angebracht. Ein Lötschritt wurde anschließend durchgeführt, indem das Substrat 25 und die Metallkappe 6 durch einen Heißluft-Rückflussofen bewegt wurden, um auf diese Weise eine Probe für die Analyse der Gasdurchlässigkeit zu erhalten. Einhundert Proben wurden für diese Analyse hergestellt.
  • Die Proben wurden mit "Chlorosen" gereinigt und es wurde ein grober Lecktest bei 125°C in "Fluorinate" (FC-40, hergestellt von Sumitomo 3M Co.) durchgeführt. 95% der Proben wurden als undicht befunden und ein Feinlecktest erübrigte sich damit.
  • Beispiel 2
  • 20 Gewichtsanteile einer Bindemittellösung wurden in 100 Gewichtsanteilen Silberpulver (durchschnittliche Partikelgröße 5,0 μm) eingebracht und mit diesem gemischt, und die resultierende Mischung wurde mittels einer Dreiwalzenmühle geknetet, um auf diese Weise eine Silberpaste zu erhalten. Eine Mischung von in 100 Gewichtsanteilen Terpineol aufgelösten 15 Gewichtsanteilen Ethylcellulose diente als Bindemittellösung.
  • Anschließend wurden pro 100 Gewichtsanteilen elektrisch leitfähigen Pulvers 3,9 Gewichtsanteile Quellungsmittel, 6,7 Gewichtsanteile eines Adhäsionsbeschleunigers und 20 Gewichtsanteile Bindemittellösung vermischt und anschließend mittels einer Dreiwalzenmühle geknetet, um auf diese Weise eine Additivpaste zu erhalten. Diese Paste und die Silberpaste wurden vermischt und geknetet, um eine Leiterpaste zu erhalten. In diesem Beispiel wurde kein Hilfs-Adhäsionsbeschleuniger verwendet.
  • Das Quellungsmittel umfasste ein Pulver aus Kaolin (durchschnittliche Partikelgröße 0,25 μm) und Calciumcarbonat (durchschnittliche Partikelgröße 0,3 μm), die gemischt und bei etwa 870°C kalziniert wurden. Die Zusammensetzung des kalzinierten Pulvers wurde festgesetzt auf CaO : Al2O3 : SiO2 = 1,1 : 1,0 : 2,4. Ein auf B2O3-ZnO-PbO basierendes Glaspulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 3,5 μm (zu beziehen unter der Bezeichnung ASF-1440 von dem Hersteller Asahi Glass Co.) wurde als der Adhäsionsbeschleuniger verwendet.
  • In den nachstehenden Abschnitten "Analyse der Haftfestigkeit" und "Analyse des Leiterwiderstandswerts" wurden die Analysen mit einem elektrisch leitfähigen Pfropfen durchgeführt, der auf einem Tonerdesubstrat angeordnet war, da es schwierig ist, derartige Analysen auszuführen, wenn der elektrisch leitfähige Pfropfen in einem Durchgangsloch eines Substrats gepfropft ist.
  • 1. Analyse der Haftfestigkeit
  • Die Leiterpaste von Beispiel 2 wurde mittels eines 200-Maschen-Siebs aus rostfreiem Stahl in einer Vielzahl quadratischer Partitionen mit 2 mm Seitenlänge auf ein Tonerdesubstrat einer Reinheit von 96% (76 mm2 (3 Quadratzoll), Stärke 0,635 mm t) gedruckt. Das Produkt wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert. Ein verzinnter weicher Kupferdraht mit einem Durchmessers von 0,6 mm wurde (mittels eines eutektischen Lötmittels mit einem Silbergehalt von 2 %) mit einem Lötkolben auf die auf dem Substrat befindlichen quadratischen 2-mm-Partitionen gelötet, und der Anschlussdraht wurde anschließend in einem Winkel von 90° gegenüber dem Substrat gebogen und die Zugfestigkeit (Abziehfestigkeit) wurde gemessen. Das Resultat für den Mittelwert der Haftfestigkeit von 20 Punkten mit 2-mm-Partitionen betrug 2,1 kg.
  • 2. Analyse des Leiterwiderstandswerts
  • Ein Leiterbahnmuster wurde mittels der Leiterpaste von Beispiel 2 auf ein Tonerdesubstrat einer Reinheit von 96% (3 Zoll im Quadrat, Dicke 0,635 mm t) gedruckt. Das Produkt wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert, um auf diese Weise ein Tonerdesubstrat mit einem linienartigen Leiterbahnfilm zu erhalten.
  • Die Filmdicke, die Linienbreite und der Widerstandswert des Leiterbahnfilms auf der Tonerdesubstratoberfläche wurden ermittelt, und der Leiterwiderstandswert wurde anhand dieser Werte berechnet. Fünf Proben wurden zubereitet und ein Wert von 6,3 μΩ·cm wurde als Mittelwert des Leiterwiderstandswerts erhalten.
  • 3. Analyse des elektrisch leitfähigen Pfropfens
  • a. Analyse des Ablösens des elektrisch leitfähigen Pfropfens
  • Die Leiterpaste des Beispiels 2 wurde mittels Masken aus rostfreiem Stahl von 0,1 mm Folienstärke (Durchmesser 0,3 mm) in ein Tonerdesubstrat einer Reinheit von 96% (84,0 mm × 69,0 mm × 0,635 mm t) eingebracht, das (600) Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 0,2 mm aufwies. Dieses Substrat wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert. Anschließend wurde ein Egalisierungsschritt durchgeführt, um das Leiterbahnmaterial, das auf der Substratoberfläche aus den Durchgangslöchern herausragte oder um diese herum überschüssig war, vollständig zu entfernen. Die verschlossenen Durchgangslöcher wurden mit einem Stereoskop untersucht. Es stellte sich heraus, dass sich die verschlossenen Durchgangslöcher nicht abgelöst hatten, und keiner der elektrisch leitfähigen Pfropfen aus den Durchgangslöchern herausgefallen war. Allerdings ergab eine Betrachtung des Querschnitts der verschlossenen Durchgangslöcher, dass zwischen der Wandfläche des Durchgangslochs und dem elektrisch leitfähigen Pfropfen einige kleine Lücken nachzuweisen waren. Außerdem ließ sich an der Grenze zwischen dem elektrisch leitfähigen Pfropfen und der Wandfläche des Durchgangslochs keine Adhäsionsreaktionsschicht beobachten.
  • b. Analyse der Gasdurchlässigkeit
  • Wie in 5 gezeigt, wurde nach dem Verschließen der Durchgangslöcher 22 mit der in dem Beispiel 2 erzeugten Leiterpaste 23 und dem Sintern ein Muster 24 mittels Siebdrucks auf der Oberfläche des Substrats 25 ausgebildet und mittels einer Dickschicht-Silber/Platin-Paste (QS-171, hergestellt von DuPont Co.) dem oben beschriebenen Schleifvorgang unterworfen, und das Ganze wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert.
  • Anschließend wurde Lötpaste (hergestellt von Nippon Solder Co.) mittels einer Kupferplattenmetallmaske auf dieses Muster gedruckt, und eine (in 1 mit Bezugszeichen 6 bezeichnete) Metallkappe wurde über der Oberseite der Durchgangslöcher 22 angebracht. Ein Lötschritt wurde anschließend durchgeführt, indem das Substrat 25 und die Metallkappe 6 durch einen Heißluft-Rückflussofen bewegt wurden, um auf diese Weise eine Probe für die Analyse der Gasdurchlässigkeit zu erhalten. Einhundert Proben wurden für diese Analyse hergestellt.
  • Die Proben wurden mit "Chlorosen" gereinigt und es wurde ein grober Lecktest bei 125°C in "Fluorinate" (FC-40, hergestellt von Sumitomo 3M Co.) durchgeführt. Es ließen sich keine Blasen beobachten. Anschließend wurde an diesen Proben mittels eines Helium-Lecktesters (hergestellt von Biiko Co.) ein Feinlecktest durchgeführt, und bei sämtlichen Proben höchstens lediglich 5,0 × 10–8 am·cc/sec beobachtet.
  • Beispiel 3
  • Es wurden 20 Gewichtsanteile einer Bindemittellösung in 100 Gewichtsanteilen Silberpulver (durchschnittliche Partikelgröße 5,0 μm) eingebracht und mit diesem gemischt, und die resultierende Mischung wurde mittels einer Dreiwalzenmühle geknetet, um auf diese Weise eine Silberpaste zu erhalten. Eine Mischung von in 100 Gewichtsanteilen Terpineol aufgelösten 15 Gewichtsanteilen Ethylcellulose diente als Bindemitellösung.
  • Anschließend wurden pro 100 Gewichtsanteilen elektrisch leitfähigen Pulvers 3,9 Gewichtsanteile Quellungsmittel, 0,6 Gewichtsanteile eines Hilfs-Adhäsionsbeschleunigers und 20 Gewichtsanteile Bindemittellösung vermischt und anschließend mittels einer Dreiwalzenmühle geknetet, um auf diese Weise eine Additivpaste zu erhalten. Diese Paste und die Silberpaste wurden vermischt und geknetet, um eine Leiterpaste zu erhalten. In diesem Beispiel wurde kein Adhäsionsbeschleuniger verwendet.
  • Das Quellungsmittelumfasste ein Pulver aus Kaolin (durchschnittliche Partikelgröße 0,25 μm) und Calciumcarbonat (durchschnittliche Partikelgröße 0,3 μm), die gemischt und bei etwa 870°C kalziniert wurden. Die Zusammensetzung des kalzinierten Pulvers wurde festgesetzt auf CaO : Al2O3 : SiO2 = 1,1 : 1,0 : 2,4. TiO2-Pulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,3 μm (hergestellt von Ishihara Sangyo Co.) wurde als der Hilfs-Adhäsionsbeschleuniger verwendet.
  • In den nachstehenden Abschnitten "Analyse der Haftfestigkeit" und "Analyse des Leiterwiderstandswerts" wurden die Analysen mit einem elektrisch leitfähigen Pfropfen durchgeführt, der auf einem Tonerdesubstrat angeordnet war, da es schwierig ist, derartige Analysen auszuführen, wenn der elektrisch leitfähige Pfropfen in einem Durchgangsloch eines Substrats gepfropft ist.
  • 1. Analyse der Haftfestigkeit
  • Die Leiterpaste von Beispiel 3 wurde mittels eines 200-Maschen-Siebs aus rostfreiem Stahl in einer Vielzahl quadratischer Partitionen mit 2 mm Seitenlänge auf ein Tonerdesubstrat einer Reinheit von 96% (76 mm2 (3 Quadratzoll), Stärke 0,635 mm t) gedruckt. Das Produkt wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert. Ein verzinnter weicher Kupferdraht mit einem Durchmessers von 0,6 mm wurde (mittels eines eutektischen Lötmittels mit einem Silbergehalt von 2%) mit einem Lötkolben auf die auf dem Substrat befindlichen quadratischen 2-mm-Partitionen gelötet, und der Anschlussdraht wurde anschließend in einem Winkel von 90° gegenüber dem Substrat gebogen und die Zugfestigkeit (Abziehfestigkeit) wurde gemessen. Das Resultat für den Mittelwert der Haftfestigkeit von 20 Punkten mit 2-mm-Partitionen betrug 0,5 kg.
  • 2. Analyse des Leiterwiderstandswerts
  • Ein Leiterbahnmuster wurde mittels der Leiterpaste von Beispiel 3 auf ein Tonerdesubstrat einer Reinheit von 96% (76 mm2 (3 Quadratroll), Stärke 0,635 mm t) gedruckt. Das Produkt wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert, wobei auf diese Weise ein Tonerdesubstrat mit einem linienartigen Leiterbahnfilm erhalten wurde.
  • Die Filmdicke, die Linienbreite und der Widerstandswert des Leiterbahnfilms auf der Tonerdesubstratoberfläche wurden ermittelt, und der Leiterwiderstandswert wurde anhand dieser Werte berechnet. Fünf Proben wurden zubereitet und ein Wert von 17 μΩ·cm wurde als Mittelwert des Leiterwiderstandswerts erhalten.
  • 3. Analyse des elektrisch leitfähigen Pfropfens
  • a. Analyse des Ablösens des elektrisch leitfähigen Pfropfens
  • Die Leiterpaste von Beispiel 3 wurde mittels Masken aus rostfreiem Stahl von 0,1 mm Folienstärke (Durchmesser 0,3 mm) in ein Tonerdesubstrat einer Reinheit von 96% (84,0 mm × 69,0 mm × 0,635 mm t) eingebracht, das (600) Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 0,2 mm aufwies. Dieses Substrat wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert. Anschließend wurde ein Egalisierungsschritt durchgeführt, um das Leiterbahnmaterial, das auf der Substratoberfläche aus den Durchgangslöchern herausragte oder um diese herum überschüssig war, vollständig zu entfernen. Die verschlossenen Durchgangslöcher wurden mit einem Stereoskop untersucht. Obwohl zu beobachten war, dass 71% der verschlossenen Durchgangslöcher sich abgelöst hatten, war jedoch keiner der elektrisch leitfähigen Pfropfen aus den Durchgangslöchern herausgefallen. Darüber hinaus waren in den Querschnitten zwischen dem elektrisch leitfähigen Pfropfen und der Wandfläche des Durchgangslochs keine Lücken zu beobachten, jedoch wurde zwischen dem elektrisch leitfähigen Pfropfen und der Wandfläche keine Haftung und keine Adhäsionsreaktionsschicht beobachtet.
  • b. Analyse der Gasdurchlässigkeit
  • Wie in 5 gezeigt, wurde nach dem Verschließen der Durchgangslöcher 22 mit der in dem Beispiel 3 erzeugten Leiterpaste 23 und dem Sintern ein Muster 24 mittels Siebdrucks auf der Oberfläche des Substrats 25 ausgebildet und mittels einer Dickschicht-Silber/Platin-Paste (QS-171, hergestellt von DuPont Co.) dem oben beschriebenen Schleifvorgang unterworfen, und das Ganze wurde 10 Minuten bei 150°C in einem sauberen Ofen getrocknet und anschließend 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert.
  • Anschließend wurde Lötpaste (hergestellt von Nippon Solder Co.) mittels einer Kupferplattenmetallmaske auf dieses Muster gedruckt, und eine (in 1 mit Bezugszeichen 6 bezeichnete) Metallkappe wurde über der Oberseite der Durchgangslöcher 22 angebracht. Ein Lötschritt wurde anschließend durchgeführt, indem das Substrat 25 und die Metallkappe 6 durch einen Heißluft-Rückflussofen bewegt wurden, um auf diese Weise eine Probe für die Analyse der Gasdurchlässigkeit zu erhalten. Einhundert Proben wurden für diese Analyse hergestellt.
  • Die Proben wurden mit "Chlorosen" gereinigt und es wurde ein grober Lecktest bei 125°C in "Fluorinate" (FC-40, hergestellt von Sumitomo 3M Co.) durchgeführt. Die Entstehung von aus den verschlossenen Durchgangslöchern austretenden Blasen wurde in den groben Lecktests nachgewiesen, und die Auftrittsrate betrug 92%. Es wurde kein Feinlecktest durchgeführt.
  • Aus den oben aufgeführten Ergebnissen ist klar ersichtlich, dass die Leiterpaste der vorliegenden Erfindung in der Lage ist, ein Herausfallen der elektrisch leitfähigen Pfropfen aus den Durchgangslöchern zu verhindern und das Auftreten eines Ablösens zu reduzieren. Weiterhin ist es mittels eines Einsatzes eines Adhäsionsbeschleunigers und/oder eines Hilfs-Adhäsionsbeschleunigers möglich, eine Lückenbildung zwischen den elektrisch leitfähigen Pfropfen und der Wandfläche der Durchgangslöcher zu verhindern und die Haftung an dem Keramiksubstrat zu verbessern. Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass ein durch Sintern einer Leiterpaste der vorliegenden Erfindung erzeugter elektrisch leitfähiger Pfropfen einen Leiterwiderstandswert aufweist, der für die Verwendung in einer Leiterplatte ausreichend niedrig ist, und über die Gasundurchlässigkeit verfügen kann, die für ein Gehäusesubstrat erforderlich ist.
  • Beispiel 4
  • Die Präparation von Untersuchungsproben und die Analyse der Haftfestigkeit, des Leiterwiderstandswerts, des Verschließens des Durchgangslochs und der Gasdurchlässigkeit wurden in der gleichen Weise wie im Falle des Beispiels 1 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass 100 Gewichtsanteile Silberpulver (durchschnittliche Partikelgröße 5,0 μm) ersetzt wurden durch 50 Gewichtsanteile Silberpulver (durchschnittliche Partikelgröße 30 μm) und 50 Gewichtsanteile Silberpulver (durchschnittliche Partikelgröße 1 μm).
  • Es ergaben sich dabei als Mittelwerte für die Haftfestigkeit 2,3 kg und für den Leiterwiderstandswert 7 μ·cm.
  • Eine Untersuchung der Fläche nach dem Schleifvorgang in der Analyse des Verschließens des Durchgangslochs bestätigte, dass sich wie in Beispiel 1 eine gute Adhäsionsreaktionsschicht gebildet hatte.
  • In dem Groblecktest in der Analyse der Gasdurchlässigkeit wurden keine Blasen beobachtet. Und in dem Feinlecktest wurden bei sämtlichen Proben höchstens lediglich 1,0 × 10–8 atm·cc/sec beobachtet, was den Grenzwert der Vorrichtung darstellte.
  • Referenzbeispiele
  • Vier Arten von leitfähigen Pulvern wurden hergestellt. Pro 100 Gewichtsanteilen von Silberpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 5,0 μm wurden (1) 1,0 Gewichtsanteil, (2) 3,0 Gewichtsanteile, (3) 5,0 Gewichtsanteile bzw. (4) 10,0 Gewichtsanteile eines Quellungsmittels mit dem Silberpulver vermengt und trocken gemischt, um vier Arten unbehandelter leitfähiger Pulver zu erhalten. Das Quellungsmittel umfasste ein Pulver, in dem Kaolin mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,25 μm und Calciumcarbonat einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,3 μm gemischt und bei etwa 870°C kalziniert wurden. Die Zusammensetzung des kalzinierten Pulvers wurde festgesetzt auf CaO : Al2O3 : SiO2 = 1,1 : 1,0 : 2,4.
  • Elektrisch leitfähige Pfropfen wurden erzeugt, indem von sämtlichen dieser vier Arten von Pulvern 1,0 Gramm abgewogen wurde und mittels einer Metallform mit einem Durchmesser von 6,95 mm einem einachsigen Pressen von 100 kg/cm2 unterworfen wurde. Diese Pfropfen wurden 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert.
  • In den unten beschriebenen Abschnitten "Analyse des Schrumpfens während des Sinterns" und "Analyse der Verfestigungsfähigkeit" wurden die Analysen an freiliegenden elektrisch leitfähigen Pfropfen durchgeführt, da es schwierig ist diese Arten von Analysen an elektrisch leitfähigen Pfropfen durchzuführen, wenn diese in einem Durchgangsloch eingefügt sind. Darüber hinaus enthalten die in diesen Referenzbeispielen erzeugten elektrisch leitfähigen Pfropfen keine Bindemittellösung. Die Bindemittellösung wird vor dem Sintern des Rohmaterialpulvers verdampft (entfettet) und die Tatsache, dass keine Bindemittellösung beigemengt wurde, sollte daher keinen unmittelbaren Einfluss auf das Schrumpfen und die Kristallisierung des resultierenden Sinterprodukts selbst haben.
  • 1. Analyse des Schrumpfens während des Sinterns
  • Die Durchmesser der in den Referenzbeispielen gewonnenen Sinterprodukte wurden ermittelt und der Bruchteil der Änderung wurde bewertet. Die Ergebnisse sind in 6 wiedergegeben.
  • 2. Analyse des Verfestiqungsvermögens
  • Die aufgrund einer thermalen Hysterese nach dem Sintern sich ergebende Verfestigungsstabilität wurde an den elektrisch leitfähigen Pfropfen, denen 3% Quellungsmittel zugesetzt worden war, und den elektrisch leitfähigen Pfropfen denen 5% des in den Referenzbeispielen zubereiteten Quellungsmittels zugesetzt worden war, ausgewertet. Die gesinterten elektrisch leitfähigen Pfropfen wurden bis zu 4mal für 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen nachgesintert. Die Durchmesser der elektrisch leitfähigen Pfropfen wurden nach dem Sintern ermittelt, und der Bruchteil der Änderung wurde ausgewertet. Die Ergebnisse sind in 7 wiedergegeben.
  • Vergleichende Referenzbeispiele
  • Elektrisch leitfähige Pfropfen wurden erzeugt, indem 1,0 Gramm Silberpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 5,0 μm abgewogen wurde und mittels einer Metallform mit einem Durchmesser von 6,95 mm einem einachsigen Pressen von 100 kg/cm2 unterworfen wurde. Diese elektrisch leitfähigen Pfropfen wurden 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen gesintert. Es wurde kein Quellungsmittel zugefügt.
  • In den unten beschriebenen Abschnitten "Analyse des Schrumpfens während des Sinterns" und "Analyse der Verfestigungsfähigkeit" wurden die Analysen an freiliegenden elektrisch leitfähigen Pfropfen durchgeführt, da es schwierig ist diese Arten von Analysen an elektrisch leitfähigen Pfropfen durchzuführen, wenn diese in einem Durchgangsloch eingefügt sind. Darüber hinaus enthalten die in diesen Referenzbeispielen erzeugten elektrisch leitfähigen Pfropfen keine Bindemittellösung. Die Bindemittellösung wird vor dem Sintern des Rohmaterialpulvers verdampft (entfettet) und die Tatsache, dass keine Bindemittellösung hinzugegeben wurde, sollte daher keinen unmittelbaren Einfluss auf das Schrumpfen und die Kristallisierung des resultierenden Sinterprodukts selbst haben.
  • 1. Analyse des Verfestigungsvermögens
  • Die aufgrund einer thermalen Hysterese nach dem Sintern sich ergebende Verfestigungsstabilität wurde an den elektrisch leitfähigen Pfropfen ausgewertet, die in den komparativen Referenzbeispielen hergestellt wurden. Die gesinterten elektrisch leitfähigen Pfropfen wurden bis zu 4mal für 60 Minuten bei 850°C in einem Durchlaufsinterofen nachgesintert. Die Durchmesser der elektrisch leitfähigen Pfropfen wurden nach dem Sintern ermittelt, und der Bruchteil der Änderung wurde ausgewertet. Die Ergebnisse sind in 8 wiedergegeben.
  • Anhand der oben erläuterten Ergebnisse ist klar zu erkennen, dass selbst bei Hinzufügen eines geringen Anteils an Quellungsmittel eine Reduzierung der Schrumpfrate des elektrisch leitfähigen Pfropfens bewirkt wird. Darüber hinaus schrumpft ein elektrisch leitfähiger Pfropfen, dem ein Quellungsmittel hinzugefügt wurde, auch dann nach dem Sintern nicht weiter, wenn er einer nachfolgenden thermischen Hysterese unterworfen wird, und seine Gestalt ist verfestigt und stabilisiert.

Claims (16)

  1. Eine Leiterpaste zum Verschliessen eines Durchgangslochs, das in einem Keramiksubstrat gebildet ist, die Folgendes beinhaltet ein elektrisch leitfähiges Pulver, das ein Metallpulver als Hauptbestandteil aufweist; ein durch Kalzinierung von Kaolin und einem Alkalimetall oder einem Erdalkalimetall-Carbonat gewonnenes kalziniertes Material, wobei das kalzinierte Material während des Sinterns eine Kristallphase bilden kann und die Fähigkeit aufweist, sich zu verfestigen, nachdem es gesintert wurde; und eine Bindemittellösung, die ein Bindemittel und ein Lösungsmittel beinhaltet.
  2. Leiterpaste gemäß Anspruch 1, wobei das Metallpulver mindestens von einer Art ist, die aus der Gruppe, bestehend aus Goldpulver, Silberpulver, Kupferpulver, einer Mischung aus Silber- und Platinpulver und einer Mischung aus Silber- und Palladiumpulver, ausgewählt ist.
  3. Leiterpaste gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Alkalimetall oder das Erdalkalimetall-Carbonat Calciumcarbonat ist.
  4. Leiterpaste gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bindemittel mindestens eines ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Ethylcellulose und Acrylharz, ausgewählt ist, und wobei das Lösungsmittel mindestens eines ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Ethylcarbitol-Acetat und Terpineol ausgewählt ist.
  5. Leiterpaste gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterpaste ferner einen Adhäsionsbeschleuniger beinhaltet.
  6. Leiterpaste gemäß Anspruch 5, wobei der Adhäsionsbeschleuniger aus Glas besteht, das einen Erweichungspunkt von 500–1000 θC aufweist.
  7. Leiterpaste gemäß Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei die Paste ferner einen Hilfs-Adhäsionsbeschleuniger beinhaltet.
  8. Leiterpaste gemäß Anspruch 7, wobei der Hilfs-Adhäsionsbeschleuniger mindestens eine Art ist, die aus der Gruppe bestehend aus TiO2, CuO, Cr2O3, Bi2O3 und NiO besteht.
  9. Leiterpaste gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner Rhodiumpulver beinhaltet.
  10. Leiterpaste gemäß Anspruch 9, wobei das Rhodiumpulver in einer Menge von mindestens 0,1 Gewichtprozent und nicht mehr als 3,0 Gewichtprozent in Bezug auf das elektrisch leitfähige Pulver zugegeben wird.
  11. Ein Verfahren zum Verschließen eines Durchgangslochs in einer Keramiksubstanz, das, in Kombination, folgende Schritte beinhaltet: a) Mischen einer Bindemittellösung, die ein Bindemittel und Lösungsmittel, ein elektrisch leitfähiges Pulver, das ein Metallpulver als Hauptbestandteil aufweist, und ein Quellungsmittel, das ein durch Kalzinierung von Kaolin und einem Alkalimetall oder Erdalkalimetall-Carbonat gewonnenes kalziniertes Material beinhaltet, wobei das kalzinierte Material während des Sinterns eine Kristallphase bilden kann und sich nach dem Sintern verfestigen kann; b) Einführen der Leiterpaste in das Durchgangsloch; und c) Sintern der Leiterpaste, um dadurch die Verfestigung des kalzinierten Materials und der Leiterpaste zu ermöglichen, um die Verschliessung des Durchgangslochs in der Keramiksubstanz zu maximieren.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wo die Keramiksubstanz gegenüberliegende Flächen aufweist, wobei die Kristallphase während des Schritts des Sinterns der Paste gebildet wird, wobei die Kristallphase stabil bleibt und nach dem Schritt des Sinterns einheitlich schrumpft, wobei das Pulver verfestigte Sinter bildet, wobei der Schritt des Einführens der Paste in das Durchgangsloch das Einführen einer ausreichenden Menge der Leiterpaste in das Durchgangsloch umfasst, so dass sich die verfestigten Sinter, nach dem Schritt des Sinterns und der Verfestigung der Sinter, über die gegenüberliegenden Flächen hinauserstrecken, das ferner den Schritt des Egalisierens der gegenüberliegenden Flächen beinhaltet.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Keramiksubstanz mindestens zwei Schichten beinhaltet, die durch Sintern zusammengefügt werden sollen, wobei der Sinterschritt den Schritt des Zusammenfügens durch Sintern von mindestens zwei Schichten der Keramiksubstanz umfasst.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 11 bis 13, wobei das Metallpulver mindestens von einer Art ist, die aus der Gruppe bestehend aus Goldpulver, Silberpulver, Kupferpulver, einer Mischung aus Silber- und Platinpulver und einer Mischung aus Silber- und Palladiumpulver ausgewählt ist.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 11 bis 14, wobei das Alkalimetall oder das Erdalkalimetall-Carbonat Calciumcarbonat ist.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 11 bis 15, wobei das Bindemittel mindestens eines ist, das aus der Gruppe bestehend aus Ethylcellulose und Acrylharz ausgewählt ist, und wobei das Lösungsmittel mindestens eines ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Ethylcarbitol-Acetat und Terpineol ausgewählt ist.
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