PL220719B1

PL220719B1 - Sposób łączenia elementów wykonanych z ceramiki niskotemperaturowej i/lub wysokotemperaturowej współwypalanej, w szczególności ceramicznych obudów czujników

Info

Publication number: PL220719B1
Application number: PL396388A
Authority: PL
Inventors: Arkadiusz Dąbrowski; Leszek Golonka
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2015-12-31
Also published as: PL396388A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób łączenia elementów wykonanych z ceramiki niskotemperaturowej i/lub wysokotemperaturowej współwypalanej, przeznaczony do wytwarzania konstrukcji ceramicznych, w szczególności obudów dla mikroelektronicznych układów grubowarstwowych i czujników.

Znane sposoby polegają na łączeniu elementów ceramicznych za pomocą warstwy szkliwa, określanego mianem szkliwa łączeniowego. Połączenie takie ma obniżoną wytrzymałość spowodowaną niejednorodnością materiałów.

Ze stosowania znany jest sposób łączenia surowych folii ceramicznych wykonanych z ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej za pomocą rozpuszczalnika.

Hybrydowa warstwa pośrednia przeznaczona do łączenia warstwy ceramiki wysokotemperaturowej współwypalnej HTCC (High Temperature Co-fired Ceramics) z warstwą ceramiki niskotemperaturową współwypalaną LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) znana jest ze zgłoszenia patentowego USA nr US20110125210, która jest mieszaniną kompozycji LTCC oraz HTCC.

Istota sposobu, według wynalazku, polega na tym, że co najmniej dwa wypalone elementy ceramiczne wykonane z ceramiki niskotemperaturowej i/lub wysokotemperaturowej współwypalanej, podgrzewa się do temperatury 70-80°C i przez 10-15 minut wygrzewa w tej temperaturze. Po czym w obszarach połączeń pomiędzy podgrzanymi wypalonymi elementami ceramicznymi umieszcza się przyciętą do pożądanego rozmiaru, co najmniej jedną warstwę surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej. Następnie formuje się w temperaturze 70-80°C przez 10-15 minut pod ciśnieniem 1-2 MPa. Po uformowaniu strukturę wykonaną z wypalonych elementów ceramicznych i warstw surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej, poddaje się wieloetapowej obróbce termicznej, którą korzystnie prowadzi się do 300 minut i przy wzroście temperatury od temperatury otoczenia do temperatury 450°C, w której połączone folią ceramiczną elementy ceramiczne wygrzewa się nie dłużej niż 160 minut, po czym połączone elementy ceramiczne podgrzewa się w czasie do 40 minut do temperatury 920°C i wygrzewa w tej temperaturze do 100 min, następnie wyłącza się podgrzewanie, a połączone elementy ceramiczne chłodzi się powoli do temperatury otoczenia.

Istota sposobu, według wynalazku, polega również na tym, że pomiędzy wypalonymi elementami ceramicznymi wykonanymi z ceramiki niskotemperaturowej i/lub wysokotemperaturowej współwypalanej umieszcza się przyciętą do pożądanego rozmiaru, co najmniej jedną warstwę surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej, przy czym w obszarach połączeń, na powierzchnie łączonych wypalonych elementów ceramicznych nanosi się warstwę rozpuszczalnika organicznego, korzystnie rozpuszczalnika do past grubowarstwowych, a następnie formuje się w temperaturze pokojowej pod ciśnieniem powyżej 100 kPa. Po uformowaniu strukturę wykonaną z wypalonych elementów ceramicznych i warstw surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej, poddaje się suszeniu w temperaturze z zakresu 90-110°C w czasie 10-15 minut, a po wysuszeniu wieloetapowej obróbce termicznej, którą korzystnie prowadzi się do 300 minut i przy wzroście temperatury od temperatury otoczenia do temperatury 450°C, w której wygrzewa się połączone folią ceramiczną elementy ceramiczne do 160 minut, po czym podgrzewa się w czasie do 40 minut do temperatury 920°C i wygrzewa w tej temperaturze do 100 min, następnie wyłącza się podgrzewanie a połączone elementy ceramiczne chłodzi się powoli do temperatury otoczenia.

Korzystnie, warstwę rozpuszczalnika organicznego nanosi się w temperaturze 20-25°C, metodą ₂ sitodruku przez sito, korzystnie o gęstości 24800 oczek/cm² (400 oczek/cal).

Sposób, według wynalazku, pozwała na łączenie zarówno jednego typu elementów ceramicznych wykonanych z warstw ceramiki wysokotemperaturowej współwypalnej HTCC, albo z warstw ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej LTCC, a także do łączenia elementów ceramicznych wykonanych z warstw ceramiki wysokotemperaturowej współwypalnej HTCC, z elementami wykonanymi w warstw ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej LTCC, za pomocą warstwy surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej LTCC. Na granicy łączonych materiałów pomiędzy powierzchnią surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej LTCC i powierzchnią elementów ceramicznych w wyniku dyfuzji powstaje warstwa pośrednia, która zwiększa wytrzymałość połączeń.

Przedmiot wynalazku objaśniony jest w przykładzie wykonania i uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia surową folię ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej LTCC umieszczoną pomiędzy powierzchniami elementów ceramicznych przed połączeniem, fig. 2 - surową folię

PL 220 719 B1 ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej LTCC umieszczoną pomiędzy powierzchniami elementów ceramicznych pokrytymi warstwą rozpuszczalnika przed połączeniem, a fig. 3 - formowanie połączenia.

P r z y k ł a d 1

Sposób łączenia elementów wykonanych z ceramiki niskotemperaturowej i/lub wysokotemperaturowej współwypalanej, w szczególności ceramicznych, obudów czujników, polega na tym, że dwa wypalone elementy ceramiczne 1, 2 wykonane z ceramiki niskotemperaturowej podgrzewa się do temperatury 70°C i przez 10 minut wygrzewa w tej temperaturze, po czym w obszarach połączeń pomiędzy podgrzanymi wypalonymi elementami ceramicznymi 1, 2 umieszcza się przyciętą do pożądanego rozmiaru, jedną warstwę surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej 3, a następnie formuje się w temperaturze 70°C przez 10 minut pod ciśnieniem 1 MPa. Po uformowaniu strukturę wykonaną z wypalonych elementów ceramicznych 1, 2 i warstw surowych folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej 3, poddaje się wieloetapowej obróbce termicznej, którą prowadzi się przez 200 minut i przy wzroście temperatury od temperatury otoczenia do temperatury 450°C, w której połączone folią ceramiczną 3 elementy ceramiczne 1, 2 wygrzewa się przez 60 minut, po czym połączone elementy ceramiczne 1, 2 podgrzewa się przez 40 minut do temperatury 890°C i wygrzewa w tej temperaturze przez 100 min, następnie wyłącza się podgrzewanie a połączone elementy ceramiczne chłodzi się powoli do temperatury otoczenia.

P r z y k ł a d 2

Sposób łączenia elementów wykonanych z ceramiki niskotemperaturowy i/lub wysokotemperaturowej współwypalanej, w szczególności ceramicznych obudów czujników, przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że wypalone elementy ceramiczne 1, 2, z których pierwszy wykonany jest z ceramiki niskotemperaturowej a drugi z wysokotemperaturowej współwypalanej, podgrzewa się do temperatury 80°C i przez 15 minut wygrzewa w tej temperaturze, a po umieszczeniu dwóch warstw surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej 3, formuje się w temperaturze 80°C przez 15 minut pod ciśnieniem 2 MPa, po uformowaniu strukturę wykonaną z wypalonych elementów ceramicznych 1,2 i dwóch warstw surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej 3, poddaje się wieloetapowej obróbce termicznej, którą prowadzi się przez 300 minut i przy wzroście temperatury od temperatury otoczenia do temperatury 450°C, w której połączone folią ceramiczną elementy ceramiczne 1, 2 wygrzewa się przez 160 minut, po czym połączone elementy ceramiczne 1, 2 podgrzewa się w czasie 40 minut do temperatury 920°C i wygrzewa w tej temperaturze przez 100 min, następnie wyłącza się podgrzewanie a połączone elementy ceramiczne chłodzi się powoli do temperatury otoczenia.

P r z y k ł a d 3

Sposób łączenia elementów wykonanych z ceramiki niskotemperaturowej i/lub wysokotemperaturowej współwypalanej, w szczególności ceramicznych obudów czujników, polega tym, że pomiędzy wypalonymi elementami ceramicznymi 1, 2 wykonanymi z ceramiki wysokotemperaturowej współwypalanej umieszcza się przyciętą do pożądanego rozmiaru, jedną warstwę surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej 3. W obszarach połączeń, na powierzchnie łączonych wypalonych elementów ceramicznych 1,2 nanosi się warstwę rozpuszczalnika organicznego, a następnie formuje się w temperaturze pokojowej pod ciśnieniem 100 kPa. Warstwy rozpuszczalnika organicznego zmiękczają powierzchnię surowej ceramiki LTCC i poprawiają kontakt warstwy surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej 3 z powierzchniami elementów ceramicznych 1, 2. Po uformowaniu strukturę wykonaną z wypalonych elementów ceramicznych 1, 2 i warstwy surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej 3, poddaje się suszeniu w temperaturze 90°C w czasie 10 minut, a po wysuszeniu, wieloetapowej obróbce termicznej, którą prowadzi się przez 300 minut i przy wzroście temperatury od temperatury otoczenia do temperatury 450°C, w której połączone folią ceramiczną elementy ceramiczne 1, 2, wygrzewa się przez 160 minut, po czym połączone folią ceramiczną elementy ceramiczne 1, 2 podgrzewa się do temperatury 920°C w czasie 40 minut i wygrzewa w tej temperaturze przez 100 min, następnie wyłącza się podgrzewanie a połączone elementy ceramiczne chłodzi się powoli do temperatury otoczenia.

P r z y k ł a d 4

Sposób łączenia elementów wykonanych z ceramiki niskotemperaturowej i/lub wysokotemperaturowej współwypalanej, w szczególności ceramicznych obudów czujników, przebiega jak w przykładzie trzecim z tą różnicą, że pomiędzy wypalonymi elementami ceramicznymi 1, 2 wykonanymi z ceramiki niskotemperaturowej umieszcza się przycięte do pożądanego rozmiaru dwie warstwy surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej 3, przy czym w obszarach połączeń, na powierzchnie łączonych wypalonych elementów ceramicznych 1, 2 nanosi się warstwę rozpuszczalni4

PL 220 719 B1 ka organicznego w postaci rozpuszczalnika do past grubowarstwowych, ponadto warstwę rozpuszczalnika organicznego nanosi s ię w temperaturze 20-25°C, metodą sitodruku przez sito o gęstości

24800 oczek/cm² (400 oczek/cal).

Claims

1. Sposób łączenia elementów wykonanych z ceramiki niskotemperaturowej i/lub wysokotemperaturowej współwypalanej, w szczególności ceramicznych obudów czujników, znamienny tym, że co najmniej dwa wypalone elementy ceramiczne (1, 2) wykonane z ceramiki niskotemperaturowej i/lub wysokotemperaturowej współwypalanej, podgrzewa się do temperatury 70-80°C i przez 10-15 minut wygrzewa w tej temperaturze, po czym w obszarach połączeń pomiędzy podgrzanymi wypalonymi elementami ceramicznymi (1, 2) umieszcza się przyciętą do pożądanego rozmiaru, co najmniej jedną warstwę surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej (3), a następnie formuje się w temperaturze 70-80°C przez 10-15 minut pod ciśnieniem 1-2 MPa, po uformowaniu strukturę wykonaną z wypalonych elementów ceramicznych (1, 2) i warstw surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej (3), poddaje się wieloetapowej obróbce termicznej, którą korzystnie prowadzi się do 300 minut i przy wzroście temperatury od temperatury otoczenia do temperatury 450°C, w której połączone folią ceramiczną elementy ceramiczne (1, 2) wygrzewa się nie dłużej niż 160 minut, po czym połączone elementy ceramiczne (1, 2) podgrzewa się w czasie do 40 minut do temperatury 920°C i wygrzewa w tej temperaturze do 100 min, następnie wyłącza się podgrzewanie, a połączone elementy ceramiczne chłodzi się powoli do temperatury otoczenia.

2. Sposób łączenia elementów wykonanych z ceramiki niskotemperaturowej i/lub wysokotemperaturowej współwypalanej, w szczególności ceramicznych obudów czujników, znamienny tym, że pomiędzy wypalonymi elementami ceramicznymi (1, 2) wykonanymi z ceramiki niskotemperaturowej i/lub wysokotemperaturowej współwypalanej umieszcza się przyciętą do pożądanego rozmiaru, co najmniej jedną warstwę surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej (3), przy czym w obszarach połączeń, na powierzchnie łączonych wypalonych elementów ceramicznych (1, 2) nanosi się warstwy rozpuszczalnika organicznego, korzystnie rozpuszczalnika do past grubowarstwowych, a następnie formuje się w temperaturze pokojowej pod ciśnieniem powyżej 100 kPa, po u formowaniu strukturę wykonaną z wypalonych elementów ceramicznych (1, 2) i warstw surowej folii ceramiki niskotemperaturowej współwypalanej (3), poddaje się suszeniu w temperaturze z zakresu 90-110°C w czasie 10-15 minut, a po wysuszeniu wieloetapowej obróbce termicznej, którą korzystnie prowadzi się do 300 minut i przy wzroście temperatury od temperatury otoczenia do temperatury 450°C, w której wygrzewa się połączone folią ceramiczną elementy ceramiczne (1, 2) do 160 minut, po czym podgrzewa się w czasie do 40 minut do temperatury 920°C i wygrzewa w tej temperaturze do 100 min, następnie wyłącza się podgrzewanie a połączone elementy ceramiczne chłodzi się powoli do temperatury otoczenia.

3. Sposób, według zastrz. 2, znamienny tym, że warstwę rozpuszczalnika organicznego nano₂ si się w temperaturze 20-25°C, metodą sitodruku przez sito, korzystnie o gęstości 24800 oczek/cm².