ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ ПАСТА Российский патент 1994 года по МПК H01B1/02 

Изобретение относится к технологии изготовления толстопленочных структур и может быть использовано в электронной технике при производстве индикаторных приборов, в частности вакуумных люминесцентных индикаторов (ВЛИ).

Известна электропроводящая паста на основе мелкодисперсных порошков драгоценных металлов, в которой функции органического связующего выполняет этилцеллюлоза, растворенная в терпинеоле, с добавками 1,2-оксистеариновой кислоты и триэтаноламина [1].

Недостаток пасты состоит в том, что триэтаноламин, представляющий собой высококипящее, плоховыгорающее вещество, оставляет много продуктов сгорания в объеме проводника.

Известен также состав электропроводящей пасты, минеральная часть которой состоит из мелкодисперсного порошка серебра и других веществ, а органическое связующего включает в себя этилцеллюлозу, терпинеол и пластифицирующую добавку в виде соснового масла (авт.св. N 559289, кл. Н 01 В 1/02, 1977).

Наличие соснового масла в органическом связующем до некоторой степени улучшает вязкостные и пластические свойства пасты при температуре эксплуатации. В то же время этой пластичности недостаточно для печати проводников со сложным геометрическим рисунком и жесткими требованиями по разнотолщинности.

Наиболее близкой по составу компонентов и свойствам к изобретению является паста на основе мелкодисперсных порошков серебра и легкоплавкого стекла, распределенных в органическом связующем, которое представляет собой раствор этилцеллюлозы в терпинеоле с добавками дибутилфталата и каприновой кислоты [2].

Введение в состав пасты дибутилфталата, во-первых, улучшает растворимость этилцеллюлозы в терпинеоле что позволяет примерно в два раза снизить время приготовления органического связующего и самой пасты, а, во-вторых, повышает пластичность пасты, при этом она не разрывается на трафарете даже при больших скоростях ракеля, печатная поверхность не прилипает к трафарету, проводниковые слои наносятся ровные, глянцевые. Каприновая кислота позволяет полностью исключить "вуаль" по краям рисунка, резко снизить растекаемость до величины 20-25 мкм, обеспечить необходимую толщину проводника на уровне 2-5 мкм с сохранением его электрофизических свойств. Разрешающая способность пасты - прототипа при печати проводников толщиной порядка 10 мкм не хуже 100 мкм, что в принципе открывает возможность использовать пасту в индикаторах со сложной топологией анодной платы.

Паста - прототип обладает рядом недостатков:
- реологические свойства пасты обеспечивают разрешающую способность 100 мкм лишь фрагментально на линейных участках, в случае насыщенных топологических рисунков, содержащих углы, повороты, замкнутые фигуры, вследствие относительно высокой растекаемости имеет место нарушение геометрии элементов;
довольно высокая вязкость пасты, соответственно низкая текучесть не позволяют нивелировать дефекты структуры трафарета, и поэтому даже на линейных участках рисунок проводника не стабилен и содержит много нарушений, являющихся причиной электрических обрывов проводника.

Для повышения разрешающей способности электропроводящей пасты для прецизионной печати сложных топологических рисунков электропроводящая паста, содержащая органическое связующее, состоящее из этилцеллюлозы, терпинеола, дибутилфталата, каприновой кислоты и минеральную часть на основе порошков мелкодисперсного серебра и легкоплавкого стекла, дополнительно содержит фракцию алкилбензолов с температурой кипения 280-340^оС при следующем соотношении компонентов, мас.%: Мелкодисперсное серебро 65-70 Легкоплавкое стекло 11-14 Этилцеллюлоза 0,3-0,7 Терпинеол 10-16 Дибутилфталат 0,7-1,3 Каприновая кислота 0,3-0,9
Фракция алкилбензолов
с температурой кипения 280-340^оС 4,7-5,1
Разработанный состав пасты позволяет получать ровный, без обрывов, четкий по краю рисунок проводника шириной от 80 мкм и выше с растекаемостью 10-15 мкм как на нелинейной топологии, при этом длина проводника может достигать величины 200 мм, так и на сложной с поворотами, углами и т.п.

Оптимальное соотношение компонентов определяется экспериментальным путем по контролю свойств пасты, в основном реологических, и свойств проводника - механических, геометрических, электрических.

Реологические параметры пасты, вязкость, индекс пластичности (отношение вязкостей при различных скоростях сдвига) задают нижние и верхние концентрационные пределы органических компонентов. Нарушение нижней границы вызывает резкое ухудшение печатных свойств вследствие возрастания вязкости до величины 1400 Пз и больше. В этом случае паста не пропечатывается через сетчатые трафареты с мелкой ячейкой, чувствует дефекты трафарета, что крайне важно при прецизионной печати. Нарушение верхней границы приводит к разжижению пасты, когда ее вязкость становится меньше 1000 Пз и уменьшается индекс пластичности, а растекаемость возрастает до 20-30 мкм. Использование определенной фракции алкилбензолов для разбавления с температурой начала кипения 280^оС и окончания 340^оС обусловлено тем, что более легкие фракции дестабилизируют вязкость пасты в процессе трафаретной печати из-за высокой летучести, тяжелые фракции не полностью удаляются из объема проводника при термообработке.

Физические свойства проводников в большей мере зависят от концентрации в пасте минеральных компонентов. При снижении концентраций порошков серебра и стеклопорошка снижается толщина проводников, появляются обрывы на узких дорожках, исчезает прецизионность при сложных топологических рисунках. Превышение концентраций этих компонентов за верхний предел приводит к образованию проводников с неровными краями, большим количеством раковин, пустот, замыканию между соседними проводниками, увеличению сопротивления.

Технология изготовления пасты состоит из следующих операций:
растворение этилцеллюлозы в смеси терпинеола и дибутилфталата при 70-80^оС до полного растворения и получения однородной композиции;
введение в органическое связующее алкилбензола и каприновой кислоты;
смешение порошков мелкодисперсного серебра и легкоплавкого стекла, имеющего удельную поверхность (8-10) ˙10³ см²/г;
смешение органической и неорганической составляющей пасты в миксере;
гомогенизация смеси на валковой мельнице.

В табл.1 представлены данные по составам электропроводящих паст, различающихся содержанием компонентов в соответствии с формулой изобретения.

Испытания паст осуществлялись на установке трафаретной печати типа ЭВ-8135 через сетчатый трафарет N 00064. Термообработка подложек с нанесенным рисунком проводилась в зонных конвейерных печах с максимальной температурой 600^оС и выдержкой при пиковой температуре 7-10 мин. Растекаемость пасты определялась с помощью тестового трафарета. Индекс пластичности вычисляется по формуле ИП = .. ИП = 125 соответствует вязкости, измеренной на вискозиметре ИВР-3 при γ = 0,1, η_max соответствует 35000 Па ˙ с, при γ= 100. η_min= 280 Па ˙ с. Толщина слоя проводника контролировалась с помощью оптического микроскопа типа МБС-4.

В табл. 2 показаны результаты испытаний паст с составами, соответствующими табл.1, в сравнении с пастой - прототипом.

Из табл.2 следует, что при оптимальном количественном соотношении компонентов предложенная электропроводящая паста обеспечивает наилучшие печатно-технические параметры как процесса печати, так и отпечатка проводника. Разрешающая способность такой пасты находится на уровне 80 мкм при растекании на сторону 10-12 мкм. Рисунок проводника по заявленному техническому решению имеет четкие края, однородную ширину, не содержит разрывов, сохраняет геометрию шаблона на угловых фрагментах.

Паста - прототип c учетом повышенной растекаемости характеризуется разрешающей способностью в среднем 100 мкм, нечетким краем рисунка, что на длинных линейных проводниках приводит к многочисленным случайным закорачиваниям. При печати сложного рисунка происходит нарушение геометрических параметров, заложенных в шаблоне.

Технико-экономическая эффективность предложенного состава пасты в сравнении с известной состоит в следующем:
больший выход годных деталей на операции печати проводников сложных топологических рисунков;
открывается возможность замены трудоемкого способа формирования проводящей разводки методом фотолитографии по тонкопленочному металлу на производительную трафаретную печать.

Использование: при изготовлении толстопленочных структур и может быть использовано в электронной технике при производстве индикаторных приборов, в частности вакуумных люминесцентных индикаторов. Сущность изобретения: для повышения разрешающей способности электропроводящей пасты для прецизионной печати сложных топологических рисунков в электропроводящую пасту, содержащую органическое связующее - этилцеллюлозу, терпинсол, дибутилфталат, каприновую кислоту и минеральную часть на основе мелкодисперского серебра и легкоплавкого стекла, дополнительно вводят фракцию алкилбензолов с температурой кипения 280 - 340°С при следующем соотношении компонентов, мас.%: мелкодисперсное серебро 65 - 70; легкоплавкое стекло 11 - 14; этилцеллюлоза 0,3 - 0,7; терпинеол 10 - 16; дибутилфталат 0,7 - 1,3; каприновая кислота 0,3 - 0,9; алкилбензол 4,7 - 5,1. 2 табл.

ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ ПАСТА, содержащая органическое связующее, состоящее из этилцеллюлозы, терпинеола, дибутилфтала, каприновой кислоты, и минеральную часть на основе порошков мелкодисперсного серебра и легкоплавкого стекла, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит фракцию алкилбензолов с температурой кипения 280 - 340^oС при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Мелкодисперсное серебро 65 - 70
Легкоплавкое стекло 11 - 14
Этилцеллюлоза 0,3 - 0,7
Терпинеол 10 - 16
Дибутилфталат 0,7 - 1,3
Каприновая кислота 0,3 - 0,9
Фракция алкилбензолов с температурой кипения 280 - 340^oС 4,7 - 5,1