СТЕКЛОСВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОЛСТОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ НА ОСНОВЕ РУТЕНИЙСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 1995 года по МПК H01C7/00 

Изобретение относится к щелочесодержащим стекловидным материалам, предназначенным для использования в качестве постоянного стеклосвязующего для толстопленочных резисторов на основе рутенийсодержащих соединений.

Для гибридных интегральных схем (ГИС), где токопроводящие пассивные элементы располагаются в одном слое, щелочесодержащие стеклосвязующие ТПР являются перспективными, поскольку присутствие небольшого количестве щелочей в стеклосвязке существенно снижает работу выхода электронов на границе раздела проводящая фаза-стеклофаза и сглаживает концентрационную зависимость сопротивления ТПР вблизи порога протекания. Однако щелочесодержащие стеклосвязующие уступают бесщелочным составам по химической устойчивости.

Известен резистивный материал [1], который в качестве стеклосвязующего включает стекло состава, мас.%:
SiO₂ 22,1
Al₂O₃ 2,6
B₂O₃ 18,3
PbO 36,9
ZnO 11,4
BaO 7,1
Na₂O 1,6
Указанный материал позволяет получать рутениевые резисторы с удельным поверхностным сопротивлением ρ_s≈ 4 кОм/□ и температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) < 100˙10^-6 К^-1. Наиболее близким к предлагаемому является стекло [2], включающее, мас.%:
SiO₂ 30-40
H₃BO₃ 5-15
Pb₃O₄ 20-30
Al₂O₃ 3-8
ZnO 1-5
Na₂B₄O₇ ˙10H₂O 10-20
K₂CO₃ 5-10
CaCO₃ 2-5
Несмотря на то, что стекло указанного состава используется в керамической краске, оно нашло применение в качестве постоянного стеклосвязующего рутениевых ТПР. Использование в качестве постоянного связующего этого стекла позволило получить резисторы, с удельным поверхностным сопротивлением ρ_s = 100-200 Ом/□ и ТКС ≅±100˙ 10^-7К^-1. Уход номиналов у этих резисторов при испытании их на воздействие влаги значителен.

Целью изобретения является увеличение влагостойкости стеклосвязующего, что позволит повысить качество ТПР за счет уменьшения ухода номиналов резисторов при воздействии на них влаги.

Достигается это тем, что стеклосвязующее, включающее SiO₂, Al₂O₃, ZnO, дополнительно содержит B₂O₃, PbO, CaO, Na₂O, K₂O при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
SiO₂ 30-40
B₂O₃ 5-15
PbO 25-35
Al₂O₃ 3-8
ZnO 1-7
CaO 2-5
Na₂O 1-5
K₂O 2-7
Для реализации поставленной цели были синтезированы материалы, составы и свойства которых представлены в табл.1.

Из данных, приведенных в этой таблице видно, что составы N 6 - 10 (прототип) выходят за границы заявляемого состава. Так, содержание Na₂O больше 5 мас.%, К₂О больше 7 мас.% приводит к уменьшению химической стойкости стекол, в то время как содержание Na₂O меньше 1 мас.% и K₂O меньше 2 мас.% приводит к увеличению работы выхода электронов на границе проводящая фаза - стеклофаза. Содержание СаО меньше 2 мас.% и ZnO меньше 1 мас.% приводит к уменьшению химической стойкости стекол, в то время как содержание СаО больше 5 мас.% и ZnO больше 7 мас.% приводит к увеличению температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) и снижению температуры размягчения стекла. Содержание PbO в составе стекла менее 25 мас.% приводит к увеличению вязкости и повышению температуры размягчения стекла, увеличение содержания PbO больше 35 мас.% приводит к увеличению ТКЛР и снижению температуры размягчения стекла. Система SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃ характеризуется таким содержанием компонентов в данной системе, при котором выход за границы содержания этих компонентов приводит за счет нарушения стехиометрии состава либо к кристаллизации стекла, либо к изменению свойств стекол.

Синтез материалов проводили в корундизовых тиглях при температуре 1350^оС с выдержкой 30 мин. В качестве сырьевых компонентов использовали указанные оксиды в соответствии со стехиометрией, реактивы имели марки "хч" и "чда". Воспроизводимость состава стекла при синтезе, обусловленная переходом материала тигля (Al₂O₃) при взаимодействии с ним исходного расплава стекла, соответствует отклонению не более ±2 мас.% ТКЛР стекол определяли по стандартной методике. Данные по ТКЛР указывают, что все приведенные составы стеклосвязующих согласуются по ТКЛР с подложкой. Плотность стекол определяли методом гидростатического взвешивания. Химическую устойчивость (влагостойкость) определяли методом порошка по методике Государственного института стекла. Согласно этой методике, исследовали потери в весе стекла, после кипячения в воде. Стеклосвязующие составов 1 - 5 относятся ко 2-му гидролитическому классу, а составов 6 - 10 к 3-му гидролитическому классу.

Для иллюстрации практической ценности достигаемого положительного эффекта для толстопленочной технологии, а именно улучшения стабильности влагостойкости рутениевых ТПР, расширения возможности применения данных резистивных материалов в условиях с повышенной влажностью за счет увеличения влагостойкости стеклосвязующих нами были сформированы ТПР, включающие рутенит висмута (Bi₂Ru₂O₇) с удельной поверхностью ≈ 11 м²/г и массовой долей в композиции 40 мас.%. В качестве стеклосвязующих в данных композициях использовались стекла составов, приведенных в табл.1.

Результаты испытаний приведены в табл.2.

Резистивные пасты наносились на керамические подложки марки ВК-94. Размер резисторов 3х3 мм². Образцы подсушивались в сушильном шкафу в течение 15 мин, при t= 150^оС, и вжигались при t = 850^оС. Время цикла равно 45 мин. ТКС измеряли в интервале температур +25 - +125^оС. Испытания на воздействие влаги проводили методом кипячения тест - плат в дистиллированной воде в течение 72 ч.

Как видно из данных табл. 2, приведенные при обосновании граничных значений зависимости существенно сказываются на влагостойкости резистивных элементов, изготовленных с использованием данных составов.

Таким образом, использование в качестве постоянного стеклосвязующего стекла предлагаемого состава позволяет улучшить влагостойкость резисторов, (например, рутениевых) и повысить качество любого толстопленочного элемента, включающего данное стекло.

Использование: изобретение относится к радиоэлектронной технике, в частности к щелочесодержащим стекловидным материалам, которые могут быть использованы в качестве постоянного стеклосвязующего при изготовлении толстопленочных резисторов на основе ретенийсодержащих соединений. Сущность изобретения состоит в том, что известное стеклосвязующее, включающее оксиды кремния; оксид цинка и оксид алюминия, дополнительно содержит оксид бора, оксид свинца, оксид кальция, оксид калия и оксид натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂ 30 40; B₂O₃ 5 15; PbO 25 35; Al₂O₃ 3 8; ZnO - (1 7), CaO 2 5; K₂O 2 7; Na₂O 1 5. Данное изобретение позволяет повысить качество толстопленочных резисторов за счет увеличения влагостойкости толстопленочных паст для изготовления рутенийсодержащих резисторов. 2 табл.

СТЕКЛОСВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОЛСТОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ НА ОСНОВЕ РУТЕНИЙСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ, включающее оксид кремния, оксид цинка и оксид алюминия, отличающееся тем, что дополнительно содержит оксид бора, оксид свинца, оксид кальция, оксид калия и оксид натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид кремния - 30 - 40
Оксид бора - 5 - 15
Оксид свинца - 25 - 35
Оксид алюминия - 3 - 8
Оксид цинка - 1 - 7
Оксид кальция - 2 - 5
Оксид калия - 2 - 7
Оксид натрия - 1 - 5