ПРОВОДНИКОВАЯ ПАСТА Российский патент 1995 года по МПК H01B1/02 

Изобретение относится к толстопленочной технологии изготовления микросборок и может быть использовано в радиопромышленности для низкотемпературной металлизации диэлектрических оснований.

Известны электропроводящие композиции для изготовления проводниковых паст, используемых в толстопленочной технологии с низкой температурой формирования проводникового слоя до 250^оС, например электропроводящая композиция для толстопленочных проводников [1] состоящая из следующих компонентов, мас. Мелкодисперсное серебро 72,5-73,5 Этилцеллюлоза 0,28-0,32 Терпинеол 10,0-11,4 Масло сосновое 1,8-2,2
Фенолформальдегидная смола термореактивная 7,6-8,0 Фурфурол 6,0-7,0
В известной электропроводящей композиции электропроводящим функциональным материалом является порошок серебра, обеспечивающий достаточно хорошие параметры, компоненты органического связующего предназначены для придания пасте требуемых реологических характеристик и обеспечения качественной трафаретной печати на полимерных и металлических подложках.

Но в настоящее время серебро является дефицитным и дорогостоящим компонентом и его использование ограничено.

Известна также используемая в толстопленочной технологии проводниковая паста [2] на основе алюминия, бора, стекла и органического связующего следующего состава, мас. Алюминий 65-70 Бор 0,5-1,2 Стекло 6,2-10 Органическое связующее на основе ланолина 17-24 Кислый алкилэтокси- фосфат 0,5-4,0
Пасту изготавливают следующим образом. Подсушенные до постоянного веса порошки алюминия, бора, стеклосвязующего смешивают, просеивают (размер частиц 10-20 мкм). Затем в порошковую композицию добавляют органическое связующее и АФ, композицию растирают на установке для приготовления паст. Пасту наносят на подложки из керамики через сетчатый трафарет. Отжиг производится в среде воздуха при 630 ± 10^оС в конвейерной печи. Проводники, получаемые из пасты после вжигания, имеют удельное сопротивление 0,020 Ом/кв, адгезию 50 кг/см², шероховатость 1,2 мкм. Основным недостатком указанной пасты является необходимость проведения вжигания пасты при высоких температурных режимах, вследствие чего диэлектрическим основанием могут служить только специальные керамические материалы и должно быть использовано дорогостоящее обоpудование для отжига.

Технической задачей изобретения является снижение температуры формирования проводникового слоя наряду с обеспечением в нем высоких адгезионных свойств как к меди, так и к диэлектрическому основанию. При этом температура формирования слоя не должна превышать 120^оС, а используемая композиция для создания пасты не должна содержать дорогостоящие и дефицитные драгоценные металлы.

Указанная техническая задача реализуется тем, что токопроводниковая паста для получения проводниковых элементов методом толстопленочной технологии, содержащая металлосодержащий компонент, наполнитель, связующее с отвердителем и реологический состав с растворителем, в качестве металлосодержащего компонента содержит карбонильное железо и в ее состав введен органический наполнитель-сажа при следующем соотношении компонентов, мас. Карбонильное железо 55-78 Сажа 2-25 Глицерин 1,8-2,0 Растворитель 9,3-9,5 Эпоксидная смола 5,3-6,2 Отвердитель 2,7-3
Решение поставленной технической задачи в части уменьшения температуры термообработки обеспечивается исключением из композиции стеклосодержащих компонентов за счет подбора полимерных материалов. Высокие адгезионные свойства получаемых проводников реализованы за счет использования в композиции карбонильного железа и сажи, одновременно с полимерными материалами заданного состава. Что обеспечивает после смешения компонентов и нанесения пасты на подложку распределение частиц карбонильного железа (размером 15-25 мкм) на поверхности слоя в оптимальном количестве. Благодаря этому, как показали исследования поверхности под микроскопом, реализуется последующее химическое меднение заполимеризированных проводниковых элементов с высокой адгезией. Наряду с этим обеспечены и другие необходимые качества пасты.

Предлагаемая паста полимеризуется при низких температурах, ниже 120^оС, что позволяет использовать подложки из органических материалов и, следовательно, решает проблему в толстопленочной технологии в настоящее время. При этом следует отметить, что использование металлосодержащего компонента других металлов (например, карбонильного никеля) ухудшает адгезионные свойства проводников. Использование других связующих компонентов также ухудшает свойства пасты и проводников.

П р и м е р. Композиция для пасты составлялась из следующих компонентов (соотношения которых указаны в таблице):
функциональная металлическая фаза карбонильное железо;
органический наполнитель сажа;
реологический компонент глицерин;
связующий эпоксидная смола ЭД-20;
отвердитель связки смола ПО-300;
растворитель циклогексанол.

Исходные компоненты взвешиваются согласно соотношению и перемешиваются в специальной установке типа УКМ в течение 15-20 мин.

Для выполнения проводникового рисунка на подложку из гетинакса или стеклотекстолита приготовленная паста наносилась через сетчатый трафарет на установке для трафаретной печати. Далее осуществляется процесс воздушной сушки 5-10 мин, а потом процесс полимеризации пасты в инфракрасной печи при температуре 120^оС 8-10 мин (или в сушильном шкафу 50-60 мин).

Температуру полимеризации можно понизить за счет увеличения времени процесса. Полученные проводниковые элементы имеют довольно высокое удельное сопротивление 10-20 Ом/кв. Слой проводника на печатных платах может быть получен после термообработки толщиной 25-30 мкм.

Дальнейшее наращивание слоя проводника осуществляется селективным химическим меднением в течение 100-120 мин в ванне с специальным раствором.

Как видно из данных таблицы, подобранный состав полимерных компонентов обеспечивает полимеризацию пасты при низких температурах с высокой адгезией к подложке. При этом уменьшение количества карбонильного железа улучшает реологические свойства пасты, что важно для обеспечения хорошего качества трафаретной печати, но при этом ухудшаются адгезионные свойства проводников. При увеличении количества карбонильного железа заметно улучшаются адгезионные свойства проводников, но ухудшаются реологические свойства пасты.

Таким образом предлагаемые предельные соотношения компонентов пасты являются оптимальными. Предлагаемая паста обеспечивает получение проводниковых элементов со следующими показателями:
удельное сопротивление в пределах 10-20 Ом/кв;
адгезия к диэлектрической подложке (гетинакс, стеклотекстолит, пластмасса) и к слою медного покрытия 35-50 кг/см²;
ширина проводниковых линий и зазоров между ними до 250 мкм.

Использование: для получения адгезионного проводникового подслоя на низкотемпературных диэлектрических подложках с последующим химическим селективным меднением или никелированием рисунка печатных плат. Сущность изобретения: паста состоит из следующих компонентов, мас. карбональное железо 55-78, сажа 2-25, эпоксидная смола 5,3-6,2, отвердитель 2,7-3,0, глицерин 1,8-2,0, растворитель 9,3-9,5. Изобретение позволяет снизить температуру формирования проводникового слоя наряду с обеспечением в нем высоких адгезионных свойств как к меди, так и к диэлектрическому основанию. 1 табл.

ПРОВОДНИКОВАЯ ПАСТА для пленочных проводников на основе толстопленочной технологии, содержащая металлосодержащий компонент, связующее, компонент, обеспечивающий требуемые реологические характеристики, и растворитель, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно сажу и отвердитель, в качестве металлосодержащего компонента карбонильное железо, в качестве связующего эпоксидную смолу, в качестве компонента, обеспечивающего требуемые реологические характеристики, глицерин при следующем соотношении компонентов, мас.

Карбонильное железо 55,0 78,0
Сажа 2,0 25,0
Глицерин 1,8 2,0
Растворитель 9,3 9,5
Эпоксидная смола 5,3 6,2
Отвердитель 2,7 3,0