СТЕКЛОСВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ПАСТ ТОЛСТОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ Российский патент 1995 года по МПК H01C7/00 

Изобретение относится к стекловидным материалам, предназначенным для использования в качестве постоянного стеклосвязующего в токопроводящих пастах толстопленочной технологии, преимущественно для толстопленочных резисторов.

Для формирования толстопленочных схем, как правило, используют подложки из высокоглиноземистой керамики. Совершенство структуры толстых пленок, определяющее их параметры, зависит от совместимости материалов с керамическим основанием,
Известен резистивный материал [1] который в качестве стеклосвязующего может включать стекло состава, мас. PbO 49,4 B₂O₃ 13,9 SiO₂ 24,8 MnO₂ 7,9 Al₂O₃ 4,0
Указанный материал позволяет получать резисторы с удельным поверхностным сопротивлением ρ_s 5-100 кОм/ и температурным коэффициентом сопротивления ТКС ≅± 200˙ 10^-6 К^-1.

Наиболее близким к заявляемому является резистивный материал [2] включающий благородные металлы и стеклосвязующее состава, мас. PbO 30-50 SiO₂ 30-40 CaO 2-20 Al₂O₃ 2-8 B₂O₃ 2-8 TiO₂ 0,5-5 ZrO₂ 0,5-5
Стекло имеет температурный коэффициент расширения ТКЛР (35-44,6) ˙10^-7 К^-1. Низкий ТКЛР этого материала, а также недостаточная смачивающая способность его по отношению к высокоглиноземистой керамике не позволяют получать на его основе композиционные электропроводящие толстопленочные элементы с удовлетворительными характеристиками на керамических подложках.

Целью изобретения является повышение качества толстопленочных резисторов за счет согласования ТКЛР резистивного слоя и подложки, путем повышения ТКЛР стеклосвязующего и улучшения смачивающей способности стеклосвязующего по отношению к высокоглиноземистой керамике.

Цель достигается тем, что стеклосвязующее, включающее SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, PbO, содержит указанные компоненты в соотношении, мас. SiO₂ 43-47 B₂O₃ 3-7 Al₂O₃ 3-7 PbO 43-47
Рост концентрации любого из тугоплавких компонентов (SiO₂, Al₂O₃) за счет снижения содержания легкоплавких компонентов (B₂O₃, PbO) приводит к упрочнению структуры стекла и росту вязкости его расплава. При этом уменьшаются ТКЛР и смачивающая способность стекла. Увеличение содержания легкоплавких оксидов (B₂O₃, PbO) при снижении концентрации тугоплавких (SiO₂, Al₂O₃) обусловливает повышение ТКЛР и смачивающей способности до таких значений, при которых не могут быть получены согласованные пленки на высокоглиноземистой керамике и наблюдается седиментация проводящей фазы в толстопленочных элементах. Возможность достижения указанного положительного эффекта в заявляемых пределах концентраций ингредиентов не является очевидной априори. Авторам не известны технические решения, приводящие к данному положительному эффекту аналогичными методами. Поэтому заявляемый материал отвечает категориями новизны и существенного отличия.

Для реализации поставленной цели были синтезированы материалы, составы и свойства которых представлены в табл.1. Синтез материалов проводили в корундизовых или кварцевых тиглях при температуре 1200^оС с выдержкой 3 мин. В качестве сырьевых компонентов использовали борную кислоту и указанные оксиды в соответствии со стехиометрией, реактивы имели марку хч или чда. Воспроизводимость состава стекла при синтезе, обусловленная переходом материала тигля (Al₂O₃, SiO₂) при взаимодействии с ним исходного расплава стекла, соответствует отклонению не более ±2% по массе.

ТКЛР стекол определяли по стандартной методике. Поскольку заявляемый материал предназначается для использования в качестве стеклосвязующего толстых пленок, для определения краевого угла смачивания была использована оригинальная методика, моделирующая процессы смачивания при формировании толстой пленки в конвейерной печи по реальному технологическому режиму, применяемому в промышленности. Методика заключается в том, что угол смачивания определяют в динамическом режиме при скорости подъема температуры в печи 10^оС/мин ±2^оС/мин. Образец стекла представляет собой цилиндр диаметром 3 мм и высотой 3 мм, спрессованный из стеклопорошка, удельная поверхность которого соответствует заданной для композиционного толстопленочного материала. Прессование проводят без использования каких-либо связующих с усилием порядка 0,8 Па. Образец помещают на предварительно обезжиренную и отожженную керамическую подложку марки 22ХС, М7 или ВК94-1 размером не менее 30х48 мм².

Процесс смачивания фиксируют с помощью горизонтального микроскопа, снабженного лимбом, либо с помощью телекамеры с трансляцией на экран с лимбом. Угол смачивания определяют постоянно при нагреве образца от комнатной температуры до заданной максимальной. В отличие от традиционной методики определения равновесного угла смачивания, такая методика дает адекватную информацию для толстопленочной технологии.

Для иллюстрации практической ценности достигаемого положительного эффекта для толстопленочной технологии были сформированы толстопленочные резисторы, включающие оксид рутения с удельной поверхностью ≈ 40 м²/г и массовой долей в композиции 10% в которых в качестве стеклосвязующего использовали стекла составов NN 1-8 (прототип). Результаты их испытания приведены в табл.2.

и ТКС определяли по стандартной методике по 10 резисторам, сформированным на тест-плате с серебросодержащей проводниковой разводкой при 850^оС, 12 мин. Δρ_s показывает разброс значений сопротивления резисторов при трех параллельных опытах по формированию резисторов (полный цикл от нанесения до вжигания при 850^оС, 12 мин) и характеризует воспроизводимость удельного сопротивления. Более высокие качественные показатели заявляемого материала (примеры 1-3) достигаются за счет совершенной структуры резисторов, совместимых с подложкой.

Улучшение смачивающей способности стеклосвязующего по отношению к высокоглиноземистой керамике может привести к повышению качества любого толстопленочного элемента, формируемого на керамической подложке и включающего стекло заявляемого состава в качестве постоянного связующего.

Использование: изобретение относится к стекловидным материалам, предназначенным для использования в качестве стеклосвязующего в токопроводящих пастах толстопленочной технологии, преимущественно для толстопленочных резисторов. Стеклосвязующее относится к стеклообразующей системе PbO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃. Сущность изобретения состоит в том, что в известном стеклосвязуещем для паст толстопленочных резисторов, содержащем оксиды кремния, бора, алюминия и свинца, исходные компоненты взяты в следующих количественных соотношениях, мас. SiO₂ 43 47; B₂O₃ 3 7; Al₂O₃ 3 7; PbO 43 47. Это обеспечивает повышение качества толстопленочных резисторов.

СТЕКЛОСВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ПАСТ ТОЛСТОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ, включающее оксиды кремния, бора, алюминия и свинца, (SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, PbO), отличающееся тем, что оно содержит исходные компоненты в следующих количественных соотношениях, мас.

Оксид кремния SiO₂ 43 47
Оксид бора B₂O₃ 3 7
Оксид алюминия Al₂O₃ 3 7
Оксид свинца PbO 43 47