СТЕКЛО Российский патент 1996 года по МПК C03C3/64 C03C8/24 

Изобретение относится к составам стекол преимущественно для стеклосвязующих толстопленочных резистивных элементов и может быть использовано в электро-, радиотехнической, электронной и других смежных отраслях промышленности.

В последние годы большое внимание уделяется толстопленочным резистивным элементам, проводящая фаза которых представлена соединениями недрагоценных металлов. Применение таких резисторов позволяет снизить затраты при изготовлении схем.

Известны стекла, применяющиеся в качестве стеклосвязующего для резисторов на основе соединений недрагоценных металлов и являющиеся функциональными, то есть обеспечивающими образование проводящей фазы или некоторой ее части в процессе вжигания резистивных слоев. Применение функциональных стекол в качестве стеклосвязующего в резистивных композициях позволяет повысить однородность распределения фаз в резистивных элементах, что улучшает электрофизические свойства получаемых толстопленочных резисторов. Однако ранее разработанные стекла либо не позволяют проводить вжигание резисторов на воздухе [1] либо обладают низкой влагостойкостью [2] что затрудняет и удорожает технологический процесс, а также не позволяет получить резисторы с минимальным дрейфом сопротивления после воздействия влаги.

Указанная проблема может быть решена путем применения в качестве стеклосвязующего в резистивных композициях стекол, содержащих оксиды марганца, поскольку они имеют высокую влагостойкость и обладают поверхностной электронной проводимостью [3] что обуславливает их применение в качестве функциональных связующих для толстопленочных резистивных элементов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по составу и технической сущности является стекло [4] содержащее (мас.): 11.30 SiO₂, 3.24 B₂O₃, 20.67 PbO, 0,8.20 CuO, 0,2.24 MnO. Это стекло используют в качестве стеклосвязующего для получения низкоомных толстопленочных рутениевых резисторов. Однако применение его в качестве стеклосвязующего в резистивных композициях на основе соединений недрагоценных металлов невозможно из-за наличия в составе стекла PbO. Оксид свинца (II) проявляет высокую реакционную способность по отношению к материалу проводящей фазы недрагметальных резисторов, вследствие чего в процессе вжигания в резистивных композициях протекают неконтролируемые химические реакции. Это не позволяет получать резистивные элементы со стабильными электрофизическими характеристиками.

Целью изобретения является снижение реакционной способности стекла по отношению к проводящей фазе недрагметальных резисторов.

Указанная цель достигается тем, что стекло, включающее SiO₂, MnO, B₂O₃, CuO дополнительно содержит Al₂O₃ и V₂O₅, при следующем соотношении компонентов (мас.):
SiO₂ 8.48
MnO 32.61
B₂O₃ 4.47
CuO 1.8
Al₂O₃ 7.21
V₂O₅ 1.8
Соотношение основных компонентов стекла (SiO₂, MnO, B₂O₃) выбиралось таким образом, чтобы обеспечивалась максимальная влагостойкость данного материала при относительно низкой температуре размягчения стекла и ТКЛР стекла, близком к ТКЛР керамической подложки.

При содержании SiO₂ в стекле менее 8 мас. влагостойкость ухудшается, а в стеклах, содержащих более 48 мас. SiO₂ эффект электронной поверхностной проводимости выражен слабо.

Превышение содержания MnO свыше 61 мас. ведет к тому, что стекла плохо провариваются из-за недостаточного содержания стеклообразователей.

При содержании B₂O₃ более 47 мас. в стеклах наблюдается ликвация, менее 4 мас. стекла теряют способность к пленкообразованию, что ухудшает качество резистивных слоев.

Введение Al₂O₃ повышает влагостойкость стекла, однако содержание Al₂O₃ более 21 мас. нежелательно с точки зрения увеличения тугоплавкости системы.

CuO и V₂O₅ вводили для регулирования сопротивления стекломатериала с целью получения номиналов резисторов в возможно широком диапазоне, а также для достижения оптимальных значений ТКС резисторов. Выбор пределов концентрации CuO обусловлен тем, что как при более низких, так и при более высоких значениях концентраций не достигается оптимального значения ТКС резисторов. Эффект от введения менее 1 мас. V₂O₅ незначителен, а при введении его более 8 мас. ТКС резисторов увеличивается.

Кроме того, введение в состав стекла дополнительно Al₂O₃ и V₂O₅ при указанном выше соотношении остальных компонентов способствует расширению области стеклообразования исследуемой системы, сведений о чем ранее не имелось. Это позволяет получить стеклосвязующее для толстопленочных композиционных резистивных материалов, которое, в отличие от известных, инертно по отношению к проводящей фазе недрагметальных резистивных композиций, обладает высокой электропроводностью за счет значительного содержания MnO, имеет хорошую влагостойкость, обусловленную большим содержанием оксидов кремния и алюминия, при этом ТКЛР стекла близок к ТКЛР алюмооксидной керамики, а температура размягчения стекломатериала относительно невелика.

Изобретение поясняется конкретными примерами.

Стекла получали следующим образом. Порошки исходных химически чистых компонентов шихты высушивали, взвешивали в определенных количествах, соответствующих заданным составам стекол (табл. 1), тщательно перемешивали и сплавляли в корундизовых тиглях емкостью 100 мл в печи с карбидкремниевыми нагревателями. Подъем температуры в печи осуществляли со скоростью 5. 10^oC/мин, при достижении температуры 1350.1450^oC расплав выдерживали в течение 30.45 минут. Расплав вырабатывали в виде образцов требуемой конфигурации, а также гранулировали в воду.

Гранулят стекол высушивали при 110.140^oC в течение 4.5 часов в сушильном шкафу и измельчали до удельной поверхности 600.1000 м²/кг на планетарной мельнице в халцедоновом барабане.

Изготавливали резистивные композиции, содержащие в заданных соотношениях полученные стеклопорошки и порошки соединений недрагоценных металлов в качестве приводящей фазы. Затем приготовляли пасты для толстопленочных резисторов путем смешивания резистивных композиций с раствором этилцеллюлозы в терпинеоле на пастотерке. Соотношение порошка резистивной композиции и раствора этилцеллюлозы выбиралось таким образом, чтобы обеспечивалось высокое качество трафаретной печати.

Плотность стекол измеряли методом гидростатического взвешивания.

Температуру размягчения и ТКЛР стекол определяли методом дилатометрии по стандартной методике на дилатометре ДКВ-5А.

Гидролитический класс стекол определяли порошковым методом.

Тестовые образцы резисторов для измерения электрофизических параметров изготавливали на подложках из высокоглиноземистой керамики ВК-94. Резистивные элементы формировали из приготовленной пасты методом трафаретной печати с последующей сушкой и вжиганием в конвейерной печи в воздушной атмосфере при температуре 720 850^oC.

Качество толстых пленок оценивали визуально под микроскопом типа МБС-9.

Сопротивление полученных резисторов измеряли омметром Е6-10.

Температурную зависимость сопротивления резисторов измеряли при помощи хромельалюмелевого термоэлектрического преобразователя, потенциометра КСП-4 и омметра Е6-10.

Результаты испытаний показывают (табл. 2), что на основе стекла заявляемого состава, в отличие от стекла [4] можно получать резистивные пасты, не содержащие драгоценных металлов и обеспечивающие получение резистивных элементов со стабильными электрофизическими параметрами.

В результате улучшения характеристик толстопленочных резистивных элементов, не содержащих драгоценных металлов, обеспечивается повышение качества гибридных интегральных схем, и это дает основание ожидать существенный экономический эффект от их внедрения.

Использование: для стеклосвязующих толстопленочных резистивных элементов и может быть использовано в электро-, радиотехнической, электронной и других смежных отраслях промышленности.

Сущность изобретения: стекло содержит в мас.%: оксид кремния 8...48 БФ SiO₂, оксид марганца 32...61 БФ МnО, оксид бора 4...47 БФ B₂O₃, оксид меди 1...8 БФ CuO, оксид алюминия 7...21 Al₂O₃, оксид ванадия 1...8 БФ V₂O₅. Гидролитический класс стекла I-II, температура начала деформации стекла 520 - 620^oC. 2 табл.

Стекло, включающее SiO₂, MnO, B₂O₃, CuO, отличающееся тем, что дополнительно содержит Al₂O₃ и V₂O₅ при следующем соотношении компонентов, мас.

SiO₂ 8 48
MnO 32 61
B₂O₃ 4 47
CuO 1 8
Al₂O₃ 7 21
V₂O₅ 1 8