ПРОВОДЯЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1998 года по МПК H01B1/08 

Изобретение относится к составам проводящих композиций, предназначенных для изготовления серебросодержащих толстопленочных проводников, вжигаемых на подложках из алюмооксидной керамики.

Известен состав для толстопленочных проводников (1), содержащий, мас.%:
Ag-Pd - 75-91
Cu₂O - 2-9
PbO - 0-6
Стекло - 2-6
Сложный рутенат - 2-9
Органическое связующее - Остальное
При этом состав стеклосвязующего следующий, мас.%:
PbO - 43,5
SiO₂ - 37,5
B₂O₃ - 4,9
CaO - 9,8
Al₂O₃ - 4,3
Данные проводники характеризуются сложным и дорогостоящим составом, особенно из-за введения в него сложного рутената. Однако такие проводники совместимы с рутенийсодержащими резисторами, но при этом адгезия проводников не превышает 50 кг/см².

Наиболее близким к заявляемому по составу является проводящая композиция, содержащая, мас.% (2):
Ag - 45,0-47,5
Pd - 18,0-19,0
Стекло - 8,0-20,0
Органическое связующее - 17,0-26,5
При этом состав стеклосвязующего следующий, мас.%:
PbO - 5-22
SiO₂ - 5-20
B₂O₃ - 0,7-2.5
Bi₂O₃ - 50-85
CaO - 1-5
Al₂O₃ - 0,7-3
Как показано в (2), большое содержание легкоплавкого оксида висмута от 50 до 85 мас.% в стеклосвязующем толстопленочных проводников приводит к несовместимости таких проводников с рутенийсодержащими резисторами: ухудшению адгезии проводников в 2 раза, т.е. до 25 кг/см², снижению смачивающей способности припоем приконтактных зон. Задачей данного изобретения является состав проводящей композиции и стеклосвязующего для толстопленочных проводников, обеспечивающий совместимость с рутенийсодержащими резисторами при повышении адгезии проводников к подложке до 100-150 кг/см².

Поставленная цель достигается тем, что проводящая композиция содержит следующие компоненты, мас.%:
Ag - 70-76
Pd - 15-25
Стеклосвязующее - 3-10
При этом стеклосвязующее содержит следующие компоненты, мас.%
PbO - 60-78
SiO₂ - 8-20
B₂O₃ - 1-4
Bi₂O₃ - 1-18
CaO - 1-5
Al₂O₃ - 1-10
Совместимость толстопленочных проводников с рутенийсодержащими резисторами (стабильность адгезии проводников и смачивающей способности припоями в приконтактных с резисторами зонах) обуславливается кристаллизацией стеклосвязующего в проводнике в процессе вжигания его при температуре (840 ± 10)^oC, причем плавление образовавшейся кристаллической фазы происходит лишь при более высоких температурах (860-880)^oC, чем температура вжигания резистивных пленок (840 ± 10)^oC.

Только заявляемое соотношение всех компонентов проводящей композиции и стеклосвязующего обеспечивает необходимые степень кристаллизации и температуру плавления кристаллической фазы и, следовательно, совместимость проводников с рутенийсодержащими резисторами при повышении адгезии их к подложке.

Границы концентраций компонентов проводящей композиции и стеклосвязующего определяли следующими факторами: параметрами тостопленочных проводников, температурными характеристиками, склонностью стекол к кристаллизации, условиями стеклообразования.

Содержание в проводящей композиции Ag менее 70 мас.% или Pd более 25 мас. %, а стекла более 10 мас.% приводит к возрастанию удельного поверхностного сопротивления проводников более 0,05 Ом/□. .

Содержание Ag более 76 мас.% или Pd менее 15 мас.% усиливает взаимодействие проводников с рутенийсодержащими резисторами, что приводит к снижению смачивающей способности припоем в приконтактных зонах.

Содержание стекла менее 3 мас.% в проводящей композиции приводит к снижению адгезии проводников к подложке менее 100 кг/см².

Содержание в стекле легкоплавких оксидов Bi₂O₃, B₂O₃, PbO более 18; 4 и 78 мас.% соответственно смещает температуру плавления образовавшейся кристаллической фазы до температур (800-820)^oC, что приводит к усилению взаимодействия с резисторами при вжигании их при температуре (840 ± 10)^oC.

Содержания в стекле SiO₂, Bi₂O₃,CaO, Al₂O₃ меньше 8; 10; 1 и 1 мас.% соответственно снижает степень кристаллизации стеклообразующего в проводнике, что также приводит к потере совместимости с рутениевыми резисторами и снижению адгезии.

Содержание в стекле Al₂O₃ более 10 мас.%, SiO₂ более 20 мас.% и CaO более 5 мас.%, а также содержание PbO менее 60 мас.% и B₂O₃ менее 1 мас.% усиливает кристаллизационную способность стеклосвязующего, что обуславливает кристаллизацию стекломассы при выработке.

Для получения проводящей композиции заявляемого состава были приготовлены 6 составов (1-6), а также состав по прототипу (2), наиболее близкий по составу к заявляемому, а именно содержащий, мас.%:
Ag - 47,3
Pd - 18,5
Стеклосвязующее - 8,0
Органическое связующее - 26,0
что соответствует составу, мас.%:
Ag - 64,19
Pd - 25,00
Стеклосвязующее - 10,81
Составы проводящей композиции представлены в табл.1
В качестве сырьевых материалов использовали химические реактивы марок "хч", "ч", "чда" и "осч", B₂O₃ вводили через борную кислоту, остальные компоненты стекла - через оксиды.

Каждую шихту стекла синтезировали отдельно в коррундовых тиглях емкостью 0,5-0,6 л в печах с силитовыми нагревателями при температуре (1020 ± 10)^oC, выдержка 10 мин.

Синтезированные стекла измельчали на планетарной мельнице до удельной поверхности 7500-8500 см²/г. С использованием каждого из стекол изготавливали проводниковую пасту, которую наносили методом шелкографии на подложки из алюмооксидной керамики. Вжигание проводников проводили в конвейерной печи с максимальной температурой (840 ± 10)^oC, выдержка 15 ± 1 мин. Общий цикл вжигания составлял (60 ± 5) мин. Среда вжигания - воздух. Резистивную пасту наносили на керамическую подложку с проводниковой разводкой и вжигали по указанному выше режиму. Параметры проводников до и после вжигания на них резистивных пленок представлены в табл.2.

Из данных, представленных в табл.2, следует, что проводящая композиция-прототип содержит стекло, имеющее более низкую температуру плавления кристаллической фазы, равную 760^oC, и при вжигании проводников и тем более резисторов на температуру (840 ± 10)^oC кристаллическая фаза в проводниках уже отсутствует, что приводит к уменьшению не только исходной адгезии проводников к подложке, но и к падению адгезии после вжигания резисторов. При этом ухудшается обслуживаемость проводников в приконтактных с резисторами зонах. Таким образом, проводящая композиция-прототип не обеспечивает совместимости с рутенийсодержащими резисторами.

Из данных, представленных в табл.2, также следует, что заявляемый состав проводящей композиции содержит стеклосвязующее, имеющее высокую температуру плавления кристаллической фазы t_пл=(880-880)^oC, которая не плавится при вжигании на проводниковую разводку резисторов при температуре (840 ± 10) ^oC. Это обуславливает сохранение не только высокой адгезии проводников к подложке (100-150) кг/см², но и удовлетворительную смачиваемость проводников припоем, то есть заявляемый состав проводящей композиции обеспечивает совместимость проводников с резисторами при повышении адгезии проводников к подложке.

Использование: изготовление толстопленочных серебросодержащих проводников, совместимых с рутенийсодержащими резисторами при повышении адгезии проводников к подложке из алюмооксидной керамики. Сущность изобретения: проводящая композиция содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: Ag 70 - 76; Pd 15 - 25; Стекловязуюшее 3 - 10; при содержании в стеклосвязующем компонентов, мас.%: PbO 60 - 78; SiO₂ 8 - 20; B₂O₃ 1 - 4; Bi₂O₃ 10 - 18; CaO 1 - 5; Al₂O₃ 1 - 10; Вжигание проводниковых и резистивных пленок осуществляют в конвейерной печи с максимальной температурой (840 ± 10)^oС, выдержка (15 ± 1) мин. 2 табл.

Проводящая композиция, содержащая порошки Ag, Pd и стеклосвязующее, включающее PbO, SiO₂, B₂O₃, Bi₂O₃, CaO, Al₂O₃, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Ag - 70 - 76
Pd - 15 - 25
Стеклосвязующее - 3 - 10
при этом стеклосвязующее содержит компоненты, взятые в следующем соотношении, мас.%:
PbO - 60 - 78
SiO₂ - 8 - 20
B₂O₃ - 1 - 4
Bi₂O₃ - 10 - 18
CaO - 1 - 5
Al₂O₃ - 1 - 10в