Способ металлизации керамических плат Советский патент 1993 года по МПК C04B41/88 

ел

с

Назначение: изобретение относится к электронной технике, в частности к способу металлизации керамических плат для корпусов микросхем. Сущность изобретения: на неспеченную подложку наносят металли- зационную пасту на основе тугоплавких металлов и вжигают при температуре 1490-1570°С, причем при спекании в восстановительной атмосфере, содержащей азот и водород, проводят корректировку коэффициентов усадки металлизации и керамики путем регулирования газа в печи спекания в пределах значений точки росы от 10 до 35°С. Для этого определяют усадку при точке росы 25°С и при точке росы на 1°С большей и определяют оптимальную ТОЧКУ РОСЫ ПО формуле Топт . Кк.т - Км,т/ /( Кк,т + 1 - Кк,т ) - ( Км,т + 1 - Км,т ) + Т°С где Кк.т и Кк,т+1 - коэффициент усадки керамики при точках росы Т и Т+1 соответственно; Км.т и Км,т+1 - коэффициенты усадки металлизации при тех же точках росы. 1 табл.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способу металлизации керамических плат для корпусов микросхем.

Целью изобретения является повышение выхода годных путем снижения коробления и негерметичности многослойных керамических изделий.

Поставленная цель достигается тем, что способ металлизации керамических плат включает нанесение мёталлизационной пасты на основе тугоплавких металлов (Мо и/или W), вжигания пасты одновременно со спеканием керамики в восстановительной среде при температуре от 1490 до 1700°С, измерение коэффициентов усадки керамической подложки и металлизации при 25°С с точки росы, а спекания производят при точке росы, определяемой из формулы:

А т Kk 25 - Kw 25 ,ое

ЛТ---J a--+25

где Kk25- коэффициент усадки керамики при точке росы 25 С;

Kw25 - коэффициент усадки металлизации при точке росы 25°С:

/3,а- приращение коэффициента усадки металлизации и керамики, соответственно, приходящиеся на 1° приращения точки росы.

Финишное согласование коэффициентов усадки, необходимость в котором обусловлена нестационарностью климатических

00

W V4

О

условий и зависимых от них режимов техпро- цесса, нестационарностью свойств материалов и задержками в использовании согласованных с ними на стадии подготовки паст проводят путем регулирования влажности в печи спе- кания.

Влажность при вторичной корректировке коэффициентов усадки керамики и покрытия изменяют в диапазоне значений точки росы от 10 до 35°С в зависимости от резуль- татов измерения текущей усадки обжигаемых материалов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что в процессе обжига осуществляют согласование коэффициентов усадки и улучшение сцепления при одновременном устранении деформации плат путем регулирования влажности газа в пределах значений точки росы Ю...35°С..

Возможность достижения положительного эффекта при реализации заявляемого технического решения с использованием новой совокупности признаков объясняется тем, что при повышении влажности поверх- ностное натяжение на границе частиц ме- таллизационной пасты меняется, меняется сила трения частиц металла, меняется коэффициент диффузии атомов металла. То же самое происходит и в системе частиц окиси алюминия, образующих подложку, но, как показал эксперимент, приращение коэффициента усадки покрытия имеет другую величину, нежели у керамики.

В таблице приведены значения этих при- ращений для металлизационного покрытия и подложки при изменении влажности в значениях точки росы от 20 до 35°С.

В формуле корректировки исходного значения точки росы 25°С величина темпера- турного смещения А Т определяется эмпирическими коэффициентами а и/3 которые определяются вариацией грансостава металлизации и керамики при неизменных контролируемых параметрах: удельная пло- щадь дисперсной среды, коэффициент полидисперсности и т.п., определяются вариацией сырьевых дисперсных материалов и, прежде всего, глинозема и вольфрама, определяются реологическими свойствами паст и шликера. С физической точки зрения определяющими являются активность поверхности дисперсных сред и газопроницаемость изделий: пленок и подложек, В рассмотренном случае ,17; ,19; /3 0,012 , определяют смещение кривых усадки относительно осей координат и зависят от конструкции изделий и, прежде всего, регистрируемой части характеристик дисперсной среды.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

После составления и формирования платы на основе окисной керамики В К 91-2 на плату наносят электропроводный слой металлизационной пасты на основе частиц вольфрама, смешанных со связующим на основе этил целлюлозы, полученную заготовку подвергают обжигу. Например, при температуре от 1510 до 1570°С при первоначальной влажности на уровне значений точки росы 25°С. В процессе обжига осуществляется непрерывный контроль за изменением ширины металлизационных дорожек по сравнению с изменением ширины керамической подложки.

Степень изменения влажности от начального значения точки росы 25°С определяется путем замера изменения коэффициента усадки металлизации и керамики при изменении точки росы на 1°С, определения разницы этих изменений, измерения разницы коэффициентов усадки металлизации и керамики при 25°С, определением частичного отделения разницы коэффициентов усадки при 25°С точки росы на разницу изменений к коэффициентов усадки металлизации и керамики при изменении точки росы на 1°С.

Если вольфрамовый проводник сужается сильнее, чем плата, влажность уменьшают вплоть до значений точки росы 10°С, если проводник сужается слабее, влажность увеличивают вплоть до значений точки росы 35°С. Выход за диапазон 10 ... 35°С точки росы возможен, но дальнейшее увеличение влажности ведет к испарению вольфрама в количестве, превышающем 11 % массы за двадцатичетырехчасовой цикл нагрева-охлаждения, применяемый на нашем оборудовании. Снижение влажности на уровень ниже 10°С точки росы ведет к тому, что прочность сцепления покрытия и подложки падает не вследствие их смещения друг относительно друга, а вследствие ухудшающегося смачивания металлизационного слоя стеклофа- зой.

Использование предложенного способа металлизации керамических плат позволяет по сравнению с прототипом упростить процесс согласования усадок металлизации и керамики, повысить возможность регулирования и автоматизированного управления техпроцессом, уменьшить в опытных партиях изделий размером (45 мм х 15 мм х 2 мм), на 4% брак по деформации, устранить отслоения металлизации вследствие рассогласования свойств подложки и покрытия, устранить деформацию плат и вызванное деформацией расслоение многослойных плат.

Формула изобретения Способ металлизации керамических плат, включающий нанесение металлизацион- ной пасты на основе Мо и/или w на корундовую пластифицированную заготовку керамики, термообработку при 1490-1570°С в среде водорода и азота при контроле точки росы в печи спекания от 15до35°С, от л ичаю щи- й с я тем, что, с целью повышения выхода годных путем снижения коробления и негерметичности многослойных керамических изделий, из каждой партии металлизацион- ной пасты и керамики отбирают образцы, определяют усадку при фиксированной точке росы внутри указанного интервала и точке росы больше измеренной на 1°С, после

Изменение коэффициента усадки керамики и металлизации в зависимости от влажности

(точки росы)

чего определяют оптимальную точку росы по формуле

т Кк.т. Км.т.-|-Т0Г

1опт ( Кк.т + 1 ) - ( 1й.т + 1 - Км.т. У Cl

где Кк.т и Кк.гИ - коэффициент усадки керамики при точках росы Т и Т+1 соответственно;

Км.т и Км.т+1 - коэффициент усадки металлизации при точках росы Т и Т+1 соответственно,

и термообработку всей партии ведут при оптимальной точке росы.