DE2444639B2 - Dickschicht-leiterbahnpaste - Google Patents

Dickschicht-leiterbahnpaste

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DE2444639B2 DE19742444639 DE2444639A DE2444639B2 DE 2444639 B2 DE2444639 B2 DE 2444639B2 DE 19742444639 DE19742444639 DE 19742444639 DE 2444639 A DE2444639 A DE 2444639A DE 2444639 B2 DE2444639 B2 DE 2444639B2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Dickschicht-Leiterbahnpaste bestehend aus einer Suspension eines Silber, Aluminium und Glasfritte enthaltenden Pulvergemisches in einem organischen Trägermedium.
Dickschicht-Leiterbahnpasten, wie sie beispielsweise aus der Zeitschrift »Metall«, 24. Jahrgang, Febr. 1970, Heft 2. Seiten 118 bis 122, bekannt sind, enthalten neben Glasfritte in der Regel Pulver gntleitender Metalle wie Silber oder Palladium. Zur Herstellung von Leiterbahnen werden diese Dickschicht-Leiterbahnpasten, beispielsweise im Siebdruckverfahren, auf einen Glas- oder Keramikträger aufgebracht, getrocknet und dann einem Brennprozeß unterzogen. Neben den Leiterbahnen können auf dem Glas- oder Keramikträger auch gedruckte Bauelemente, wie Widerstände oder Kondensatoren, ausgebildet werden. Ferner kennen durch Zwischenschaltung entsprechender Isolierebener Schaltungsträger mit mehreren Leiterbahnebenen aufgebaut werden.
Die bekannten Dickschicht-Leiterbahnpasten besitzen eine starke Diffusionsneigung, d. h. bestimmte Bestandteile dringen in angrenzende Schichten ein. Diffundieren leitende Bestandteile der Dickschicht-Leiterbahnpasten in die dielektrischen Schichten von Kondensatoren oder in die Isolierebenen mehrlagiger Schaltungsträger, so besteht die Gefahr, daß Kurzschlüsse auftreten. Durch Mikroporen und feine Risse in den isolierenden Schichten wird diese Gefahr noch erheblich verstärkt Die Bildung von Diffusionszonen zwischen Dickschicht-Leiterbahnen und aufgedruckten Widerständen ist ebenfalls unerwünscht, da hierdurch der Widerstandswert verändert wird und eine genaue Berechnung der Widerstände sehr erschwert wird.
Aus der FR-PS 15 40 790 sind Dickschicht-Leiterbahnpasten bekannt, deren feste Bestandteile neben Glasfritte und Silber mindestens ein weiteres Metall wie <'5 Zinn, Antimon, Kadmium, Zink oder Aluminium enthalten. Sämtliche dieser bekannten Dickschicht-Leiterbahnpasten besitzen jedoch in den angegebenen Mengenverhältnissen der festen Bestandteile ebenfalls eine starke Diffusionsneigung.
Der Erfindung Hegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dickschicht-Leiterbahnpaste zu schaffen, die nur eine geringe Diffusionsneigung aufweist
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelost, daß bei einer Dickschicht-Leiterbahnpaste der eingangs genannten Art wenigstens 95 Gew.-% des Pulvergemisches aus
4bislOGew.-%Silber,
47 bis 55 Gew.-% Aluminium und
41 bis 44 Gew.-% Glasfritte bestehen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Dickschicht-Leiterbahnpaste, deren feste Bestandteile zu wenigstens 95 Gew.-% aus Silber, Aluminium und Glasfritte bestehen, eine auffallend geringe Diffusionsneigung aufweist, sofern diese Komponenten in bestimmten Mischungsverhältnissen vorliegen. Bis zu 5 Gew.-% der festen Bestandteile können aus bekannten Zusätzen bestehen, ohne daß die Diffusionsneigung wesentlich verstärkt wird. Als fester Zusatz kann beispielsweise Wismutoxid (Bi2Oj) Verwendung finden. Das Wismutoxid wirkt hierbei als Flußmittel, das eine bessere Benetzung und Haftung auf einer Unterlage herbeiführt
Da bekannte Dickschicht-Leiterbahnpasten eine starke Diffusionsneigung aufweisen, wird die geringe Diffusionsneigung der erfindungsgemäßen Dickschicht Leiterbahnpaste auf die Anwesenheit des Aluminiums und auf die Bildung von Reaktionsprodukten des Aluminiums mit der Glasfritte zurückgeführt Die genaue Beschaffenheit dieser Reaktionsprodukte, die beim Brennen der Dickschicht I eiterbahnpaste entstehen, ist nicht bekannt Es wird jedoch vermutet daß ihre Bildung durch das Silber katalysiert wird, sofern Silber, Aluminium und Glasfritte in bestimmten Mischungsverhä'tnissen vorliegen. Obwohl die erfindungsgemäße Dickschicht-Leiterbahnpaste bei Temperaturen zwischen 850 und 10500C eingebrannt wird, findet während des Brennprozesses trotz des hohen Aluminiumanteils überraschenderweise keine Entmischung statt. Da der Schmelzpunkt des Aluminiums bei ca. 659° C liegt, wäre zu erwarten, daß das Aluminium schmilzt und sich in Form kleiner Kügelchen an der Oberfläche der aufgedruckten Strukturen abscheidet.
Neben der geringen Diffusionsneigung hat die erfindungsgemäße Dickschicht-Leiterbahnpaste den Vorteil, daß sie kein Lot annimmt und mit bekannten Dickschicht-Leiterbahnpasten bzw. Dickschicht-Widerstandspasten kompatibel ist. So können beispielsweise bei Hybridschaltungen diejenigen Stellen, die später von einem Lot benetzt werden sollen, mit einer lötfähigen Dickschichtpaste überdruckt werden. Beim Verzinnen im Schwall- oder Tauchbad werden dann nur die überdruckten Bereiche vom Lot benetzt während die übrigen mit der erfindungsgemäßen Dickschicht-Leiterbahnpaste hergestellten Leiterbahnbereiche nicht benetzt werden. Die Gefahr der Bildung von Lotbrücken zwischen dtn Leiterbahnen wird hierdurch ausgeschlossen. Außerdem können bei Schaltungen mit Anschlußflächen zum Anlöten von Halbleiterbausteinen in Flip-Chip-Technik die aufgedruckten Anschlußflächen selektiv mit Lot belegt werden, so daß gleichmäßig geformte Lotkuppen entstehen. Das Aufdrucken eines lotabweisenden Dammes, der die Anschlußflächen zu den Leiterbahnen hin abgrenzt, ist somit nicht mehr erforderlich.
Vorzugsweise werden die Mischungsverhältnisse
derart festgelegt, daß wenigstens 95 Gew.-% des Pulvergemisches aus
4 Gew.-% Silber,
55 Gew.-% Aluminium und
41 Gew.-%Glasfritte bestehet*. s
Neben der äußerst geringen Diffusionsneigung weist eine derart zusammengesetzte Dickschicht-Leiterbahnpaste einen besonders geringen Flächen widerstand auf.
Bei eirpr bevorzugten Ausführungsiorm der erfindungsgemäßen Dickschicht-Leiterbahnpaste betragen die Korngrößen des Silberpulvers und des Aluminiumpulver mindestem 6 pm und höchstens 20 um. Die unteren und oberen Grenzen der Korngrößen sind hierbei so gewählt, daß beim Brennprozeß keine unerwünschte Oxydation auftritt und daß die Dickschicht-Leiterbahnpaste leicht zu verarbeiten ist
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert
Beispiel 1
20
Als Zwischenprodukt zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Dickschicht-Leiterbahnpaste wurde zunächst eine Silberpaste hergestellt Hierzu wurden 70 Gew.-% Silberpulver mit Korngrößen unter 10 μπι und 4,5 Gew.-% Borosilikatglas-Pulver mit einem organischen Trägermedium vermischt Als organisches Trägermedium wurde eine Lösung von 10% Äthylcellulose in Terpineol-Isomerengemisch verwendet Das Verhältnis der Feststoffe zu dem zähflüssigen organisehen Trägermedium war mit etwa 3:1 bis 4.1 festgelegt Das so hergestellte Zwischenprodukt entspricht etwa handelsüblichen Silberpasten.
Anschließend wurde 1 Gewichtsteil dieser Silberpaste, 10 Gewichtsteile Aluminiumpulver mit Korngrößen zwischen 6 um und 20 um, 5,7 Gewichtsteile Borosilikatglas-Pulver mit Korngrößen zwischen 30 μπι und 5 μπι und 6 Gewichtsteile eines organischen Trägermediums vermischt und auf einem Walzenstuhl homogenisiert. Als organisches Trägermedium wurde wieder die bereits vorstehend erwähnte Lösung von 10% Äthylcellulose in Terpineol-Isomerengemisch verwendet.
Nach dem Homogenisieren war die Dickschicht-Leiterbahnpaste in ihrer Viskosität bereits so eingestellt, daß sie im Siebdruckverfahren verarbeitet werden konnte. Mit Hilfe einer entsprechenden Siebdruckschablone wurden gemäß F i g. 1 auf einem Keramikträger 1 Leiterbahnen 2 aufgedruckt Nach dem Trocknen der aufgedruckten Dickschicht-Leherbahiipaste wurde der Keramikträger 1 in einen Durchlaufofen eingebracht Das Einbrennen erfolgte bei einer Durchlauf zeit von 10 Minuten, wobei die Spitzentemperatur von 10000C in einer Zeit von 2 Minuten durchfahren wurde. Während des Brennvorganges wurde der Durchlaufofen mit Luft gespült Anschließend wurde auf dem Keramikträger 1 zur Bildung von Widerständen 3 und 4 eine handelsübliche Widerstandspaste aufgedruckt, getrocknet und bei Spitzentemperaturen von 850° C eingebrannt Zur Bildung von lötfähigen Bereichen 5 auf den Leiterbahnen 2 wurde eine handelsübliche Silber-Palladium-Leiterbahnpaste aufgedruckt, getrocknet und bei Spitzentemperaturen von 8500C eingebrannt Da die Leiterbahnen 2 und die Widerstände 3 und 4 kein Lot annehmen, können die lötfähigen Bereiche 5 im Schwall- oder Tauchbad selektiv mit Lot belegt werden. Fig.2 zeigt einen Schnitt gemäß der Linie U-U der Fig. 1. In diesem Schnitt ist zu erkennen, daß der Widerstand 4 auf dem Keramikträger 1 aufgebracht ist und die Enden der zugehörigen Leiterbahnen 2 überlappt und daß die lötfähigen Bereiche 5 auf die Leiterbahnen 2 aufgedruckt sind. An den Überlappungsstellen der Leiterbahnen 2 und des Widerstandes 4 bildet sich nur eine äußerst geringe Diffusionszone aus, so daß der Formfaktor der aufgedruckten Widerstandsschicht nahezu gleich 1 ist Dies bedeutet, daß die Widerstände 3 und 4 bei konstanter Dicke lediglich vom Länge-Breite Verhältnis abhängig sind und sehr exakt berechnet werden können. Der Flächenwiderstand der Leiterbahnen 2 entspricht mit 3OmQ etwa dem Flächenwiderstand bekannter Silber-Palladium-Leiterbahnpasten.
Beispiel 2
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Dickschicht-Leiterbahnpaste wurden 7 Gew.-% Silberpulver mit Korngrößen unter 10 μπι, 34 Gew.-% Glaspulver mit Korngrößen unter 30 μηι, 21 Gew.-% Aluminiumpulver mit Korngrößen zwischen 6 und 10 μπι, 15,6 Gew.-% Aluminiumpulver mit Korngrößen unter 20 μπι und 22,4 Gew.-% des in Beispiel 1 genannten organischen Trägermediums eingewogen und auf einem Walzenstuhl homogenisiert Die Weiterverarbeitung kann wie bei der in Beispiel 1 beschriebenen Dickschicht- Leiterbahnpaste erfolgen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Dickschicht-Leiterbahnpaste bestehend aus einer Suspension eines Silber, Aluminium und S Glasfritte enthaltenden Pulvergemisches in einem organischenTrägermedium, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 95 Gew.-% des Pulvergemischesaus
    4 bis 10 Gew.-% Silber.
    47 bis 55 Gew.-% Aluminium und
    41 bis 44 Gew.-% Glasfritte
    bestehen.
    % Dickschicht-Leiterbahnpaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 95 Gew.-% des Pulvergemisches aus
    4 Gew.-% Silber,
    55 Gew.-% Aluminium und
    41 Gew.-% Glasfritte
    bestehen.
    3. Dickschicht-Leiterbahnpaste nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngrößen des Silberpulvers und des Aluminiumpulvers mindestens 6 μιη und höchstens 20 μπι betragen.
    25
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FR7527872A FR2285688A1 (fr) 1974-09-18 1975-09-11 Pate pour piste conductrice epaisse
JP11247875A JPS5156997A (de) 1974-09-18 1975-09-17
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BE160161A BE833566A (fr) 1974-09-18 1975-09-18 Pate pour piste conductrice epaisse
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3111808A1 (de) * 1980-03-31 1982-01-07 Hitachi Chemical Co., Ltd., Tokyo Elektrisch leitende paste und verfahren zur herstellung elektrisch leitender, metallisierter, keramischer werkstoffe unter verwendung derselben

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DE3111808A1 (de) * 1980-03-31 1982-01-07 Hitachi Chemical Co., Ltd., Tokyo Elektrisch leitende paste und verfahren zur herstellung elektrisch leitender, metallisierter, keramischer werkstoffe unter verwendung derselben

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BE833566A (fr) 1976-01-16
FR2285688B1 (de) 1980-05-30
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NL7511010A (nl) 1976-03-22
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