DE69627000T2

DE69627000T2 - Keramische zusammensetzung für gemeinsam gebrannte mehrschichtbauteile und leiterplatte mit metallisierung auf keramischem substrat

Info

Publication number: DE69627000T2
Application number: DE69627000T
Authority: DE
Inventors: N. Ashok PRABHU; S. Ellen TORMEY
Original assignee: Sharp Corp; Sarnoff Corp
Current assignee: Sharp Corp; Sarnoff Corp
Priority date: 1995-11-03
Filing date: 1996-11-01
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2016-11-02
Also published as: DE69627000D1; EP0858433A1; KR19990067290A; WO1997016383A1; KR100278750B1; EP0858433B1; JPH11514627A; EP0858433A4

Description

Die Erfindung betrifft mehrlagige, keramische gedruckte Leiterplatten. Spezieller betrifft die Erfindung Glaszusammensetzungen, die gebrannte Keramiken auf Metallträgern ausbilden können, welche in seitlichen Richtungen nicht schrumpfen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Mehrlagige, niedrigtemperaturkeramische Leiterplatten sind dafür bekannt, daß sie für eine Verwendung mit leitfähigen Metallen mit niedriger Schmelztemperatur, wie Silber, Gold und Kupfer, geeignet sind. Sie haben einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (TCE) und daher sind einige von ihnen zu Silicium- oder Galliumarsenid kompatibel. Diese keramischen Leiterplatten werden aus Gläsern hergestellt, die bei niedrigen Temperaturen, d. h. niedriger als 1000°C, gebrannt werden können. Die mehrlagigen Leiterplatten werden durch Mischen von Gläsern mit organischen Materialien, einschließlich Harz, Lösungsmitteln, Dispergiermitteln und ähnlichem, und Ausbilden eines dünnen flachen Bandes, bekannt als grünes Band, hergestellt. Das grüne Band kann gestanzt und gebrannt werden, um zuerst die organischen Materialien zu entfernen und um anschließend das Glas in einen entglasten Zustand zu überführen. Ein Schaltkreis kann im Siebdruckverfahren auf das grüne oder das gebrannte keramische Band unter Verwendung einer leitfähigen Farbstofformulierung, die ein leitfähiges Metallpulver, einen organischen Träger und ein pulverisiertes Glas, das häufig das gleiche oder ein ähnliches Glas ist wie dasjenige, das zur Herstellung des grünen Bandes verwendet wird, enthält, aufgebracht werden.
Wenn mehrere grüne Bänder mit Schaltkreisen, die im Siebdruckverfahren darauf aufgebracht wurden, gestapelt werden sollen, werden in dem Band Durchgangtsöffnungen ausgebildet und mit Durchgangsfüllfarbstofformulierungen gefüllt, die auch aus leitfähigem Metall, Glas und einem organischen Träger hergestellt sind, um die Durchgangsöffnungen zu füllen und um einen elektrischen Kontakt zwischen den Schaltkreisen auf den verschiedenen Lagen des grünen Bandes bereitzustellen. Die mit Mustern versehenen Lagen des grünen Bandes werden ausgerichtet und unter Anwendung von Hitze und Druck vor dem Brennen zusammengepreßt.
Diese mehrlagigen Leiterplatten waren für einige Jahre in kommerzieller Verwendung, aber sie haben mehrere Nachteile. Die grünen Bänder schrumpfen beim Brennen um wenigstens 15% in allen Richtungen, was vorsorglich durch Einbau von Toleranzen für die Lagen aus grünem Band und die Durchgangsöffnungen kompensiert werden muß. Es ist jedoch schwierig, die Schaltkreise in engen Toleranzen zu halten. Die thermische Leitfähigkeit von Glas ist gering, und daher stellt Wärmeverlust ein Problem dar. Darüber hinaus sind die unverbundenen mehrlagigen Leiterplatten schwach im Vergleich zu Materialien, wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid, welche ebenfalls für mehrlagige Leiterplatten verwendet werden. Diese letztgenannten Materialien, obwohl sie gute thermische Leitfähigkeit und Festigkeit besitzen, schrumpfen jedoch auch beim Brennen, und sie müssen eher bei viel höheren Temperaturen und unter einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt werden als an Luft bei niedrigeren Temperaturen. Daher können niedrig schmelzende leitfähige Metalle nicht mit unverbundenen mehrlagigen Leiterplatten verwendet werden, und hochschmelzende feuerfeste Metalle, wie Wolfram oder Molybdän, müssen als Schaltkreismaterialien verwendet werden. Jedoch haben diese Metalle niedrigere Leitfähigkeiten als Silber, Gold oder Kupfer, und daher besitzen die resultierenden gedruckten Leiterplatten schlechtere elektrische Eigenschaften als solche, bei denen Metalle mit niedriger Schmelztemperatur verwendet werden, wie Silber, Gold oder Kupfer.
In jüngerer Zeit wurden die mehrlagigen Leiterplatten auf Trägersubstraten angeheftet, um die Festigkeit der Verbundmaterialplatte zu erhöhen. Diese Trägersubstrate haben im allgemeinen einen Metallkern, der mit einer Glasur überzogen sein kann, welche das keramische Band beim gemeinsamen Brennen an das metallische Trägersubstrat anheftet. Beim Brennen reduziert diese Glasur das Schrumpfen in den seitlichen x,y-Richtungen, so daß die meiste, wenn nicht die gesamte, Schrumpfung in z-Richtung stattfindet, d. h. senkrecht zu dem metallischen Trägersubstrat. Geeignete Glasurzusammensetzungen sind in der EP-A-0 806 056 beschrieben. Die Keramik muß jedoch einen TCE besitzen, der eng zu demjenigen des leitfähigen Substratträgermaterials im Bereich der Brenntemperatur paßt, um eine Entlaminierung oder sogar ein Brechen der Keramik zu verhindern. Daher wurden auch Glaskeramiken entwickelt, die einen TCE besitzen, der zu verschiedenen metallischen Kernmaterialien paßt. Es ist eine gemeinsam brennbare Keramik bekannt, die einen TCE von 9-13 ppm/°C über den Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 250°C auf einer mit Kupfer plattierten Edelstahlplatte hat. Eine Keramik, welche einen TCE von 4,5-6 ppm/°C über den Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 300°C hat, zur Verwendung mit einer mit Kupfer plattierten Molybdänmetallplatte ist ebenfalls bekannt und wurde in der EP-A-0 805 785 offenbart.
Jedoch führte die Suche nach zusätzlichen Glaszusammensetzungen, die einen TCE besitzen, der eng zu verschiedenen Metall- oder Legierungszusammensetzungen paßt, insbesondere zu Kovar, ein Name, der einer Gruppe von Legierungen gegeben wurde, wie einer Legierung, die 53,8 Gew.-% Eisen, 29 Gew.-% Nickel, 17 Gew.-% Kobalt und 0,2 Gew.-% Mangan enthält. Diese Legierungen zeigen eine scharfe Veränderung im Ausdehnungskoeffizienten bei bestimmten Temperaturen.
Kovar ist ein ausgezeichnetes Material zur Verwendung als ein Trägersubstrat, weil Kovar einen TCE besitzt, der eng mit Galliumarsenid im Bereich von Raumtemperatur bis 300°C übereinstimmt, und weil es ein preiswertes Material ist. Jedoch besitzt Kovar etwas unübliche TCE-Eigenschaften, wie es in 1 gezeigt ist. 1 ist ein Diagramm des TCE von Kovar gegenüber der Temperatur. Der TCE bleibt ziemlich niedrig bis zu einer Temperatur von etwa 400°C, aber danach steigt der TCE schnell von 5 ppm/°C auf 10 ppm/°C oberhalb von dessen Curie-Temperatur zwischen 450-800°C an.
Dieses Verhalten kann anderen geeigneten Trägersubstraten gegenübergestellt werden, wie es in 2 gezeigt ist. 2 ist ein Diagramm des TCE gegenüber der Temperatur zwischen 100 und 600°C für verschiedene Trägerplattenmaterialien. Kurve A ist mit Nickel plattiertes Molybdän; Kurve B ist mit Kupfer plattiertes Molybdän; Kurve C ist Molybdän alleine; und Kurve D ist Kovar. Es ist deutlich, daß Kovar eine ziemlich unterschiedliche Kurve gegenüber derjenigen anderer Trägersubstratmaterialien, deren TCE mit Veränderungen in der Temperatur ziemlich konstant bleibt, hat.
Bekannte keramische Zusammensetzungen haben bei allen interessierenden Temperaturen keinen mit Kovar übereinstimmenden TCE, und daher waren für ein gemeinsames Brennen auf Kovar neue keramische Zusammensetzungen erforderlich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wir haben verschiedene Glaszusammensetzungen gefunden, die mit nicht kristallisierenden Gläsern unter Ausbildung von Zusammensetzungen für grünes Band gemischt werden können, welche für Leiterplatten mit metallischem Kern geeignet sind. Es können auch oxidische Füllstoffe hinzugegeben werden, um die Eigenschaften der gebrannten Keramik weiter zu modifizieren. Sie können auf dem Trägersubstrat mit Metall- oder Legierungskern unter reduzierter Schrumpfung in den seitlichen x- und y-Richtungen gebrannt werden, und sie besitzen eine niedrige Brenntemperatur, die mit der Verwendung von Leitern mit niedrigem Schmelzpunkt, wie Gold, Silber oder Kupfer, kompatibel ist. Diese Gläser werden unter den ZnO-MgO-B₂O₃-SiO₂-Glassystemen ausgewählt.
Somit liefert die Erfindung eine kristallisierbare Glaszusammensetzung, welche von 25-30 Gew.-% ZnO, von 20-28 Gew.-% MgO, von 15-20 Gew.-% B₂O₃, von 20-30 Gew.-% SiO₂, 0-10 Gew.-% Al₂O₃ und geringere Mengen zusätzlicher Metalloxide enthält. Die Glaszusammensetzungen können auch weiterhin Co₃O₄ enthalten. Die Erfindung liefert auch ein Gemisch aus einem dieser Gläser und einem nicht kristallisierenden Glas, wobei das nicht kristallisierende Glas PbO, Al₂O₃ und SiO₂ oder von 30-80 Gew.-% PbO, von 15-50 Gew.-% SiO₂, bis zu 10 Gew.-% Al₂O₃, bis zu 15 Gew.-% B₂O₃ und bis zu 10 Gew.-% ZnO enthalten kann, und es kann zusätzlich ZnO enthalten. Diese Gemische können auch einen oxidischen Füllstoff oder zwei oder mehrere oxidische Füllstoffe enthalten. Der oxidische Füllstoff kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Aluminiumoxid, Cordierit, Quarz, Cristobalit, Forsterit und Willemit besteht. Die Erfindung ist auch eine Zusammensetzung eines grünen Streifens, welche 40-75 Gew.-% des Glases der Erfindung, von 1,2-22,5 Gew.-% eines nicht kristallisierenden Glases, von 2-45 Gew.-% oxidische Füllstoffe und einen organischen Träger umfaßt. Diese Zusammensetzung kann sich auf einem metallischen Trägersubstrat befinden, welches ein Kovar-Träger sein kann. Der Kovar-Träger kann darauf ein bindendes Glas aufweisen, welches ein Calciumoxid-Aluminiumoxid-Zinkoxid-Borat-Glas sein kann. Die Erfindung umfaßt auch eine leitfähige Farbstoffzusammensetzung mit niedriger Schmelztemperatur mit einem leitfähigen Metallpulver, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silber, Gold und Kupfer besteht, dem oben genannten Gemisch aus kristallisierbaren Glaszusammensetzungen und einem nicht kristallisierbaren Glas und einem organischen Träger. Die Erfindung liefert auch eine gedruckte Leiterplatte mit einem metallischen Träger, einschließlich einem Kovar-Träger, der an eine gebrannte Keramik angeheftet ist, die aus der Zusammensetzung der oben genannten kristallisierbaren Glaszusammensetzungen und einem nicht kristallisierenden Glas hergestellt ist.
Leiterfarbstoffe, Durchgangsfüllfarbstoffe und Oberleiterfarbstoffe können auch unter Verwendung der Gläser der Erfindung hergestellt werden, um keramische Leiterplatten herzustellen, welche die Eigenschaften von niedrigem dielektrischem Verlust haben.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein Diagramm des TCE gegenüber der Temperatur für eine Anzahl von Trägerplattenmaterialien.
2 ist ein Diagramm des TCE gegenüber der Temperatur für eine Kovar-Legierung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es sind verschiedene Materialien zur Bereitstellung der hierin geeigneten Trägersubstrate bekannt, einschließlich Edelstahl, mit Kupfer plattierter Edelstahl, mit Kupfer plattierter Invar^®, einer Marke von Carpenter Technology für eine Ferro-Nickel-Legierung, die einen niedrigen TCE hat, und Kovar, eine Ferro-/Nickel-/Kobalt-Legierung und ein Handelsname von Carpenter Technology. Ein bevorzugtes Trägersubstrat ist aus Kovar hergestellt, welches mit etwa 25 Mikrometer Kupfer belegt oder plattiert ist, welches wiederum mit etwa 25 Mikrometer Nickel überzogen ist. Diese Kern-Trägersubstrate sind handelsüblich erhältlich; sie haben eine Gesamtdicke von etwa 625 Mikrometern, einen TCE von 5,8 ppm/°C von Raumtemperatur bis 300°C und eine thermische Leitfähigkeit in der z-Richtung von 21,8 Watt s/m°K.
Ein bevorzugtes Kern-Trägersubstratmaterial, wie es oben beschrieben ist, wird für eine Anwendung hierin hergestellt durch Wärmebehandlung an Luft, um das Nickel zu oxidieren, was die Haftung einer anschließend abgeschiedenen bindenden Glaslage verbessert. Das oxidierte Kern-Trägersubstrat wird dann mit einem bindenden Glas beschichtet. Das bindende Glas ist bekannt und wird durch Kombinieren eines geeigneten Glaspulvers, d. h. einem Glas, das einen TCE hat, der eng zu demjenigen des Trägersubstratmaterials paßt, mit einem organischen Bindemittel und einem Lösungsmittel unter Ausbildung einer durch Siebdruck druckbaren Zusammensetzung in bekannter Art und Weise. Ein geeignetes bindendes Glas ist ein Gemisch aus den Oxiden von Calcium-Aluminium-Zink-Bor, wie es weiter unten beschrieben wird. Eine geringe Menge, z. B. etwa 5-6 Gew.-%, Kupferpulver kann zu dem bindenden Glas hinzugefügt werden, um die Haftung der Keramik an dem Metallkern zu verbessern. Die bindende Glaszusammensetzung auf dem Metallträgersubstrat wird dann an Luft bei 700-800°C gebrannt, um eine gebrannte Glaslage mit einer Dicke von etwa 35 Mikrometern auf dem Trägersubstrat herzustellen.
Lagen von grünem Band werden hergestellt, Durchgangsöffnungen gestanzt, welche dann mittels Siebdruck unter Verwendung von Durchgangsfüllfarbstoffen gefüllt werden, gefolgt von Siebdruck eines Leitermusters darauf in herkömmlicher Art und Weise unter Verwendung konventioneller Leiterfarbstoffe.
Die Stapel von grünem Band werden dann auf dem vorbereiteten Trägersubstrat angeordnet und gebrannt. Ein verbindender Klebstoff kann auf dem glasierten Trägersubstrat aufgebracht werden, um die Haftung der mehrlagigen grünen (ungebrannten) Keramik auf dem Trägersubstrat zu verbessern. Während des Brennens des bindenden Glases (Glasur), welches eine niedrigere Erweichungstemperatur hat als diejenige des Glases, das zur Ausbildung des mehrlagigen keramischen grünen Bandes verwendet wird, erweicht und haftet das grüne Band auf dem metallischen Trägersubstrat, wodurch eine Schrumpfung in den x,y-Richtungen während des Brennens verhindert wird; das Ergebnis ist, daß die gesamte Schrumpfung in der z-Richtung stattfindet. Somit bleibt die Ausrichtung der keramischen Lagen zueinander und des Stapels zu dem Trägersubstrat beim Brennen ungestört.
Wir haben herausgefunden, daß ein kristallisierendes Glas des ZnO-MgO-B₂O₃-SiO₂-Systems mit einem zweiten nicht kristallisierenden Glas und mit oxidischen Füllstoffmaterialien zur Herstellung von Glaskeramiken, welche die gewünschten Ausdehnungscharakteristiken und die erforderlichen Eigenschaften haben, kombiniert werden kann.
Die kristallisierenden Gläser der Erfindung enthalten in Gewichtsprozent von 20-55%, vorzugsweise 25-30% ZnO, von 10-30%, vorzugsweise 20-28% MgO, von 10-35%, vorzugsweise 15-20% B₂O₃, von 10-40%, vorzugsweise 20-30% SiO₂ und bis zu 10%, vorzugsweise 3-7% Al₂O₃ und von 0-3%, vorzugsweise 0-2% Co₃O₄.
Nachfolgende Tabelle 1 beschreibt die gewünschten Eigenschaften für die gebrannten Glaskeramikzusammensetzungen der Erfindung.

TABELLE 1

TCE (25-300°C)	5-7 ppm/°C
Dielektrizitätskonstante bei 1 GHz	5-10 ± 2%
Dielektrischer Verlust bei 1 GHz (tan δ)	≤ 0,002
Spezifischer Volumenwiderstand	≥ 10¹³ Ohm-cm
Spezifischer Oberflächenwiderstand	> 10¹² Ohm-cm
Chemische Beständigkeit	Beständig gegen Säuren, Alkalien und Plattierungslösungen
Widerstand des beerdigten Leiters	< 4 mΩ/Quadrat
Widerstand des Durchgangsleiters	< 1 mΩ/Durchgang

Es wurde eine Reihe von ZnO-MgO-B₂O₃-SiO₂-Gläsern hergestellt und deren TCE und andere Eigenschaften gemessen. Die Oxide wurden vereinigt und bei 1550°C für 2 Stunden geschmolzen und das erhaltene Glas zwischen Stahlwalzen abgeschreckt und in einer Kugelmühle zerkleinert, bis die mittlere Teilchengröße etwa 8-13 Mikrometer (μm) betrug. Die Zusammensetzungen der Gläser sind nachfolgend in Tabelle II zusammengefaßt.
TABELLE II
Die Gläser kristallisieren beim Brennen unter Ausbildung verschiedener Kristallphasen, einschließlich Suanit (Mg₂B₂O₅), Enstatit (MgSiO₃) und Willemit (Zn₂SiO₄). Die letztgenannte hat eine niedrigere Ausdehnungscharakteristik als die anderen Kristallphasen.
Aus jedem Glas wurde ein grünes Band hergestellt, fünf Lagen des grünen Bandes wurden gestapelt und auf ein Kovar-Trägersubstrat laminiert, welches mit einem verbindenden Glas aus Ca-Al-Zn-Borat beschichtet war, und das Laminat wurde an Luft bei einer Maximaltemperatur von 850-900°C gebrannt. Der TCE und die x,y-Schrumpfung wurden für jedes Glas gemessen, um die TCE-Übereinstimmung des Glases zu Kovar zu bestimmen. Die chemische Beständigkeit jedes Glases wurde gemessen, indem das gebrannte Glas in ein stromfreies Nickel-Plattierungsbad mit einem pH-Wert von 6,7 für eine Stunde bei 89°C eingetaucht und die Veränderung an der Oberfläche der Keramik beobachtet wurde. Eine stumpfere, pulverige Oberfläche zeigt schlechte chemische Beständigkeit an, wogegen eine unveränderte Oberfläche gute Beständigkeit anzeigt.
Die dielektrischen Eigenschaften jedes Glases wurden ebenfalls an fünflagigen Bänderstapeln gemessen, die ohne das Trägersubstrat an Luft ebenfalls zwischen 850-900°C gebrannt wurden, wobei ein Resonanzhohlraumwellenleiter bei einer Frequenz von 15-17 GHz in bekannter Art und Weise eingesetzt wurde.
Die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle III angegeben.
TABELLE III
Obwohl Probe Nr. 1 eine TCE-Charakteristik hat, die zu derjenigen von Kovar paßt, und einen niedrigen Dielektrizitätsverlust, besitzt sie schlechte chemische Beständigkeit und eine niedrige Kristallisationstemperatur von 725°C, was das Erhärten hemmt.
In einem Versuch, die chemische Beständigkeit und die Erhärtung zu verbessern, wurde dieses Glas mit nicht kristallisierenden Gläsern auf Bleibasis gemischt. Die resultierende Keramik hatte jedoch einen reduzierten TCE und einen erhöhten Dielektrizitätsverlust. Zwei dieser Keramikzusammensetzungen sind nachfolgend in Tabelle IV angegeben.
TABELLE IV
Diese Keramiken hatten einen erniedrigten TCE und einen erhöhten Dielektrizitätsverlust.
Geeignete nicht kristallisierende Gläser auf Bleibasis, die hierin verwendet werden können, werden aus den folgenden Oxiden hergestellt:

PbO 30-80 Gew.-%

SiO₂ 15-50 Gew.-%

Al₂O₃ bis zu 10 Gew.-%

B₂O₃ bis zu 15 Gew.-%

ZnO bis zu 10 Gew.-%
Zusätzliche Keramiken wurden aus Gläsern der Proben Nr. 4, 9 und 10 hergestellt, zu welchen variierende Mengen auf Blei basierender Gläser und oxidischer Füllstoffe hinzugefügt wurden. Die Zusammensetzungen und die dielektrischen und elektrischen Eigenschaften sind nachfolgend in Tabelle V zusammengefaßt.
TABELLE V
Diese Keramiken hatten einen geringfügig erhöhten TCE im Verhältnis zu Kovar, aber gute chemische Beständigkeit und gute dielektrische Eigenschaften. Jedoch war die seitliche Schrumpfung zu hoch (Probe 14). Daher wurden zusätzliche oxidische Füllstoffe hinzugefügt, wie es bei den Keramikproben Nr. 15-17 gezeigt ist. Die seitliche Schrumpfung war dann stark reduziert, in einem Fall (Nr. 17) bis auf null.
Geeignete oxidische Füllstoffe zur Ausbildung der vorliegenden Keramikzusammensetzungen umfassen Aluminiumoxid, Cordierit, Quarz, Cristobalit, Forsterit und Willemit. Diese Materialien dienen zur Steuerung der Schrumpfung und zur weiteren Modifizierung des TCE. Mit der Zugabe eines zweiten oxidischen Füllstoffs können die gewünschten dielektrischen Eigenschaften, Schrumpfungscharakteristiken und ein TCE, der zu Kovar paßt, alle erreicht werden.
Die bevorzugten Glaskeramikzusammensetzungen, welche hierin geeignet sind, enthalten die folgenden Materialien: 50-58 Gew.-%, vorzugsweise 70-80 Gew.-% kristallisierendes Glas der Erfindung, 3-30 Gew.-%, vorzugsweise 8-12 Gew.-% auf Pb basierendes, nicht kristallisierendes Glas, 5-35 Gew.-%, vorzugsweise 6-12 Gew.-% eines ersten oxidischen Füllstoffs vom hochexpandierenden Typ, und 0-25 Gew.-%, vorzugsweise 1-5 Gew.-% eines zweiten oxidischen Füllstoffs vom niedrigexpandierenden Typ.
Weitere experimentelle Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle VI gezeigt.
TABELLE IV
Es wird deutlich, daß die Zusammensetzungen Nr. 24 und 25 die beste TCE-Übereinstimmung zu Kovar und darüber hinaus ausgezeichnete Gesamteigenschaften haben.
Zusammensetzungen für grünes Band werden im allgemeinen aus etwa 40-75 Gew.-% eines Keramikgemisches des verwendeten Glases, von 1,2-22,5 Gew.-% eines nicht kristallisierenden Glases, von 2-45 Gew.-% eines oxidischen Füllstoffs und einem organischen Träger hergestellt. Eine typische Formulierung wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt: Glas Nr. 9 mit einer mittleren Teilchengröße von 10-12,5 μm, 57,34 Gew.-%; Glas C mit einer mittleren Teilchengröße von 6,5-8 μm, 6,98 Gew.-%; Forsterit mit einer mittleren Teilchengröße von 3-5 μm, 7,27 Gew.-%; Cordierit mit einer mittleren Teilchengröße von 2-3 μm, 1,09 Gew.-%; ein Dispergiermittel, 0,58 Gew.-%; ein Bindemittel (Butvar B98, ein Produkt von Monsanto Co.), 2,04 Gew.-%; ein Weichmacher (Santicizer 160 von Monsanto Co.), 1,36 Gew.-%; 11,67 Gew.-% Methylethylketon und 11,67 Gew.-% wasserfreier Ethanol. Die Formulierung wurde unter Bildung eines Breis gemischt und zur Ausbildung eines grünen Bandes zu einem Band gegossen.
Ein gemeinsam brennbarer, auf Silber basierender Dickfilmleiterfarbstoff, basierend auf den Glaszusammensetzungen der Erfindung, wurde ebenfalls entwickelt und getestet. Ein typischer Farbstoff umfaßt 83,78 Gew.-% Silberpulver, 0,65 Gew.-% eines Glases der Erfindung, 1,22 Gew.-% eines Dispergiermittels, 0,88 Gew.-% eines Ethylzelluloseharzes, 0,80 Gew.-% eines Harzes, wie Elvacite 2045 von ICI Americas, Inc., 3,32 Gew.-% Texanol, ein Lösungsmittel von Eastman Chemical Products, Inc., 6,81 Gew.-% Terpineol-Lösungsmittel und 2,54 Gew.-% Butylcarbitol. Dieser Farbstoff kann im Siebdruckverfahren auf das grüne Band zur Ausbildung einer gedruckten Schaltung aufgebracht werden.
Ein Silber-Palladium-Leiterfarbstoff, basierend auf den Glaszusammensetzungen der Erfindung, wurde ebenfalls entwickelt und als ein Oberleitertarbstoff getestet. Ein typischer Oberleiterfarbstoff umfaßt ein Silber-Palladium-Pulver, wie K1P 3030-1-Pulver der Degussa Corporation, 77,48 Gew.-%; 6,30 Gew.-% eines Glases, hergestellt aus (bezogen auf das Gewicht) 25,61 % BaO, 9,88% B₂O₃, 6,24% Calciumoxid, 8,36% SiO₂ und 49,91 % Bi₂O₃, 0,16% Kupferpulver, 1,29% eines Dispergiermittels, 0,93% Ethylzellulose, 0,85% Elvacite 2045-Harz, ein Produkt von ICI Americas, Inc., 3,50% Texanol, 7,21 % Terpineol und 2,29% Butylcarbitol.
Eine alternative Gold-Oberleiterfarbstofformulierung wurde aus dem folgenden hergestellt: 84,39% Goldpulver, 0,93% eines Dispergiermittels, 0,47% Ethylzellulose, 0,22% Elvacite 2045, 0,17% eines Verdickungsmittels, Thixatrol ST, ein Produkt von Rheox, Inc., 1,69% Texanol, 2,38% Terpineol und 3,05% Butylcarbitol, alle Prozentangaben bezogen auf das Gewicht.
Es wurde auch ein Durchgangsfüllfarbstoff aus dem folgenden hergestellt: 55,84% Silberpulver, 22,30% Füllmittel Glas B, 1,15% Dispergiermittel, 0,70% Ethylzellulose, 8,01 % Butylcarbitol, 1,77% Elvacite 2045, 5,31 % Terpineol, 1,40% Thixatrol ST und 3,54% eines Weichmachers, alle Prozentangaben bezogen auf das Gewicht.
Drei bis fünf Lagen des oben genannten grünen Bandes, hergestellt mit der Keramikzusammensetzung Nr. 25 und jedes mit gestanzten Durchgängen mit einem Durchmesser von 200 μm, gefüllt mit dem Durchgangsfüllfarbstoff, und mit einem darauf im Siebdruckverfahren aufgebrachten Leitermuster, wie oben, wurden aufeinander gestapelt und auf einem mit Nickel plattierten Kovar-Trägersubstrat befestigt und gebrannt. Ein nachgebrannter Ag-Pd-Oberleiterfarbstoff wurde auf der Oberseite des gebrannten Substrates in einem Muster abgeschieden.
Obwohl die Erfindung anhand spezieller Zusammensetzungen beispielhaft erläutert wurde, ist klar, daß ein Fachmann auf dem Gebiet die genauen Bestandteile und deren Mengen variieren kann, ohne von dem Gedanken der Erfindung abzuweichen. Diese Variationen sollen hierin eingeschlossen sein. Die Erfindung soll nur durch den Umfang der anhängenden Patentansprüche begrenzt sein. Die Erfindung umfaßt eine gedruckte Leiterplatte, bei der die gebrannte Keramik auf beiden Seiten des Kovar-Trägers befestigt ist.

Claims

Kristallisierbare Glaszusammensetzung, welche von 25 – 30 Gew.-% ZnO, von 20 – 28 Gew.% MgO, von 15–20 Gew.-% B₂O₃, von 20–30 Gew.-% SiO₂, 0– 10 Gew.-% Al₂O₃ und geringe Mengen zusätzlicher Metalloxide enthält.
Glas nach Anspruch 1, welches weiterhin Co₃O₄ enthält.
Gemisch aus einem Glas nach Anspruch 1 und einem nicht kristallisierenden Glas.
Gemisch nach Anspruch 3, wobei das nicht kristallisierende Glas PbO, Al₂O₃ und SiO₂ enthält.
Gemisch nach Anspruch 4, wobei das nicht kristallisierende Glas von 30–80 Gew.-% PbO, von 15-50 Gew.-% SiO₂, bis zu 10 Gew.-% Al₂O₃, bis zu 15 Gew.-% B₂O₃ und bis zu 10 Gew.-% ZnO enthält.
Gemisch nach einem der Ansprüche 3 oder 4, welches weiterhin einen oxidischen Füllstoff umfaßt.
Gemisch nach einem der Ansprüche 3 oder 4, welches weiterhin zwei oder mehr oxidische Füllstoffe umfaßt.
Zusammensetzung eines grünen Streifens, welche von 40–75 Gew.% des Glases nach Anspruch 1, von 1,2–22,5 Gew.-% eines nicht kristallisierenden Glases, von 2–45 Gew.-% oxidische Füllstoffe und einen organischen Träger umfaßt.
Leitfähige Farbstoffzusammensetzung mit niedriger Schmelztemperatur mit einem leitfähigen Metallpulver, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silber, Gold und Kupfer besteht, der Zusammensetzung nach Anspruch 1 und einem nicht kristallisierenden Glas und einem organischen Träger.
Gedruckte Leiterplatte mit einem metallischen Träger, der an eine gebrannte Keramik angeheftet ist, die aus der Zusammensetzung nach Anspruch 1 und einem nicht kristallisierenden Glas hergestellt ist.