Стеклокерамический композиционный материал

 

Использование: для изготовления изоляторов электронных устройств, преимущественно для подложек толстопленочных гибридных интегральных схем и многослойных коммутационных плат. Сущность изобретения: стеклокерамический композиционный материал содержит, мас.%: стекло 40-50; алюмооксидный наполнитель 50-60, причем стекло имеет состав, мас.%: оксид кремния 36-39; оксид свинца 18-21; оксид бора 11-14; оксид алюминия 10-13; оксид цинка 4-6; оксид магния 5-7; оксид кальция 6-10 БФСаО. Характеристика покрытия: температура спекания 900-935°С, тангенс угла диэлектрических потерь 0,001-0,002, диэлектрическая проницаемость 7,85-8,04, удельное объемное сопротивление 1013-10Тч ом.см. 2 табл. w Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 03 С 8/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4794464/33 (22) 21.02.90 (46) 23.12.92. Бюл. М 47 (71) Научно-исследовательский технологический институт "Темп" (72) Л.В.Буран, M.Â.Äìèòðèåâ, В.Д.Лемза, Л.Н.Тартаковская (56) Заявка Японии.М 59-45616, кл. С 03 С

3/10, 1984.

Заявка Японии hL 58-151345, кл. С 03 С

3/08, 1983.

Заявка Японии N- 59-137343, кл. С 03 С

3/10, 1984. (54) СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ. Йзобретение относится к производству керамических материалов и может быть использовано при изготовлении изоляционных деталей электронных устройств, преимущественно, для диэлектрических оснований толстопленочных гибридных интегральных схем (ГИС) и многослойных коммутационных плат (М КП).

Известен материал, состоящий из 2097 стеклянного порошка со следующим составом, мас. : 40-55 SION; 3 — 15 А120з;

3-12 СаО; 0-5 ZnO; 10-40 PbO: 5-15 В20з;

0-3 В!20з и одного или двух наполнителей, выбранных из огнеупорных материалов со следующим составом, мас.ь: 10-50 AI20s, 5-40 SeO, 3-30 SION, 3-60 ZrSI04, 5-60 Ег02, Материал может использоваться для построения структуры "Сырых листов" и крос„, Я2„„1782947 А1

2 (57) Использование: для изготовления изо-" ляторов электронных устройств, преимущественно для подложек толстопленочных гибридных интегральных схем и многослойнйх коммутационных плат. Сущность изобретения: стеклокерамический композиционный материал содержит, мас.g: стекло 40-50; алюмооксидный наполнитель 50 — 60, причем стекло имеет состав, мас.ф оксид кремния

36-39; оксид свинца 18-21; оксид бора 11-14; оксид алюминйя 10-13; оксид цинка 4-6; оксид магния 5-7; оксид кальция 6-10 БФСаО, Характеристика покрытия; температура спекания 900 — 9350С, тангенс угла диэлектриче-,. ских потерь 0,001-0,002, диэлектрическая проницаемость 7,85-.8,04, удельное объемное сопротивление 10 -10 "ом.см, 2 табл.

Ф соверов в толстопленочных схемах, либо для формирования многослойных коммутационных плат.

3а счет использования в составе материала огнеупорного керамического наполнителя можно изменять теплопроводность композиционного материала, К недостаткам данного материала относится высокая температура варки стекла 1400-1500 С, большое время варки 2-4 ч, а также отсутствие кристаллической фазы, которая является более упорядоченной структурой по сравнению с аморфным стеклом и поэтому более теплопроводной.

Известен также состав композиции, состоящий из 40-97 мас. порошкообразного стекла с низкой диэлектрической проницаемостью следующего состава, мас. Д:

1782947

РОг . 40 70

А!гОз 4-15

ВгОз 15 35

ВаО 0-5-15

Маг О 0-5 5

КгО 0-5

ОгО 0-5

РЬО 0-10

; п0 0-10

СаО, MgO, SrO 0-10 10 и из 3-40 мас.% порошкообразного наполнителя; в качестве которого используется, один из материалов: порошкообразное. кварцевое стекло, высокосиликатное тугоплавкое стекло, щелочное боросиликатное 15 стекло, либо оксид алюминия (глинозем).

Недостаток известной композиции состоит в том, что стекло. входящее в состав композициойного материала;"варится при высокой температуре 1400-1500 С в тече- 20 ние 2 ч.

Малое содержание керамического наполнителя 3-40 мас.% недостаточно повышает теплопроводность диэлектрика;

Наиболее близким к предложенному яв- 25 ляется состав композиции, содержащий стекло следующего состава, мас.%: SiOz3555; PbO 35 — 50; ZnO 0 — 10; ВгОз 1-15ГА!гОз

1-15;"ЯпОг 0 — 2: RÎ 1— - 10: RzO 0-5 40-.95 мас. и алюмооксидный наполнитель 5-60 30 мас,%.

Недостатком этого состава является высокая диэлектрическая проницаемость и тан1 енс угла диэлектрических потерь, а также высокая температура варки стекла. 35 . Целью изобретения является уменьшение диэлектрической проницаемости и тангенс угла диэлектрических потерь и .снижение температуры варки стекла.

Стеклокерамический композиционный 40 материал содержит стекло состава, мас.%:

Si0z 36-39

PbO 18-21

ВгОз 11-14

МОз 10-13 45

Zn0 4-6

Mg0 5-7

СаО 6-.10, 40-50 мас % и алюмооксидный наполнитель 50-60 мас. . 50

Указаниый состав обеспечивает снижение температуры варки стекла до 1250 С, а также образование при спекании материала кристаллической фазы в виде а -кварца ($i0g) и гранита (А!г042п). 55

Варку стекол осуществляют из "химиче ски чистых" исходных материалов в камерной электропечи ЛИНН (производство ГДР) при температуре (1250 +. 10) С с выдержкой

1 ч. Сваренную стекломассу отливают в холодную проточную воду с образованием фритты для изготовления СКМ.

Стеклокерамический композиционный материал синтезируют путем спекания на воздухе в электропечи CHOfl-1,6.2,5.1/9И4 мелкодисперсйого композиционного порошка, состоящего из стекла и оксида алюминия. Спекаемость образцов СКМ до беспористого состояния оценивалась по усадке (17-20 ), Измельчение-стекол, оксида алюмййия и приготовления композиционного порошка осуществляется путем мокрого помола в планетарной шаровой мельнице САНД-1 в халцедоновых барабанах при соотношении масс загружаемых шаров, дистиллированной воды и измельченного материала, равном 2.1:1. После сушки и протирки через сито композиционный порошок прессуют в виде дисков при давлениИ 200 кгс/см и спекают.

Изобретение поясняется конкретными составами стекол и композиции, приведенными в табл. 1 и 2.

Описываемый материал позволит создать большеразмерные основания для поверхностного монтажа элементов и: компонентов радиоэлектронной аппаратуры.

Целесообразностьиспользования нового стеклокерамического композиционного материала обусловлена: — его хорошими электрофизическими параметрами; — снижением стоимости; — благоприятными технологическими факторами, такими, как исключение механической обработки изделий (шлифовки, полировки), снижением до нескольких часов времени спекания (вместо десятков часов) и температуры спекания в 1,5-2 раза (до

930 С), возможность отказа от применения восстановительной атмосферы при спекании, повышением долговечности огнеприпаса (керамической технологической оснастки), снижением энергопотребления и капитальных затрат на производственные площади из-за уменьшения количества печей и другого оборудования, в т.ч, для производства огнеприпаса, исключением водородной и азотной станций и существенным уменьшением трудоемкости изготовления.

Формула изобретения

Стеклокерамический композиционный материал, содержащий, мас. : стекло системы $10г, PbO, ВгОз, А!гОз. Zn0, MgO, СаО

-40-50; алюмооксидный наполнитель — 5060, о т л и ч а ю щ и й.с я тем, что, с цель о

1782947 следнее имеет состав, мас. g,: S}02 — 36-39:

PbO — 18 — 21; В20з — 11-14; А120з — 10 — 13;

ZnO,— 4-6; MgO — 5-7: Са0 — 6 — 10, уменьшения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь и снижения температуры варки стекла, поТаблица 1

Номе а опытных па тий

Прототип

Наименование характеристики

ММ пп

36

13

1.1

21

7

Температура варки стекла, С

1250 й10

1400-1500

: Максимальная температура синтеза стеклокерамического композиционною материала до спеченного состдрния (при соотношений компонентов

СКМ стекло-наполнитель 45:55 мас., С

910 ч-10 920 } 10

925 } 10

850

Таблица 2

Соотношен. компонентов

СУИ "Стеклонаполнитель", (мас.Ф)

Характеристики ски

Номера составов опытных стекол

Прототип

) z з

40:60

Температура спекания ски (т,„ ), с

Тангенс угла диэлектрических потерь (}:g8 )

Удельное объемное электрическое сопротивление (» ), Ом см

Диэлектрическая про-

"ц- .-.,Е т,„, с

eg8

935 920 930

0,002 0,002 0,002

10 . 10

10Ь

8,03

0,001

1014 . 794

9.1 5

0,002

8,02

0,001

45:55,Ом см

7,90

0,002

10 т Оc са8

50}50

I}»,0ì ° см б

7 92 7,89 т„, с сз8

1000

0,002-0,004

11-12 а

Состав, мас.

SIO2

А!20з

В20з

РЬ0

ZnO

MgO

СаО

38

12

13

19

6

8,04

0,001

1014

7,89

0,002

7,85

39

14

18

5