Литьевая бесщелочная композиция для изготовления керамического диэлектрического элемента
Использование: технология изготовл ения сырой (зеленой) ленты, используемой в производстве конденсаторов и многослойных переходных соединителей. Сущность изобретения: композиция представляет собой смесь тонко измельченных частиц, состоящую в основном из 70-85 мае. % двуокиси кремния и 15-30 мае. % флюса бората цинка. Частицы диспергированы в органической среде, состоящей из полимерного связующего, растворенного в летучем органическом растворителе. Коэффициент теплового расширения элемента выбран в пределах (1,5-8,5) . Состав композиции обеспечивает получение керамического диэлектрического элемента с диэлектрической проницаемостью менее чем 5,0. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ i@) 1с) О О (д) З (21) 4614949/21 (22) 22.08.89 (46) 15.04.93. Бюл. М 14 (31) 236072 (32) 23.08.88 (33) US (71) Е.И.Дюпон Де Немур энд Компани (US) (72) Ян Берн (US) (56) Патент Японии N 62-46937, кл. С 03 С 8/14, 1987. Патент Японии N- 62-138357, кл. С 04 В 35/16, 1987. (54) ЛИТЬЕВАЯ БЕСЩЕЛОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА (57) Испол.ьзование: технология изготовления сырой (зеленой) ленты, используемой в Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для изготовления сырой (зеленой), ленты и многослойных устройств, имеющих внутренние медные проводники, таких как многослойные конденсаторы и многослойные переходные соединители. Цель изобретения — получение величины диэлектрической проницаемости (я) менее 0,5. Пример 1. Для приготовления флюса бората цинка молярного состава 2ZnO ВгОэ смесь 150.0 г борной кислоты (Fisher Chem.) и 197,4 г окиси цинка (Baker Chem,) измельчается в течение пяти часов в 175 г изопропилового спирта со средой окиси циркония и высушивается втечение ночи. Затем она прокаливается при температуре 700 С в течение 5 час, и измельчается в течение 16 час. до частиц размером примерно 1 мкм. Из суспензии, приготовленной „„Я „„1809932 А3 производстве конденсаторов и многослойных переходных соединителей, Сущность изобретения: композиция представляет собой смесь тонко измельченных частиц, состоящую в основном из 70-85 мас. % двуокиси кремния и 15-30 мас. % флюса бората цинка. Частицы диспергированы в органической среде, состоящей иэ полимерного связующего, растворенного в летучем органическом растворителе, Коэффициент теплового расширения элемента выбран в пределах (1,5-8,5) 10 С . Состав композиции обеспечивает получение керамического диэлектрического элемента с диэлектрической проницаемостью менее чем 5,0, 3 з,п, ф-лы, 1 табл. lc путем смешивания 10,0.r флюса бората цинка с 35,0 r порошка двуокиси кремния (lmsil А-108, Illinois Minerals Со,) и 66,0 г раствора связующего Du Pont 5200, получается керамическая лента. Раствор связующего состоит иэ 8,5 частей (мас,) акрилового полимера в 19,8 частях метилэтилкетона, 2,0 частей пластификатора бутилбензилфталата 1,5 частей 10% раствора смолы Poly-Pale, частично полимеризованной смолы (Hercules lnc, Вильминггон, Делавар) в изопропаноле, и 68,2 частей I-н-трихлорэтана, Эта зеленая керамическая лента имеет толщину примерно 35 мкм (в сухом состоянии), Многослойные керамические конденсаторы собираются из 6 слс ев зеленой ленты с электродами, трафаретно отпечатанными на каждом слое и подвергаются термообработке. Микроскопическое исследование полированных секций конденсаторов показывает их плотность (отсутствие взаимосо1809932 общающихся пор). В нутрен ние меди ые электроды имеют хорошую однородность беэ признаков расслоения. Рассчитанная диэлектрическая проницаемость составляет 4,2 +. 0,2. Пример 2. В данном примере часть окиси бората в флюсе заменяется окисью алюминия. Флюс имеет молярный состав: 6ZnO 2BzOs А!20з и приготавливается путем смешивания 119,72 г окиси цинка с 60,65 г борной кислоты и 25,00 r пылевидной окиси алюминия (Degussa Corp.), Эти компоненты измельчаются и обжигаются. Зеленая лента изготавливается иэ 35 частей (мас.) двуокиси кремния (Imsil), 15 частей флюса алюминобората цинка, и затем она превращается в многослойный конденсатор с медными электродами. Содержание окиси алюминия в термообработанной керамике согласно расчету составляет 4;2, Электрическая емкость окончательно обработанных многослойных конденсаторов составляет от 40,8 до 43,5 пФ и фактор рассеяния составляет от 0,1 до 0,3 npu 1 кГц, Рассчитанное значение е составляет 3.9 + 0,1. Изоляционное сопротивление составляет от 2600 до 9400 Ом,Фарад. Пример 3. В данном примере изготавливается зеленая лента, которая превращается в испытательную подложку— многослойное межсоединение с внутренними медными проводниками. П ри гота вли вается керамическая суспензия иэ 105 г порошка некристаллической двуокиси кремния размером частиц примерно 6 мкм(ЕО 066, industrial Corp, Naples, Fa) и 45 г флю"а бората цинка. Флюс бората цинка приготавливается таким же образом, как описано в примере 1, но обжигается при 600 С, сводя к минимуму требуемую степень измельчения, Порошки измельчаются к минимуму требуемую степень измельчения, Порошки измельчаются в 75,0 г l-Нтрихлорэтана с 1,5 г соевого лецитина (в качестве поверхностно-активного вещест ва) и затем вводятся 57 г раствора связующего и осуществляется перемешивание в течение 30 мин, Раствор связующего представляет собой 91,7 акриловую смолу в метилэтиленкетоне (связующее 5200, Du Pont Со, Вильмингтон, Делавар) и 8,3% бутилбензилфталата (в качестве пластификатора), Зеленая лента отливается из суспензии толщиной примерно 250 мкм (после сушки). Многослойные керамические подложки приготавливаются из 8 слоев керамической ленты и 3 слоев внутреннего проводника. Слои проводника и верхний слой подложки взаимно связываются с межслойными переходами с использованием медной пасты, заполняющей переходы. После термической обработки получаются плоские герметические подложки площадью 47х47 мм, Внутренние керамические слои имеют толщину 155 мкм. Конденсаторы в пределах данной подложки имеют электрическую емкость 21 пФ, фактор рассеяния 0,05 или менее при 1 кГц. Рассчитанное значение я составляет в среднем 4,4. Пример ы 4, 5, 6 и 7. Данные примеры иллюстрируют, каким образом коэффициент термического расширения может регулироваться, за счет изменения относительных пропорций кристаллической и некристаллической фаз двуокиси кремния в данной композиции. Флюс и некристаллическая двуокись кремния используется совместно с различными количествами альфа-кварца (Silver Bond В., Tamms industries Со.). Альфа-кварц измельчается до частиц размером примерно 2,0 мкм. Изготавливается зеленая лента и прессуется в стержни размерами примерно 20х6х3 мм после их термообработки, 3атем зти стержни исполЬзуются для измерения коэффициента термического расширения с помощью дилатометра Netzsch. Средние показания коэффициента термического расширения для диапазона температуры 200 — 300 С приводятся в таблице. 35 Иэ таблицы видно, что композиции, отвечающие настоящему изобретению, охватывают диапазон коэффициентов термического расширения соответствующий, например, коэффициенту термическо40 го расширения кремния, арсенида галлия, окиси алюминия, Двуокись кремния, используемая в качестве компонента композиции, может быть кристаллической и/или аморфной, Так, на45 пример, могут использоваться любые шесть форм кристаллической двуокиси кремния, Самой предпочтительной формой является альфа-кварц. Для получения оптимальных диэлектрических свойств двуокись кремния должна быть чистой. Двуокись кремния со степенью чистоты не менее 99 мас, особенно предпочтительна, хотя приемлемы менее чистые формы. Двуокись кремния присутствует в форме тонко измельченных частиц. Размер частиц кристаллической двуокиси кремния предпочтительно составляет примерно 1— 5 мкм, Наиболее предпочтительнэ частицы двуокиси кремния размером 1-2 мкм. Амор1809932 10 Когда флюс не содержит окиси алюми-, 35 50 гируются керамические твердые частицы, 55 состоит из полимерного связующего, кото рое растворяется в летучем органическом растворителе, и при желании других растворенных веществ, таких как пластификаторы, смазки для форм, диспергирующие агенты, фные частицы двуокиси кремния имеют размер предпочтительно 0,4 — 6 мкм, Пропорция кристаллической и аморфной двуокиси кремния регулируется таким образом, чтобы получался диэлектрик с требуемым коэффициентом термического расширения в пределах (1,5 — 8,5) 10 С Композиции с более высокими содержанием кристаллической двуокиси кремния Имеют более высокие коэффициенты термического расширения, чем композиции с более низкими содержаниями кристаллической двуокиси кремния. Флюс борат цинка улучшает спекание частиц двуокиси кремния в такой мере, что получается плотный герметичный диэлектрик при термообработке при температуре ниже температуры плавления меди 1083 С. Если в композиции присутствует менее чем 15 мас, % флюса, то уплотнение является недостаточным. При содержании флюса более 30 мас. % не достигается никаких преимуществ в отношении уплотнения и других свойств, таких как теплопроводность, механическая прочность, и показатель рассеяния может быть снижен, Окись цинка и окись бора являются основными составляющими компонентами флюса бората цинка. Окись алюминия может присутствовать в количестве, составляющем до 50 мол. от окиси бора, Кроме того, могут и рисутствов ать та кже н езначительные количества кальция, магния или бария, ния, то молярное отношение окиси цинка к окиси бора может находиться в пределах примерно от 3/1 до 1/1. Это молярное отношение составляет предпочтительно 2/1, Когда в флюсе присутствует окись алюминия, то молярное отношение окиси цинка к окиси бора может находиться в пределах примерно от 4,5/1 до 1,5/1. Зеленые ленты согласно данному изобретению приготавливаются путем отливки дисперсии диэлектрического материала двуокиси кремния и флюса бората цинка в растворе полимерного связующего и легко летучего органического растворителя на гибкую подложку, такую как стальная лента или полимерная пленка, и,последующего нагревания отлитого слоя для удаления из него летучего растворителя. Органическая среда, в которой диспер15 30 удаляющие реагенты, противодействующие обрастанию агенты и смачивающие вещества, Для достижения более высокой эффективности желательно использовать не менее 5 мас. полимерного связующего на 95 мас. % твердых компонентов диэлектрика. Однако желательно также использовать не более чем 20 мас, полимерного связующего на 80 мас, % твердых компонентов диэлектрика. При указанных ограничениях желательно использовать минимально возможное количество связующего по отношению к твердым веществам для того, чтобы снизить количество органических веществ, которые должны удаляться путем пиролиза. Низкая диэлектрическая проницаемость полученного согласно изобретению керамического диэлектрического элемента позволяет легко достигнуть точный допуск электрической емкости, необходимый для настроечных устройств. Кроме того, для определенных электрических емкостей необходимо больше слоев диэлектрика и проводника с низкой диэлектрической проницаемостью, поскольку слои проводника соединены параллельно, это снижает последовательное сопротивление конденсатора, приводят к более резкому резонансу {высокому значению Q) при высоких частотах. Формула изобретения 1. Литьевая бесщелочная композиция для изготовления керамического диэлектрического элемента, включающая двуокись кремния и флюс бората цинка, о т л и ч а ю-. щ а я с я тем, что, с целью получения величины диэлектрической проницаемости менее 5,0, композиция содержит компоненты в следующих соотношениях, мас. %: Двуокись кремния 70-85 Флюс бората цинка . 15 — 30 компоненты выполнены в виде тонко измельченных частиц, а частицы диспергированы в органической среде, состоящей из полимерного связующего, растворенного в летучем органическом растворителе, при этом коэффициент термического расширения диэлектрического элемента выбран в пределах (1,5 — 8,5) 10 -, С 2. Композиция по и. 1, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что флюс бората цинка состоит из окиси цинка и окиси бора, причем молярное отношение окиси цинка к окиси бора выбрано в пределах от 3:1 до 1:1. 3. Композиция по п.2, отл и ча ю щая с я тем, что молярное отношение окиси цинка к окиси бора составляет 2:1. 4. Композиция поп. 1, отл ича ющая с я тем, что в качестве двуокиси кремния использован альфа-кварц. 1809932 Составитель M,Îàñÿíèèêîâà Редактор . Техред М.Моргентал Корректор M.Êåðåöìàí Заказ 1301 Тираж . . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101
