Электропроводящая паста

 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в производстве толстопленочных микросхем. Цель изобретения - улучшение печатных свойств электропроводящей пасты, снижение дефектности и повышение эксплуатационной надежности покрытий на ее основе на металлодиэлектрических подложках путем повышения адгезии и устойчивости к повторным термообработкам. Паста, содержащая серебро, палладий, оксид висмута /Ш/, кристаллизующееся стекло, этилцеллюлозу, терпинеол, касторовое масло и олеиновую кислоту, позволяет получить покрытия с адгезией до 8,85 МПа. 2 табл.

Изобретение относится к материалам, предназначенным для толстопленочной технологии изготовления микросборок, и может быть использовано в производстве микроэлектронной аппаратуры широкого и специального назначения.

Известны электропроводящие пастообразные композиции на основе серебра, палладия, неорганического связующего, диспергированных в органических связующих на основе ланолина или растворов этилцеллюлозы [1] - [4]. Как правило, в качестве неорганического связующего в этих композициях используют свинцовоборосиликатные стекла или смесь этих стекол с оксидом висмута, которые обеспечивают необходимые прочностные (когезионные и адгезионные) свойства электропроводящих покрытий. Данные композиции предназначены для формирования электропроводящих слоев как на керамических подложках, так и на соответствующей изоляционной пленке.

Основным недостатком этих композиций является несовместимость с металлодиэлектрическим покрытием и межслойной изоляцией на основе ситаллоцемента системы BaO-MgO-B₂O₃-SiO₂, приводящая к повышению дефектности электропроводящих пленок и изоляции, лежащей на проводнике, в виде вздутий слоев. Подобный вид дефектности характеризуется снижением адгезионных свойств проводниковых пленочных элементов, разрывом проводниковой разводки и отслоением проводников от подложки.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению по составу и свойствам является электропроводящая паста [5], реализованная в производстве (марка П-0707) и представляющая собой порошковую композицию на основе серебро-палладиевой токопроводящей фазы, оксида висмута и стекла, диспергированную в органическом связующем на основе раствора этилцеллюлозы в терпинеоле с добавками пластифицирующих агентов в виде 12-оксистеариновой кислоты и триэтаноламина состава, мас.%: Серебро 61,0-65,5 Палладий 17,0-18,2 Стекло 4,25-1,65 Окись висмута 2,6-2,75 Этилцеллюлоза 0,45-1,05 Терпинеол 8,2-13,1 12-оксистеари- новая кислота 0,25-0,3 Триэтаноламин 0,09-0,15 При использовании на подложках из алюмооксидной керамики, например, марки ВК94-1 паста обеспечивает получение электропроводящих покрытий с высокими электрофизическими параметрами: удельное сопротивление квадрата проводниковой пленки ρ_s не более 0,040 Ом/кВ; растекаемость Δ В не более 25 мкм; адгезия проводника σ_пр не менее 7,35 МПа; адгезия изоляции σ_из не менее 4,9 МПа.

Однако при использовании пасты на металлодиэлектрических подложках, а также на межслойной изоляции, совместимой с такими подложками, проявляется дефектность электропроводящего покрытия уже на стадии нанесения, которая выражается в некачественной пропечатке пасты. На стадии сушки таких отпечатков образуются узкие перемычки проводниковых дорожек, а на отдельных участках - капли. При вжигании такой пасты проводниковый пленочный элемент отслаивается от стеклоэмали или изоляции, наблюдается пузырение проводника. При нанесении диэлектрической пасты на такой проводник происходит вздутие диэлектрика, сопровождающееся разрывами проводниковой разводки.

Целью изобретения является улучшение печатных свойств пасты, снижение дефектности и повышение эксплуатационной надежности покрытий на ее основе на металлодиэлектрических подложках из легированной термостойкой стали с эмалевым покрытием из стеклокристаллического материала путем повышения адгезии и устойчивости к повторным термообработкам.

Применение предлагаемой электропроводящей пасты позволит изготавливать многоуровневые толстопленочные коммутационные платы на металлодиэлектрических подложках. Применение металлодиэлектрических подложек вместо дорогих и дефицитных керамических подложек обеспечивает ряд технологических преимуществ, связанных с высокими значениями прочности и теплопроводности металлических подложек, а также с простотой механической обработки металла по сравнению с керамикой.

Цель достигается тем, что электропроводящая паста, содержащая серебро, палладий, оксид висмута (III), стекло, этилцеллюлозу и терпинеол, содержит кристаллизующееся стекло системы BaO-MgO-B₂O₃-SiO₂ следующего состава, мас. % : SiO₂ 13,2-24,4; B₂O₃ 9,3-21,3; Al₂O₃ 0,8-5,7; ZnO 0,3-5,7; MgO 23,5-37,4; BaO 24,1-37,8; CuO 0,1-1,9; TiO₂ 0,2-2,7; MnO 0,5-4,1 и дополнительно-касторовое масло и олеиновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. % : Серебро 61,0-65,5 Палладий 17,0-18,5 Оксид висмута (III) 2,5-2,8 Кристаллизую- щееся стекло I 3,0-4,5 Этилцеллюлоза 0,4-0,5 Терпинеол 10-11 Касторовое масло 0,9-1,2 Олеиновая кислота 0,7-1,0 Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав пасты отличается от известного введением новых компонентов, а именно: ситаллоцемента системы BaO-MgO-B₂O₃-SiO₂, олеиновой кислоты, касторового масла, а также изменением процентного состава раствора этилцеллюлозы и терпинеола. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ известных составов паст, используемых в качестве толстопленочных материалов, показал, что стекла, вводимые в состав паст, совместимы с керамическими материалами и не согласуются с металлодиэлектрической подложкой.

Применение ситаллоцемента той же системы, что и материал диэлектрика, совместимого с металлическим основанием, позволяет формировать многослойную проводниковую разводку в пяти уровневых коммутационных платах на металлодиэлектрических подложках из легированной, термостойкой стали с эмалевым покрытием. Кроме того, некоторые введенные в заявляемое решение вещества известны, например касторовое масло, олеиновая кислота, однако их применение в данной пасте в сочетании с 4-4,5%-ным раствором этилцеллюлозы в терпинеоле позволяет получить разрешение 1-2 линии на 1 мм, толщину проводников 20-25 мкм за одно нанесение трафаретной печатью, сглаживание следов сетки трафарета и, как следствие, минимальную шероховатость поверхности и максимальную сплошность покрытия при нанесении проводниковых элементов на гладкую поверхность металлодиэлектрической подложки.

Таким образом, данный состав компонентов придает пасте новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Изобретение осуществляется следующим образом.

Просушенные и просеянные компоненты порошковой композиции (мелкодисперсное серебро, палладий, оксид висмута (III) "ч" (ГОСТ 10216-81), ситаллоцемент (а.с. СССР N 1249884, кл. С 03 С 10/04, 1984) взвешивают и просеивают полученную смесь порошков 4-5 раз через капроновое сито с размерами ячейки 200 ± 50 мкм.

Органическую связку, содержащую компоненты: этилцеллюлоза марки "ЛК" (ТУ 6-05-1028-74), терпинеол "Экстра" (ТУ 1816-231-79), олеиновая кислота "ч" (ГОСТ 10475-63), медицинское касторовое масло (ГОСТ 18102-72) готовят растворением этилцеллюлозы в терпинеоле при постоянном нагревании до температуры (60 ± 5)^оС и перемешивают с последующими добавками касторового масла и олеиновой кислоты.

Полученную органическую связку перемешивают с порошковой композицией в халцедоновой ступке до однородного состояния.

Указанным способом были приготовлены и исследованы составы, приведенные в табл.1.

Формирование пленочных элементов осуществлялось на установках трафаретной печати ПТП-2 и АУТП с использованием сетчатых трафаретов, изготовленных на основе сетки из нержавеющей стали с размером ячейки 40 мкм. Сушка производилась при температуре 150-200^оС в течение 15 мин. Для высокотемпературной термообработки применялась конвейерная электропечь ПЭК-8, максимальная температура вжигания составляла 820^оС. Параллельно с указанными составами электропроводящей пасты проводили испытания пасты П-0707, являющейся прототипом предлагаемого технического решения.

Физико-технологические свойства исследуемых паст приведены в табл.2.

Из табл. 2 видно, что заявляемое решение (составы N 1-3), обеспечивая уровень показателей прототипа по разрешающей способности, превосходит его по адгезии и электропроводности. При этом обеспечивается возможность изготовления толстопленочной платы на металлодиэлектрической подложке.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ ПАСТА, содержащая серебро, палладий, оксид висмута (III), стекло, этилцеллюлозу и терпинеол, отличающаяся тем, что, с целью улучшения печатных свойств пасты, снижения дефектности и повышения эксплуатационной надежности покрытий на ее основе на металлодиэлектрических подложках из легированной термостойкой стали с эмалевым покрытием из стеклокристаллического материала путем повышения адгезии и устойчивости к повторным термообработкам, она содержит кристаллизующееся стекло системы BaO-MgO-B₂O₃-SiO₂ следующего состава, мас.%: SiO₂ 13,2 - 24,4 B₂O₃ 9,3 - 21,3
Al₂O₃ 0,8 - 5,7
ZnO 0,3 - 5,7
MgO 23,5 - 37,4;
BaO 24,1 - 37,8
CuO 0,1 - 1,9
TiO₂ 0,2 - 2,7
MnO 0,5 - 4,1
и дополнительно - касторовое масло и олеиновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Серебро 61,0 - 65,5
Палладий 17,0 - 18,5
Оксид висмута (III) 2,5 - 2,8
Кристаллизующееся стекло указанного состава 3,0 - 4,5
Этилцеллюлоза 0,4 - 0,5
Терпинеол 10 - 11
Касторовое масло 0,9 - 1,2
Олеиновая кислота 0,7 - 1,0

РИСУНКИ

Рисунок 1