Стекло для ситаллоцемента

 

Использование: при изготовлении межслойной изоляции в толстопленочных многоуровневых МДП-структурах, совместимых с прецизионными резисторами на основе соединений рутения. Сущность изобретения: стекло для ситаллоцемента содержит, мас.%: оксид кремния 25,0 - 35,0 БФ SiO₂, оксид свинца 10,0 - 20,0 БФ PbO, оксид кальция 1,0 - 10,0 БФ CaO, оксид стронция 1,0 - 10,0 БФ SrO, фтор 1,0 - 5,0 БФ F', оксид циркония 1,0 - 5,0 БФ ZrO₂, оксид ванадия 0,1 - 0,3 БФ V₂O₅, борат алюминия 15,0 - 40,0 БФ Al₄B₆O₁₅, AlBO₃, Al₂B₂O₆, оксид кобальта 0,2 - 0,8 БФ СоО. Свойства стекла: состав обуславливает экологически безопасный синтез, температура кристаллизации 840± 10^oC; TКЛР = (60 - 67)·10^-7 K^-1, тангенс угла диэлектрических потерь (9 - 15)·10^-4; диэлектрическая проницаемость 8,5 - 12,5. 2 табл.

Изобретение относится к составам стекол для ситаллоцементов, использующимся при изготовлении межслойной изоляции в толстопленочных многоуровневых МДМ-структурах, совместимых с прецизионными резисторами на основе соединений рутения. Стекло может найти применение в производстве толстопленочных БГИС и микросборок для радиотехнической и электронной аппаратуры.

Известен состав стекла, содержащий, мас. SiO₂ 30 55, ZnO 20 - 40, Al₂O₃ 0 10, RO 5 40 /где RO BaO, CaO, SrO/, CoO 0 - 10, B₂O₃ 0 20 [1] Закристаллизованные пленки межслойной изоляции на основе приведенных выше стекол химически несовместимы с резистивными пленками на основе соединений рутения: удельное поверхностное сопротивление (ρs) таких резисторов возрастает на порядок относительно значения резисторов на керамической подложке, что свидетельствует об интенсивном взаимодействии резистивной и диэлектрической пленки. Нами установлена сильная диффузия из диэлектрика в резистивную пленку, приводящая к значительному возрастанию номинала резисторов, вожженных на цинкосодержащих изоляционных пленках.

За прототип выбрано стекло [2] которое имеет следующий состав, мас.

SiO₂ 25,0 48,0 Al₂O₃ 8,0 24,0 ZnO 0 20,0 PbO 0,5 40,0 PbF₂ 0 3,0 CaO 4,0 20,0 SrO 0 3,0 MgO 0 3,0 CdO 0 3,0
TiO₂ 5,0 25,0
ZrO₂ 0 5,0
Sb₂O₃ 0 3,0
Bi₂O₃ 0 3,0.

Закристаллизованные пленки межслойной изоляции на основе стекол [2] химически несовместимы с резистивными пленками на основе соединений рутения вследствие диффузии ZnO в резистивную пленку, которая приводит к значительному возрастанию ρ и ТКС резисторов.

Присутствие в составе стекла легкоплавких токсичных соединений Sb₂O₃, Bi₂O₃, PbF₂ приводит к экологически опасному синтезу стекла.

Отсутствие в составе стекла красящих добавок таких как СаО, обусловливающих сине-зеленую окраску диэлектрика, делает невозможным лазерную подгонку резисторов.

Достигаемый технический результат возможность изготовления толстопленочной межслойной изоляции, технологически совместимой с резисторами на основе соединений рутения и позволяющей проводить экологически безопасный синтез стекла.

Указанный технический результат достигается тем, что стекло, содержащее SiO₂, PbO, CaO, SrO, F', ZrO₂, дополнительно содержит оксид ванадия (V), борат алюминия и оксид кобальта (II) при следующем соотношении компонентов, мас.

SiO₂ 25,0 35,0
PbO 10,0 20,0
CaO 1,0 10,0
SrO 1,0 10,0
F' 1,0 5,0
ZrO₂ 1,0 5,0
V₂O₅ 0,1 0,3
Борат алюминия 15 40,0
CoO 0,2 0,8
Указанный технический результат достигается в первую очередь путем совместного введения всех указанных ингредиентов, а также введением в состав стекла для ситаллоцемента бората алюминия в количестве 15,0 40,0 мас. оксида ванадия /V/ в количестве 0,1 0,3 мас. и оксида кобальта /II/ в количестве 0,2 0,8 мас.

Такое содержание бората алюминия, оксида ванадия /V/ и оксида кобальта /II/ является оптимальным для обеспечения экологически безопасного синтеза стекла при приемлемой температуре.

Ни в одном из известных авторам технических решений для обеспечения экологической безопасности при синтезе стекол для ситаллоцементов, совместимых с рутениевыми резисторами, не использовалась указанная совокупность ингредиентов стекла, для ситаллоцемента, поэтому можно сделать вывод об удовлетворении критерия "изобретательский уровень".

Границы концентраций компонентов стекла определяли следующими факторами: условиям стеклообразования в заявляемой многокомпонентной системе, температурными характеристиками, склонностью стекол к кристаллизации, параметрами диэлектрических и резистивных пленок в составе МДМ структур, а также степенью экологической безопасности при синтезе стекла.

Увеличение содержания в стекле таких тугоплавких оксидов как: SiO₂, SrO, CaO более 35 мас. 10 мас. и 10 мас. соответственно обусловливает рост температуры синтеза и кристаллизации стекол до 900^oC. Содержание SiO₂ в стекле меньше 25,0 мас. резко снижает кристаллизационную способность стекол к образованию анортита.

Уменьшение содержания в стекле SrO и CaO меньше 1 мас. соответственно снижает температуру кристаллизации стекол ниже 800^oC.

Увеличение содержания PbO более 20 мас. приводит к возрастанию диэлектрической проницаемости пленок ситаллоцемента />10/, что ограничивает применение таких стекол. Уменьшение содержания менее 10 мас. приводит к значительному снижению коэффициента линейного термического расширения /КЛТР/ стекла и, соответственно, ситаллоцемента ниже 50·10^-7, K^-1.

Увеличение содержания F' более 5 мас. обусловливает ухудшение экологии при синтезе стекла, уменьшение содержания F' менее 1 мас. приводит к значительному снижению кристаллизационной способности стекла.

Увеличение содержания оксида циркония /IV/ более 5 мас. приводит к увеличению температуры синтеза стекла более 1450^oC, уменьшение ниже 1,0 мас. к уменьшению кристаллизационной способности стекол.

Увеличение содержания оксида ванадия /V/ более 0,3 мас. обусловливает ухудшение диэлектрических свойств пленок, уменьшение меньше 0,1 мас. к повышению вязкости расплава и ухудшению гомогенизации.

Увеличение содержания оксида кобальта /II/ более 0,8 мас. приводит к ухудшению диэлектрических характеристик пленок (возрастает tg угла диэлектрических потерь более 25·10^-4); уменьшение содержания СоО менее 0,2 мас. приводит к ослаблению поглощательной способности ситаллоцемента, что обусловливает появление коротких замыканий при лазерной подгонке резисторов.

Увеличение содержания бората алюминия /Al₄B₆O₁₅, AlBO₃, Al₂B₂O₆/ более 40 мас. приводит к уменьшению дилатометрической температуры размягчения и температуры кристаллизации стекла. Уменьшение содержания бората алюминия менее 15 мас. приводит к резкому повышению температуры синтеза стекла.

Для получения стекловидного материала заявляемого состава были приготовлены 4 смеси ингредиентов /NN 1 4/, их составы приведены в табл. 1.

В качестве сырьевых материалов использовали химические реактивы марок: "хч", "ч" и "чда", SrO вводили через SrCO₃; F' через CaF₂, CaO - через CaCO₃, остальные ингредиенты через оксиды соответствующих элементов.

Каждую смесь синтезировали отдельно в корундизовых тиглях емкостью 200 мл в силитовых печах при температуре 1450± 10^oC, выдержка 30 минут.

Свойства заявляемых синтезированных стекол и ситаллоцементов, полученных на их основе, представлены в табл. 2.

Таким образом, заявляемые стекла имеют температуру кристаллизации 840±10^oC. т.е. они технологически совместимы с резисторами на основе соединений рутения. Кроме того, значение диэлектрической проницаемости (ε) порошковых образцов стекол NN 1 4, закристаллизованных при температуре кристаллизации, ниже, чем у прототипа. Значения КТЛР и тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ) порошковых образцов ситаллоцементов находятся на уровне соответствующих значений прототипа.

Электрофизические свойства ситаллоцементов измеряли при f 1 МГц и температуре 20^oC.

Синтезированные стекла заявляемого состава измельчали на планетарной мельнице до удельной поверхности 7000 8500 см²/г.

На каждом стекле изготавливали диэлектрическую пасту с использование органического связующего на основе этилцеллюлозы. На подложках из высокоглиноземистой керамики марки ВК-94-1 изготавливали методом шелкографии 2-х уровневую МДМ структуру при использовании проводниковой разводки на основе. Резистивные пасты наносили на межслойную изоляцию с вожженной проводниковой разводкой через сетчатый трафарет из нержавеющей стали.

Вжигание паст производили в конвейерной печи при одной и той же температуре 840±10^oC (выдержка при максимальной температуре 15±1 мин). Общий цикл вжигания составлял 60 ±2 мин. Среда вжигания воздух.

Измерения величины резистивных пленок свидетельствуют, что межслойная изоляция на основе разработанного ситаллоцемента позволяет формировать на ее поверхности резисторы с заданными номиналами, требуемым ТКС и обусловливает возможность их подгонки лазером.

Отсутствие в составе стекла токсичных оксидов обусловливает улучшение экологических условий синтеза стекла.

Формула изобретения

Стекло для ситаллоцемента, включающее оксид кремния, оксид свинца, оксид кальция, оксид стронция, ион фтора, оксид циркония, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит оксид ванадия, борат алюминия и оксид кобальта (II) при следующем соотношении компонентов, мас.

Оксид кремния 25 35
Оксид свинца 10 20
Оксид кальция 1 10
Оксид стронция 1 10
Ион фтора 1 5
Оксид циркония 1 5
Оксид ванадия 0,1 0,3
Борат алюминия 15 40
Оксид кобальта (II) 0,2 0,8

РИСУНКИ

Рисунок 1