Электропроводящая композиция

 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления толстопленочных проводников. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности и выхода годных изделий на основе электропроводящей композиции путем увеличения адгезии без ухудшения термостабильности. Электропроводящая композиция, содержащая мелкодисперсное серебро или смесь мелкодисперсных серебра и палладия, оксиды висмута, свинца, кремния, бора, магния , оксид марганца (II) и оксид сурьмы (III), позволяет получить проводники с адгезией к подложке до 350 кг/см и увеличить выход годных изделий более чем на 10%. 1 табл. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s Н 01 В 1/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

/ 4 сЭ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4819750/07 (22) 27.04.90 (46) 23.04.92. Бюл. N 15 (71) Научно-исследовательский институт материаловедения им. А. Ю. Малинина (72) А. В. Агафонов, Е. М. Фомина, Е. Х.

Азизбаев, И. Д. Данильченко, M. К. Кутузов, А. В. Кощиенко и С. В. Подшибякин (53) 621.315(088.8) (56) Заявка Японии М 58-7203, кл. Н 01 В

1/16, 1983, Патент США N. 3374110, кл. 117-212, 1968. 54) ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ КОМПОЗИ

ЦИЯ

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления толстопленочных проводников с высокой вдгезией к подложкам из диэлектрического материала.

Известна электропроводящая композиция, содержащая смесь мелкодисперсного серебра и палладия, стеклообразующие оксиды свинца, кремния, бора, алюминия или оксид висмута при следующем соотношении компонентов, мас,,4:

Смесь мелкодисперсных серебра и палладия (серебра в.смеси 75-85 мас.7, лалладия 25-15 мас. $) 90-99

Оксид свинца (II) 0,67-8,5

Оксид кремния (IV) 0,10 — 2,235

Оксид бора 0,04 — 0,875

Оксид алюминия 0,01 — 0,23 Ы„, 1728887 А1 (57) Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления толстопленочных проводников, Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности и выхода годных иэделий на основе электропроводящей композиции путем увеличения адгезии без ухудшения термостабильности. Электропроводящая композиция, содержащая мелкодисперсное серебро или смесь мелкодисперсных серебра и палладия, оксиды висмута, свинца, кремния, бора,магния, оксид марганца (И) и оксид сурьмы (III), позволяет получить. проводники с адгезией к подложке до 350 кг/см и увеличить выход годных изделий более чем на 10 . 1 табл. или

Оксид висмута (III) 1 -10 . Наиболее близким техническим решением является электропроводящая композиция, содержащая мелкодисперсное серебро или смесь мелкодисперсных серебра и палладия, стеклообразующие оксиды висмута, свинца, кремния, бора, кальция, алюминия, цинка и нафтанат марганца при следующем кол ичествен ном соотношении компонентов,мас./,:

Мелкодисперсное серебро или смесь мелкодисперсных серебра и палладия (серебра в смеси 77 мас., палладия 23 мас. )

78,64-98,03

Оксид висмута (Ш) . 0-12,82

Оксид свинца (И) 0,71-4,46

Оксид кремния (IV) 0,55-3,47

1728887

Оксид бора 0,09-0,58

Оксид кальция 0,16-1,00

Оксид алюминия 0,11 — 0,70

Оксид цинка 0,08-0,51

Нафтанат марганца 0,005 — 0,16 5

Недостатком данной композиции является невысокая адгезия — не более 200 кг/см к подложке из диэлектрического маг териала, например, из алюмооксидной керамики. При этом термостабильность не 10 хуже 20 : после выдержки проводника в течение 990-1010 ч при 120 — 130 С адгезия уменьшается не более чем на 20 . Изделия, полученные на основе такой композиции, характеризуются низкой эксплуатационной 15 надежностью и. низким выходом годных.

Цель изобретейия — повышение эксплуатационной надежности и выхода годных изделий на основе электропроводящей композиции путем увеличения адгеэии без ухудшения термостабильности. 20

Поставленная цель достигается тем, что известная электропроводящая композиция, содержащая мелкодисперсное серебро или смесь мелкодисперсных серебра и палладия, стеклообразующие оксиды висмута, 25 свинца, кремния и бора, дополнительно содержит оксиды магния, марганца (II) и сурьмы (!Il) при следующем соотношении компонентов, мас. :

Мелкодисперсное серебро или смесь 30 мелкодисперсных серебра и палладия

89-94

Оксид висмута (! I) 3,01-8,25

Оксид свинца (!!) 1,10 — 3,25

Оксид кремния (И) 0,50-1,75 35

Оксид бора 0,04 — 0,35

Оксид магния 0,03-0,35

Оксид марганца (! !) 0,01 — 0,15

Оксид сурьмы (III) 0,01 — 0,10

Сущность изобретения заключается в 40 том, что, как установлено опытным путем, введение. оксидов магния. сурьмы и марганца в указанных пределах способствует образованию более прочных адгезионных связей с подложкой из диэлектрического 45 материала..Введение оксидов сурьмы и марганца препятствует процессу возможного восстановления свинца и висмута из их оксидов в процесса формирования проводящей пленки при вжигании проводящей 50 пасты за счет остаточного углерода органической связки, входящей в ее состав. Металлический висмут и свинец могут образовывать хрупкую пленку на межзеренных границах серебра и палладия, что ведет 55 к появлению трещин в проводнике, уменьшению его адгезии к подложке из диэлектрического материала и увеличению поверхностного сопротивления.

Введение мелкодисперсного серебра или смеси мелкодисперсных серебра и палладия менее 98 мас, ухудшает смачиваемость поверхности проводящей пленки свинцовооловянным припоем типа ПОС-61. появляются необлуженные участки диаметром более 0,15 мм. Введение мелкодисперсного серебра или смеси мелкодисперсных серебра и палладия более 94 мас.о приводит к уменьшению. адгезии и уменьшению стойкости к выщелачиванию свинцовооловянным припоем типа ПОС-61. Введение оксида висмута менее 3,01 мас..% и оксида свинца менее 1,1 мас. приводит к уменьшению адгезии и ухудшению смачиваемости поверхности проводящей пленки припоем. Введение оксида висмута более

8,25 мас. и оксида свинца более 3,25 мас. приводит к ухудшению термостабильности. Введение оксида висмута более

8,25 мас,, кроме того, приводит к уменьшению влагостойкости и увеличению растекаемости (увеличение ширины проводника). Введение оксида кремния менее 0,5 мас. и оксида бора менее 0,04 мас. приводит к ухудшению термостабильности. Введение оксида кремния более

1,75 мас. приводит к уменьшению адгезии и увеличению поверхностного сопротивления проводника. Введение оксида бора более 0,35 мас.%,приводит к уменьшению влагостойкости. Введение оксида марганца менее 0,01 мас. . оксида сурьмы менее 0,01 мас. и оксида магния менее 0,03 мас. не обеспечивает заметного повышения адгезии. Введение оксида марганца более 0,15 мас.%, оксида сурьмы более 0,1 мас. u оксида магния более 0,35 мас. приводит к ухудшению термостабильности, Исходя из требований проводимости, содержание серебра в смеси мелкодисперсных серебра и палладия не менее 40 мас. .

Стеклообразующие оксиды вводятся в композицию в виде порошка стекла. Оксид висмута может частично вводится в виде порошка как модифицирующая добавка, а частично содержаться в составе стекла.

Предлагаемая электропроводящая композиция позволяет получать проводники на подложках из диэлектрических материалов, например из алюмооксидной керамики, кварцевого стекла и на диэлектрическом слое с адгезией 220-350 кг/смг. После выдержки проводника при температуре 120130 С в течение 990-1010 ч термостабильности или уменьшение адгезии не превышает 207ь.

Пример 1. Из стеклообразующих оксидов висмута. свинца, кремния, бора, магния, сурьмы и марганца готовят стекло

1728887 путем сплавления шихты, состоящей из 41 r (4,1 мас. ) Big03„24,0 г (2,4 мас. ) PbO, 12,0 г (1,2 мас. ) $302, 2,0 г (0,20 мас. )

В2О3. 0,6 г (0,06 мас, ) MgO, 0,2 г(0,02 мас. ) ЯЬгОз и 0,2 г (0,02 мас. ) МпО.

Измельчают полученное стекло до по- 5 рошка с удельной поверхностью 6000-9000 г см /г, 80 r полученного порошка стекла тщательно перемешивают с 720 г мелкодисперсного серебра и 200 r мел кодисперсного палладия с размером частиц около 5 мкм. 10

Затем смесь порошков перемешивают с 200 г органической связки на установке для приготовления проводниковых паст. В качестве . органической связки используют связку, состоящую из 15 мас. ч. ланолина, 3 мас, ч. 15 вазелинового масла и 1 мас, ч. циклогексанола.

Пасту наносят через трафарет на подложки иэ алюмооксидной керамики (марки

ВК-94 или ВК-94-2) и вжигают в конвейер- 20 ной печи при 800 — 850 С.

Адгеэия (или прочность сцепления проводника с подложкой) А! составила 350

2 кгlсм, удельное поверхностное сопротивление — 0,015 Омlсм . После выдержки про- 25

2 водников в течение 1000 ч при 125 С адгеэия А составила 315 кгlсм, т. е. термиг ческая стабильность 10 .

Пример 2. Электропроводящую ком- позицию готовят аналогично примеру 1, но 30

-вместо смеси мелкодисперсного сер бра и палладия используют мелксдисперсное серебро.

Пример 3. Электропроводящую композицию готовят аналогично примеру 1, а в 35 качестве материала подложки используют кварцевое стекло.

Пример 4. Электропроводящую композицию готовят аналогично примеру 2, а в качестве материала подложки используют 40. кварцевое стекло.

Пример 5, Электропроводящую композицию готовят аналогично примеру 1, а в качестве материала подложки используют диэлектрический слой на основе пасты ПД-8 45 (9, 10 и 11).

Пример 6. Электропроводящую композицию готовят аналогично примеру 2, а в качестве материала подложки используют 50 диэлектрический слой на основе пасты ПД-8 (9, 10 и 11).

В таблице приведены примеры выполнения: примеры 1- 10 в предлагаемых пределах, на подложках из различных материалов, примеры 11-26 показывают выход эа пределы, пример 27 — по известному способу.

Как видно из таблицы, предлагаемая злектропроводящая композиция позволяет получать проводники с адгезией к подложке иэ диэлектрического материала, например, из алюмооксидной керамики, кварцевого стекла и на диэлектрическом слое с адгезией 220 — 350 кг/см и величиной термостаг бильности не хуже 20 j в то время, как проводники на основе композиции по прототипу имеют адгезию не более 200 кг/см .

Проводники хорошо облуживаются припоями ПСрОС 2 — 58, ПОС вЂ” 61 и. совмещаются с отечественными серебропалладиевыми и рутениевыми резисторами.

Такие проводники, использованные в качестве выводов толстопленочных рутениевых резисторов, позволяют увеличить выход годных более чем на 10, а также повысить их эксплуатационную надежность.

Формула изобретения

Электропроводящая композиция, содержащая мелкодисперсное серебро или смесь мелкодисперсных серебра и лалладия, стеклообразующие оксиды висмута, свинца, кремния и бора, о-т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и выхода годных изделий на ее основе путем увеличения адгезии без ухудшения термостабильности, она дополнительно содержит оксиды магния, марганца ((!) и сурьмы (!!!) при следующем соотношении компонентов, мас. :

Мелкодисперсное серебро или смесь мелкодисперсных серебра и палладия 8994

Оксид висмута (!!!) 3,01 — 8.25

Оксид свинца (!!) . 1,10 — 3,25

О:;сид кремния 0,50-1,75

Оксид бора 0,04 — 0;35

Оксид магния 0.03 — 0,35

Оксид марганца (!!) 0,01 — 0,15

Оксид сурьмы (!!!) 0,01-0,10

1728887 а

I" и

С О

I lX

Ф О ф I

1 l(t

1 1

1 Z

1 Ф

3 Z

1 C

Ф С

3 и

С 0

И Y

3- С

Ф O

И и а О

Ф

> Ф

It а

И 3л 3. яисх

Z 3- а

Ф Ф ФФ Ф ФИ

3(а9 лz z юс у о ол и и v

3

Ф

>, u

I 1 Ф Ф 4

i i oi ez I

ZХФГ3

1 1033(3(3 ! аu1I- Я

Ф СИ

ЗФ 01-00. (ъ б х и з сб ст

4 а а 4»«

Ф 3 ca c C 34(z

Х ФФОХ

Ф б Л Х(ОС!

- — 1 C= 1 3

1 !. X 1

I I Zс4

Фйх

w v 1 с(. z 1

1 С Х 1 аА

Сб

Ю ас(чбъо

ФЧ 4 4 М Сч СЧ

О ОООО аА

Cl

Сб

0 u3 anco LA

СЧ N (Ч ааааа ооаоо

С1 о

Сб а

О М оо оо

lXl D

ОM ао

Ю

Сб

СЧ

Ю

o D D o o an

ФЧСЧ (Ч СЧСЧ М ооарао оюаюоо

СЧ

Ю

Cl ааааа мо ачб в (Ч ссб» N оо

4aO D u3 an

СЧ СЧ

Сб аА

\ оо (ч а

4"Ъ |"\

Ю

1 Ъ оо

an M

M M

Cl а

4 Ъ

Оааоаа а Сч cl 03

СЧ M М СЧ СЧ \Ч

ODODO (1 (О СЧ ОЪ 0 Ъ (Ч 4 4 С 4 N

Ю

Ю

43 т

c. z

3- Ос

ФФИ

Ф с

n lz оzz

3-ЧХ

2 и

Ф од х

C( су.ос =,=, 1 Y

IZ Z

X с z е х

1 X М

ОО

ы с

1 I- tf хФ 0

Ф о

Cl (l

Ф I х и

v g суо! Ф

Ф М

О

Ф О х IФ I I 3

I I 1 I

Ф 1 1 I I

1 I ..I 1 1 1

1 1 I 1 I 1

1 1 I I !

1 I I I I I

С3

1 О

I

3 ——

1 I I I (1 4 I I I I б 1

1 1 4 I

1 1 I I 1 1

1 1 I 1 1 1

Сч

Cl (Ч

Ct

Cl сч о

Ю (Ч О

О ао (Ч сЧ оа юо оо юа счсч

«»ооо ааааа о о о

ФЧ

Cl

Cl ааааа сЧ

Cl

ФЧ

Cl

СЧ о

Ю сч а оо оо

СЧ N юо юо а

Cl

Сб

an мъ а а а

OOODD

OOOOD а о» сч (ч о о о о ааааа

Ю

Cl ъО

Ю

О

aO LA о оо

О

Cl,О

Ю

Cl ааааа ъО

Сб

Ю аам Очб

«MODO ааааа

О О

О Ю оо

Ю о оо а о

4 3 а

Cl

С3.

Оо

N ФЧ оо

Юо с 3 4 4 о о

Cl (Ч

Ю о а-т о-т сч с!о сч о ааааа

Оîоома

4ЧСЧСЧсЧЮ т о ааааа а

3 а

ОЪ

Сб

ФЧ оо

С((Ч а во о а вла N an о»о а

Cl

С 4

Cl

С 4 ооооюо

СЧ ФЧ М D СЧ ФЧ

О N

3 D

1 ° 4 (O

Ct

0 (ч

Ю а (4 ааааа

3А 4V .0 4Ч

М»сч

Ю

4Г\ оо т т

NN оо т

СЧ ФЧ

Cl .т сч о о о ою о

Оъan 0-т-т-т

O M Фч СЧ Ф ° N

О

M (Ч ооа а т т O о оо т -т

Cl а

Cl

Ct оа

СО

-т О а аоо а о сч сО о

М М СО СЧ ОЪ т т — 4

Раааа ааааа

ФЧ СЧ СЧ СЧ ФЧ

Фч сч сч сч (ч

03Л»

О В(Ч а с!

4 1 N СЧ

Ю Ю о о

Ю

Г

Ю

Ю

N т

1 СЧ

Сб

LA

1 (Ч

Cl

С3 аА (Ч

Л (Ч

:ч 01

О с!

CO

О

4Ч

СО

D aO

О ФЧ

N aO

ОЪ I

С1

O (A

Ю

Cl

0 1 оа ао (О CO

ЛГ оо оа

N IA

ОЪ Г

Ю

Ю

4,0

Ю

О (О

Г юмв оол аси л

t t л ооооо ооооо

СО lzi (О ФО СО ллллл

ODODDO

ОООООО

00 CO СО CO СО LA

Ф P ЛЛЛt

1 и

I 1 О. 10

1 ИОФФЧФ

4хМФФх

LA во о

СОЛО (Ч «СО

ОЪ ОЪСО

LA о-т M асо (О

ВВ ОЪ

-т О о а

Фо

0 Ъ СГЪ О\ ооол

Л Л (тб В

О С(O

ОЪ О Ъ ОЪ ОЪ

Cl

4 Ъ

0 Ъ

Ю

Ct

lA

ОЪ сп! CO сч

1 ОЪ х а

О Ф

3CZ

I

1

1

1 !

1

I

I !

1 !

1

1

1

1

1 !

iI

1 ! СС

v

I и

I Cl 1 1

1

I lQ

I X

1 Z

I 40

М

1 O.

I Ф с(I Д

3

1

I ! !

1

1

I

I

I !

1

I

I

1

1

I I 1 !

Еб Ф- 1

I Я Ф 331 Я

i I р I с 1

1 t3 1

I 1

I 1 р 1

1 д!

1 i

I I (о 1 (у

I !! I 1

Ф а 3

I 1 ! а I

1 у

4

3 Еъ 1

Ф о 1

I д4

I 1

3 — — -Ч ! о 3

I .О I

1 (3, 1

1-..— — Ч

3 Д

03!

I I

I I

1 О 1

1 04 1

I б

1 Сб

Ф С I

I 1

1 I

I I

«ъ .Оа Ол о ва (ч

Гъ ало-т ло (ч - М - ФЧ (Ч

D OOOOOO

О ооло а

N MN(ЧNMМ

1 1 1 1 1 I 1

1 I 1 I 1 1 Ф

4А о оююооо

«» «О (ч»

"O" го О О

an а а О О а а ФГ\

О OONOOO

Сб ОЮЮООО а an а иъ а а о -т.

О ODODOO

О ОРООаа

С 3 СЧ N ФЧ N N СЧ

О OODOCIO

О DDOOOIA (Ч СЧ ФЧ 41(Ч (Ч40

О ОО ОООО

-т -тт-т-С сч

N СЧСЧ(Ч(ЧСЧМ оооооо о ооо а ooooDo

O OD OOOO

ФЧ NNNNNLA

СЧ (Ч СЧ (Ч (Ч (Ч СЧ в о» счм-та

СЧСЧ N СЧ ФЧ СЧ

Я

z

Ф

0l

У а а

Ф C

Ю т

Сб

Ct

ОЪ

CI

Л

1

Сб

О а

ФЧ

Сб

С ГЪ

Ф Ъ

Ct

CO а

Cl

I

CO (Ч

Ю аО

4Ъ (ч

О

ОЪ

Ю

Cl м (Ч

CI

Ю л

Л а т

IA (О

1 сч

I

I

1

1

1 ! б б

1

1

1

1

I !

I

I

1

1

1

I !

1 ! б

I

1

1

I !

I !

1

Ф

I

I

1

1 1

1

1

1

I

1

1

1

1

1

1

1

1 !

I

I

1 !

1

I

I

1

1

1

1

1

1 !

1

1

1

I

I

Ф

1 (1

1

1

I

1

1 !

I

1

1

1

1

1

1

1