DE19609118B4 - Widerstandspaste, Glasüberzugsspaste und ein diese verwendendes keramisches Schaltungssubstrat - Google Patents

Widerstandspaste, Glasüberzugsspaste und ein diese verwendendes keramisches Schaltungssubstrat Download PDF

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Abstract

Widerstandspaste, die zur Herstellung eines keramischen Schaltungssubstrats verwendbar ist, das einen Glasüberzug und einen damit zusammen gebrannten Widerstand aufweist, wobei die Widerstandspaste RuO2-Pulver, ein Glaspulver und einen Träger aufweist, der ein organisches Polymer und ein Lösungsmittel aufweist, wobei das RuO2-Pulver einen spezifischen Oberflächenbereich von 10 bis 20 m2/g und das Glaspulver einen spezifischen Oberflächenbereich von 4 bis 14 m2/g aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Widerstandspaste gemäß dem Patentanspruch 1, die bei der Herstellung eines keramischen Schaltungssubstrats verwendet wird, das auf seiner Oberfläche einen externen Widerstand aufweist, der mit einer Glasübermantelung bedeckt ist, auf eine Glasüberzugspaste, die zur Herstellung eines keramischen Schaltungssubstrats verwendbar ist, und auf ein keramisches Schaltungssubstrat, in dem die Pasten verwendet werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein keramisches Schaltungssubstrat, das einen externen Widerstand hat, der einen genauen Widerstandswert stabil aufrechterhält, den er durch Trimmung bzw. Einstellung erhalten hat.
  • Neben dem internen Widerstand, der zwischen Schichten eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats angeordnet ist, ist ein keramisches Schaltungssubstrat zur Verwendung in einstückigen Schaltungen bzw. integralen Schaltungen mit einer Schaltung versehen, die ein Leitermuster und einen externen Widerstand aufweist, der auf die Oberfläche des keramischen Schaltungssubstrats gedruckt ist, was darauf abzielt, dem keramischen Schaltungssubstrat eine verbesserte bzw. schnellere Funktion einzuverleiben und die Herstellungskosten zu verringern.
  • Bei der Ausbildung eines Dickschichtwiderstandes auf einer Substratoberfläche wird im allgemeinen einer Glaszusammensetzung eine leitende Substanz hinzugefügt, die pastenartig bleibt, gedruckt bzw. strukturiert und zu dem gewünschten Widerstand gesintert wird. Bei der Ausbildung des Widerstandes wird der Widerstand mit einem Glasmaterial bedeckt, gefolgt durch Heizen bzw. Brennen oder Tempern, um eine Abdeckung auszubilden, um den Widerstand zu schützen und dessen Witterungsbeständigkeit zu verbessern. Der Widerstandswert des erhaltenen Widerstands wird durch Lasertrimmen genau eingestellt usw.
  • Einige der wesentlichen Eigenschaften des Dickschichtwiderstandes sind die Hochspannungs-Pulseigenschaften [ESD(elektrostatische Entladungs)-Charakteristiken]. Die Leitung des Dickschichtwiderstandes beruht auf einer dünnen Glasschicht, die zwischen den leitenden Substanzen im Glas ausgebildet ist. Die Anwendung einer hohen Spannung auf den Dickschichtwiderstand zerstört sehr kleine leitende Pfade, wodurch sich der Widerstandswert ändert. Ein mögliches Verfahren zur Verbesserung weist das Feinermachen der Partikelgröße des Glaspulvers auf, um dadurch dessen Verteilung in den leitenden Teilchen mit dem Ergebnis zu verbessern, daß die Anzahl der leitenden Pfade, die aus den Glas- und Leiterpartikeln gebildet sind (z. B. RuO2-Teilchen in einer auf RuO2 basierenden Widerstand) vergrößert ist, um dadurch die Anzahl der elektrischen Ladungen zu verringern, die durch einen leitenden Pfad fließen, so daß die Zerstörung der leitenden Pfade vermieden würde und sich die Widerstandswertänderungen verringern. Jedoch neigt die übermäßige Verringerung der Partikelgröße des Glases in dem Widerstand im Hinblick auf den mit der Glasüberdeckung gebrannten Widerstand dazu, die Zersetzung eines Bindemittels zu behindern, das in der Paste verwendet wird, so daß ihre Zersetzung nicht vervollständigt werden kann, bevor die Sinterung der Glasüberdeckung vervollständigt ist und folglich wird das Bindemittel durch die Glasabdeckung eingesperrt, um in dem Widerstand als Kohlenstoff zu verbleiben, das zu CO2 usw. oxydiert wird, und dehnt sich mit der Temperaturerhöhung aus, um dadurch Blasen in dem Widerstand auszubilden.
  • Im allgemeinen wird ein in einem keramischen Schaltungssubstrat verwendeter Widerstand durch Brennen eines Widerstandes bei 800 bis 900°C, durch Aufdrucken einer bei einem niedrigen Schmelzpunkt schmelzenden Glasüberdeckung darauf und Brennen bei 500 bis 600°C ausgebildet. Gemäß der Verkleinerung der elektronischen Anwendungen und der höheren Packungsdichte darin, besteht die Neigung, daß das keramische Substrat auch in einer mehrschichtigen Form zur Verfügung gestellt wird, um der höheren Anordnungsdichte zu entsprechen, und daß von Substratmaterialien Gebrauch gemacht wird, die jeweils einen niedrigen thermischen Ausdehnungs-koeffizienten haben, um darauf Siliziumchips zu montieren. Als derartige Schaltungssubstrate werden bei niedrigen Temperaturen brennbare Substrate verwendet.
  • Die meisten der bei niedrigen Temperaturen brennbaren Substrate enthalten Silber und Kupfer in den inneren Schichten, so daß zur Verringerung der Wiederholung der thermischen Ausdehnung und deren Schrumpfung die Anzahl der Brennschritte minimiert werden sollte, um dadurch ein Schaltungssubstrat hoher Verläßlichkeit zu ergeben. Ferner sollte zur Vergleichmäßigung mit der thermischen Ausdehnung des Schaltungssubstrats eine Glaszusammensetzung (die neben Glaspulver ein zusätzliches Pulver, wie etwa Aluminiumoxidpulver, enthält) mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ebenso in der Glasabdeckung bzw. -übermantelung verwendet werden. Jedoch hat das Glas mit dem niedrigen Schmelzpunkt einen Nachteil bezüglich der Witterungsbeständigkeit, so daß es erforderlich ist, ein Glas zu verwenden, das einen Schmelzpunkt hat, der ungefähr so groß ist wie die Temperatur, die zum Brennen des Widerstandes eingesetzt wird.
  • Es ist deshalb ersichtlich, daß ein Widerstand, der dazu in der Lage ist, mit der Glasabdeckung bzw. -überdeckung gebrannt zu werden, wünschenswerterweise in dem keramischen Schaltungssubstrat mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, das eine mehrschichtige Struktur hat, wünschenswerterweise eingesetzt wird. Jedoch führt das Brennen des Widerstandes und der Glasabdeckung bzw. -übermantelung zu der Neigung, daß die Glasabdeckung bzw. -übermantelung die von dem Widerstand erzeugten Blasen einschließt, wodurch die Blasen dazu veranlaßt werden, innerhalb des gesinterten Widerstandes zu verbleiben. Wenn die Blasen eingeschlossen in dem Widerstand verbleiben, tritt das Problem auf, daß ein sehr dichter Zugriff einer Trennkante zu den Blasen bei dem Verfahren des Lasertrimmens dazwischen Brüche erzeugt, die die Ausbildung eines Widerstands ergeben, der bei der Stabilität des Widerstandswerts mangelhaft ist.
  • Die obige Situation wird unter Bezugnahme auf die Darstellungen beschrieben. Die 1 ist eine Ebene einer Art eines üblichen externen Widerstandes, der auf einem keramischen Schaltungssubstrat angeordnet ist, und 2 ist eine querschnittliche Ansicht davon. Ein Leiterbahnmaterial, wie etwa eine Metallpaste, wird auf eine keramische Substratoberfläche 1 gedruckt, wodurch ein Leitermuster 2 auf der Oberfläche ausgebildet wird. Ein Teil davon bildet Elektroden für einen Widerstand 3. Der Widerstand 3 ist aus Glasbestandteilen zusammengesetzt, denen ein leitendes Material, wie etwa ein Metall, zugesetzt ist. Dessen oberer Teil ist mit einer Überdeckung bzw. Übermantelung 4 bedeckt, die aus Glasmaterialien zusammengesetzt ist, die ein Aluminiumoxidpulver oder dergleichen zusätzlich zu einem Glaspulver enthalten können. Der Widerstand 3 und die Abdeckung bzw. Übermantelung 4 bilden einen externen Widerstand 7. Die Überdeckung bzw. Übermantelung 4 kann entweder jeden einzelnen Widerstand 3 etwas breiter als diesen überdecken oder gleichmäßig einen weiten Bereich von nicht nur mehreren Widerständen 3, sondern auch ein Leitermuster 2 bedecken. Wenn die Übermantelung bzw. Abdeckung einen breiten bzw. weiten Bereich überdeckt, können Durchgangslöcher an zweckmäßigen Stellen vorgesehen werden, um dadurch den Durchgang zu der Außenseite zu erhalten.
  • Das Brennen bzw. Co-Brennen (cofiring) der Überdeckung bzw. Übermantelung 4 und des Widerstandes 3 verhindert wegen der Gegenwart der Übermantelung bzw. Überdeckung 4, daß die Blasen 6, die in dem Widerstand erzeugt werden, nach außen entkommen können, wodurch sie dazu veranlaßt werden, innerhalb des Widerstandes 3 festgehalten zu verbleiben. Das Lasertrimmen eines derartigen externen Widerstandes 7 führt, wie in den Figuren gezeigt, zu der Ausbildung eines Trimmkanales 5 in der Überdeckung bzw. Übermantelung 4 und dem Widerstand 3.
  • Obwohl das Lasertrimmen allgemein durchgeführt wird, während der von dem Widerstand gezeigte Widerstandswert gemessen wird, überlagert die Gegenwart der Blasen 6 nicht nur das genaue Trimmen, sondern erzeugt auch während des Zugriffs der Trimmkanalspitze auf die Blasen 6 Mikrorisse. Auch können Risse wegen der Blasen während der Verwendung als ein Produkt auftreten, auch wenn während des Trimmens keine Risse aufgetreten sind. Folglich macht das Vorhandensein von Blasen in dem Widerstand den durch den Widerstand gezeigten Widerstandswert ungenau und macht seinen Widerstandswert nach dessen Einstellung instabil.
  • Aus der EP 06 28 974 A2 ist eine Dickschicht-Widerstandszusammensetzung bekannt, die 5 bis 25 Gew.-% eines Rutheniumoxids und 30 bis 70 Gew.-% Glas enthält, wobei das Rutheniumoxid eine durchschnittliche spezifische Oberfläche von 18 bis unter 30 m2/g enthalten kann.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Widerstandspaste und eine Glasüberzugspaste zur Verfügung zu stellen, die für die Ausbildung eines keramischen Schaltungssubstrats verwendet wird, das auf seiner Oberfläche einen Widerstand, der im wesentlichen frei von Blasen ist, und eine Überdeckung bzw. Übermantelung hat, die mit dem Widerstand gebrannt bzw. co-gebrannt wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein keramisches Schaltungssubstrat zur Verfügung zu stellen, in dem die Pasten verwendet werden.
  • Die Erfinder haben ausführliche Studien vorgenommen, um herauszufinden, daß die obigen Aufgaben gelöst werden können, wenn ein bestimmtes bzw. spezifisches Verhältnis zwischen dem Widerstand und der Glasüberdeckung bzw. -übermantelung eingerichtet wird. Die vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage des obigen Ergebnisses erzielt worden.
  • Folglich stellt die vorliegende Erfindung ein keramisches Schaltungssubstrat mit den folgenden Konstruktionen (1) bis (5) zur Verfügung.
    • (1) Eine Widerstandspaste wird zur Herstellung eines keramischen Schaltungssubstrats verwendet, das eine Glasüberdeckung bzw. Übermantelung und einen damit zusammengebrannten Widerstand aufweist, wobei die Widerstandspaste ein RuO2-Pulver, ein Glaspulver und einen Träger aufweist, der ein organisches Polymer und ein Lösungsmittel aufweist, wobei das RuO2-Pulver und das Glaspulver einen spezifischen Oberflächenbereich von 10 bis 20 m2/g bzw. 4 bis 14 m2/g haben.
    • (2) Eine Glasüberzugspaste wird zur Herstellung eines keramischen Schaltungssubstrats verwendet, das einen Glasüberzug und einen damit zusammen gebrannten bzw. co-gebrannten Widerstand aufweist, wobei die Glasüberzugspaste eine Glaszusammensetzung und einen Träger aufweist, der ein organisches Polymer und ein Lösungsmittel aufweist, wobei die Glaszusammensetzung einen spezifischen Oberflächenbereich von 2 bis 6 m2/g hat.
    • (3) Widerstandspaste, wie in Punkt (1) oben aufgeführt, wobei das Glas der Widerstandspaste ein Glas des CaO-Al2O3-SiO2-B2O3-Systems ist.
    • (4) Glasüberzugspaste, wie in Punkt (2) wiedergegeben, wobei die Glaszusammensetzung der Glasüberzugspaste 60 bis 90 Gew.-% eines Glaspulvers des CaO-Al2O3-SiO2-B2O3-Systems und 10 bis 40 Gew.-% Aluminiumoxidpulver aufweist. Die Glaszusammensetzung kann darüber hinaus Cr2O3 zur Farbgebung enthalten.
    • (5) Keramisches Schaltungssubstrat, das gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (4) verwendet wird, in dem das keramische Schaltungssubstrat ein Glas des CaO-Al2O3-SiO2-B2O3- oder des MgO-Al2O3-SiO2-B2O3-Systems und Aluminiumoxid aufweist.
  • In der vorliegenden Beschreibung soll der Ausdruck "Glaszusammensetzung", der für den Glasüberzug verwendet wird, eine Zusammensetzung meinen, die ein Glaspulver und ein Aluminiumoxidpulver aufweist, es sei denn, dies wird anders bestimmt.
  • Nachfolgend wird eine kurze Beschreibung der Figuren gegeben, in welchen
  • 1 eine Ansicht ist, die einen herkömmlichen externen Widerstand darstellt.
  • 2 eine querschnittliche Ansicht des Widerstandes nach 1 ist.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen mit Merkmalen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei weitere Merkmale, Aufgaben, Vorteile bzw. Aufgaben gemäß der vorliegenden Erfindung offenbart werden.
  • Selbst wenn ein gleichzeitiges Brennen bzw. Co-Brennen einer Glasübermantelung bzw. -überdeckung und eines Widerstandes durchgeführt wird, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Ausbildung eines Widerstandes mit wenigen Blasen bzw. kleinen Blasen, der ausgezeichnete ESD-Kennzeichen bzw. -Charakteristiken hat und wobei keine Blasen in dem Widerstand verbleiben. Dies geschieht, weil der spezifische Oberflächenbereich (BET-Wert) des Glaspulvers und des RuO2-Pulvers des Widerstandes oder der spezifische Oberflächenbereich der Glaszusammensetzung der Übermantelung bzw. Überdeckung eingeschränkt worden sind, wodurch deren Bereiche gefunden wurden, die ein leichtes Entkommen oder Austreten der Blasen aus dem Widerstand sicherstellen.
  • Insbesondere der spezifische Oberflächenbereich (BET-Wert bzw. Gasanlagerungswert) des Glaspulvers des Widerstandes muß innerhalb des Bereiches von 4 bis 14 m2/g liegen. Wenn der BET-Wert bzw. Gasanlagerungswert des Glaspulvers des Widerstandes geringer als 4 m2/g ist, werden die ESD-Charakteristiken verschlechtert. Andererseits, wenn der BET-Wert 14 m2/g übersteigt, werden Blasen in dem Widerstand ausgebildet, wodurch die Stabilität nach dem Lasertrimmen gering wird. Entsprechend muß der BET-Wert des RuO2-Pulvers des Widerstandes innerhalb des Bereiches von 10 bis 20 m2/g liegen. Wenn der BET-Wert des RuO2-Pulvers des Widerstandes geringer ist als 10 m2/g werden die ESD-Charakteristiken bzw. Notabschaltsystem-Charakteristiken verschlechtert. Andererseits werden, wenn der BET-Wert 20 m2/g übersteigt, Blasen in dem Widerstand ausgebildet. Darüber hinaus befindet sich der BET-Wert der Glaszusammensetzung der Glasübermantelung bzw. -überdeckung in dem Bereich von 2 bis 6 m2/g. Wenn der Wert dieser Glaszusammensetzung geringer ist als 2 m2/g gilt die Dichte bzw. Dichtigkeit der Glasübermantelung bzw. -überdeckung verloren und die Feuchtigkeitswiderstandsfähigkeit wird verringert. Andererseits, wenn der BET-Wert 6 m2/g übersteigt, verdichtet sich die Glasübermantelung bzw. -überdeckung so schnell, daß sich in dem Widerstand Blasen ausbilden.
  • Das keramische Schaltungssubstrat nach der vorliegenden Erfindung kann eine beliebige der einschichtigen und mehrschichtigen Aufbauten haben, solange eine Keramik als Isolator verwendet wird. Ein mehrschichtiges keramisches Schaltungssubstrat kann z. B. durch ein Laminierungsverfahren für dünne keramische Schichten bzw. dünne keramische Platten oder einer dünnen keramischen Platte (green sheet) und ein Mehrschichtdruckverfahren erzeugt werden. Eine Schaltung kann nur auf einer Seite des Substrats oder auf dessen beiden Seiten zur Verfügung gestellt werden.
  • Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Keramikmaterial ist nicht besonders eingeschränkt, wobei Beispiele davon Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitrid (AlN), Siliziumcarbid (SiC) und verschiedene Keramiken enthalten, die hauptsächlich daraus zusammengesetzt sind. Eine bei niedrigen Temperaturen brennbare Keramik, die eine Mischung aus Aluminiumoxidpulver mit Glaspulver ist, kann verwendet werden. Das Leitermaterial zur Verwendung in der inneren Schicht wird in Abhängigkeit von dem Substratmaterial verändert. Wenn das Substratmaterial Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid ist, wird ein Metall mit hohem Schmelzpunkt, wie etwa Molybden oder Wolfram, verwendet. Wenn das Substrat bei relativ niedrigen Temperaturen gebrannt werden kann, wird ein Metall, wie etwa Gold, Silber, Silber-Palladium-Legierung, Kupfer oder Nickel verwendet.
  • Ein keramisches Schaltungssubstrat, in dem W oder Mo als Drahtleiter auf einem Substrat aus Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid oder dergleichen verwendet wird und bei dem das Brennen bzw. Co-Brennen (gleichzeitiges Brennen) in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt wird, um die Oxidation des Leiters zu verhindern, ist als ein Beispiel des co-gebrannten bzw. gleichzeitig gebrannten keramischen Schaltungssubtrats bekannt, das durch Co-Brennen keramischer Dünnschichten bzw. dünner Platten und einer Leiterpaste zur Verdrahtung hergestellt wird. Jedoch bezieht dies das Problem ein, daß die Oxidation des Leiters bei der Ausbildung eines RuO2-System- oder eines Bi2Ru2O7-Systemwiderstandes mit einer hohen Verläßlichkeit, der an Luft gebrannt werden muß, nicht verhindert werden kann. Andererseits ist ein bei niedrigen Temperaturen brennbares mehrschichtiges keramisches Schaltungssubstrat entwickelt worden, in dem ein auf Ag basierender Leiter verwendet wird, der einen niedrigen Leitungswiderstand hat und an Luft gebrannt werden kann, wie Ag, Ag-Pd, Ag-Pt oder Ag-Pd-Pt, und in welchem ein keramisches Material, das dazu geeignet ist, bei Temperaturen von nicht mehr als dem Schmelzpunkt des obigen Leitermaterials (900 bis 1200°C) gebrannt zu werden, als ein Isolator verwendet wird, das insbesondere als das keramische Schaltungssubstrat nach der vorliegenden Erfindung bevorzugt wird.
  • Allgemein wird ein keramisches Substrat, das bei ungefähr 1200°C oder darunter gebrannt wird, als ein "keramisches Substrat, das bei niedrigen Temperaturen brennbar ist" bezeichnet, in dem z. B. ein auf Ag oder Cu basierender Leiter als Leitungen auf inneren und Oberflächenschichten verwendet wird. Ein Material, das bei Temperaturen gebrannt werden kann, die niedriger als der Schmelzpunkt z. B. eines inneren Ag-Leitermaterials ist, wird bevorzugt als Isolatormaterial zur Verwendung bei bei niedrigen Temperaturen brennbaren keramischen Substraten eingesetzt. Wenn von einem Ag-Leiter oder einem Ag-Legierungsleiter Gebrauch gemacht wird, in dem der Gehalt an Pd und Pt niedrig ist, da der Schmelzpunkt eines solchen Metalls, das in mehreren Schichten ausgebildet wird, niedriger als ungefähr 900 bis 1200°C ist, ist es notwendig, ein Material einzusetzen, das bei 800 bis 1100°C gebrannt werden kann. Typische Beispiele solcher Materialien enthalten jene, die auf einer Mischung des Pulvers eines Glases, wie etwa Borsilikatglas, oder einem Glas basieren, das ferner einige Oxide (z. B. MgO, CaO, Al2O3, PbO, K2O, Na2O, ZnO, Li2O, usw.) mit dem Pulver einer Keramik enthält, wie z. B. Aluminiumoxid oder Quarz, und jene, die auf kristallisierbarem Glaspulver basieren, die einer Cordierit- oder einer α-Spodumenkristallisation unterzogen werden. Noch spezifischere Beispiele enthalten eine Kombination von einem CaO-Al2O3-SiO2-B2O3-System mit Aluminium und eine Kombination eines MgO-Al2O3-SiO2-B2O3-Systemglases und Aluminiumoxid enthalten.
  • Das obige Material kann nicht nur bei der Monoschicht- bzw. Einzelschichtausbildung verwendet werden, wie oben aufgezeigt, sondern auch in der Mehrschichtform. Das mehrschichtige Substrat kann gemäß dem Dünnschicht-Laminierungsverfahren hergestellt werden, bei dem mehrere dünne keramische Schichten bzw. Platten eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein isolierendes pulverförmiges keramisches Material mit dem Rakelverfahren in dünne keramische Schichten bzw. Platten von ungefähr 0,1 bis 0,5 mm Dicke geformt werden. Eine Paste eines Leitermaterials, wie etwa Ag, Ag-Pd, Ag-Pt oder Ag-Pd-Pt, wird durch Siebdruck auf die keramischen Schichten bzw. Platten aufgebracht, um dadurch ein erwünschtes Verdrahtungsmuster zu ergeben. Durchgangslöcher mit jeweils ungefähr 0,1 bis 2,0 mm Durchmesser werden in den dünnen keramischen Platten bzw. Schichten mittels Platinenschnitten oder einer Stanzmaschine ausgebildet, um so den Anschluß an andere Leiterschichten zu ermöglichen. Auch werden Durchgangslöcher zur Verdrahtung ausgebildet und mit einem Ag-Leitermaterial gefüllt. In der gleichen Weise werden Verdrahtungsmuster auf den dünnen keramischen Platten bzw. Schichten aufgedruck, so viele wie erforderlich sind, um die erwünschte Schaltung auszubilden. Diese dünnen keramischen Schichten bzw. Platten werden exakt eine über die andere unter Verwendung von Anordnungs- bzw. Justierungslöchern laminiert, die jeweils in den Keramikplatten ausgebildet sind, und werden durch Thermokompression miteinander verbunden, die bei 80 bis 150°C unter einem Druck von 10 bis 250 kg/cm2 bewirkt wird.
  • Falls die Schaltung einen internen Widerstand enthält, wird ein RuO2-System- oder Bi2Ru2O7-Systemwiderstand ausgebildet, der an Luft gebrannt wird. In diesem Fall wird er zusammen mit seinen Anschlüssen auf der dünnen keramischen Platte bzw. Schicht aufgedruckt, um eine innere Schicht auszubilden.
  • Die erhaltene Konstruktion wird gleichzeitig an Luft gebrannt, wodurch ein keramisches mehrschichtiges Substrat zur Verfügung gestellt wird, das Innenleiter aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die bei niedrigen Temperaturen brennbare Keramik als einem Beispiel beschrieben worden. Obwohl dies eine bevorzugte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
  • Ein Widerstand zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine auf RuO2 basierende oder auf Bi2Ru2O, basierende elektrische leitende Komponente und Glas auf. Diese werden im allgemeinen in der Form einer Paste auf ein keramisches Schaltungssubstrat gemäß dem Dickschichtverfahren gedruckt. Auf den gedruckten Widerstand wird eine Glasabdeckungs- bzw. -übermantelungskomponente, z. B. eine Glasüberdeckungspaste bzw. -übermantelungspaste, aufgedruckt, die ein CaO-Al2O3-SiO2-B2O3-Systemglaspulver und ein Aluminiumoxidpulver aufweist, üblicherweise durch das Dickschichtverfahren aufgedruckt. Nach der vorliegenden Erfindung werden dieser Widerstand und die Glasüberdeckung bzw. -übermantelung zusammengebrannt bzw. co-gebrannt. Das Brennen wird an der normalen Luft durchgeführt.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun in weitergehenden Einzelheiten unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben.
  • Beispiel 1
  • Ein keramisches Schaltungssubstrat wurde unter Verwendung einer bei niedrigen Temperaturen brennbaren Keramik hergestellt, die gemäß dem folgenden Verfahren herstellt wurde. Es wurden 60 Gew.-% Glaspulver, das auf der Gewichtsbasis aus 27% CaO, 5% Al2O3, 59% SiO2 und 9% B2O3 zusammengesetzt ist, mit 40 Gew.-% Al2O3-Pulver gemischt, das eine mittlere Teilchengröße von 1,0 um hatte, um eine Pulverkomponente herzustellen.
  • Die obige Pulverkomponente wurde auf Gewichtsbasis mit 10% Acrylharz, 30% Toluol, 10% Isopropylalkohol und 5% Dibutylphthalat in einer Kugelmühle gemischt und zu einer keramischen Platte bzw. dünnen keramischen Platte oder Schicht von 0,4 mm Dicke gemäß dem Rakelverfahren ausgebildet. Diese keramische Platte bzw. keramische dünne Platte wurde an vorgegebenen Stellen mit Werkzeugen durchlöchert bzw. perforiert und eine Ag-Paste wurde mit einem Siebdruckverfahren aufgetragen, um die Löcher damit zu füllen. Die dünne Platte wurde getrocknet und ferner wurde die Ag-Paste auf die dünne Platte durch Siebdruck aufgetragen, um dadurch ein Leitermuster bzw. Verdrahtungsmuster auszubilden. In der gleichen Weise wurden andere keramische Dünnschichten bzw. dünne Platten hergestellt, die aufgedruckte Verdrahtungsmuster haben. Eine vorgegebene Anzahl erhaltener Platten wurde eine über die andere laminiert und einer Thermokompressions-Verbindungstechnik unterzogen. Das sich ergebende Laminat wurde gebrannt, indem es für 20 Minuten bei 900°C gehalten wurde. Dementsprechend wurde ein keramisches Schaltungssubstrat erhalten.
  • Jede Widerstandspaste (Glas: RuO2 = 80:20 bezüglich des Gewichts) wurde unter Verwendung jeder der Glaszusammensetzungen A bis C, die in Tabelle 1 herausgestellt sind, hergestellt und auf das keramische Substrat gedruckt, um so einen Widerstand von 1 mm Breite und 2 mm Länge auszubilden. Bei der Herstellung der Widerstandspaste wurde von einem organischen Träger Gebrauch gemacht, der Ethylcellulose und Terpineol aufweist.
  • Eine Glasüberdeckung bzw. -übermantelung wurde durch Aufdrucken einer Überdeckungs- bzw. Übermantelungspaste auf den sich ergebenden Widerstand ausgebildet, die aus jeder der Zusammensetzungen D bis F ersichtlich ist, die in Tabelle 2 herausgestellt sind, und einem organischen Träger hergestellt, der Ethylcellulose und Terpineol aufweist. Glaszusammensetzungen bzw. -verbindungen wurden durch Mischen eines CaO-Al2O3-SiO2-Cr2O3-B2O3-Systemglaspulvers und eines Aluminiumoxidpulvers bei den jeweiligen Mischungsverhältnissen bezüglich des Gewichtes, die in Tabelle 2 gezeigt sind, hergestellt, um so die chemischen Verbindungen D bis F zur Verfügung zu stellen. Obwohl in den Glasverbindungen Cr2O3 zu Farbgebungszwecken für die sich ergebenden Glasüberdeckungen bzw. -ummantelungen enthalten waren, kann dieses weggelassen werden. Tabelle 1 Chemische Verbindung bzw. Zusammensetzung vom Glas des Widerstandes (Gew.-%)
    CaO Al2O3 SiO2 B2O3 Verunreinigungen
    A 20.2 12.6 36.7 27.0 3.5
    B 26.2 3.1 36.2 32.9 1.6
    C 17.3 7.0 53.9 18.2 3.6
    Tabelle 2 Glasverbindung bzw. -zusammensetzung der Glasüberdeckung (Gew.-%)
    CaO Al2O3 SiO2 B2O3 Cr2O3 Verunreinigungen Glaspulver:Al2O3-Pulver
    D 16.0 35.3 36.1 10.7 0.9 1.0 70:30
    E 14.0 37.8 39.2 7.2 0.3 1.5 67:33
    F 18.2 32.1 32.0 14.1 1.8 1.8 73:27
  • Im Hinblick auf jede der verschiedenen Kombinationen von Widerständen und Glasüberdeckungen wurde ein gleichzeitiges Brennen bzw. Co-Brennen an Luft bei 890°C für 10 Minuten durchgeführt.
  • Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben. In der Tabelle bedeutet ESD der Prozentsatz der Veränderung des Widerstandswertes, der bei Anlegen von 10 Impulsen einer Spannung von 1 kV beobachtet worden ist. Der Feuchtigkeitslastwiderstand bedeutet das Maximum des Prozentsatzes der Änderung des Widerstandswertes, der bei einer 1000 Stunden dauernden fortgesetzten Anwendung einer Last von 1/32 W bei 85°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 85% nach dem Lasertrimmen beobachtet wurde. Der Erwärmungszyklus meint den Prozentsatz der Änderung des Widerstandes, der nach 100maligem wiederholtem Erhitzen in dem Temperaturbereich von –55 bis 125°C nach dem Lasertrimmen beobachtet wurde.
  • Figure 00150001
  • Figure 00160001
  • Figure 00170001
  • In der Tabelle 3 sind die Testergebnisse von Kombinationen von Widerständen, die die Gläser A bis C verwenden, mit Glasüberzügen bzw. -Überdeckungen, die die Glasverbindungen D bis F verwenden, mit den maximalen prozentualen Änderungen des Widerstandswertes angegeben. In der Tabelle beziehen sich die Nummern 1 bis 23 auf funktionierende Beispiele nach der vorliegenden Erfindung, während sich die Nummern 24 bis 31 auf Vergleichsbeispiele beziehen. Es ist aus Tabelle 3 ersichtlich, dass, falls von Pulvern Gebrauch gemacht wird, deren BET-Werte in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen, die prozentuale Widerstandsänderung in jedem der Testergebnisse gering ist.
  • Wie aus dem vorangehenden ersichtlich ist, stellt die vorliegende Erfindung ein keramisches Schaltungssubstrat zur Verfügung, das einen Widerstand, der weniger Blasen enthält, und einen Überzug bzw. eine Überdeckung hat, die damit zusammengebrannt bzw. co-gebrannt wird, und setzt die Anwendung einer Widerstandsleistung in die Tat um, die ein hervorragende Witterungsbeständigkeit und Stabilität sicherstellt, weil der Widerstand nach dem Trennen bzw. Einstellen ausreichend geschützt ist.
  • Die Erfindung betrifft Dickschichtpasten, die zur Herstellung eines keramischen Schaltungssubstrats verwendet werden, das einen gleichzeitig gebrannten bzw. co-gebrannten Widerstand und einen Glasüberzeug darauf aufweist, in dem die Paste für den Widerstand ein RuO2-Pulver, ein Glaspulver und einen Träger aufweist, der ein organisches Polymer und ein Lösungsmittel aufweist, wobei das RuO2-Pulver und das Glaspulver spezifische Oberflächenbereiche von 10 bis 20 m2/g bzw. bis 4 bis 14 m2/g haben, und die Paste für den Glasüberzug eine Glaszusammensetzung bzw. -verbindung und einen Träger aufweist, der ein organisches Polymer und ein Lösungsmittel aufweist, wobei die Glaszusammensetzung bzw. -verbindung einen spezifischen Oberflächenbereich von 2 bis 6 m2/g hat. Die Verwendung der voranstehenden Pasten stellt ein keramisches Schaltungssubstrat zur Verfügung, das einen Widerstand mit wenigen Blasen und einen Überzug hat, der mit dem Widerstand zusammengebrannt ist und den Einsatz einer Widerstandsleistung realisiert, die eine hervorragende Witterungsbeständigkeit und Stabilität sicherstellt, selbst nachdem der Widerstand einem Trimmen bzw. Einstellen ausgesetzt worden ist.

Claims (5)

  1. Widerstandspaste, die zur Herstellung eines keramischen Schaltungssubstrats verwendbar ist, das einen Glasüberzug und einen damit zusammen gebrannten Widerstand aufweist, wobei die Widerstandspaste RuO2-Pulver, ein Glaspulver und einen Träger aufweist, der ein organisches Polymer und ein Lösungsmittel aufweist, wobei das RuO2-Pulver einen spezifischen Oberflächenbereich von 10 bis 20 m2/g und das Glaspulver einen spezifischen Oberflächenbereich von 4 bis 14 m2/g aufweist.
  2. Glasüberzugspaste, die zur Herstellung eines keramischen Schaltungssubstrats verwendbar ist, das einen Glasüberzug und einen damit zusammen gebrannten Widerstand aufweist, wobei die Glasüberzugspaste eine Glaszusammensetzung und einen Träger aufweist, der ein organisches Polymer und ein Lösungsmittel aufweist, wobei die Glaszusammensetzung einen spezifischen Oberflächenbereich von 2 bis 6 m2/g hat.
  3. Widerstandspaste nach Anspruch 1, wobei das Glas der Widerstandspaste ein Glas aus dem CaO-Al2O3-SiO2-B2O3-System ist.
  4. Glasüberzugspaste nach Anspruch 2, wobei die Glaszusammensetzung 60 bis 90 Gew.-% eines Glaspulvers des CaO-Al2O3-SiO2-B2O3-Systems und 10 bis 40 Gew.-% Aluminiumoxidpulver aufweist.
  5. Keramisches Schaltungssubstrat, das die in den Ansprüchen 1 oder 3 herausgestellte Widerstandspaste verwendet, in dem das keramische Schal tungssubstrat ein Glas des CaO-Al2O3-SiO2-B2O3-Systems oder eines MgO-Al2O3-SiO2-B2O3-Systems und Aluminiumoxid aufweist, und das die Glasüberzugspaste nach einem der Ansprüche 2 oder 4 verwendet, wobei das keramische Schaltungssubstrat ein Glas des CaO-Al2O3-SiO2-B2O3-Systems oder eines MgO-Al2O3-SiO2-B2O3-Systems und Aluminiumoxid aufweist.
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