FR2492396A1

FR2492396A1 - PERFECTED DIELECTRIC INKS FOR CROSSING ABOVE AND APPLICATION THEREOF IN ELECTRICAL CIRCUITS ON PORCELAIN-COATED METAL SUBSTRATES

Info

Publication number: FR2492396A1
Application number: FR8119527A
Authority: FR
Inventors: Ashok Narayan Prabhu; Kenneth Warren Hang
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1980-10-17
Filing date: 1981-10-16
Publication date: 1982-04-23
Also published as: DE3140971C2; CA1167250A; FR2492396B1; DE3140971A1

Abstract

A crossover insulation paint serves to form a separating layer between two or more conductor layers on a substrate, in particular in an electronic assembly containing a multilayer circuit. The aim is to provide a crossover insulation paint which is compatible with porcelain-coated steel substrates. To this end, the insulation paint comprises a barium-magnesium-boron silicate glass powder, a glass component containing silicon dioxide and/or an alkaline earth metal-aluminium-boron silicate glass of high softening point, and a suitable organic carrier substance.

Description

L'invention concerne des encres diélectriques pour croisement par dessus à pellicule épaisse et leur application dans la réalisation de structures de circuits électriques multicouches sur des substrats métalliques revêtus de porcelaine. The invention relates to dielectric inks for thick film topside crossing and their application in the production of multilayer electrical circuit structures on porcelain-coated metal substrates.

Il est bien connu d'utiliser des compositions d'encre spécialisées pour former sur des substrats appropriés des films ou pellicules épais ayant diverses fonctions, dans la réalisation de structures de circuits intégrés multicouches. Cette technologie suscite un intérêt croissant dans la fabrication de configurations de circuits multicouches très denses sur divers substrats, pour une large variété d'applications dans l'industrie électronique. It is well known to use specialized ink compositions to form thick films or films having various functions on suitable substrates in the production of multilayer integrated circuit structures. This technology is attracting increasing interest in making very dense multilayer circuit configurations on various substrates for a wide variety of applications in the electronics industry.

Des substrats notablement améliorés pour la fabrication de circuits de ce genre sont décrits dans le brevet américain 4 256 796. Les substrats décrits dans ce brevet sont formés de métal revêtu d'une composition améliorée de porcelaine constituée d'un mélange qui comprend, si l'on se base sur sa teneur en oxydes, de l'oxyde de magnésium (MgO) ou un mélange d'oxyde de magnésium et de certains autres oxydes, de 11 oxyde de baryum (BaO), du trioxyde de bore (B203) et du bioxyde de silicium (Si02). Le métal préférentiel est l'acier, particulièrement l'acier pauvre en carbone, qui peut être revêtu de divers autres métaux tels que le cuivre. On applique les compositions de porcelaine sur le noyau métallique et on les cuit pour obtenir sur le noyau métallique un revêtement de porcelaine partiellement dévitrifiée.Le revêtement a une très basse viscosité à son point de fusion initiale puis, presque instantanément, il acquiert une viscosité élevée par suite de la dévitrification. Substantially improved substrates for the manufacture of such circuits are described in US Pat. No. 4,256,796. The substrates described in this patent are formed of metal coated with an improved porcelain composition consisting of a blend which comprises, if It is based on its oxide content, magnesium oxide (MgO) or a mixture of magnesium oxide and certain other oxides, barium oxide (BaO), boron trioxide (B 2 O 3) and silicon dioxide (SiO 2). The preferred metal is steel, particularly low carbon steel, which may be coated with various other metals such as copper. The porcelain compositions are applied to the metal core and fired to obtain a partially devitrified porcelain coating on the metal core. The coating has a very low viscosity at its initial melting point and then, almost instantaneously, it acquires a high viscosity. as a result of devitrification.

Les revêtements cuits qui sont préférables pour les applications de circuits hybrides ont une température de déformation d'au moins 8000C etun coefficient élevé de dilatation thermique, d'au moins environ 110 x 10 7 / C. Cooked coatings which are preferable for hybrid circuit applications have a deformation temperature of at least 8000C and a high coefficient of thermal expansion of at least about 110 x 10 7 / C.

Bien que les substrats métalliques revêtus de porcelaine selon le brevet cité représentent une amélioration notable par rapport aux substrats antérieurement connus, ils ont seulement l'inconvénient d'être incompatibles ou médiocrement compatibles avec les encres commerciales pour couches épais ses. Selon l'invention, on propose des encres diélectriques améliorées pour croisement par dessus qui sont compatibles avec les substrats de métal et de porcelaine selon le brevet cité. Although porcelain coated metal substrates according to the cited patent represent a significant improvement over previously known substrates, they only have the disadvantage of being incompatible or poorly compatible with commercial thick film inks. According to the invention, improved dielectric inks for crossing over which are compatible with the metal and porcelain substrates according to the cited patent are proposed.

Les encres diélectriques améliorées pour croisement par dessus selon l'invention sont basées sur le système Ba0-Mg0-B,03-Si0
Outre la poudre de verre dévitrifiable de borosilicate de baryum et de magnésium, les encres nouvelles selon l'invention contiennent un constituant diminuant les trous d'épingle qui comprend de la poudre de bioxyde de silicium, un verre de borosilicate de métal alcalino-terreux et d'aluminium ayant un point de ramollissement élevé ou des mélanges de ces corps et une substance de support organique appropriée.The improved dielectric inks for crossing over according to the invention are based on the BaO-MgO-B 03-SiO system.
In addition to devitrifiable barium magnesium borosilicate glass powder, the novel inks according to the invention contain a pinhole reducing component which comprises silicon dioxide powder, an alkaline earth metal borosilicate glass and aluminum having a high softening point or mixtures thereof and a suitable organic carrier substance.

L'invention se propose d'apporter des encres diélectriques améliorées pour croisement par dessus qui sont destinées notamment à la réalisation de circuits intégrés complexes multicouches à pellicule épaisse sur des plaquettes de substrat métalliques revêtues de porcelaine. Les couches diélectriques de croisement par dessus assurent l'isolation entre des couches de conducteurs qui se coupent dans une disposition de circuitmulticouche. Les encres diélectriques classiques pour couches oupellicules épaisses sont généralement formées d'un mélange de poudre d'oxyde diélectrique et d'une fritte de verre à bas point de ramollissement, avec un agent de blindage approprié. The invention proposes to provide improved dielectric inks for crossing over which are intended in particular for the realization of multilayer complex circuits with thick film on porcelain coated metal substrate wafers. The overlying dielectric layers provide insulation between layers of conductors that intersect in a multi-layer circuit arrangement. Conventional dielectric inks for thick dandruff layers are generally formed of a mixture of dielectric oxide powder and a low-softening glass frit with a suitable shielding agent.

Il est généralement reconnu que les couches formées par des encres diélectriques pour croisement par dessus doivent posséder : un coefficient de dilatation thermique raisonnablement proche de celui du substrat à utiliser, une bonne résistance mécanique et une bonne stabilité au réchauffement, une faible porosité en général et sans aucune porosité ouverte, pour empêcher les courts-circuits entre les conducteurs supérieurs et inférieurs, une compatibilité chimique avec les contacts de conducteur, une faible constante diélectrique, une grande résistance d'isolement et de bonnes caractéristiques de claquage sous tension. Les encres diélectriques pour croisement par dessus selon l'invention répondent à toutes ces conditions et enoutre, elles ont une excellente compatibilité avec les plaquettes de circuits imprimés en métal revêtu de porcelaine selon le brevet cité plus haut.Les encres diélectriques pour croisement par dessus selon l'invention sont également compatibles avec divers types d'encres pour couches épaisses mises au point pour les substrats selon le brevet cité, assurant ainsi un progrès notable dans les systèmes de circuits intégrés multicouches. It is generally recognized that the layers formed by dielectric inks for crossing over must have: a coefficient of thermal expansion reasonably close to that of the substrate to be used, a good mechanical resistance and a good warming stability, a low porosity in general and without any open porosity, to prevent short circuits between the upper and lower conductors, chemical compatibility with the conductor contacts, low dielectric constant, high insulation resistance and good voltage breakdown characteristics. The dielectric inks for crossing over according to the invention meet all these conditions and, in addition, they have excellent compatibility with printed circuit boards made of porcelain-coated metal according to the patent cited above. Dielectric inks for crossing over according to the above-mentioned patent. The invention is also compatible with various types of thick film inks developed for the substrates according to the cited patent, thereby providing significant progress in multilayer integrated circuit systems.

Les encres diélectriquespour croisement par dessus selon l'invention sont remarquables en ce sens qu'elles peuvent être cuites soit dans l'air, soit dans des milieux inertes, par exemple sous atmosphère d'azote. The dielectric inks for crossover according to the invention are remarkable in that they can be fired either in air or in inert media, for example under a nitrogen atmosphere.

Etant donné que la plupart des encres classiques ne peuvent être cuites que dans un seul de ces milieux, la possibilité de cuire les encres de l'invention sous l'une quelconque de ces atmosphères est particulièrement avantageuse dans la fabrication de circuits intégrés multicouches très complexes.Since most conventional inks can only be fired in one of these media, the ability to bake the inks of the invention under any of these atmospheres is particularly advantageous in the manufacture of very complex multilayer integrated circuits. .

Les encres diélectriques en question sont basées sur le système Ba0-Mg0-B203-Sio2 et elles sont spécialement mises au point de façon que, pendant la cuisson initiale, il se produise une séparation de phases liquide/ liquide. L'une des phases commence à se séparer du verre en précipitant sous forme de microcristaux. Ces microcristaux constituent lentement des corps polycristallins qui sont exceptionnellement stables pendant le réchauffement. Les couches obtenues sont donc partiellement dévitrifiées, lamasse polycristalline constituant environ 60 à 75 % en volume de la couche. La dévitrification des encres de l'invention pendant la cuisson forme en quelque sorte une céramique in situ. Les encres selon l'invention sont mises au point pour réaliser cet effet et pour minimiser les trous d'épingle dans les couches épaisses qui en sont tirées. The dielectric inks in question are based on the BaO-MgO-B 2 O 3 -SiO 2 system and are specially developed so that during initial firing a liquid / liquid phase separation occurs. One of the phases begins to separate from the glass precipitating in the form of microcrystals. These microcrystals slowly form polycrystalline bodies that are exceptionally stable during warming. The layers obtained are therefore partially devitrified, the polycrystalline group constituting about 60 to 75% by volume of the layer. The devitrification of the inks of the invention during the baking forms a sort of ceramic in situ. Inks according to the invention are developed to achieve this effect and to minimize pinholes in the thick layers that are drawn therefrom.

Le constituant fritte de verre des encres de l'invention comprend, en poids
a) entre environ 17 et environ 49 NO d'oxyde de baryum,
b) entre environ 16 et environ 43 SO d'oxyde de magnésium,
c) entre environ 13 et environ 33 NO de trioxyde de bore et
d) entre environ 8 et environ 22 tlo de bioxyde de silicium.The sintered glass component of the inks of the invention comprises, by weight
a) between about 17 and about 49 NO of barium oxide,
b) between about 16 and about 43 SO magnesium oxide,
c) between about 13 and about 33 NO of boron trioxide and
d) between about 8 and about 22 tlo of silicon dioxide.

L'oxyde de baryum peut être remplacé en partie par inclusion de 12 alo en poids au maximum d'oxyde de lanthane (La203), relativement à la fritte totale. Le remplacement partiel de BaO par La203 modifie un peu la structure cristalline pour des applications particulières. La composition de verre peut en outre contenir de petites quantités d'un mélange de pentoxyde de phosphore (P205) et d'oxyde de zirconium (Zr02) qui agit de manière à retarder davantage la cristallisation. Un telmélange, lorsqu'il est présent, constitue au
maximum environ 6 % en poids, de préférence environ 3 à 4 % en poids de la fritte de verre. Le mélange contient le P205 et le ZrOz en un rapport de poids compris entre 1:2 et 1:7 environ, de préférence entre 1:3 et 1:4 environ.La fritte de verre constitue entre environ 30 et environ 70 N0 du poids total de la composition d'encre.The barium oxide can be replaced in part by inclusion of up to 12% by weight of lanthanum oxide (La 2 O 3), relative to the total frit. The partial replacement of BaO with La203 slightly modifies the crystalline structure for particular applications. The glass composition may further contain small amounts of a mixture of phosphorus pentoxide (P2O5) and zirconium oxide (ZrO2) which acts to further retard crystallization. Such a mixture, when present, constitutes
maximum about 6% by weight, preferably about 3 to 4% by weight of the glass frit. The mixture contains P 2 O 5 and ZrO 2 in a weight ratio of about 1: 2 to about 1: 7, preferably about 1: 3 to about 1: 4. The glass frit is about 30 to about 70 weight percent. total of the ink composition.

Le constituant destiné à diminuer les trous d'épingle dans les nouvelles encres diélectriques pour croisement par dessus selon l'invention est formé de bioxyde de silicium, d'un verre de borosilicate de métal alcalinoterreux et d'aluminium ayant un point de ramollissement élevé ou de mélanges de ceux-ci, les mélanges étant préférables. La présence de ce constituant dans les encres aide à ralentir la cristallisation et, chose plus importante, apporte une aide physique aux bulles de gaz emprisonnées résultant de la décomposition ou de la volatilisation de la substance de support organique pendant la cuisson afin qu'elles puissent atteindre la surface de l'encre et s'échapper dans l'environnement.En aidant le gaz à s'échapper plus rapidement et en exerçant un effet de retardement sur la cristallisation, ce constituant élimine pratiquement les trous d'épingle de part en part et diminue notablement la densité de trous d'épingle dans des couches dépassant25, 4 pm d'épaisseur, formées par les encres selon l'invention
L'expression "point de ramollissement élevé", s'appliquant au verre utilisé comme constituant de diminution de trous d'épingle dans le cadre de l'invention, désigne un verre de borosilicate de métal alcalino-terreux et d'aluminium ayant un point de ramollissement supérieur à 700o C. Un verre préféré est basé sur le système Ba0-Ca0-B203-Al203 -Si02 et un verre particulièrement préféré contient, en poids, 45 à 55 % de BaO, 6 à 15 % de CaO, 10 à 20 0 de B203, 6 à 13 % d'Al203 et 5 à 15 % de Six2. Comme on l'a indiqué ci-dessus, il est préférable d'utiliser des mélanges du verre de borosilicate de métal alcalino-terreux et d'aluminium et de bioxyde de silicium comme constituant de diminution de trous d'épingle. Bien que l'on puisse les mélanger en toutes proportions, une quantité approximativement égale en poids est préférable. Le constituant de diminution de trous d'épingle comprend entre environ 10 et environ 30 % et de préférence entre 15 et environ 25 % du poids total de l'encre.The component for decreasing the pinholes in the new dielectric inks for crossing over according to the invention is formed of silicon dioxide, a glass of alkaline earth metal borosilicate and aluminum having a high softening point or mixtures thereof, the blends being preferable. The presence of this constituent in the inks helps to slow down crystallization and, more importantly, provides physical assistance to trapped gas bubbles resulting from the decomposition or volatilization of the organic carrier material during cooking so that they can reach the surface of the ink and escape into the environment. By helping the gas to escape faster and exerting a delay effect on the crystallization, this component virtually eliminates pinholes from one side to the other and significantly reduces the pinhole density in layers exceeding 25.4 μm in thickness, formed by the inks according to the invention
The term "high softening point", as applied to glass used as a component for decreasing pinholes in the context of the invention, refers to a glass of alkaline earth borosilicate and aluminum having a point The preferred glass is based on the BaO-CaO-B 2 O 3 -Al 2 O 3 -SiO 2 system and a particularly preferred glass contains, by weight, 45 to 55% BaO, 6 to 15% CaO, 10 to 20% B203, 6 to 13% Al2O3 and 5 to 15% Six2. As indicated above, it is preferred to use mixtures of alkaline earth metal borosilicate glass and aluminum and silicon dioxide as a pinhole reduction component. Although they can be mixed in any proportion, an approximately equal amount by weight is preferable. The pinhole decreasing component comprises between about 10 and about 30% and preferably between 15 and about 25% of the total weight of the ink.

Les compositions d'encre selon l'invention peuvent aussi contenir une quantité minoritaire d'un oxyde colorant classique tel que les oxydes de chrome, de cobalt, de nickel etc. Les encres de l'invention contiennent au maximum environ 5 %, de préférence entre environ 0, 1 et environ 1, 0 % en poids d'un oxyde colorant. The ink compositions according to the invention may also contain a minor amount of a conventional dye oxide such as chromium, cobalt, nickel oxides. The inks of the invention contain at most about 5%, preferably between about 0.1 and about 1.0% by weight of a coloring oxide.

Les constituants solides des compositions d'encre dont il s'agit présentent une granulométrie d'environ 1 à 5pm. On les mélange intimement, de préférence dans un broyeur à boulets ou autre appareil de broyage approprié, avec un alcool aliphatique, de préférence l'isopropanol, pendant 8 à 48 heures. On évapore alors l'alcool et on réunit les solides avec une quantité comprise entre environ 20 et environ 50 % etde préférence entre environ 30 et environ 40 % enpoids d'une substance de support organique appropriée, pour préparer l'encre.On choisit les substances de support organi que s de manière à donner aux encres des caractéristiques convenant à la qu'elles sérigraphie et de façon V brûlent proprement, c'est-à-dire sans laisser de résidu carboné, pendant la cuisson dans l'azote ou l'air. The solid constituents of the ink compositions in question have a particle size of about 1 to 5 μm. They are intimately mixed, preferably in a ball mill or other suitable grinding apparatus, with an aliphatic alcohol, preferably isopropanol, for 8 to 48 hours. The alcohol is then evaporated and the solids are combined in an amount of from about 20 to about 50% and preferably from about 30 to about 40% by weight of a suitable organic carrier material to prepare the ink. organic carrier substances so as to give the inks characteristics suitable for screen printing and in a manner that burns cleanly, i.e. without leaving a carbonaceous residue, during cooking in nitrogen or 'air.

Les substances de support organiques sont des liants tels que des dérivés de cellulose, particulièrement l'éthylcellulose, des résines synthétiques comme lespolyacrylates ou polyméthacrylates, les polyesters, les polyoléfines etc. En général, les supports classiques utilisés dans les encres du type ici décrit peuvent servir dans les encres de l'invention. Parmi les substances commerciales préférées, on peut citer par exemple les polybutènes liquides vendus sous les désignations "Amoco H-25", "Amoco H-50" et "Amoco L-100" par la Société américaine Amoco Chemicals Corporation, le polyméthacrylate de butyle (n) vendu par la Société américaine E. I. duPont de Nemours and Co., etc. The organic carrier materials are binders such as cellulose derivatives, particularly ethylcellulose, synthetic resins such as polyacrylates or polymethacrylates, polyesters, polyolefins, and the like. In general, the conventional supports used in the inks of the type described here can be used in the inks of the invention. Among the preferred commercial substances are, for example, the liquid polybutenes sold under the names "Amoco H-25", "Amoco H-50" and "Amoco L-100" by the American company Amoco Chemicals Corporation, butyl polymethacrylate (n) sold by EI DuPont de Nemours and Co., etc.

Les résines ci-dessus peuvent être utilisées individuellement ou en toute association de deux ou plusieurs. On peut ajouter à la résine un modificateur de viscosité approprié si on le désire. Ces modificateurs peuvent être des solvants tels que ceux que l'on utilise classiquement dans des compositions d'encre similaires, par exemple l'huile de pin, le terpinéol, l'acétate de butylcarbitol, un ester-alcool vendu par la Société américaine
Texas Eastman Company sous la marque "Texanol" etc., ou des matières solides comme par exemple un dérivé d'huile de ricin fourni par la Société américaine NL Industries sous la marque "Thixatrol".Quelle que soit la
substance de support utilisée, il est important de maximiser la dispersion et l'homogénéité des solides dans la substance Pour cette raison, on effectue habituellement le mélange dans un appareil classique qui disperse le mélange et le soumet enmême temps à une force de cisaillement. Généralement, plus les forces de cisaillement sont grandes, meilleure est la des persion obtenue.The above resins can be used individually or in any combination of two or more. A suitable viscosity modifier may be added to the resin if desired. These modifiers may be solvents such as those conventionally used in similar ink compositions, for example pine oil, terpineol, butyl carbitol acetate, an ester-alcohol sold by the American Company.
Texas Eastman Company under the brand name "Texanol" etc., or solids such as for example a castor oil derivative supplied by the American company NL Industries under the brand name "Thixatrol".
As a support substance, it is important to maximize the dispersion and homogeneity of the solids in the substance. For this reason, the mixing is usually carried out in a conventional apparatus which disperses the mixture and at the same time subjects it to a shearing force. Generally, the higher the shear forces, the better the persion obtained.

Les encres diélectriques pour croisement par dessus selon l'invention s'appliquent sur la plaquette de substrat, de préférence une plaquette de métal revêtue de porcelaine selon le brevet américain déjà cité, par des moyens classiques, c'est-à-dire par sérigraphie, dépôt à la brosse, pulvérisation etc., la sérigraphie étant préférable, Généralement, ainsi qu'il est classique, on utilise deux couches de diélectrique séchées et cuites individuellement pour minimiser la possibilité de trous d'épingle de part enpart. On sèche alors la couche d'encre à l'air entre 100 et 125 C pendant environ 15 minutes. On peut cuire la couche obtenue dans l'air ou dans l'azote à des températures entre 850 et 9500C pendant 4 à 10 minutes. Les couches diélectriques ainsi obtenues ont une bonne résistance mécanique et une bonne stabilité au réchauffement. Lorsqu'elles sont utilisées dans des circuits multicouches, elles montrent une excellente isolation entre couches de conducteurs de cuivre. Outre les plaquettes de métal revêtues de porcelaine selon le brevet cité, les encres diélectriques pour croisement par dessus selon l'invention sont compatibles avec des plaquettes classiques pour circuits, par exemple en alumine, et elles peuvent être utilisées avec celles-ci. The dielectric inks for crossing over according to the invention apply to the substrate wafer, preferably a porcelain coated metal wafer according to the aforementioned US patent, by conventional means, that is to say by screen printing. It is generally preferred, as is conventional, to use two dielectric layers dried and baked individually to minimize the possibility of pinholes on the one hand. The ink layer is then air dried at 100-125 ° C. for about 15 minutes. The resulting layer can be fired in air or nitrogen at temperatures between 850 and 9500C for 4 to 10 minutes. The dielectric layers thus obtained have good mechanical strength and good warming stability. When used in multilayer circuits, they show excellent insulation between layers of copper conductors. In addition to the porcelain coated metal plates according to the cited patent, dielectric inks for overhead crossing according to the invention are compatible with conventional circuit boards, for example alumina, and may be used therewith.

L'exemple suivant illustre davantage l'invention et il est entendu que celle-ci n'est aucunement limitée aux détails décrits. Dans exemple, toutes les parties et tous les pourcentages sonten poids sauf indicationcontraire. The following example further illustrates the invention and it is understood that it is in no way limited to the details described. For example, all parts and percentages are by weight unless otherwise indicated.

Exemple
On prépare des encres diélectriques pour croisement par dessus avec les compositions suivantes

Example
Dielectric inks are prepared for crossing over with the following compositions

<SEP> Composition, <SEP> %
<tb> ----------------------------------------------------------------------
<SEP> Poudre <SEP> de <SEP> verre
<tb> <SEP> Poudre <SEP> de <SEP> verre <SEP> à <SEP> point <SEP> de <SEP> ramol
<SEP> dévitrifiante <SEP> lissement <SEP> élevé
<tb> Encre <SEP> Bioxyde <SEP> de <SEP> Support
<tb> No.<SEP> I <SEP> II <SEP> silicium <SEP> Colorant <SEP> organique*
<tb> -----------------------------------------------------------------------1 <SEP> 57,14 <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> 42,86
<tb> 2 <SEP> 47,62 <SEP> ---- <SEP> 19,05 <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> 33,33
<tb> 3 <SEP> 51,95 <SEP> ---- <SEP> 20,78 <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> 27,27
<tb> 4 <SEP> 53,34 <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> 13,33 <SEP> 33,33
<tb> 5 <SEP> ---- <SEP> 42,12 <SEP> 16,84 <SEP> ---- <SEP> 2,11 <SEP> 38,93
<tb> 6 <SEP> ---- <SEP> 42,74 <SEP> 17,09 <SEP> 0,43** <SEP> 6,41 <SEP> 33,33
<tb> m Le support de l'encre n0 1 est un mélange contenant respectivement
28, 57 Sto et 14, 29 % des polybutènes liquides "Amoco H-25" et "Amoco
L-100" fournis par la Société américaine Amoco Chemical Co. Dans l'encre
n0 2, le support est un mélange de 10, 00 < 0 d' "Amoco H-50", 16, 67 %
d' "Amoco L-100" et6, 66 % de l'ester-alcool "Texanol" fourni par la Société
américaine Texas Eastman Company. Dans les autres compositions d'encre,
le véhicule est une solution à 13 % d' "Elvacite 2044" dans l'huile de pin.<SEP> Composition, <SEP>%
<tb> ----------------------------------------------- -----------------------
<SEP> Powder <SEP> of <SEP> glass
<tb><SEP> Powder <SEP> of <SEP> glass <SEP> at <SEP> point <SEP> of <SEP> ramol
<SEP> devitrifying <SEP> low <SEP> high
<tb> Ink <SEP> Bioxide <SEP> from <SEP> Support
<tb> No. <SEP> I <SEP> II <SEP> silicon <SEP> Organic <SEP> dye
<tb> ----------------------------------------------- ------------------------ 1 <SEP> 57,14 <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> - - <SEP> ---- <SEP> 42.86
<tb> 2 <SEP> 47.62 <SEP> ---- <SEP> 19.05 <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> 33.33
<tb> 3 <SEP> 51.95 <SEP> ---- <SEP> 20.78 <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> 27.27
<tb> 4 <SEP> 53.34 <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> 13.33 <SEP> 33.33
<tb> 5 <SEP> ---- <SEP> 42.12 <SEP> 16.84 <SEP> ---- <SEP> 2.11 <SEP> 38.93
<tb> 6 <SEP> ---- <SEP> 42.74 <SEP> 17.09 <SEP> 0.43 ** <SEP> 6.41 <SEP> 33.33
<tb> m The support of the ink n0 1 is a mixture respectively containing
28, 57 Sto and 14, 29% of the liquid polybutenes "Amoco H-25" and "Amoco"
L-100 "provided by the American Company Amoco Chemical Co. In ink
n0 2, the support is a mixture of 10, 00 <0 of "Amoco H-50", 16, 67%
of "Amoco L-100" and 6, 66% of the "Texanol" ester-alcohol supplied by the Company
American Texas Eastman Company. In the other ink compositions,
the vehicle is a 13% solution of "Elvacite 2044" in pine oil.

L' "Elvacite 2044" est une résine de polyméthacrylate de butyle (n) fournie par la Société américaine E. I. duPont de Nemours and Co. "Elvacite 2044" is a butyl polymethacrylate resin (n) supplied by E. I. duPont de Nemours and Co.

** Oxyde de chrome. ** Chromium oxide.

Dans les encres ci-dessus, les poudres de verre dévitrifiables
ont les compositions suivantes
Formule, %
Ingrédient I Il
MgO 27, 83 41, 05
BaO 37, 16 18, 22
B203 20,45 23, 63
SiO3 14,56 13,25
ZrO2 2 > 2, 89
P2O5 ----- 0,96
Le verre à point de ramollissement élevé présente la composition suivante, en poids : BaO 49,28 %, CaO 12,01 %, B2O3 14,92 %l, Al2O3 10,92 0, SiO2 12, 87 %.In the above inks, devitrifiable glass powders
have the following compositions
Formula, %
Ingredient I
MgO 27, 83 41, 05
BaO 37, 16 18, 22
B203 20.45 23, 63
SiO3 14.56 13.25
ZrO2 2> 2, 89
P2O5 ----- 0.96
The high softening point glass has the following composition, by weight: BaO 49.28%, CaO 12.01%, B2O3 14.92% 1, Al2O3 10.92 0, SiO2 12, 87%.

On mélange les ingrédients solides pendant 12 heures dans un broyeur à boulets avec suffisamment d'alcool isopropylique pour les mouiller complètement. On évapore l'alcool et on réunit les solides à la substance de support organique. On commence par mélanger manuellement tous les ingrédients puis on les mélange sur un laminoir à 3 cylindres pour obtenir une pâte lisse convenant à la sérigraphie. On ajoute un supplément de substance de support pour compenser la perte pendant le mélange et assurer des propriétés rhéologiques appropriées. The solid ingredients are mixed for 12 hours in a ball mill with sufficient isopropyl alcohol to wet them thoroughly. The alcohol is evaporated and the solids are combined with the organic carrier material. We start by manually mixing all the ingredients and then mix them on a 3-roll mill to obtain a smooth paste suitable for screen printing. Additional carrier material is added to compensate for the loss during mixing and to provide appropriate rheological properties.

On imprime et on cuit des encres conductrices au cuivre sur un substrat d'acier et de porcelaine du type décrit dans le brevet américain déjà cité. On sèche les encres au cuivre à l'air à 125 C pendant environ 15 minutes puis on les cuit sous atmosphère d'azote à environ 850 C. On imprime des échantillons de chacune des encres ci-dessus par dessus les électrodes en cuivre, à travers une toile d'acier inoxydable à ouvertures de 74 Xum, l'épaisseur d'émulsion étant de 25, 4 ym. On sèche à l'air à 125 C pendant 15 minutes les encres diélectriques pour croisement par dessus et on les cuit sous atmosphère d'azote dans un four à tamis Inconel Muffle 5 zones BTU Transheat, à une température maximale de 900 > C. Le temps de séjour à la température maximale est d'environ 4 à 8 minutes. La durée totale du cycle est d'environ 30 à 45 minutes. On imprime et on cuit une deuxième couche diélectrique par dessus la première. Finalement, on imprime l'électrode supérieure en cuivre, on la sèche et on la cuit. On essaie les pièces après la cuisson pour détecter les courts-circuits entre les électrodes supérieure et inférieure en cuivre, déterminer la constante diélectrique, la perte diélectrique, la résistance d'isolement et la tension de claquage des couches diélectriques. Copper conductive inks are printed and baked on a steel and porcelain substrate of the type described in the aforementioned US Patent. The copper inks are air-dried at 125 ° C. for about 15 minutes and then fired under a nitrogen atmosphere at about 850 ° C. Samples of each of the above inks are printed over the copper electrodes, through a stainless steel cloth with openings of 74 Xum, the emulsion thickness being 25.4 μm. The cross-over dielectric inks were dried in air at 125 ° C. for 15 minutes and cooked under a nitrogen atmosphere in an Inconel Muffle 5 zone BTU Transheat sieve oven, at a maximum temperature of 900 ° C. residence time at the maximum temperature is about 4 to 8 minutes. The total cycle time is about 30 to 45 minutes. A second dielectric layer is printed and baked over the first. Finally, the copper top electrode is printed, dried and fired. The parts are tested after firing to detect short circuits between the upper and lower copper electrodes, to determine the dielectric constant, the dielectric loss, the insulation resistance and the breakdown voltage of the dielectric layers.

L'encre n0 1 est inacceptable à cause de trous d'épingle qui provoquent des courts-circuits entre les électrodes en cuivre. L'encre n0 4 présente quelques cloques dans les couches. Les encres 2 et 3 présentent une diminution notable des trous d'épingle relativement à l'encre n0 1. Les encres 5 et 6 donnent d'excellents résultats dans tous les essais. Ink No. 1 is unacceptable because of pinholes that cause short circuits between the copper electrodes. Ink # 4 has some blisters in the layers. Inks 2 and 3 show a noticeable decrease in pinholes relative to ink No. 1. Inks 5 and 6 give excellent results in all tests.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Encre diélectrique pour croisement par dessus convenant à la formation d'une couche intermédiaire entre deux ou plusieurs couches conductrices sur un substrat caractérisée en ce qu'elle comprend, en poids 1 - Dielectric ink for crossing over suitable for forming an intermediate layer between two or more conductive layers on a substrate characterized in that it comprises, by weight

a) entre environ 30 et environ 70 % d'une poudre de verre de borosilicate de baryum et de magnésium partiellement dévitrifiable, a) from about 30 to about 70% of a partially devitrifiable barium borosilicate glass powder,

b) entre environ 10 et environ 30 % d'un constituant de diminution de trous d'épingle qui peut être le bioxyde de silicium, un verre de borosilicate de métal alcalino-terreux et d'aluminium ayant un point de ramollissement supérieur à environ 7000C ou un mélange de ceux-ci et b) from about 10 to about 30% of a pinhole reduction component which may be silicon dioxide, alkaline earth metal borosilicate glass and aluminum having a softening point greater than about 7000C or a mixture of these and

c) entre environ 20 et environ 50 % d'une substance de support organique appropriée. c) between about 20 and about 50% of a suitable organic carrier substance.

2 - Encre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le verre partiellement dévitrifiable comprend essentiellement, en poids 2 - Ink according to claim 1, characterized in that the partially devitrifiable glass essentially comprises, by weight

a) entre environ 17 et environ 49 % d'oxyde de baryum, a) between about 17 and about 49% barium oxide,

b) entre environ 16 et environ 43 % d'oxyde de magnésium, b) from about 16 to about 43% magnesium oxide,

c) entre environ 13 et environ 33 % de trioxyde de bore, c) between about 13 and about 33% boron trioxide,

d) entre environ 8 et environ 22 N0 de bioxyde de silicium, d) between about 8 and about 22 N0 of silicon dioxide,

e) entre 0 et environ 12 % de tripxyde de lanthane et e) between 0 and about 12% of lanthanum tripoxide and

f) entre 0 et environ 6 % d'un mélange de pentoxyde de phosphore et d'oxyde de zirconium en un rapport de poids compris entre environ 1:2 et environ 1:7. f) from 0 to about 6% of a mixture of phosphorus pentoxide and zirconium oxide in a weight ratio of from about 1: 2 to about 1: 7.

3 - Encre selon la revendication 2, caractérisée en ce que le verre contient entre environ 3 et environ 4 % en poids du mélange de pentoxyde de phosphore et d'oxyde de zirconium. 3 - Ink according to claim 2, characterized in that the glass contains between about 3 and about 4% by weight of the mixture of phosphorus pentoxide and zirconium oxide.

4 - Encre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le verre de borosilicate de métal alcalino-terreux et d'aluminium est un verre de borosilicate de baryum, de calcium et d'aluminium. 4 - Ink according to claim 1, characterized in that the borosilicate glass of alkaline earth metal and aluminum is a borosilicate glass of barium, calcium and aluminum.

5 - Encre selon la revendication 4, caractérisée ence que le verre de borosilicate de baryum, de calcium et d'aluminium comprendessentiellement, en poids 5 - Ink according to claim 4, characterized in that the borosilicate glass of barium, calcium and aluminum essentially comprises, by weight

a) entre environ 45 et environ 55 alo d'oxyde de baryum, a) between about 45 and about 55 alo of barium oxide,

b) entre environ 6 et environ 15 % d'oxyde de calcium, b) from about 6 to about 15% calcium oxide,

c) entre environ 10 et environ 20 % de trioxyde de bore, c) between about 10 and about 20% boron trioxide,

d) entre environ 6et environ 13 et0 d'oxyde d'aluminium et d) between about 6 and about 13 to 10% aluminum oxide and

e) entre environ 5 et environ 15 % de bioxyde de silicium. e) between about 5 and about 15% of silicon dioxide.

6 - Encre selon l'une quelconque des revendications 1, 4 et 5, caractérisée en ce que le constituant destiné à diminuer le nombre de trous d'épingle est un mélange de bioxyde de silicium et du verre de borosilicate de métal alcalino-terreux et d'aluminium. 6 - Ink according to any one of claims 1, 4 and 5, characterized in that the component intended to reduce the number of pinholes is a mixture of silicon dioxide and alkaline earth metal borosilicate glass and aluminum.

7 - Encre selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient au maximum environ 5 N0 en poids d'un oxyde colorant pouvant être l'oxyde de chrome, de cobalt ou de nickel. 7 - Ink according to claim 1, characterized in that it contains at most about 5 N0 by weight of a coloring oxide may be chromium oxide, cobalt or nickel.

8 - Procédé de formation d'un circuit électrique multicouche sur une plaquette de circuit, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes 8 - Process for forming a multilayer electrical circuit on a circuit board, characterized in that it comprises the following steps

a) appliquer et cuire sur la plaquette une encre conductrice de manière à former une première couche conductrice, a) applying and baking on the wafer a conductive ink so as to form a first conductive layer,

b) appliquer et cuire, sur la partie de la couche conductrice qui est destinée à couper une deuxième couche conductrice du circuit, une encre diélectrique pour croisement par dessus selon la revendication 1, de manière à former une couche diélectrique de croisementpar dessus sur la partie mentionnée de la première couche conductrice et b) applying and baking, on the portion of the conductive layer which is intended to cut a second conductive layer of the circuit, a dielectric ink for crossover according to claim 1, so as to form a dielectric crossover layer over the portion mentioned of the first conductive layer and

c) appliquer et cuire une encre conductrice sur la plaquette de manière à former une deuxième couche conductrice présentant la couche diélectrique de croisement par dessus interposée entre les première et deuxième couches conductrices. c) applying and baking a conductive ink on the wafer to form a second conductive layer having the overlying dielectric layer overlying interposed between the first and second conductive layers.

9 - Encre selon la revendication 8, caractérisée en ce que la plaquette est formée de métal revêtu de porcelaine. 9 - Ink according to claim 8, characterized in that the wafer is formed of metal coated with porcelain.

10 - Plaquette de circuit portant sur une partie de sa surface une couche conductrice et par dessus une partie prédéterminée de celle-ci, une couche d'encre diélectriquepour croisement par dessus, caractérisée en ce que l'encre comprend, en poids 10 - circuit board bearing on a portion of its surface a conductive layer and over a predetermined portion thereof, a layer of dielectric ink for crossing over, characterized in that the ink comprises, by weight

a) entre environ 30 et environ 70 l10 d'une poudre de verre de borosilicate de baryum et de magnésium partiellement dévitrifiable, a) between about 30 and about 70 l10 of a partially devitrifiable barium borosilicate glass powder,

b) entre environ 10 et environ 30 6,10 d'un constituant de diminution de trous d'épingle qui peut être le bioxyde de silicium, un verre de borosilicate de métal alcalino-terreux et d'aluminium ayant un point de ra mollissement supérieur à environ700 C ou un mélange de ceux-ci et b) from about 10 to about 6.10 of a pinhole reduction component which may be silicon dioxide, an alkaline earth metal borosilicate glass and aluminum having a higher softening point; at about 700 ° C or a mixture of these and

11 - Plaquette selon la revendication 10, caractérisée ence qu'elle est formée de métal revêtu de porcelaine. 11. The wafer according to claim 10, characterized in that it is formed of metal coated with porcelain.

12 - Encre selon la revendication 11, caractérisée ence que le métal est l'acier. 12 - Ink according to claim 11, characterized in that the metal is steel.

13 - Système électronique qui comprend une plaquette de circuit portant un circuit multicouche et caractérisé en ce que le circuit contient deux ou plusieurs couches conductrices entre lesquelles est chaque fois interposée, en leur partie d'intersection, une couche d'encre comprenant, en poids 13 - Electronic system comprising a circuit board carrying a multilayer circuit and characterized in that the circuit contains two or more conductive layers between which is each interposed, in their intersection portion, an ink layer comprising, by weight

b) entre environ 10 et environ 30 % d'un constituant de diminution de trous d'épingle qui peut être le bioxyde de silicium, un verre de borosilicate de métal alcalino-terreus et d'aluminium ayant un point de ramollissement supérieur à environ700"C ou un mélange de ceux-ci et b) from about 10 to about 30% of a pinhole decreasing component which may be silicon dioxide, an alkaline earth metal borosilicate glass and aluminum having a softening point greater than about 700 ". C or a mixture of these and

14 - Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que la plaquette est formée de métal revêtu de porcelaine. 14 - System according to claim 13, characterized in that the wafer is formed of metal coated with porcelain.

15 - Encre selon la revendication 14, caractérisée en ce que le métal est l'acier. 15 - Ink according to claim 14, characterized in that the metal is steel.