RU2254695C1 - Method for forming three-dimensional thick-film circuit - Google Patents

Abstract

FIELD: electric engineering.

SUBSTANCE: paste of increased viscosity, containing 3-5% of organic linking agent, is applied to grooves at surfaces of substrate, held by film cover and burned in during one cycle.

EFFECT: higher precision, lower costs.

4 dwg

Description

Изобретение относится к электронике и может быть использовано при изготовлении трехмерной толстопленочной схемы, содержащей проводниковые, сверхпроводниковые и другие элементы, нанесенные на верхнюю, нижнюю и боковые грани плоской подложки или подложку криволинейной формы.The invention relates to electronics and can be used in the manufacture of a three-dimensional thick-film circuit containing conductive, superconducting and other elements deposited on the upper, lower and side faces of a flat substrate or a curvilinear substrate.

Известны способы формирования толстопленочной схемы, при которых наносят пасту с помощью ракеля на подложку через трафарет, после чего вжигают ее [1]. Такие способы обеспечивают недостаточно высокую точность параметров элементов, поскольку паста после снятия трафарета растекается по подложке, а также ограниченную воспроизводимость вследствие большого числа технологических факторов (давление ракеля, загрязненность сетки и т.д.). Кроме того, так можно формировать схему только на плоской подложке.Known methods of forming a thick-film scheme, in which paste is applied using a squeegee on a substrate through a stencil, and then burn it [1]. Such methods provide insufficiently high accuracy of the parameters of the elements, since the paste after spreading the stencil spreads over the substrate, as well as limited reproducibility due to a large number of technological factors (squeegee pressure, mesh contamination, etc.). In addition, this way you can form a circuit only on a flat substrate.

Наиболее близким техническим решением является способ формирования толстопленочной схемы, когда в подложке формируют канавки согласно разработанной топологии, в канавки вводят пасту, после чего ее вжигают [2]. В этом случае точность и воспроизводимость повышаются вследствие того, что паста ограничена стенками канавки. Однако для получения трехмерной толстопленочной схемы необходимо формировать ее пооперационно: вводить пасту и вжигать ее на той поверхности, которая на данной операции является верхней, а затем поворачивать подложку и повторять цикл. В случае иной ориентации поверхности (боковая, нижняя поверхность), паста, содержащая 15-20% органической связки, смещается под действием силы тяжести и деформирует элементы схемы. Изменится профиль дорожек - элементов схемы и их параметры.The closest technical solution is the method of forming a thick-film scheme, when grooves are formed in the substrate according to the developed topology, paste is introduced into the grooves, and then it is burned [2]. In this case, accuracy and reproducibility are enhanced due to the fact that the paste is limited by the walls of the groove. However, to obtain a three-dimensional thick-film scheme, it is necessary to form it step by step: introduce the paste and burn it on the surface that is the top in this operation, and then rotate the substrate and repeat the cycle. In the case of a different orientation of the surface (lateral, lower surface), the paste containing 15-20% of the organic binder is displaced by gravity and deforms the elements of the circuit. The profile of the tracks - elements of the scheme and their parameters will change.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности производства и снижение себестоимости толстопленочных схем за счет вжигания всей схемы в одном цикле.The technical result of the invention is to increase production productivity and reduce the cost of thick-film schemes by burning the entire scheme in one cycle.

Технический результат достигается следующим образом. Пасту готовят с минимальным количеством связки 3-5%. На поверхности подложки формируют канавки соответственно электрической схеме. Канавки могут быть сформированы механическим скрабированием или лазерным лучем. В канавки втирают пасту и фиксируют ее пленочным покрытием. Материал покрытия подбирается таким образом, чтобы он был химически нейтральным к материалу пасты. Это может быть органический пленкообразующий материал, растворенный в летучем растворителе. В качестве наносителя может быть введен материал, стимулирующий свойства элемента, например серебро для высокотемпературных сверхпроводников. Затем подложку с пастой и покрытием вжигают в одном цикле. На первой стадии вжигания (температура менее 150-200°С) паста удерживается от деформации покрытием, после чего органическая связка пасты и покрытие разлагаются и вжигание продолжается. Вжигание осуществляется по штатной схеме, поскольку состав пасты остается штатным (исключая содержание органической связки).The technical result is achieved as follows. Pasta is prepared with a minimum amount of a bunch of 3-5%. Grooves are formed on the surface of the substrate according to the electrical circuit. Grooves can be formed by mechanical scrubbing or laser beam. The paste is rubbed into the grooves and fixed with a film coating. The coating material is selected so that it is chemically neutral to the paste material. This may be an organic film-forming material dissolved in a volatile solvent. As the carrier, a material can be introduced that stimulates the properties of the element, for example silver for high-temperature superconductors. Then the substrate with the paste and coating is fired in one cycle. At the first stage of firing (temperature less than 150-200 ° C), the paste is kept from deformation by the coating, after which the organic binder of the paste and the coating decompose and the firing continues. The incineration is carried out according to the standard scheme, since the composition of the paste remains regular (excluding the content of the organic binder).

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что паста имеет повышенную вязкость (3-5%) органической связки, ее втирают во все канавки подложки, фиксируют пленочным покрытием и вжигают в одном цикле. Таким образом, заявленный способ соответствует критерию «новизна». Кроме того, совокупность существенных признаков, состоящая из повышенной вязкости пасты (3-5% органической связки), втирания пасты во все канавки поверхности, фиксации ее пленочным покрытием со стимулирующим наполнителем и вжигания всей схемы в одном цикле, позволяет обнаружить у предложенного способа иные, в отличие от известных, свойства, к числу которых можно отнести:A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype shows that the claimed method differs from the known one in that the paste has an increased viscosity (3-5%) of the organic bond, it is rubbed into all grooves of the substrate, fixed with a film coating and annealed in one cycle. Thus, the claimed method meets the criterion of "novelty." In addition, the set of essential features, consisting of increased viscosity of the paste (3-5% organic binder), rubbing the paste into all grooves of the surface, fixing it with a film coating with a stimulating filler and burning the whole scheme in one cycle, allows us to detect other, unlike the well-known, properties, which include:

- повышение точности параметров схемы в результате исключения повторных воздействий на ее элементы высокой температуры циклов вжигания;- improving the accuracy of the parameters of the circuit as a result of the elimination of repeated effects on its elements of high temperature combustion cycles;

- возможность формировать элементы большого сечения при их фиксации пленочным покрытием;- the ability to form elements of large cross-section during their fixation with a film coating;

- возможность стимулировать свойства элементов схемы, вводя в покрытие соответствующий наполнитель.- the ability to stimulate the properties of circuit elements by introducing the appropriate filler into the coating.

На фиг.1 представлены проекции сверхпроводникового трансформатора магнитного потока, где на подложке 1 сформирована трехмерная сверхпроводниковая схема 2. На фиг.2 представлен разрез участка подложки 1 с канавкой 3. На фиг.3 представлен разрез участка подложки 1 с канавкой, заполненной сверхпроводниковой пастой 2. На фиг.4 представлен разрез участка подложки 1 с пастой 2 в канавке, закрытый пленочным покрытием 4.Figure 1 presents the projection of the superconducting magnetic flux transformer, where a three-dimensional superconducting circuit 2 is formed on the substrate 1. Figure 4 shows a section of a portion of a substrate 1 with a paste 2 in a groove closed by a film coating 4.

Предлагаемый способ формирования трехмерной толстопленочной схемы реализован следующим образом. Был изготовлен сверхпроводниковый трансформатор магнитного потока, содержащий два неполных витка различного диаметра (10 и 780 мм), соединенные дорожками длиной 120 мм (фиг.1), используемый для усиления магнитного потока внутри витка меньшего диаметра. Коэффициент усиления трансформатора определяется отношением площадей витков. Была изготовлена подложка (фиг.1) методом гидростатического прессования и обжига из порошка MgO с добавкой 5% органической связки. Режимы прессования и обжига были штатными (Р=6-8 ГПа, Т_max=1700°С). На подложке лазерным фрезерованием были выполнены канавки глубиной и шириной 1 мм. Была приготовлена паста, содержащая порошок Bi(2212) и 5% органической связки. После гомогенизации пасту втирали в канавки схемы и фиксировали путем нанесения пленочного покрытия. Покрытие наносили намазыванием кисточкой. Пленочное покрытие представляло собой пенопласт, растворенный в ацетоне с добавкой порошка серебра (соответственно 15 и 10 мас.%). После конвекционного высушивания пленки подложку помещали в печь сопротивления, где проходило вжигание по типовой схеме (Т_max=885°С, t=40 часов). Готовая схема обладала сверхпроводниковыми свойствами (T_кр=95 К, i_кр=960 А/см²) и выполняла необходимые функции. Сравнение величины критического тока при использовании пленочного покрытия без введения стимулирующей добавки показало уменьшение в том случае критического тока на 10-15%.The proposed method of forming a three-dimensional thick-film scheme is implemented as follows. A superconducting magnetic flux transformer was made, containing two incomplete turns of different diameters (10 and 780 mm) connected by tracks of 120 mm in length (Fig. 1), used to enhance magnetic flux inside a coil of a smaller diameter. The gain of the transformer is determined by the ratio of the area of the turns. A substrate was made (Fig. 1) by hydrostatic pressing and calcination from MgO powder with the addition of 5% organic binder. The pressing and firing modes were standard (P = 6-8 GPa, T _max = 1700 ° C). Laser milling on the substrate made grooves 1 mm deep and wide. A paste was prepared containing Bi (2212) powder and 5% organic binder. After homogenization, the paste was rubbed into the grooves of the circuit and fixed by applying a film coating. The coating was applied by brushing. The film coating was a foam, dissolved in acetone with the addition of silver powder (respectively 15 and 10 wt.%). After convection drying of the film, the substrate was placed in a resistance furnace, where the burning was carried out according to a typical scheme (T _max = 885 ° C, t = 40 hours). The finished circuit had superconducting properties (T _cr = 95 K, i _cr = 960 A / cm ² ) and performed the necessary functions. A comparison of the critical current when using a film coating without the introduction of a stimulating additive showed a decrease in that case by 10-15% of the critical current.

Использование предложенного способа формирования толстопленочной схемы обеспечивает следующие преимущества:Using the proposed method of forming a thick film scheme provides the following advantages:

- возможность формировать схему за один цикл вжигания;- the ability to form a circuit in one burning cycle;

- повышение производительности и снижение затратности в результате исключения дополнительных операций;- increased productivity and reduced costs as a result of the exclusion of additional operations;

- повышение точности параметров элементов путем исключения влияния температуры последующих операций вжигания;- improving the accuracy of the parameters of the elements by eliminating the influence of the temperature of subsequent combustion operations;

- возможность стимулировать свойства элементов схемы, вводя соответствующие наполнители в пленку.- the ability to stimulate the properties of circuit elements by introducing appropriate fillers into the film.

Источники информацииSources of information

1. Красов В.Г. и др. Толстопленочная технология в СВЧ микроэлектронике - М.: Радио и связь, 1985. - С.80-93.1. Krasov V.G. and other Thick-film technology in microwave microelectronics - M .: Radio and communications, 1985. - S.80-93.

2. Бондаренко С.И. и др. ВТСП магнитоградиентометры и ВТСП магнитные экраны // Техника средств связи. Сер. ТПО, 1990. Вып.5. С.65-72.2. Bondarenko S.I. and other HTSC magnetogradiometers and HTSC magnetic screens // Technique of communication. Ser. TPO, 1990. Issue 5. S.65-72.

Claims (1)

Способ формирования трехмерной толстопленочной схемы, при котором на подложке формируют канавки, в верхние канавки вводят электропроводную пасту, затем вжигают ее, отличающийся тем, что пасту вводят втиранием во все канавки, фиксируют пленочным покрытием, затем вжигают всю схему в одном цикле, паста содержит не более 3÷5% органической связи, а покрытие содержит наполнитель - материал, препятствующий уменьшению критического тока готовой схемы, обладающей сверхпроводниковыми свойствами.The method of forming a three-dimensional thick-film scheme, in which grooves are formed on the substrate, an electrically conductive paste is introduced into the upper grooves, then it is burned, characterized in that the paste is rubbed into all grooves, fixed with a film coating, then the whole scheme is burned in one cycle, the paste does not contain more than 3 ÷ 5% of the organic bond, and the coating contains a filler - a material that prevents the reduction of the critical current of the finished circuit with superconducting properties.

Images