Паста для формування контактів в перехідних комутаційних отворах ізоляційних шарів багаторівневих комутаційних плат

Паста для формування контактів в перехідних комутаційних отворах ізоляційних шарів багаторівневих комутаційних плат, яка містить суміш дрібнодисперсного порошку срібла, дрібнодисперсного порошку паладію, дрібнодисперсного порошку окису алюмінію, органічної зв'язки із вмістом етилцелюлози і терпінеолу, яка відрізняється тим, що вона додатково містить дрібнодисперсний порошок цинкборосилікатного склокристалічного матеріалу при наступному співвідношенні всіх компонентів, мас.%: дрібнодисперсний порошок срібла 37-72 дрібнодисперсний порошок паладію 6-20 дрібнодисперсний порошок окису алюмінію 4-10 дрібнодисперсний порошок цинкборосилікатного склокристалічного матеріалу 3-8 U 2 (19) 1 3 - одного дрібнодисперсного порошку або сумішей дрібнодисперсних порошків з окислів металів, де метал вибрано з групи: цинк, магній, кобальт, алюміній, цирконій, марганець, нікель, мідь, тантал, вольфрам, лантан; в кількості 0,1-5ваг.%; - розчин етилцелюлози в терпеніолі в якості органічної зв'язки в кількості 2-20ваг.% (заявка США №20070113952, МПК С03В29/00, Н01В1/22). Недолік відомої пасти полягає в тому, що при її використанні можливе виготовлення багаторівневих комутаційних плат тільки із малою кількістю комутаційних рівнів, а саме: не більше трьох. Неможливість виготовлення багаторівневих комутаційних плат з великою кількістю комутаційних рівнів (чотирьох або більше) обумовлюється наявністю тріщин в ділянках ізоляційних шарів вищих комутаційних рівнів, що знаходяться навколо контактів (приконтактних ділянках). Механізм утворення тріщин в приконтактних ділянках ізоляційних шарів вищих комутаційних рівнів багаторівневих комутаційних плат обумовлюється особливістю технології виготовлення даних плат. Особливість технології полягає в тому, що контакти вищого рівня друкуються в перехідні отвори ізоляційного шару того ж рівня, при цьому знизу контакту вищого рівня знаходяться контакти нижчих рівнів. Чим нижчий рівень контакту, тим він піддається більшій кількості високотемпературних термообробок при піковій температурі 850°С. При цьому з кожною наступною термообробкою контакту нижчого комутаційного рівня аморфне кальційалюмоборосилікатне скло, яке входить до складу відомої пасти, щоразу розплавляється і з кожним наступним розплавленням кальційалюмоборосилікатного скла, за рахунок сил змочування, воно все більше ущільнює частинки провідникової фази контактів - дрібнодисперсні порошки срібла і паладію. Під час виготовлення четвертого комутаційного рівня або ще більш високих комутаційних рівнів (тобто під час проведення чотирьох або більшої кількості термообробок відомої пасти) щільність контактів, які знаходяться всередині отворів ізоляційних шарів нижчих комутаційних рівнів практично відповідає щільності монолітного срібла, яке являється основним матеріалом провідникової фази. При формуванні контактів вищих комутаційних рівнів багаторівневих комутаційних плат внаслідок такого ущільнення на заключній стадії високотемпературної термообробки (тобто, під час остигання) розміри контактів нижчих рівнів із зниженням температури зменшуються практично так само, як монолітне срібло, яке являється основою струмопровідної фази контактів. В зв'язку з тим, що коефіцієнт лінійного температурного розширення контактів нижчих комутаційних рівнів (який практично відповідає коефіцієнту лінійного температурного розширення срібла) є значно вищим, ніж коефіцієнт лінійного температурного розширення ізоляційного шару, лінійні розміри отворів ізоляційних шарів під час остигання плат зменшуються більш повільно в порівнянні із зменшенням розмірів контактів, які знаходяться в цих отворах. Оскільки торці контактів є зчепленими з торцями отворів ізоляційних шарів, а краї контактів, внаслідок специфіки трафаретного друкування, 52626 4 знаходяться за межами отворів на приконтактних ділянках ізоляційних шарів, то на заключній стадії високотемпературної термообробки під час спаду температури до величини нижче температури плавлення скла, внаслідок великої різниці температурних коефіцієнтів матеріалу контакту і матеріалу ізоляційного шару, в приконтактних областях ізоляційних шарів створюються значні напруження, які в подальшому спричиняють утворення тріщин. При виготовленні багаторівневих комутаційних плат з чотирма або більшою кількістю рівнів, в результаті багатократної термообробки відомої пасти в перехідних комутаційних отворах ізоляційних шарів кількість тріщин в приконтактних ділянках ізоляційних шарів перевищує встановлену допустиму норму. Як наслідок, використання відомої пасти для виготовлення багаторівневих комутаційних плат з чотирма або ще більшою кількістю рівнів не є можливим. Ще один недолік відомої пасти полягає в надмірній зміні лінійних розмірів контактів після їх трафаретного друкування і сушки пасти. Цей недолік відомої пасти є обумовлений тим, що процес висихання розчину етилцелюлози в терпінеолі (який у відомій пасті використаний в якості органічної зв'язки) є достатньо тривалим в часі. Як наслідок, надмірне розтікання відомої пасти по поверхні, на яку вона була надрукована, призводить до надмірної зміни геометричних розмірів висушених відбитків пасти. В основу корисної моделі поставлена задача отримати пасту для формування контактів в перехідних комутаційних отворах ізоляційних шарів багаторівневих комутаційних плат, шляхом зміни її складу, яка за рахунок зменшення кількості і розмірів тріщин в приконтактних ділянках ізоляційних шарів вищих комутаційних рівнів при зменшенні змін геометричних розмірів відбитків пасти після її трафаретного друкування і сушки, дозволяє збільшити кількість комутаційних рівнів при менших відхиленнях геометричних розмірів контактів від їхніх розрахункових значень, що значно розширить функціональні можливості використання плат. Поставлена задача вирішується тим, що паста для формування контактів в перехідних комутаційних отворах ізоляційних шарів багаторівневих комутаційних плат, яка містить суміш дрібнодисперсного порошку срібла, дрібнодисперсного порошку паладію, дрібнодисперсного порошку окису алюмінію, органічної зв'язки із вмістом етилцелюлози і терпінеолу, згідно до корисної моделі, вона додатково містить дрібнодисперсний порошок цинкборосилікатного склокристалічного матеріалу при наступному співвідношенні всіх компонентів, (мас.%): дрібнодисперсний порошок срібла 37-72 дрібнодисперсний порошок паладію 6-20 дрібнодисперсний порошок окису алюмінію 4-10 дрібнодисперсний порошок цинкборосилікатного склокристалічного матеріалу 3-8 органічна зв'язка із вмістом етилцелюлози і терпінеолу 15-25, 5 при цьому, дрібнодисперсний порошок цинкборосилікатного склокристалічного матеріалу містить окис цинку, окис бору, двоокис кремнію, окис барію, окис алюмінію, двоокис цирконію, окис кадмію, двоокис титану і окис свинцю при наступному співвідношенні всіх компонентів, (мас.%): окис цинку 21-36 окис бору 2-8 двоокис кремнію 24-31 окис барію 15-30 окис алюмінію 3-9 двоокис цирконію 1-5 окис кадмію 1-5 двоокис титану 1-3 окис свинцю 1-3, а органічна зв'язка із вмістом етилцелюлози і терпінеолу додатково містить воду при наступному співвідношенні всіх компонентів, (мас.%): терпінеол 82-95 етилцелюлоза 2-8 вода 3-10. Забезпечення можливості виготовлення багаторівневих комутаційних плат із числом рівнів більше трьох досягається за рахунок того, що до складу пропонованої пасти додаткового вводиться дрібнодисперсний порошок цинкборосилікатного склокристалічного матеріалу. Використання дрібнодисперсного порошку цинкборосилікатного склокристалічного матеріалу наведеного складу призводить до того, що при першій високотемпературній термообробці пропонованої пасти (тобто під час виготовлення першого комутаційного рівня) на стадії охолодження відбувається кристалізація вказаного склокристалічного матеріалу. Під час наступних термообробок контактів, виготовлених із пропонованої пасти, цинкборосилікатний склокристалічний матеріал, закристалізований під час першої термообробки, повторно не розплавляється, і таким чином, із зростанням кількості термообробок контакти не ущільнюються, залишаючись помірно пористими. Завдяки цьому напруженість в приконтактних ділянках ізоляційних шарів вищих комутаційних рівнів не зростає, а залишається на допустимо низькому рівні. Це призводить до того що, при застосуванні пропонованої пасти для формування контактів в перехідних отворах багатошарових комутаційних плат, кількість і розміри тріщин в приконтактних ділянках ізоляційних шарів вищих комутаційних рівнів відповідають встановленим вимогам. Таким чином, досягається можливість виготовлення багаторівневих комутаційних плат із чотирма або більшою кількістю комутаційних рівнів. В результаті додаткового введення води до органічної зв'язки досягнуто зменшення розтікання органічної зв'язки через те, що випаровування води з поверхні і країв відбитка пасти в порівнянні з терпінеолом відбувається більш швидко. Внаслідок швидкого підсихання країв відбитку пасти, його розтікання швидко припиняється, цим самим забезпечується менша зміна геометричних розмірів відбитку пасти, що також створює можливість виготовлення багаторівневих комутаційних плат із чотирма або більшою кількістю комутаційних рівнів 52626 6 при менших відхиленнях геометричних розмірів контактів від їхніх розрахункових значень. Властивості пасти для формування контактів в перехідних комутаційних отворах ізоляційних шарів багаторівневих комутаційних плат, що заявляється, пояснюються прикладами конкретного виконання. Дрібнодисперсний порошок срібла, дрібнодисперсний порошок паладію, дрібнодисперсний порошок окису алюмінію, дрібнодисперсний порошок цинкборосилікатного склокристалічного матеріалу (із вмістом двоокису кремнію, окису цинку, окису барію, окису бору, окису алюмінію, двоокису цирконію, окису кадмію, двоокису титану і окису свинцю) зважувались в кількостях, вказаних в таблиці, після чого перемішувались до однорідної суміші. Далі до цієї однорідної суміші порошків додавалась органічна зв'язка із вмістом етилцелюлози, терпінеолу і води, після чого суміш порошків перемішувалась із органічною зв'язкою до однорідної суспензії (пасти). Отримана паста помішувалась в скляну тару, що герметично закривалась. Для перевірки можливості виготовлення багаторівневих комутаційних плат з визначеною кількістю рівнів виготовлялися багаторівневі тест-плати. На першому етапі виготовлення першого рівня багаторівневої тест-плати спочатку виготовлявся ізоляційний шар з перехідними отворами. Для цього на установці трафаретного друкування DFS (Швейцарія) через сітчастий трафарет (розміщення отворів якого відповідали топології ізоляційного шару) на пластини із алюмооксидної кераміки «Rubalit 708S» (виробник - компанія «CeramTec», Німеччина) друкувалась ізоляційна паста, призначена для сумісного використання з пастою пропонованого складу, у відбитках якої знаходились перехідні комутаційні отвори квадратної форми розміром 250мкм×250мкм в кількості 128шт. Надруковані на керамічних пластинах відбитки ізоляційної пасти просушувались в сушильній шафі фірми MLW (Швейцарія) при температурі від 115°С до 125°С до повного висихання органіки. Після цього висушені відбитки пасти піддавались високотемпературній термообробці в конвеєрній електропечі фірми BTU (Англія) при піковій температурі від 850°С до 860°С. На другому етапі виготовлення першого рівня багаторівневої тест-плати в перехідних отворах ізоляційного шару формувались контакти. Для цього на установці трафаретного друкування DFS через сітчастий трафарет (розміщення отворів якого забезпечувало вдруковування пасти в перехідні комутаційні отвори ізоляційного шару, відпаленого на першому етапі) у вказані перехідні комутаційні отвори ізоляційного шару вдруковувалась пропонована паста для формування контактів. Різний склад пропонованої пасти для формування контактів наведено в таблиці. Відбитки кожного складу пасти для формування контактів, вдруковані в отвори ізоляційного шару, просушувались в сушильній шафі фірми MLW (Швейцарія) при температурі від 115°С до 125°С до повного висихання органіки, після цього вони піддавались високотемпературній термообробці в конвеєрній електропечі фірми BTU (Англія) при піковій температурі від 7 850°С до 860°С. Для кожного складу пропонованої пасти для формування контактів було виготовлено по 5 тест-плат. Таким чином були виготовлені тест-плати із товстоплівковими шарами першого (нижнього) рівня, причому даний рівень мав ізоляційний шар з перехідними отворами і контакти, які знаходились в цих отворах в одній площині з ізоляційним шаром. Всього було виготовлено 5 тест-плат, причому на кожній тест-платі в 128-ми отворах ізоляційного шару знаходилось 128 контактів. Після виготовлення тест-плат з товстоплівковими елементами першого рівня (ізоляційними шарами і контактами) поверхня приконтактних ділянок ізоляційного шару оглядалась під мікроскопом МБС-10 при 16-ти кратному збільшенні. Якщо внаслідок огляду на поверхні приконтактної ділянки навколо кожного контакту виявлялось не більше однієї тріщини довжиною не більше половини сторони контакту (тобто не більше 125мкм), то робився висновок про можливість використання пасти для формування контактів для виготовлення тест-плати з ізоляційним шаром і контактами наступного рівня. Виготовлення ізоляційних шарів і контактів наступних (другого і подальших) рівнів багаторівневої тест-плати відбувалось так само, як і для першого рівня. При цьому на ізоляційний шар нижчого рівня друкувалась ізоляційна паста вищого рівня, далі надруковані відбитки пасти просушувались і піддавались високотемпературній термообробці, а на контактах нижчого рівня друкувалась пропонована паста для формування контактів вищого рівня, після чого відбитки цієї пасти також просушувались і піддавались високотемпературній термообробці. Після виготовлення тест-плат з ізоляційними шарами і контактами кожного наступного рівня поверхня приконтактних ділянок ізоляційного шару вищого рівня оглядалась під мікроскопом МБС-10 при 16-ти кратному збільшенні. Якщо внаслідок огляду приконтактних ділянок ізоляційного шару вищого комутаційного рівня навколо кожного контакту виявлялось не більше однієї тріщини довжиною не більше половини сторони контакту (тобто не більше 125 мкм), то робився висновок про можливість використання певного складу пасти для формування контактів при виготовленні тест-плат з ізоляційним шаром і контактами наступного рівня. Якщо внаслідок огляду приконтактних ділянок ізоляційного шару вищого комутаційного рівня навколо хоча б одного контакту виявлялось більше однієї тріщини, або, якщо довжина хоча б однієї тріщини була більше половини сторони контакту, то робився висновок про неможливість використання цього складу пасти для формування контактів для виготовлення тест-плат з ізоляційним шаром і контактами даного рівня. В процесі конкретного виконання дій було виявлено, що із збільшенням кількості комутаційних рівнів тест-плат збільшувались кількості і розміри тріщин навколо контактів в приконтактних ділянках 52626 8 ізоляційного шару верхнього рівня. Для певної кількості рівнів Nдоп вони були наближені до допустимої норми, а при виготовленні ізоляційного шару і контактів наступного (Nдoп+1) рівня вони перевищували допустимий критерій. Таким чином, значення Nдоп означало можливість використання такого складу пасти для формування контактів для виготовлення багаторівневих комутаційних тестплат з кількістю рівнів не більшою Nдоп. Отримання більшого значення Nдоп означало можливість використання пасти для формування контактів при виготовленні багаторівневих комутаційних плат із більшою кількістю комутаційних рівнів. Для визначення зміни лінійних розмірів відбитків пасти для контактування при трафаретному друкуванні пасти ї сушці відбитків на установці трафаретного друкування DFS (Швейцарія) через сітчастий трафарет на п'яти керамічних пластинах були надруковані відбитки різного складу пасти для формування контактів у вигляді квадратів розміром 250мкм×250мкм, кількість квадратів становила 128. Відразу безпосередньо після трафаретного друкування за допомогою мікроскопу МБС-10 для трьох довільно вибраних відбитків пасти у вигляді квадратів розміром 250мкм×250 на кожній із п'яти тест-плат визначались початкові лінійні розміри відбитків (L0). В подальшому тест-плати з відбитками кожного складу пасти витримувались на повітрі при температурі від 20°С до 24°С протягом 20хв., після чого вони були поміщені в конвеєрну установку сушки, де були висушені при піковій температурі сушки від 115°С до 125°С і часі витримки пікової температури сушки від 2 до 4хв. Після завершення сушки для трьох раніше вибраних відбитків висушеної пасти на кожній із п'яти тестплат за допомогою мікроскопу МБС-10 при 16-ти кратному збільшенні визначались лінійні розміри відбитків після сушки (L1). Зміна лінійних розмірів відбитків пасти для формування контактів після трафаретного друкування і сушки ( L) для кожного відбитку визначалась згідно формули: L=L1-L0, Для п'яти тест-плат і для трьох вибраних відбитків кожної тест-плати визначалось середньоарифметичне значення Lcep, яке не повинно перевищувати 50мкм. Для порівняння характеристик пропонованої пасти для формування контактів, згідно до корисної моделі і пасти згідно до прототипу, також була виготовлена паста згідно до прототипу, склад і характеристики даної пасти наведені в таблиці. Результати визначення максимальної кількості комутаційних рівнів (Nдоп), для якої кількість і розміри тріщин в приконтактних ділянках ізоляційних шарів не перевищує встановленої норми, а також середньоарифметичні значення змін геометричних розмірів контактів після трафаретного друкування пасти і її сушки ( Lcep) для пасти згідно до корисної моделі і пасти згідно до прототипу наведені в таблиці. 9 52626 10 Таблиця Паста, для формування контактів згідно, до корисної моделі Склад пасти, (мас. %) Склад цинкборосилікатного склокристалічного матеріалу, (мас. %) Характеристики Склад органічної товстоплівкових зв'язки, (мас. %) контактів № Вміст дрібнодисп.п. Розчин персних порошків ЕЦ** в ZnO SiO2 ВаО АІ2О3 В2О3 ZrO2 CdO ТіО2 РbО Терпінеол ЕЦ Вода Nдоп ALcep, мкм Zn-B-S терпінеолі Ag Pd АІ2О3 с.к.м.* 1 37 20 10 8 25 36 24 зо 3 3 1 1 1 1 82 8 10 4 20 2 72 6 4 3 15 21 31 15 9 8 5 5 3 3 95 2 3 4 15 3 57 12 6 5 20 28 27 23 7 5 3 3 2 2 88 4 8 5 10 Паста для формування контактів згідно до прототипу Склад аморфного кальційалю- Склад розчину Вміст дрібнодисХарактеристики товсто плівкових конмоборосилікатного скла, (мас. ЕЦ в терпінеолі, персних порошків Розчин ЕЦ тактів %) (мас. %) в терпінеСа-Аlолі Ag Pd Аl2О3 В-Si SiO2 СаО В2О3 Аl2О3 Терпінеол ЕЦ Nдоп Lсер, мкм скло*** 4**** 59 12 6 3 20 30 30 30 10 95 5 3 70 Примітки до таблиці: *Zn-B-Si с.к.м. - цинкборосилікатний склокристалічний матеріал; **ЕЦ - етилцелюлоза; ***Ca-Al-B-Si скло - кальційалюмоборосилікатне скло; **** склад 3 відповідає середнім значенням компонентів пасти. Як випливає із таблиці, склад 3 пасти, що заявляється і містить середні значення кількості заявлених її компонентів, є оптимальним. Паста для формування контактів в перехідних комутаційних отворах ізоляційних шарів багаторівневих комутаційних плат пропонованого складу в порівнянні з пастою згідно до прототипу забезпечує отримання наступних результатів: - збільшилась з трьох до п'яти кількість комутаційних рівнів багатошарових комутаційних плат за рахунок додаткового введення до складу пасти дрібнодисперсного порошку цинкборосилікатного склокристалічного матеріалу. Це стало можливим тому, що додатково введений до складу пропонованої пасти цинкборосилікатний склокристалічний матеріал кристалізувався під час першої високотемпературної термообробки пасти, а при наступних високотемпературних термообробках закристалізований цинкборосилікатний склокристалічний матеріал не розплавлявся. Внаслідок цього пористість контактів, досягнута при першій термообробці, залишалась практично такою ж і при наступних Комп’ютерна верстка А. Рябко високотемпературних обробках, тому при наступних термообробках контакти не ставали чим раз щільнішими (що мало місце для прототипу). На стадії зниження температури кожної із багаторазових високотемпературних термообробок пористий контакт запобігав утворенню напружень в приконтактних ділянках ізоляційних шарів вищих комутаційних рівнів. Внаслідок цього зменшились розміри і кількість тріщин в приконтактних ділянках ізоляційних шарів вищих комутаційних рівнів, що забезпечило збільшення кількості комутаційних рівнів при відповідності встановленим вимогам зовнішнього вигляду приконтактних ділянок ізоляційних шарів; - зменшились зміни лінійних розмірів відбитків пропонованої пасти завдяки тому, що розчинена у терпінеолі вода випаровується більш інтенсивно в порівнянні з терпінеолом, це зумовило швидше підсихання країв відбитків і припинення подальшого розтікання пасти по поверхні керамічних пластин. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601