Способ металлизации керамических плат

 

Назначение: изобретение относится к электронной технике, в частности к способу металлизации керамических плат для корпусов микросхем. Сущность изобретения: на неспеченную подложку наносят металлизационную пасту на основе тугоплавких металлов и вжигают при температуре 1490-1570°С, причем при спекании в восстановительной атмосфере, содержащей азот и водород, проводят корректировку коэффициентов усадки металлизации и керамики путем регулирования газа в печи спекания в пределах значений точки росы от 10 до 35°С. Для этого определяют усадку при точке росы 25°С и при точке росы на 1°С большей и определяют оптимальную ТОЧКУ РОСЫ ПО формуле Топт . Кк.т - Км,т/ /( Кк,т + 1 - Кк,т ) - ( Км,т + 1 - Км,т ) + Т°С где Кк.т и Кк,т+1 - коэффициент усадки керамики при точках росы Т и Т+1 соответственно; Км.т и Км,т+1 - коэффициенты усадки металлизации при тех же точках росы. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 04 В 41/88

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

«.ь»»» а»ъ

» Ю

Ъ» росы, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4784661/33 (22) 19.01.90 (46) 07,05.93, бюл. М 17 (71) Марийский политехнический институт им. A.M.Ãopüêîro (72) Н.М.Скулкин и О,Н,Афонов (56) Авторское свидетельство СССР

М 631500, кл. С 04 В 41/14, опублик. 1980 г, Патент ФРГ

М 1197175, кл, 80 В 23/01, опублик. 1965.

Ерошев В.К. и др. Конструирование и технология изготовленйя паяных металлокерамических узлов, 4.1. M.: ЦНИИэлектроника, 1988, с. 130 — 135. (54) СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ КЕРАМИЧЕСКИХ ПЛАТ (57) Назначение: изобретение относится к электронной технике, в частности к способу металлизации керамических плат для корпусов микросхем. Сущность изобретения; на

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способу металлиэации керамических плат для корпусов микросхем.

Целью изобретения является повышение выхода годных путем снижения коробления и негерметичности многослойных керамических изделий, Поставленная цель достигается тем, что .способ металлизации керамических плат включает нанесение металлизацион ной пасты на основе тугоплавких металлов (Мо и/или W), вжигания пасты одновременно со спеканием керамики в восстановительной среде при температуре от 1490 до 1700 С, измерение коэффициентов усадки керамической подложки и металлизации при 25 С с точки ро„„Я2„„1813764 Al неспеченную подложку наносят металлиэационную пасту на основе тугоплавких металлов и вжигают при температуре

1490-1570 С, причем при спекании в восстановительной атмосфере, содержащей азот и водород, проводят корректировку коэффициентов усадки металлизации и керамики путем регулирования газа в печи спекания в пределах значений точки росы от

10 до 35 С. Для этого определяют усадку при точке росы 25 С и при точке росы на

1 С большей и определяют оптимальную точку poc no формуле Топт — Кк,т КМ,Т

/(К., +1 — К,,) — (К„, +1 — К„,)+Т С где Кк,т и Кк,т+1 — коэффициент усадки керамики при точках росы Т и Т+1 соответственно; KM,ò и Км,т+1 — коэффициенты усадки металлизации при тех же точках росы. 1 табл, сы, а спекания производят при точке определяемой из формулы: где КюБ- коэффициент усадки керамики при точке росы 25 С;

К аБ — коэффициент усадки металлиза- О ции.при точке росы 25 С; Д

j3, a — приращение коэффициента усадки металлиэации и керамики, соответственно, приходя»щиеся на 1" приращения точки росы.

Финишное согласование коэффициентов усадки, необходимость в котором обусловлена нестационарностью климатических

1813764 условий и зависимых от них режимов техпроцесса, нестационарностью свойств материалов и задержками в использовании согласованных с ними на стадии подготовки паст проводят путем регулирования влажности в печи спекания.

Влажность при вторичной корректировке коэффициентов усадки керамики и покрытия изменяют в диапазоне значений точки росы от 10 до 35 С в зависимости от результатов измерения текущей усадки обжигаемых материалов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что в процессе обжига осуществляют согласование коэффициентов усадки и улучшение сцепления при одновременном устранении деформации плат путем регулирования влажности газа в пределах значений точки росы 10 „, 35 С, Возможность достижения положительного эффекта при реализации заявляемого технического решения с использованием новой совокупности признаков объясняется тем, что при повышении влажности поверхностное натяжение на границе частиц металлизационной пасты меняется, меняется сила трения частиц металла, меняется коэффициент диффузии атомов металла. То же самое происходит и в системе частиц окиси алюминия, образующих подложку, но, как показал эксперимент, приращение коэффициента усадки покрытия имеет другую величину, нежели у керамики.

В таблице приведены значения этих приращений для металлизационного покрытия и подложки при изменении влажности в значениях точки росы от 20 до 35 С, В формуле корректировки исходного значения точки росы 25 С величина температурного смещения Л Т определяется эмпирическими коэффициентами аиР которые определяются вариацией грансостава металлизации и керамики при неизменных контролируемых параметрах: удельная площадь дисперсной среды, коэффициент полидисперсности и т.п„определяются вариацией сырьевых дисперсных материалов и, прежде всего, глинозема и вольфрама, определяются реологическими свойствами паст и шликера.

С физической точки зрения определяющими являются активность поверхности дисперсных сред и газопроницаемость изделий: пленок и подложек, В рассмотренном случае

К рв=0,17; Kyrzg=0,19; а= 0; j3=0,012 град определяют смещение кривых усадки относительно осей координат и зависят от конструкции изделий и, прежде всего, регистрируемой части характеристик дисперсной среды.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

После составления и формирования платы на основе окисной керамики ВК 91 — 2 на плату наносят электропроводный слой металлизационной пасты на основе частиц вольфрама, смешанных со связующим íà основе этилцеллюлозы, полученную заготовку подвергают обжигу. Например, при темпера10 туреот1510до1570 С при первоначальной влажности на уровне значений точки росы

25 С. В процессе обжига осуществляется непрерывный контроль эа изменением ширины металлизационных дорожек по сравнению с изменением ширины керамической подложки.

Степень изменения влажности от начального значения точки росы 25 С определяется путем замера изменения коэффициента

20 усадки металлизации и керамики при изменении точки росы на 1 С, определения разницы этих изменений, измерения разницы коэф-. фициентов усадки металлизации и керамики при 25 С, определением частичного

25 отделения разницы коэффициентов усадки при 25 С точки росы на разницу изменений к коэффициентов усадки металлиэации и керамики при изменении точки росы на 1 С.

Если вольфрамовый проводник сужает30 ся сильнее, чем плата, влажность уменьшают вплоть до значений точки росы 10 С, если проводник сужается слабее, влажность увеличивают вплоть до значений точки росы

35 С. Выход за диапазон 10 ... 35 С точкй росы возможен, но дальнейшее увеличение влажности ведет к испарению вольфрама в количестве, превышающем 11 массы за двадцатичетырехчасовой цикл нагрева-охлаждения, применяемый на нашем оборудо40 вании. Снижение влажности на уровень ниже

10 С точки росы ведет к тому, что прочность сцепления покрытия и подложки падает не вследствие их смещения друг относительно друга, а вследствие ухудшающегося смачи45 вания металлизационного слоя стеклофазой.

Использование предложенного способа металлизации керамйческих плат позволяет по сравнению с прототипом упростить

50 процесс согласования усадок металлизации и керамики, повысить воэможность регулирования и автоматизированного управления техпроцессом, уменьшить в опытных партиях изделий размером (45 мм х 15 мм х

55 2 мм), на 4 брак по деформации, устранить отслоения металлиэации вследствие рассогласования свойств подложки и покрытия, устранить деформацию плат и вызванное деформацией расслоение многослойных плат.

1813764 чего определяют оптимальную точку росы по формуле

Кк.т. Кн.т.

+ТОС, Топт

Изменение коэффициента усадки керамики и металлизации в зависимости от влажности (точки росы) Составитель Н.Соболева

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Лисина

Редактор

Заказ 1811 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям spin ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Способ металлизации керамических плат, включающий нанесение металлизационной пасты на основе Мо и/или w на корундовую пластифицированную заготовку керамики, термообработку при 1490-1570 С в среде водорода и азота при контроле точки росы в печи спекания от 15 до 35 С, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения выхода годных путем снижения коробления и негерметичности многослойных керамических изделий, из каждой партии металлизационной пасты и керамики отбирают образцы, определяют усадку при фиксированной точке росы внутри указанного интервала и точке росы больше измеренной на 1 С, после где Кк.т и KKÿ+1 — коэффициент усадки керамики при точках росы Т и Т+1 соответственно;

10 Кн.т и Кн.т+1 — коэффициент усадки металлиэации при точках росы Т и Т+1 соответственно, и термообработку асей партии ведут при оптимальной точке росы.