Стекло для ситаллоцемента

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Ь»

Ю

Ю

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5030598/ЗЗ (22) 04.03.92 (46) 15.12.93 Бюл. No 45 — 46 (71) Московский институт электронной техники (72) Петрова 8.3.; Тельминов АИ.; Репин ВА; Козлова ЕЕ (73) Московский институт электронной техники (54) СТЕКЛО ДЛЯ СИТАЛЛОЦЕМЕНТА (57) Использование: в качестве диэлектрических слоев в толстопленочных конденсаторах гибридных интегральных схем. Сущность изобретения: стекло для ситаллоцемента, преимущественно, для толстоппеночных конденсаторов гибридных интеграль(19) К31 (11) 2JD0480 4l (Sl) 5 СОЗС 10 63 ОЗС 24 ных схем на стальных подложках, содержит, мас96: оксид кремния 5 12; оксид бора 1 8; оксид апоминия 4 10; оксид титана 17 30; оксид бария 50

65; оксид марганца 05 2; оксид циркония 0.5, 2; оксид хрома 0,1 l; оксид железа 0,1 1. Характеристика стекла и ситаллоцемента диэлектрическая проницаемость после 10-кратной термообработки при температуре кристаллизации стекла

101 — 129, tg5 10 диэлектрического слоя после

10-кратной термообработки при температуре кристаппизации стекла 80 — 95, ТКПР (105 — 115) 10 К . 2табл

2004508

Изобретение относится к составам стекол для ситаллоцементов, преимущественно для диэлектрических слоев в толстопленочных конденсаторах (ГПК) гибридных интегральных схем (ГИС) на металлическихих (стал ьн ых) подложках со стекловидным диэлектрическим покрытием (МДП) и может быть использовано в электронной, радиотехнической и других смежных отраслях промышленности, Известны диэлектрические материалы для ТПК ГИС на керамических подложках, представляющие собой компенсационные материалы на основе стекла и керамического наполнителя. Эти материалы имеют достаточно большую диэлектрическую проницаемость (до 2000), однако они не могут быть использованы в ГИС на МДП из-за значительного их рассогласования по ТКЛР с материалами подложек, а также.из-за высокой (не менее 850"С) температуры вжиггния диэлектрических слоев.

Существенными недостатками композиционных материалов, ограничивающими их применение, являются низкая устойчивость к многократным термообработкам, что не позволяет изготавливать качественные многослойные ТПК, а также большие диэлектрические потери (tg д > 0,01).

Наиболее близким является стекло для ситалла. состоящее из 30...90 катионно-молярных (к-м, %) оксидов, образу.ощих

ВаТ10з (т,е. ВаО и TIOg), 3...30 к-м% А120з и до 4 к-м оксида из группы, Na20, KzO, ВеО, МоО, СаО, SrO, 7ï0, Cd0, Gà20ç, 1п Оз, Т40, У20з, 1 а20з, Се02, Ег02, Се02, Яп02, ВЬОз, VzOg, МЬ205, Ta Os, Сг20з, Мороз, л/Оз, Те02, Ч02, Мп02, Ее20з, CoO, "- .;O„CUO и SIO (2)

Стеклокристаллический материал на основе этого стекла имеет высокую диэлектрическую проницаемость (до 1300), тангенс угла диэлектрических потерь материала соc r. аляет 0,004 — 0,036, Одним из недостатков стекла является высокая температура его кристаллизации (не менее 900 С). Из стекла этого состава не могут быть изготовлены толстопленочные конденсаторы на МДП, так как порошок стекла при термообработке спекается без расплавления, Достигаемым техническим решением является разработка стекла для ситаллоцемента, имеющего относительно высокую (не менее 100) диэлектрическую проницаемость, низкие (tg д < 0,01) диэлектрические потери, ТКЛР, близкий к TKJIP сталей 5Õ25T и 15Х28 (110 10 7 К 1) и обеспечивающего возможность изготовления толсто5

Я5

55 пленочных конденсаторов, устойчивых к многократн ым термообработкам.

Указанный технический результат достигается тем, что стекло для ситаллоцемента содерм;ит следующие компоненты, мас, %:

SI0z 5 — 12

BgOa 1 — 8

AIzOg 4 — 10

Т 02 17 — 30

ВаО 50-65

Мп02 0 5 — 2

Zr0z 0 5 — 2

Сг20з 0,1 — 1

Fe203 0,1-1

Стекла получают следующим образом, Порошки исходных химически чистых компонентов шихты высушивают, взвешивают в определенных количествах, соответствующих заданным составам стекол (конкретные составы стекол приведены в табл, 1), тщательно перемешивают и сплавляют в корундизовых тиглях емкостью 100 мл в печи с карбидкремниевыми нагревателями. Подьем температуры в печи осуществляют со скоростью 5 — 10 град/мин, при достижении температуры 1400 — 1450 С расплавы выдер>кивают в течение 30 — 45 мин и гранулируют в воду.

Гранулят стекол высушивают при 110—

140 С в течение 4-5 ч в сушильном шкафу и измельчают до удельной поверхности 800—

120О кв м/кг на планетарной мельнице в халцедоновом барабане, Образцы ситаллоцементов для измерения ТКЛР и температуры начала деформации изготавливают путем спекания стеклопорошков при температуре кристаллизации стекол в течение 15 — 20 мин.

Из полученных стеклопорошков изготавливают пасты для диэлектрических слоев путем их смешивания с раствором этилцеллюлозы в теринеоле на пастотерке, Соотношение стекл опорошка и раствора этилцеллюлозы выбиралось таким образом, чтобы обеспечивалось высокое качество трафаретной печати.

Тестовые образцы для измерения электрофизических параметров изготавливают в виде конденсаторных структур. На подложку из стали 12Х25Т с покрытием из ситаллоцемента марки СЭ вЂ” 3 последовательно наносят методом трафаретной печати, высушивают и вжигают в конвейерной печи нижний электрод конденсаторной структуры и серебро-палладиегой проводниковой пасты; 2 слоя диэлектрика из приготовленной пасты, верхний электрод конденсаторной структуры из серебро-палладиевой проводниковой пасты.

2004508

Таблица 1

Таблица.2

Свойства

830

780

810

Удовл.

115

Удовл, 105

Уд

1 довл, 112

920

950

830

133

129

102

101

114

120

Качество диэлектрических слоев оценивают визуально под микроскопом типа

МБС вЂ” 9. Температуру кристаллизации стекол определяют методом ДТА на дериватографе 0-1500Д. ТКЛР и температуру начала деформации ситаллоцементов onределяют методом дилатометрии по стандартной методике на дилатометре ДК — 5А, Диэлектрическую проницаемость (е) и тангенс угла диэлектрических потерь (tg д) слоев ситаллоцемента в конденсаторных структурах при 20 С и частоте 1 МГц определяют по стандартной методике на куметре Е4 — 7.

Конкретные свойства стекол и сталлоцементов на их основе приведены s табл, 2.

Использование описываемого состава позволит получать качественные диэлектТемпература кристаллиза

ОС

Качество диэлектрическо

ТКЛP 10 ситаллоцемен вале 20-800 С, К

Температура начала дефо ситаллоцемента, С

Диэлектрическая прониц диэлектрического слоя:

До повторной термообра

После 10-и кратной термо при температуре кристал стекла tg д 10 диэлектр

4 слоя рические слои, которые в комплексе имеют лучшие характеристики, чем существующие стекловидные диэлектрики для ТПК вЂ” достаточно высокую величину диэлектрической

5 проницаемости при низких диэлектрических потерях и хорошую устойчивость к многократным термическим обработкам при высоких температурах.

Улучшение характеристик диэлектриче10 ских слоев при использовании стекла описываемого состава обуславливает повышение качества ГИС. (5б) Патент США М 4530031, 15 кл. Н 01 С 4/12, 1985.

Патент США N 3195030, кл. 317 — 258, i 965.

Значения свойств стекла и ситаллоцемента

2 3 4

2004508

Продолжение табл. 2

Составитель С.Белобокова

Редактор В.Трубченко Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Têàö

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3375

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

Формула изобретения

СТЕКЛО ДЛЯ СИТАЛЛОЦЕМЕНТА, . преимущественно для толстопленочных конденсаторов гибридных интегральных схем на стальных подложках, включающее

$102, А!20з, TIOz, ВаО, MnOz, Ег02, СггОз, FezOg, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит В Оз при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiOz - 5

12; AlzOa — 4 - 10; Т О - 17. 30; ВаО - 50

- 65; MnOz -"0,5 - 2,0; ZrOz - 0,5 - 2,0; Сг Оз

-0,1 -1.0; Ее Оз-0,1 -1,0; BzOz-1"-8.