Требования к проводниковым пастам

Проводниковые пасты должны обеспечивать изготовление проводников с заданными электрическими параметрами и геометрическими размерами, как на наружной поверхности платы, так и внутри ее тела.

При этом готовые проводники должны иметь высокую механическую связь с керамикой платы и не ухудшать ее вакуумной плотности. Эти характеристики проводников обеспечиваются выбранными электропроводящими компонентами паст.

В качестве таких компонентов можно использовать металл с повышенной электропроводностью. В табл. 8 приведены свойства некоторых металлов.

Как видно из табл. 8 оптимальные характеристики с точки зрения соотношения стоимость/удельное сопротивление, имеет только чистая медь. Однако из-за низкой точки плавления (1083°С) ее нельзя использовать, когда требуется совместный обжиг с керамикой (95% Аl₂О₃).

При температуре спекания керамики ВК 94-1 1540 - 1560°С давление паров в меди достаточно велико, чтобы вызвать ее полное испарение.

Таким образом, совместимость с высоко глиноземистой керамикой ВК 94-1 могут обеспечить металлы только с температурой плавления выше 1540°С.

Выбор материалов зависит от их химической совместимости. Поскольку керамика и металл спекаются при высоких температурах, значение приобретает совместимость окружающей среды, керамики и металла. Выбранные материалы не должны химически взаимодействовать с окружающей средой во всем интервале температур. Необходимо, чтобы они имели достаточно низкое давление паров, при котором потери будут малы. Высокое давление приводит к потерям материала, а в некоторых случаях к появлению раковин или больших полостей в керамической структуре.

Механические характеристики и вакуумплотность плат обеспечивается физической совместимостью частиц металла проводниковой пасты и частиц керамики. Эти частицы взаимоуплотняются в процессе спекания металлокерамической структуры, образуя твердую массу.

В значительной мере определяющим количество слоев требованием является допуск на рассогласование коэффициентов теплового линейного расширения металла и керамики.

Паста для трафаретной печати должна обладать определенными реологическими свойствами, которые позволили бы ей легко продавливаться под давлением ракеля через трафарет и прилипать к подложке. Кроме того, нанесенные проводники не должны растекаться и изменять первоначальные размеры по высоте и ширине.

Органическая часть пасты, которая придает технологические свойства, должна без остатка выгорать в увлажненной восстановительной атмосфере, соответствующей точке росы от +35°С до 45°С, на первом этапе обжига при температуре до 600°С.

Органические компоненты пасты должны хорошо совмещаться с органической частью керамической пластифицированной пленки, на которую наносится паста.

Требования к составу проводниковых паст

Как отмечалось выше, конструкционные характеристики паст обеспечиваются металлами. На основе анализа свойств металлов наиболее полно могут удовлетворять требованиям молибден и вольфрам. В этих металлах удачно сочетаются такие важные характеристики, как высокая температура плавления (2620 и 3410°С), достаточно низкое удельное сопротивление (5,710^-3 Омсм и 5,510^-3 Омсм), относительно низкая стоимость и приемлемый коэффициент теплового линейного расширения (5110^-7 1/°С и 4510^-7 1/ °С).

ТКЛР молибдена и вольфрама достаточно для сочетания с ТКЛР керамики ВК94-1 (6310^-7 1/°С)

В связи с требованием о снижении удельного поверхностного сопротивления проводников можно было бы рассмотреть в качестве компонента проводниковой пасты родий, имеющий удельное сопротивление 4,710^-3 Омсм, т.е. на 17% ниже, чем у молибдена.

Однако это преимущество теряется из-за высокой стоимости родия: родий дороже молибдена более чем в 550 раз. Остальные металлы также не выдерживают технико-экономического сравнения с молибденом и вольфрамом.

Электропроводящий компонент перед началом приготовления пасты должен представлять собой порошок.

Дисперсность металлического порошка, определяемая размером частиц, должна быть в пределах 0,5 - 1,7 мкм.

Такая дисперсность обеспечивает пасте необходимые реологические свойства, а частицам порошка – спекание с образованием электропроводящей структуры проводников с закрытой пористостью и плотным прилеганием к керамической основе.

Рассмотренные технологические требования к пастам обеспечиваются, если в органическую часть пасты будут включены:

связующее вещество, удерживающее частицы металлического порошка в пределах заданных размеров проводника после его нанесения на пластифицированную керамику;

растворитель связующего вещества «внутрь жидкости» для получения необходимой вязкости пасты (обычно стремятся уменьшить площадь соприкосновения жидкости с подложкой). В таком случае считается, что жидкость имеет большое поверхностное натяжение - она "не смачивает подложку".

Если на молекулы, находящиеся на поверхности капли жидкости, соприкасающейся с подложкой, действуют силы, направленные наружу (по отношению к каплям), то эти силы стремятся расширить площадь контакта жидкости с подложкой. Такая жидкость имеет малое поверхностное натяжение - она "смачивает" подложку.