厚膜银端接点组合物制造技术

本发明专利技术涉及一种厚膜银端接点组合物，该组合物按总组合物计包含：ａ．６０－８０％（重量）的银粉末；ｂ．０．１－１５％（重量）的玻璃粘接剂微粒，该玻璃粘接剂的软化点为４００－６５０℃，在烧结温度下的绝对粘度小于１０↑［６］泊；ｃ．０．１－５％（重量）的负ＴＣＲ控制剂；及其中的ａ、ｂ、ｃ散布在有机媒液中。本发明专利技术还涉及一种组合物，其中负ＴＣＲ控制剂可以用周期表中第四和第五族的金属的氢化物替代。该负ＴＣＲ控制剂还可以由所选择的金属粉末替代或该粉末可与氢化物或控制剂组合使用。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及各种包含电阻负温度系数(TCR)控制剂(drivers)或金属氢化物的厚膜银端接点组合物。由于工业发展趋势是生产更小更便宜的电子器件，这就需要降低在这些器件中使用的各种元件例如厚膜芯片电阻和混合式电阻的尺寸和成本。通过采用低成本的富银端接点来端接长度小于2毫米的小几何尺寸的电阻已实现了这一点。据观察，电阻的TCR不仅是电阻涂料本身的函数而且还取决于端接点材料例如导体导道(runner)。因为这里采用的TCR=(电阻温度系数)-(热膨胀系数)。在附图说明图1中表示通常的电阻/导体的结合部，它包含其上印制有电阻10的基片，该电阻每一端端接到导体导道12上。图上还示出近端接点的接近电阻每一端的界面区14。该界面区14是电阻中对于由导体扩散银敏感的区域。在制备该结合部时，在印制和烧结电阻材料之前，印制和烧结导体。该导体可以按常规的方式例如在最大约850℃下按30分的周期进行烧结。在电阻烧结的过程中，导体材料扩散到电阻中，形成电特性不同于电阻16主体的界面区14。这一界面区对观测的TCR施加的影响将取决于导体材料向电阻的扩散程度和电阻长度。电阻越长，对观测的TCR的影响越小。对低阻值的电阻，导体导道的高TCR将使观测的TCR升高超过电阻的主体的数值。Ag导体导道对观测的TCR具有最大的影响。正如上面所讨论的，在将Ag端接点结合短电阻采用时，要权衡性能参数。由于Ag由端接点扩散到短电阻中导致这种电阻产生明显的问题。其中的一个问题是明显的“长度效应”，在这种情况下电阻的电阻值(R)和电阻温度系数(TCR)取决于电阻的长度。通过利用Pd/Ag或金端接点使电阻/端接点的界面区降到最小，可以降低长度效应。然而，这种方案由于明显的成本原因并不有利。图2表示一种Ag端接的厚膜电阻中的“长度效应”。该图表明当电阻长度降低到低于2毫米时，电阻值下降而TCR增加。如果防止银扩散到电阻中，电阻的R值和TCR与长度无关，为了进行设计，R值满足基本厚膜方程R=Rs·n其中R电阻值Rs薄层电阻n=1/w=方形区号除了R的+或-1％的允差外，根据本
当前的状态，目前制造的电阻，TCR的允差为+或-100ppm/c。为了在不增加电阻尺寸和成本的情况下达到TCR更严格的允差，需要新的用于端接点的组合物，其可降低Ag端接的电阻的长度效应。因此，本专利技术是一种低成本的方法，通过向Ag端接点组合物添加负TCR控制剂和/或金属氢化物，可降低Ag端接的低欧姆(＜100欧)RuO2电阻的长度效应。图1是表示通常的导体/电阻结合部的示意图。图2是说明Ag端接的厚膜电阻中的“长度效应”的曲线图。图3是表示对于各种富银端接点顺序烧结的标称10欧姆电阻作为电阻长度函数的HTCR的曲线图。图4是一曲线图，表示按照常规的银端接点(端接点A)端接的10欧电阻的长度效应，并对比按照本专利技术的TiH2掺杂的Ag端接点得到的长度效应。本专利技术涉及厚膜银端接点组合物，按总成分计包含a．60-80％(重量)的银粉末；b．0.1-15％(重量)的玻璃粘接剂微粒，其软化点为400到650℃，在烧结温度下的绝对粘度小于106泊；c．0.1-5％的负TCR控制剂；以及其中a,b,c散布在一种有机媒液中。本专利技术还涉及一种组合物，其中负TCR控制剂可以用周期表中第四和第五族中的金属氢化物替代。该负TCR控制剂还可以用经选择的金属粉末替代，或者可将该粉末与氢化物或控制剂相组合使用。为了降低长度效应，采用富银的端接点组合物，该组合物包括Ag粉末作为导体、硼硅酸铅玻璃作为无机粘接剂、以及负TCR控制剂，它们散布在一种有机丝网印刷用媒液中。TCR控制剂可以单独使用或者以组合形式使用。TCR控制剂可以在玻璃中出现，或者在研究过程中直接添加到Ag端接点组合物中或者可以这两种方式出现。TCR控制剂的功能是补偿银扩散对电阻的R值和TCR的影响。TCR控制剂在该端接点中的用量为总固体量的5％(重量)或小于5％(重量)。这里所采用的电阻的TCR是指阻值取决于温度的测量值。热态TCR(HTCR)和冷态TCR(CTCR)通常用ppm/℃(百成分之一/℃)来表示，按照式(1)和(2)定义。其中，R25为在25℃下的电阻(欧/□)(ohms/sq)R125为在125℃下的电阻(欧/□)R-55为在-55℃下的电阻(欧/□)虽然向Ag端接点添加负TCR控制剂(例如Ti、Nb、Mn、Fe、Co、Cr、W、Mo、V和Sb)会降低A端接的RuO2电阻的长度效应，已发现周期表中的第四和第五族中的金属的氢化物(例如TiH2、ZrH2、HfH2、CbH、ThH4和TaH)作为控制剂是特别有效的。据信，这些氢化物分解并产生一种还原气氛，其可以阻碍Ag+的形成，而Ag+是很易迁移的并易于扩散到电阻玻璃中。在分解之后，所形成的金属是很易起反应的，这样其就与在端接点中很充裕的Ag形成合金。由于这些金属是很强的还原剂，进一步抑制Ag被氧化成为Ag+。在烧结之后，易反应的金属在Ag内部被氧化，使其均匀地分布并可便利于扩散到电阻玻璃中(与形成的Ag+一起)。扩散到电阻玻璃中的TCR控制剂增加R值并降低TCR，使得其对降低R值和提高TCR的Ag+扩散的影响进行补偿。通过适当调节在端接点中的TCR控制剂的类型和浓度，可以基本上消除由于Ag+扩散到电阻中引起的长度效应。TCR控制剂的更具体的实例是Sb2O3、Fe2O3、Fe3O4、WO3、Nb2O3、V2O5、Cr2O3、MoO3、TiO2、Mn2O3、MnO3、Ta2O5和Co2O3。此外，单独地或与一种或多种上述氢化物或TCR控制剂组合的方式将金属粉末例如Ti、Nb、Mn、Fe、Co、Cr、W、Mo、V和Sb添加到Ag端接点中，对于降低长度效应也是十分有效的。据信，由于氢化物分解产生的还原气氛减缓了它们的氧化速度，使它们可作为还原剂，以抑制Ag+的形成。在最终氧化之后，它们扩散到电阻玻璃中，并且用作负TCR控制剂，对由于Ag+扩散到电阻中引起的R/TCR变化起补偿作用。银粉末可以上有各种形状，例如片状或非片状的。非片状粉末可以是不规则形状的或球形的。最好，使用平均颗粒尺寸1微米的平片或球形银粉末。本专利技术的银组合物中的另一种成分是按重量计占总组合物0.1-15％的低软化点玻璃，优选为0.1-10％，更优选为0.1-2％。低软化点玻璃是指玻璃的软化点低于650℃，最好低于500℃，这是利用常规的纤维伸长法(ASTM C 338-57)测试的。因此，在Ag端接点中的玻璃粘接剂应具有范围为400-650℃的软化点。它的作用是浸润该导电部分，以便有助于Ag颗粒的聚结和烧结以及保证对基片的粘接。本专利技术采用的玻璃在烧结温度下还必须具有低的粘度。在烧结温度下具有绝对粘度小于106泊的玻璃能满足对银组合物的要求，这是由于其便利于组合物中的无机材料沿着颗粒边界和空隙移动到基片本体的内部。满足上述准则的玻璃的典型实例是硼酸铅铋玻璃，按重量计包含Bi2O3为40-60％；PbO为28-37％；B2O3为3-32％。特别优选的玻璃为包含60％的Bi2O3、37％的PbO以及3％的B2O3。此外，具有Al2O3、CaO、MgO、ZnO、TiO2、ZrO2等的改性的硼硅酸铅玻璃也是适合的，只要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种厚膜银端接点组合物，该组合物按总组合物计包含：ａ．６０－８０％（重量）的银粉末；ｂ．０．１－１５％（重量）的玻璃粘接剂微粒，该玻璃粘接剂的软化点为４００－６５０℃，在烧结温度下的绝对粘度小于１０↑［６］泊；ｃ．０．１－５％（ 重量）的负ＴＣＲ控制剂；及其中的ａ、ｂ、ｃ散布在有机媒液中。

【技术特征摘要】
US 1997-7-28 9019751．一种厚膜银端接点组合物，该组合物按总组合物计包含a．60-80％(重量)的银粉末；b．0.1-15％(重量)的玻璃粘接剂微粒，该玻璃粘接剂的软化点为400-650℃，在烧结温度下的绝对粘度小于106泊；c．0.1-5％(重量)的负TCR控制剂；及其中的a、b、c散布在有机媒液中。2．一种厚膜银端接点组合物，该组合物按总组合物计包含a．60-80％(重量)的银粉末；b．0.1-15％(重量)的玻璃粘接剂微粒，该玻璃粘接剂的软化点为400-650℃，在烧结温度下的绝对粘度小于106泊；c．0.1-5％(重量)的周期表中第四和第五族的金属的氢化物；及其中的a、b、c散布在有机媒液中。3．一种厚膜银端接点组合物，该组合物按总组合物计包含a．60-80％(重量)的银粉末；b．0.1-15％(重量)的玻璃粘接剂微粒，该玻璃粘接剂的软化点为400-650℃，在烧结温度下的绝对粘度小于106泊；c．0.1-5％(重量)的金属粉末，该粉末选自Ti、Nb、Mn、Fe、Co、Cr、W、Mo、V和Sb；以及其中的a、b、c散布在有机媒液中。4．如权利要求1所述的组合物，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：J奥斯波尔纳，VP苏塔，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]