177450. lajstromszámú szabadalom • Eljárás fémréteg előállítására legalább 70 súly% alumíniumoxidot tartalmazó kerámiák, főként integrált áramköri hordozók felületén
3 177450 4 wolframból, és 1-5 súly%-ban kerámia komponensből állónak javasolják, amelyben a kerámia komponens 40—50 súly% alumínium-oxidot, 30-40 súly% szilícium-dioxidot, 12—15 súly% bárium-oxidot, 4—6 súly% kalcium-oxidot és 1-3 súly% magnézium-oxidot tartalmaz. A szabadalmi leírás szerint a fémréteg kialakításához a fém komponens és kerámia komponens tartalmú elegyből fémező pasztát vagy szuszpenziót készítenek, ezt valamilyen bevonatkészítési eljárással a kerámiák felületére felviszik, majd ott 1200-1400 °C hőmérsékleten végrehajtott hőkezeléssel rögzítik. A hőkezelés során a fémrétegben kristályos kordierit átmeneti réteg alakul ki. Az általában villamos célokra, de főként integrált áramköri hordozók, tokok céljára alkalmazott kerámiák fő tömege korund. így a hivatkozott szabadalom esetében a fémréteg és a kerámia között kialakuló fém-kerámia kötés tulajdonságai, a mechanikai szilárdság, tapadás, valamint egyéb jellemzői, főként hővezetőképessége, fajhője, hőkiterjedési együtthatója, villamos vezetőképessége egyrészt a fémrétegnek a hordozók korund szövetszerkezetétől eltérő kordierit szövetszerkezet, másrészt a fémréteg számottevő, 1-5 súly% kerámia komponens tartalma miatt nem eredményez minden esetben, de főként integrált áramköri tokszerkezetek esetében kielégítő paraméterekkel rendelkező fémréteget. Ez a hátrányosság fokozottan jelentkezik rétegelt szerkezetű integrált áramköri tokok esetében, ahol a rendelkezésre álló helyen nagy számú áramvezetésre szolgáló fémréteg, űn. áram vezető csík kialakítása szükséges, és így fokozottan fennáll alkalmazáskor az egyes vezetőcsíkok közötti nemkívánt villamos vezetésnek, az ún. szivárgásnak veszélye is. Az ismertetett alkalmazási korlátok és hátrányosságok miatt szükségessé vált egy olyan fémréteg előállítási eljárás kidolgozása, melyná a fémréteg összetételéből kifolyólag megtartja előnyös fizikai tulajdonságait, biztosítja mind a nyers, mind a zsugorított kerárrdaidomtestek felületén a megkívánt minőségű fém-kerámia kötés kialakíthatóságát, s ugyanakkor a fémréteg anyagának a kerámia felületére való felvitele egyszerűen, ismert eljárásokkal kivitelezhető. Célunk volt továbbá az olyan fémezési eljárás kidolgozása, amely az eddig ismert eljárásokkal szemben éppen a nagyintegráltságú áramkörökhöz felhasználásra kerülő hordozók felületén ad jobb tulajdonságú fém rétegeket. Eljárásunk kidolgozása során abból indultunk ki, hogy a fémréteg kerámiához rögzítettségét a kerámia és a fémréteg közös felülete mentén kialakuló átmeneti réteg tulajdonságai határozzák meg. A megfelelő minőségű tapadás, illetve mechanikai kötés kialakításához, illetve eléréséhez az átmeneti réteg hővezetőképességének, fajhőjének, hőlökésállóságának stb. olyannak kell lenni, hogy biztosítsa a mechanikai és hőmérséklet változás okozta igénybevételek károsodásmentes elviselését. Találmányunk alapját az a felismerés képezi, hogy a fémréteg kerámia komponensét úgy kell megválasztani, hogy a hőkezelés során a kerámia fő tömegével azonos, korund szövetszerkezet alakuljon ki, s ez esetben a kerámia komponens mennyisége is csökkenthető. Találmányunk szerinti eljárás kidolgozásához megfelelő minőségű fém kerámia kötés létrejöttét biztosító kerámia komponens kiválasztása végett tanulmányoztunk kerámia fázisdiagrammokat. Úgy találtuk, hogy a csatolt ábra szerinti fázisdiagramm, amely ábra a CaO—MgO—A1203—Si02 rendszer fázisdiagramját mutatja CaO—Si02—A1203 alapon 10% MgO koncentráció síkjában metszve E Levin, C. Robbin és H. F. Me. Murdie „Phase diagrams for Ceramits 1964. and Suplement 1969”. Kiadó: The Amer. Cer. Soc. Inc. Ohio 43214. USA könyvéből a céljainknak megfelelő korundos összetételeket tartalmazza. A fázisdiagramban szereplő lényegesebb ásványok' a tartományok számozása szerinti elnevezése és moláris összetétele az alábbi: 1A tridimit Si02 1B krisztobalit Si02, IC folyadékfázis 2 diopszid CaO • MgO • 2 Si02, 3 melilit 2CaO • MgO,* 2 Si02, 4 mervinit 3 Cao • 2MgO 'Si02, 5 kordierit 2 MgO- 2 A1203 •. 5 SiO 6 mullit 3A12 03 • 2Si02, 7 korund A1203, 8 pszeudo-wollasztonit CaO • Si02, 9 dikalcium-szilikát 2CaO • Si02 10 kalciumoxid CaO, 11 trikalcium-szilikát 3CaO • Si02 12 periklász MgO 13 spinell MgO • Al2 03 és 14 anortit CaO • A1203 • 2Si02 Az ábrán láthatóan a rendszernek két, számunkra lényegesnek tekinthető eutektikus pontja van, ezt „A” illetve „C” betűvel jelöljük. Az ezekhez tartozó eutektikus hőmérséklet rendre 1230 °C, illetve 1270 °C. Az „A” megjelölésű pont egyúttal az egész rendszer legalacsonyabban fekvő eutektikus olvadáspontja is. Azok a tulajdonságok, az egységes szerkezet, hőlökésállóság stb., amelyek elérését célul tűztük ki, az ,A” pont szerinti összetételnél csak korlátozott mértékben teljesülnek, mivel az egyensúlyban levő spinel, tridimit, diopszid, és kordierit, amelyek az eutektikum megszilárdulásakor szilárdfázis szövetszerkezetében jelen vannak, számunkra nem kielégíthetőén hasznosítható fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek. E vegyületek ugyanis a Spinell kivételével hőtágulás, hővezetőképesség és hőlökésállóság szempontjából nagyon különböznek a fémréteggel ellátandó kerámiák főtömegét képező korund tulajdonságaitól, és így a kialakuló fém komponens-eutektikumkorund átmenet hőlökésre 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
