177450. lajstromszámú szabadalom • Eljárás fémréteg előállítására legalább 70 súly% alumíniumoxidot tartalmazó kerámiák, főként integrált áramköri hordozók felületén
5 177450 6 érzékeny, korlátozott mechanikai szilárdságú, repedésekre, -törésekre hajlamos kötés kialakulását eredményezheti. Ezek a tulajdonságok különösen sík, illetve rétegtokozásnál kedvezőtlenek. 5 A találmányunk alapját képező felismerés szerint kedvezőbb kerámia kötés jön létre a „C” jelölésű eutektikus pont környezetében, amikor is a bedermedt olvadékban szilárd fázisú összetevőként Spinell, mullit, korund és kordierit van jelen. Ezen 10 szilárd fázisú összetevők közül egyeseknek fizikai jellemzőjét a továbbiakban közöljük, ahol az „o. p” olvadáspontot °C-ban, a „C” fajhőt cal/g-ban, az „Cp”lineáris hőtágulási együtthatót 10._6/°C-ban, a „K”hővezetőképességet 100 °C hőmérsékleten cal/sec.°C-ban, az „St” szakítási szilárdságot 103 p. s. i-ben, az „E” rugalmassági modulust 106 p. s. i-ben jelent. Az „R” hőlökésállóságot az K- St R =--------a • E képlet alapján határoztuk meg. Az x-szel, illetve xx-szel jelölt adatokat csak közelítő pontossággal, a kordierithez közel álló forsterit adatával, illetve az anorithoz közel álló kvarc adataival adhatjuk meg. o.p. Cp K St E R korund 2050 0,26 8,6 0,03 30 53 6,6 spinell 2135 0,25 8,8 0,07 12 34 9ß mullit 1810 0,25 5,3 0,02 12 21 4,8 kordierit 1345-0,19-0,6-0,0025-10x 10x 0,9X anortit-1460 1550 —0,22 0,18xx-3,7 4,5-0,0077 0,004xx 15xx 10,5XX 11,4“ A táblázatból láthatóan a kerámia komponens nagyobb hányadát képező spinell és mullit jellemzői a korundéhoz állnak közel, s így a kialakuló 30 átmeneti réteg termikus és mechanikai tulajdonságaitól lényegesen nem térnek el. Ez a megfelelő minőségű fémezett réteg kialakíthatóságát biztosítja. Bármelyik összetevő hiánya, vagy eltérő %-os 35 összetétel esetén, csak sokkal kedvezőtlenebb tulajdonságokkal, vagy magasabb olvadásponttal rendelkező kerámiakomponens nyerhető. MgO—A1203—Si02 tartalmú, kalcium-oxid mentes rendszerben az eutektikum olvadáspontja bár 40 1360 °C, de a céljainkra kedvezőtlen mechanikai tulajdonságú kordierit, forsterit és protoensztatit van egymással egyensúlyban, 1570 °C hőmérsékleten pedig kordierit-spinell-forszterit tartalmú összetételt kaphatunk, melynek olvadáspontja igen magas, de 45 spinell-mullit-kordierit-korund összetételt tiszta négyes rendszerben nem. A kalcium-oxid adagolásával a spinell-mullit fázisok területe egymáshoz közelíthető, ami az olvadáspont lényeges csökkenésével jár. 50 A magnézium-oxid vagy alumínium-oxid jelenléte nélküli rendszerben, vagy a korundétől igen eltérő tulajdonságú szilárd fázisú összetevők adnak alkalmazható összetételt, vagy az összetevők olyan magas olvadásponttal rendelkeznek, hogy alkalma- 55 zásuk külön technológia kidolgozást igényel. A tiszta Ca0-Mg0-Al203 rendszerben, céljainknak megfelelő tulajdonságú szilárd fázis nem alakul ki. így csak a CaO—A1203—MgO—Si02 tartalmú rendszer ad kedvező tulajdonságú komponenst, ami 60 az ábra „C” pontja környezetében a vonalkázott tartományban található. így találmányunk fémréteg előállítási eljárására vonatkozik, legalább 70 súly% alumínium-oxidot tartalmazó kerámiák felületén, főként integrált 65 áramkör hordozók, állványok, tokszerkezetek vezetőrétegének kialakításához, amely eljárás során a kerámia felületére paszta vagy szuszpenzió formájában fém komponensként a kerámia tömörre zsugorodási hőmérsékletnél magasabb olvadáspontú fémet, főként molibdént, volfrámot, titánt, palládiumot, platinát, vagy ezek szükség szerinti keverékét, és kerámia komponensként alumínium-oxid, szilícium-dioxid és magnézium-oxid tartalmú keveréket viszünk fel, majd a felvitt pasztát vagy szuszpenziót hőkezeléssel rögzítjük. Lényege, hogy a kerámia felületére 99,5—99$ súly% fémkomponensből és 0,5-0,1 súly% kerámia komponensből álló keveréket viszünk föl, és a kerámia komponens 20—30 súly% alumínium-oxidot, 40-5 súly% szilícium-dioxidot, 10-20 súly% magnézium-oxidot és 1—8 súly% kalcium-oxidot tartalmaz. Az eljárás előnyös foganatosításánál a szuszpenziót vagy pasztát 0,8 pm-es vagy finomabb szemcséjű kerámia komponenst és fém komponenst tartalmazó keverékkel készítjük el. Az eljárás foganatosításánál a kerámia komponens előállítását célszerűen oly módon végezzük el, hogy összetevői oxidjaít és/vagy karbonátjait összekeverjük, e keveréket 1350-1450 °C hőmérsékleten 0,5-3 órán át izzítjuk, majd 400 °C/óra sebességgel lehűtjük. A gyors lehűlés az adalékanyag komponensei között lezajló, közbülső kémiai reakciójának a fém-kerámia kötés kialakulása előtti meggátolása miatt szükséges. A kerámia komponensnek a fém komponenshez viszonyított mennyisége a fémréteg és a kerámia között kialakuló átmeneti réteg hővezetőképességét, fajhőjét, forraszthatóságát, tapadását és hőlökésállóságát nagymértékben befolyásolja. A kerámia komponensnek a találmánytól eltérő mennyiségű, közelítőleg 1 súly%-os, vagy annál magasabb hányadú alkalmazása esetén a kialakított fémréteg 3
