2 Пасты для толстопленочных элементов

В зависимости от назначения, пасты подразделяются на проводниковые, резистивные, диэлектрические для конденсаторов и диэлектрические для межслойной изоляции и поверхностной защиты.

Пасты, подлежащие вжиганию, содержат три основные составляющие: функциональную, конструкционную, технологическую.

Функциональная составляющая - это частицы неорганических веществ (металлов, окислов металлов, солей), которые придают пасте основные свойства будущих элементов (проводник, резистор, диэлектрик). В процессе вжигания слоя эти частицы должны оставаться в твердой фазе и равномерно распределяться по объему элемента.

Конструкционная составляющая (фритта) - обеспечивает равномерное распределение частиц функциональной составляющей и адгезию к подложке. В процессе вжигания не удаляется и остается в готовом элементе. Для конструкционной составляющей применяют фритту – особым образом изготовленные стеклянные порошки. Широко используют свинцово боросиликатные стекла (С 82-3, С-14, С-5, С-551) с температурой плавления (Т_пл ≤ 600^оС) ниже температуры вжигания. В процессе вжигания стеклянная фритта размягчается, смачивает частицы функциональной составляющей, образуя однородную суспензию. После охлаждения и отверждения образуется пленка, которая крепко сцеплена с подложкой.

Технологическая составляющая играет роль временной связки. Это органические растворители и соединения, которые смачивают твердые частицы, обеспечивают равномерно распределение этих частиц по объему в процессе приготовления паст, придают пасте необходимую вязкость для нанесения через сетчатый трафарет. После нанесения пасты на подложку органические растворители и соединения целиком устраняются в процессе термообработки.

В пасты вводят также специальные добавки для улучшения адгезии, пайки и др.

Проводниковые пасты. Для получения проводящих пленок (межсоединений, обкладок конденсаторов, контактных площадок) используют пасты, функциональная составляющая которых состоит из порошков (размеры частиц — единицы микрометров) материалов с хорошей проводимостью: серебро, палладий, реже золото. Соотношение содержания металлического порошка и стекла в пасте приблизительно 9:1. Проводниковые пасты типов ПП-1 — ПП-5 при толщине пленки 10...25 мкм имеют удельное поверхностное сопротивление не более 0,05 Ом/кв. Золотые пасты (ПЗП-1, ПЗП-2, ПЗП-3) используют при повышенных требованиях к надежности и стабильности параметров пленок. Для упрощения процесса пайки выводов контактные площадки дополнительно покрывают лудящими пастами. Лудящие пасты не вжигают.

С целью снижения стоимости микросхем стремятся использовать пасты на основе неблагородных металлов: алюминия, меди, никеля. Однако пленки на основе алюминия и никеля невозможно паять, а это затрудняет монтаж дискретных элементов и выводов. Пасты на основе меди легко поддаются окислению. Их надо выжигать в атмосфере нейтрального газа (аргона), что усложняет технологический процесс.

Резистивные пасты содержат в себе функциональную составляющую из частиц металлов и оксидов металлов. Широкое применение находят серебряно-палладиевые резистивные пасты типа ПР, которые состоят из палладия и оксида серебра.

Для прецизионных резисторов используют пасты на основе оксида рутения (Ru₂О₃) с добавками окислов разных материалов. Рутениевые пасти имеют высокую стоимость. Удельное поверхностное сопротивление пленок на основе этих паст изменяется от 5 Ом/кв до 1 Мом/кв.

Пасты имеют обозначение, состоящее из букв и цифр. Первые две буквы — ПР — паста резистивная, следующие цифры указывают величину _S пленки, полученной на основе этой пасты. Например, ПР-20 — паста резистивная с _S=20 Ом/кв; ПР-10к — паста резистивная, кОм/кв.

Диэлектрические пасты используют для диэлектриков конденсаторов (типа ПК — паста конденсаторная) и для межслойной изоляции (типа ПД — паста диэлектрическая).

В конденсаторных пастах функциональная составляющая состоит из порошков материалов с высокой диэлектрической проницаемостью (например, сегнетоэлектриков — титаната бария BaTiО₃, диоксида титана TiО₂). Титанат бария позволяет получить удельную емкость С₀8000 пФ/см² при толщине пленки около 25 мкм. Конденсаторы на основе титаната бария характеризуются большими диэлектрическими потерями на высоких частотах, поэтому их применяют только в качестве разделительных и блокировочных. Пленки на основе диоксида титана обеспечивают С₀1000 пФ/см² и небольшие потери на частотах до 500 МГц.

Пасты для межслойной изоляции и защитных покрытий должны иметь небольшую удельную емкость не выше 200 пФ/см². Толщина изоляционных слоев достигает 70 мкм. Такие пасты изготовляют на основе стекол и ситаллоцементов. В ситаллоцементах при нагревании получается кристаллическая фаза (подобно ситалам), что предотвращает размягчение слоя при повторных нагревах.