Brevet FR2137660A1 — publié le 19721229

16^93 1 2137660 La présente invention concerne les pâtes de métallisa-tion qui forment des dépôts adhérents, contenant un métal et conducteur de l'électricité et de la chaleur, sur des surfaces céramiques, après cuisson au contact de celles-ci, ainsi 5 que des procédés de réalisation d'éléments conducteurs sur des surfaces céramiques à l'aide de telles pâtes. L'invention s'applique particulièrement à la réalisation des conducteurs de microcircuits formés sur des substrats céramiques, ainsi qu'à la réalisation de patins adhérents disposés sur la face 10 inférieure des substrats céramiques et destinées à attirer la chaleur des substrats par conduction thermique. Selon l'invention, une pâte de métallisation qui convient à la formation d'un dépôt conducteur de l'électricité et de la chaleur et contenant un métal,adhérant à une surface 15 céramique, comprend un liquide vaporisable contenant^sous forme de poudre^une matière à base d'émail et un autre constituant choisi parmi un métal, un alliage ou un composé donnant un tel métal ou un tel alliage sous l'action de la chaleur, l'émail dissolvant l'oxyde du métal ou de l'alliage et mouil-20 lant les surfaces céramiques^à la température de fusion de 1'émail. Par dissolution de l'oxyde du métal ou de l'alliage, l'émail fondu rend soluble une partie au moins de la couche isolante d'oxyde, qui revit la plupart des particules métal-25 liques de la poudre ; la conductibilité thermique et la con-ductivité du dépôt sont ainsi fortement accrues. De préférence, l'émail fond à une température qui ne dépasse pas la température de fusion du constituant supplémentaire ; on constate que,si l'émail fond à une température dépassant cette tem-30 pérature de fusion du constituant, c'est-à-dire si l'émail fond après la fusion du constituant, la conductivité du dépôt est fortement réduite. Le métal peut être de l'aluminium, du cuivre, de l'étain, du zinc, du cadmium, de l'or, de l'argent, du fer, du nickel, du cobalt ou du plomb, et ory^réfère 35 tout particulièrement l'aluminium. L'émail préféré, destiné à être utilisé avec de l'aluminium ou un alliage de ce métal ou avec un composé d'un tel métal ou alliage qui se décompose à la chaleur, comprend un 72 16493 2 2137660 oxyde de bore ; l'émail peut aussi comprendre un oxyde de plomb. Un liquide qui convient dans une pâte de métallisa-tion contenant de l'aluminium, un alliage de ce métal ou un composé contenant de l'aluminium et l'émail préféré,est une 5 cétone cyclique polymérisée dissoute dans un solvant tel que le terpinol. Une surface céramique qui convient avec une telle pâte est en alumine. On peut aussi utiliser d'autres matières que l'alumine, notamment la silice et les alumino-silicates. Les alliages d'aluminium qu'on peut utiliser en 10 pâte selon l'invention sont par exemple des alliages Al/Cu et kl/kg. Des constituants décomposables par la chaleur sont par exemple l'oxyde d'argent et le chlorure de cuivre. L'invention concerne aussi un procédé de formation d'un élément conducteur de l'électricité et de la chaleur, adhé-15 rant à un substrat céramique, selon lequel on réalise une réplique de l'élément sur le substrat en utilisant une pâte métallique comme décrit, on sèche la réplique formée, on la cuit après séchage à une température qui n'est pas inférieure à la température de fusion de la totalité de la réplique, qui 20 mouille ainsi le substrat et devient conductrice, et on solidifie la réplique cuite de manière qu'elle forme un élément conducteur de l'électricité et de la chaleur et qui adhère fortement au substrat. La réplique peut être réalisée sur le substrat par sérigraphie. 25 De plus, l'invention concerne un substrat céramique comportant un élément conducteur de l'électricité et de la chaleur, réalisé par mise en oeuvre du procédé de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 30 ressortiront de la description détaillée qui va suivre. On mélange un liquide vaporisable avec de la poudre d'aluminium, de l'oxyde borique et de l'oxyde de plomb de manière à former une pâte ayant une consistance convenant à la formation d'un microcircuit par sérigraphie. Le liquide est 35 une cétone cyclique polymérisée dissoute dans du terpinol, par exemple "Engelhard 4/575" (fourni par Engelhard Indus-tries). Une pâte qui convient contient 35 cm de liquide pour 100 g de matières solides, contenant 92g d'aluminium, 6 g de 72 16493 3 2137660 PbO et 2 g de B^O^. La dimension préférée des particules de . la poudre d'aluminium est de 1 à 2 microns et celle des oxydes de plomb et de bore est inférieure à 37 microns- La pâte est déposée par sérigraphie sur un substrat d'alumine, sous 5 forme d'une réplique d'un microcircuit comprenant plusieurs éléments conducteurs. Le substrat utilisé contient 96 fo de ^2^3' eS^ ven 25 En plus des conducteurs électriques de microcircuit dont la réalisation est permise par l'invention, celle-ci con cerne aussi des éléments absorbant la chaleur, associés à la face inférieure du substrat de microcircuit de manière à en retirer la chaleur. De tels éléments, constitués habituelle-30 ment par des patins et appelés "radiateurs", peuvent aussi être déposés sous forme de réplique en pâte , par sérigraphie et transformés en patins conducteurs de la chaleur par cuisson et solidification ultérieures. On sait que la dissipation de la chaleur créée par des microcircuits très denses pose 35 un problème : un procédé de réduction notable de la chaleur du substrat consiste à former les éléments conducteurs de la chaleur ("radiateur") selon l'invention. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrire et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments consti tutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. 72 16493 4 2137660 REVENDICATIONS 1. Pâte de métallisation destinée à former un dépôt adhérent, contenant un métal conducteur de l'électricité et de la chaleur, disposé sur une surface céramique, ladite 5 pâte étant caractérisée en ce qu'elle comprend un liquide vaporisable contenant, sous forme de poudre, une matière à base d'émail et un constituant choisi parmi un métal, un alliage ou un composé capable de se décomposer en un métal ou un alliage par chauffage, l'émail dissolvant l'oxyde du mé- 10 tal ou de l'alliage et mouillant la surface céramique à la température de fusion de l'émail. 2. Pâte selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'émail fond à une température qui ne dépasse pas la température de fusion dudit constituant. 15 3. Pâte selon l'une des revendications 1 et 2, carac térisée en ce que le constituant est un métal choisi dans le groupe formé par l'aluminium, le cuivre, l'étain, le zinc, le cadmium, l'or, l'argent, le fer, le nickel, le cobalt et-ie plomb, ou un alliage Al/Cu ou Al/Ag. 20 4. Pâte selon la revendication 3, caractérisée en ce que le constituant est de l'aluminium métallique, l'émail comprenant un oxyde de bore. 5. Pâte selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'émail comprend de plus un oxyde de plomb. 25 6. Pâte selon l'une des revendications 4 et 5, carac térisée en ce que le liquide est une cétone cyclique polymérisée dissoute dans un solvant. 7. Pâte selon l'une des revendicationg4 et 5, caractérisée en ce que l'émail est capable de mouiller une surface 30 céramique en alumine, en silice ou en aluminosilicate. 8. Pâte selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ledit constituant est un composé décompo-sable thermiquement, choisi parmi l'oxyde d'argent et le chlorure de cuivre. 35 9- Procédé de formation d'un élément conducteur de l'électricité et de la chaleur, adhérant à un substrat céramique, caractérisé en ce qu'on forme une réplique de l'élément sur ledit substrat à l'aide d'une pâte de métallisation 16493 5- 2137660 selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, on sèche la réplique formée, on cuit la réplique cuite à une température qui n'est pas inférieure à celle pour laquelle la totalité de la réplique fond, si bien que celle-ci mouille le substrat et devient conductrice, et on solidifie la réplique cuite de manière à former un élément adhérant au substrat et conducteur de l'électricité et de la chaleur. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la réplique est formée sur le substrat par sérigraphie. 11. Substrat céramique portant un élément conducteur de la chaleur et de l'électricité, caractérisé en ce qu'il est formé par mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 9 et 10.