JPH02137787A - ガラス被覆炭化珪素焼結体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電気回路ノフ板、感熱ヘット基板などに使用さ
れるガラス被覆炭化珪素焼結体及びその製造法に関する
。

（従来の技術） 炭化珪素焼結体は強度、耐熱性、熱伝導性に優れている
が、体積固有抵抗が１０２〜】０６ΩＣ１と電気絶縁性
か低く、また焼結体表面には、径１〜２終■程度の多数
の気孔かあるため電気回路大版や、感熱ヘッド基板に使
用するには、焼結体表面を被覆することか必要である。

その方法は、炭化珪素焼結体表面にガラス粉末と有機バ
インダーよりなるペーストを塗布し焼成してガラス層を
焼結体表面に形成することか行なわれており、これに使
用されている従来のガラスはアルミナセラミックスに用
いられているガラス組成硼珪酸鉛系のガラスが用いられ
ていた。

（発明か解決しようとする課題） 従来使用されているガラスは熱膨張係数か大きいため、
炭化珪素焼結体とは、熱膨張の違いによリａ裂の発生、
又は炭化珪素焼結体との反応による気泡の発生により、
炭化珪素焼結体とガラスの密着性が劣り形成されるガラ
ス層が有効に活用てきない欠点があった。

本発明の目的は炭化珪素焼結体表面に特定のガラス層を
形成し亀裂が生じることがなく、焼結体表面と接合性が
よいガラス被覆炭化珪素焼結体及びその製造法を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は比較的融点が低いガラスであって、熱膨張係数
か炭化珪素焼結体と大差なく、また炭化珪素焼結体と反
応しないガラスについて検討を行った結果完成したもの
でその要旨は、ＡＩＪｔ１５〜２３ｇ１量％（以下％は
重量基準）　、　５ｉｎ２：ｔｏ〜５５％、Ｂ、０，２
０〜４０％、ＣａＯ３〜ｌＯ％、　ｌｒＯ，１〜３％の
組成よりなるガラスで表面を被覆した炭化珪素焼結体で
あり、またその製造法は前記ガラス粉末と＊機バインダ
ーよりなるペーストを炭化珪素焼結体の表面に塗布し８
５０〜１０００°Ｃに加熱する方法及び前記ペーストを
塗布後期めに１０００〜１４５０℃に加熱して被覆した
後、更に同ペーストをその上に塗布して８５０〜１００
０°Ｃに加熱する方法である。

前記組成のガラスはアルカリ酸化物及びＰｂＯを含まな
いのて熱膨張係数及び誘電率は比較的小さく、然し一般
的にはこれらを含まない系のガラスはガラス溶融温度が
高く、ガラスの製造及びガラス被覆の焼成温度か高くな
り炭化珪素焼結体のガラス被覆には不利である。しかし
ながら未発ＩＪＩにおいては特定の成分及び組成にする
ことにより１４５０°Ｃ以下で溶融が可能となった。炭
化珪素焼結体の熱膨張係数は、通常４０〜４２Ｘ　１０
−’／’Ｃ程度であるか本発明のガラス組成はほぼ３３
〜４０ｘ　１０−’／℃である。

本発明のガラス組成はガラスの熱膨張係数を炭化珪素焼
結体の熱膨張係数に近い値とするためにガラス形成酸化
物であるＳｉＯ□を３０〜５５％とした。

ＳｉＯ□か３０％未満てはガラス熱膨張係数か大きくな
ると共にガラスか分相し易くなり平滑な被膜かてきない
。また５５％を越えるとガラスの溶融が困難となり、ガ
ラス焼付温度か高くなり炭化珪素焼結体とガラスの反応
か起り発泡し易くなる。

Ｂ２Ｏ３の添加は、ガラスの熱膨張係数及び粘性を低下
させる作用があるか本発明においてはＢｘＣｈが２０％
未満の場合ガラスの溶融が困難になり４０％を越えると
ガラスか分相し易くなり、また耐水性か悪くなる。

Ａ１□０３はガラスの化学的耐久性を改善するか１５％
未満ではガラスが分相し易くなり２３％を越えるとガラ
スか分相し熱膨張係数が大きくなりガラス被膜に亀裂か
発生し易くなる。

ＣａＯはガラス融液の粘度を低下させ均質なガラスを得
るための重要な成分であるが５％未満ては、粘度の低下
か不充分でありガラスを焼付けたさいに失透する。また
１０％を越えるとガラスの熱膨張係数か大きくなるため
ガラス被膜に亀裂が入り平滑な被膜を得ることかできな
い。

Ｚｒ０ｔはガラスの化学的耐久性に効果があるか３％を
越えるとガラスの溶融温度が高くなり、またガラスの熱
膨張係数か大きくなり、　１％未満ではガラスの化学的
耐久性か劣ることよりいづれも好ましくない。

これらのことから５ｉ０２は３０〜５５％、Ａｌ２０ｆ
ｆ　１５〜２３％、＋１２０：ｌは２０〜４０％、　Ｃ
ａＯは　５へ１０％、Ｚｒ０２１〜３％とすることが必
要である。

次に製造法の発明について説明する。

ガラス粉末は上記組成物を白金るつぼに入れ溶融し望ま
しくは急速冷却した後粉砕を行い粒度調整をする。

溶融は１４５０〜１５００　’Ｃてあり、急速冷却は例
えば溶融物を水中に流し込んで行なう方法である。冷却
固化したガラスはアルミナまたはメノー乳鉢等で粉砕を
行い粒度な４４ｇｍ以下程度にする。

このガラス粉末と有機バインターとを混合しペーストに
して、炭化珪素焼結体に塗布し焼成後冷却してガラス層
を固化させる１段階法も可能であるが、望ましくはペー
ストの塗布及び焼成を２段階て行うことによりすぐれた
性質のガラス被覆を炭化珪素焼結体上に形成させること
がてきる。

１段階焼成法は、ガラス粉末と有機バインダーを塗膜の
厚み、または塗膜の均−性等よりガラス粉末を好ましく
は５０〜６０％含むように混合してペーストをつくり２
これを炭化珪素焼結体、または表面酸化処理を行った炭
化珪素焼結体の表面に塗布し、これを有機バインターの
種類により８０〜４００°Ｃの範囲の適当な温度に加熱
してバインダーを除去し次に８５０〜１０００°Ｃの範
囲の一定温度で５〜３０分間加熱し次いで急冷して均質
なガラス被覆を形成する方法である。

この方法における炭化珪素焼結体の表面酸化処理は、炭
化珪素焼結体を例えば空気中で１３００〜１４００°Ｃ
の温度て０．５〜２時間時間部熱して行う。

この表面酸化処理を行うことによりガラス層か炭化珪素
焼結体表面への接着か容易になる。

またペースト塗布後の焼成温度はこのガラスの軟化温度
か７６［）〜８５０℃であるため、焼成温度は溶融軟化
する８５０〜１０００”Ｃの範囲が適当である。

焼成後のガラス被覆層の厚みは前記用途に対しては５０
〜１００　ｇｍが望ましい。

２段階焼成法は１次焼成ガラス被覆と２次焼成ガラス被
覆からなり、１次焼成ガラス被覆は、ガラス粉末に有機
バインターを混合しガラス粉末５〜２０％含むペースト
をつくり、これを炭化珪素焼結体表面に塗布し、前記同
様８０〜４００°Ｃの範囲に加熱してバインダーを除去
し次いで１０００〜１４５Ｇ’Ｃて５〜コ０分間加熱す
ることからなる。この加熱はガラスの粘性を下げ、炭化
珪素焼結体表面の気孔を濡しガラス層を形成させるため
であり、そのために前記温度範囲か適当である。この場
合の塗布するガラス粉末量はＱ、Ｓ　〜１．０　ｍｇ／
　ｃ　ｒｎ’が望ましく、ガラス粉末量が０．５Ｂ／　
ｃ　ｍ’未満のときは被覆ガラスか不均一となり、　１
．０ｍｇ／ｃｍ’を越えるとカラス被覆中に気泡か残存
し易くなる６ペースト中のガラス粉末を１０〜２０％と
する理由は、１０％に達しないときはガラス被覆か不均
一となり、２０％を越えると薄く塗布することか困難に
なるかうである。

１次焼成ガラス被覆は炭化珪素焼結体の表面の気孔にガ
ラスか侵入し、次に述べる２次焼成における気泡の発生
を防止する。

２次焼成ガラス被覆は、１次焼成被覆の上に前記した１
段階焼成法と同様にペーストを塗布し加熱によりバイン
ターの除去、焼成によるガラス被ｍの形成を行なう方法
である。

この場合のペーストのガラス粉末は５０〜６０％である
ことか望ましい。本発明においてペーストに用いるハイ
ターとしては、エチルセルローズ、ニトロセルローズ等
の繊維系誘導体で有機溶剤として、テレピネオール、カ
ルピトールアセテートである。ガラス粉末はガラス組成
分を溶融固化させたカラスを粉砕し４４ＩＬｍ以下程度
に調製して用いてもよいか、好ましくは分級して１０μ
ｍ以下として使用する。

ペーストの塗布はスクリーン印刷又はドクターフレード
法等で炭化珪素焼結体表面に行なうことかてきる。

〔実施例１〕 第１表に示すガラス組成の原料粉末を秤量し混合を行い
、該混合粉末を白金るつぼに入れ電気加熱炉て１５００
℃に加熱溶融し、溶融物を水中に流し込み急速冷却させ
ガラスを作製し１次に該ガラスをアルミナ製乳鉢て粉砕
し４４ＪＬｌｌ以下の粉末とし、更にこのガラス粉末を
エチルアルコール中に懸濁させ、沈降速度の差によって
分級を行い粒径１０ｇｍ以下のガラス粉末を調製した。

該ガラス粉末１００１清部に対しバインターとしてエチ
ルセルローズ１０重量部溶剤にテレピネオール６０重量
部、カルピトールアセテート　５重量部を混練してペー
ストを調製した。次に予め脱脂洗滌を行った炭化珪素焼
結体（０，７厚みｘ　５０ｘ　５０ｍｍ）片面に該ガラ
スペーストをスクリーン印刷したのち大気中で焼成をし
た。焼成は３５０℃て１時間加熱しバインダーを除去し
たのち　９００°Ｃの温度で２０分間保持した後急冷を
行い、ガラス被覆厚み１００μｌを形成した。

得られたガラス被膜の気泡、亀裂、平滑性の状況を調べ
、その結果を第２表に示す。表中気泡、亀裂、平滑性に
ついて、気泡１．亀裂が発生しているもの及びモ滑性の
劣るものをｘ印、良好なもの○印、やや良好なものをΔ
印とした。

比較例の組成のものは１分相、失透か生し、更に亀裂、
気泡、平滑性が劣るが本発明のガラス組成には分相５失
透かなく亀裂、気泡、平滑性か共に良好である。

（実施例２） 実施例１で用いたＮｏ、８．９．１Ｏ１１１のガラス組
成及び実施例と同一組成のバインダー、溶剤を用い、平
均粒径１．３ＩＬｍのガラス粉末を１０％含むペースト
を調製してスクリーン印刷法で炭化珪素焼結体く０．７
厚みＸ　５（ｌｘ　５０ｍｇ）の片面にガラス粉末量か
０．８ｓｇ／　ｃ　ｍ”になるようにペーストを塗布し
大気中で焼成した。

焼成は３５０℃で１時間加熱しバインダーを除去したの
ち、　１４００°Ｃに加熱し３０分間焼成を行い、放冷
してガラス層を形成させ、次に平均粒径３μ塵のガラス
粉末を実施例１と同一のバインター、溶剤を用いてペー
ストを調製し、前記ガラス被覆面にスクリーン印刷法で
塗布し、３５０°Ｃの温度で１時間加熱しバインダーを
除去した後夫々　９００℃の温度で１５分、】０００°
Ｃの温度で５分加熱して焼成を行い、急冷してガラス被
覆を形成させた。その結果を前記Ｎｏ、順に１３．１４
．１５．１６として第３表に示す。２段階目のガラス被
覆の厚みは１００４　ｒｓである。この方法を用いるこ
とにより炭化珪素焼結体の表面の気孔を被覆し平滑な気
泡、亀裂の発生のない接着性の良好なガラス被覆かでき
る。

第　　１　　表 第　　２　　表 （発明の効果） 本発明による炭化珪素焼結体上のガラス被覆は亀裂かな
く、また気泡もない均一なガラス和か形成され、炭化珪
素焼結体の表面の電気抵抗か大きくなるのて、この焼結
体は各種集積回路用基板等としてすぐれた性質を持って
おり実用的な効果は著しい。

第　　３　　表

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭化珪素焼結体の表面にＡｌ＿２Ｏ＿３１５〜２
   ３重量％、ＳｉＯ＿２３０〜５５重量％、Ｂ＿２Ｏ＿３
   ２０〜４０重量％、ＣａＯ５〜１０重量％、ＺｒＯ＿２
   １〜３重量％の組成のガラスを被覆した炭化珪素焼結体
   。
2. （２）炭化珪素焼結体の表面に請求の範囲第１項のガラ
   ス粉末と有機バインダーとよりなるペーストを塗布し８
   ５０〜１０００℃に加熱することを特徴とするガラス被
   覆炭化珪素焼結体の製造法。
3. （３）炭化珪素焼結体の表面に請求の範囲第１項のガラ
   ス粉末と有機バインダーとよりなるペーストを塗布し１
   ０００〜１４５０℃に加熱して第１次ガラス被覆を形成
   し更にその上に前記ペーストを塗布し８５０〜１０００
   ℃に加熱して第２次ガラス被覆を形成することを特徴と
   するガラス被覆炭化珪素焼結体の製造法。