JPH03101291A - 導電パターンの製造方法 - 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、例えばハイブリッド構造の電気スイッチ回路
に使用されるようなセラミック基体上に導電パターンを
製造する方法に関する。

［従来の技術］ ドイツ国特許Ａ　６　１１０７７４３号明細書およびカ
ナダ国特許第１１５５９６７号明細書には、いわゆる粉
末処理法によるセラミック基体の表面上の導電パターン
の製造方法が記載されている。この処理方法において、
粘着性パターンは基体表面上に生成され、その後表面は
金属粉末によって処理される。その後、粘着性材料は熱
処理によって除去され、金属粉末は導体ラインの連続パ
ターンに焼結されることができる。

導体ラインが形成される実際的な導電金属の他に、一般
に焼結後にパターン化された金属層を基体に接着させる
ために適切な成分の形態で任意的に補助的元素を付加し
、滑らかな表面および均一な断面を有する導体ラインを
生成するために焼結を制御する必要がある。接着は２つ
の異なるメカニズムによって行われる。ガラス接着にお
いて、補助的元素の酸化物は焼成温度で溶融し、冷却後
に部分的には接着によって並びに部分的には表面の拘束
によって基体に導体ラインを接着するガラスを形成する
。反応性または酸化接着の際に中間接着相は基体および
導電金属とのこれらの酸化物の固体状態の反応によって
形成される。補助的元素の選択は導電金属のタイプおよ
び基体のタイプに対応して行われる。適切な組合せは厚
膜技術から知られる。例えば、ドイツ国特許第２５４３
９２２号明細書には酸化アルミニウム、酸化ベリリウム
およびサファイヤ上への金および銀の接着を行う化合物
が引用されており、これらの化合物はカドミウム、銅、
鉛、チタニウム、ジルコニウム、シリコン、硼素および
アルカリ金属を含む。ロジウム、ビスマスおよび銀の化
合物はまた、焼結の結果良好な接着性および滑らかな表
面を有する均一な層になるようにセラミック基体上の装
飾用金被覆を修正することが知られている（例えば、Ｕ
　！Ｉａ＋ａｎｎ氏による文献”Ｅｎｚｙｋｌｏｐａｅ
ｄｉｅ　ｄｅｒｔｅｃｈｎｌｓｃｈｅｎ　Ｃｈｅａｉｅ
　　　Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ　ｏｆＩｎｄｕＳｔｒ
ｌａｌ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　　、第４版、　Ｖｏｌ、
１４　、１０頁参照）。

補助的な元素の活性は、原理的に基体と導電金属との間
の境界または導電金属の表面でそれぞれ発生すると考え
られる。一般に、補助的な元素が導電金属に浸透してそ
れとの混合物を形成するときは常に欠点を生じる。これ
は導体ラインの導電度を減少するためである。

ドイツ国特許第Ｈ０８５１５号明細書には、粉末処理用
の金属粉末が生成され得る方法が記載されている。これ
らの粉末は必要な補助的元素の適切な化合物の均質な分
布を含む。良好な品質および導電度の細い導体ラインは
、実際にこれらの粉末を使用することによって形成され
る。しかしながら、粉末の製造方法は比較的複雑である
。別の欠点は、異なる粉末が異なる基体および導体ライ
ンの所望の品質に対して製造され貯蔵されなければなら
ないことである。

ヨーロッパ特許出願第０１８２１２８号明細書には金属
薄膜がスパッターされる前にセラミック酸化物に金属酸
化物の中間層を設けることによって金属薄膜のセラミッ
ク酸化物に対する付着性を改善することが記載されてい
る。この金属酸化物中間層は適当な金属化合物を有する
被覆の高温熱分解によって形成される。しかしながら導
電パターンがそのような酸化物中間層の上に粉末処理に
より形成されるならば、このパターンのセラミック酸化
物に対する付着性は満足すべきものではない。

［発明の解決すべき課題］ それ故、この発明は、粉末処理によりセラミック基体上
に導電パターンを形成する接着および焼結工程を制御す
るために必要な補助的な元素が簡単にシステム中に導入
され、そのためそれらが導電性金属に悪影響を及ぼさな
い方法を開発することを目的とするものである。

［課題解決のための手段］ この発明の基体上に導体バターンヲ形成する方法は、 （ａ）ビスマス、カドミウム、鉛、銅、硼素、ロジウム
、ニッケル、インジュウム、アルミニウム、およびシリ
コンからなる群から選択された補助的な元素の塩または
その混合物を含む溶液で基体を被覆し、 （ｂ）被覆された基体を乾燥し、 （Ｃ）乾燥された基体を補助的な元素が酸化物を形成す
る温度より低い温度に加熱し、（ｄ）加熱した乾燥され
た基体上に少なくとも一時的に粘着性のパターン化され
た接着性の層を形成し、 （ｅ）パターン化された接着性の層に金属を含む粉末を
付着させ、 （ｆ）パターン化された基体を接着性の層を除去して粉
末を焼結するのに充分な温度および時間で焼成する工程
を含むことを特徴とする。

基本的にこの処理を行うために任意の塩が使用可能であ
る。補助的な元素は塩中に陽イオンまたは陰イオンを含
んでいてもよい。補助的な元素が金属的性質のものであ
れば、簡単な塩、特にこれら金属の酢酸塩、硝酸塩、塩
酸塩が好ましい。他方塩が非金属の補助的な元素、例え
ば燐または硼素を含んでいる場合には錯塩の形態で陰イ
オンが使用されることができる。硼酸塩、特にアルカリ
硼酸塩はこの形式の塩として好ましい。

この発明による基体の処理は被覆に使用される溶液の乾
燥した塩成分単独で構成されたもの、或いは熱処理によ
りこれらの塩から生成された補助的な元素の酸化物から
構成されたもののいずれのものとも異なっている。乾燥
においてマイクロ結晶層が最初に現れ、基体に対する接
着性は乏しく、粗い表面を有していることが観察された
。もしも感光性被覆がそのような層に施されるならば、
それは非常に平坦でなく、さらに個々の塩結晶が基体か
ら分離する危険があり、感光性層中にスポット状の欠陥
を生じる。その結果そのような粉末処理による層により
形成された導体ラインパターンちまた欠陥を生じがちで
ある。さらに前述のように導体ラインの基体への接着は
、もしも感光性被覆が施される前に基体が高温に加熱さ
れて補助的な元素の酸化物が形成されるならば満足でき
ないものとなる。

この発明の方法によって何故現在行われているような酸
化物を有する基体を予め被覆する方法、或いは感光性被
覆が施・される前に塩層の類似する生成を行う方法より
も良好な結果が得られるのか、その理由は正確に説明す
ることはできない。それは熱処理において、供給される
塩の少なくとも一部が化学的または物理的に結合された
水の分解により、或いはベースの塩に変換されることに
より中間状態に変換され、その中間状態が一方で所望の
塩より良好に基体に付着するが、他方では粉末パターン
の続く焼結中にさらに反応するものではないかと考えら
れる。その結果補助的な元素は移動性が増加し、所望の
ように基体に接着され、焼結に影響する。ある場合には
塩の熱処理中のこのような中間状態の発生は物理化学的
方法、例えば熱解析法により検出される。もしもこの中
間状態がガラス状の層の形成中に生じるならば、特に有
効である。これは適当な塩の選択によって行われる。

補助的な元素の選択は金属パターンを生成するために使
用される金属の形式および基体の形式によって支配され
る。このため当業者は技術状態に依存することができる
。基１体上に被覆される補助的な元素塩の量は補助的な
元素上に被覆される金属を含む粉末の量、すなわち形成
される導体ラインの単位面積当りの重量に依存する。実
際に補助的な元素は単位面積当りの導体ラインの重量が
０．１乃至２５重量％の範囲の量、好ましくは１乃至１
０重量％の範囲の量で適用される。

金、銀、白金、パラジュウム、または銅は導体ラインパ
ターンの製作に特に好ましい金属である。

これらの金属は純粋な形態、混合物、またはそれらの合
金の粉末として０．１乃至５ミクロンの平均粒子寸法の
粉末として使用される。

好ましい耐熱性基体は現在の技術では酸化アルミニラム
の成型された構造体である。しかしながら、例えばベリ
リウム酸化物、アルミニウム窒化物、２酸化シリコンま
たはエナメルで被覆された金属のようなその他の知られ
ている基体も使用することができる。

鉛、ロジウム、ニッケル、アルミニウム、カドミウム、
インジュウム、銅、ビスマス、および、または硼素は接
着および焼結を制御するための補助的な元素として特に
適している。したがって接着は酸化物結合のメカニズム
とガラス結合のメカニズムの両方により調整される可能
性がある。

［実施例］ 以下実施例で説明する。

基体上に少なくとも一時的に粘着性であるパターンを生
成するために、適当な接着剤が例えばスクリーン印刷法
によって基体表面に付着される。

しかしながらより大きい解像度、すなわちずっと細かい
金属パターンのためには露光により粘着性が変化する感
光性層を使用することが好ましい。

適当な化合物はドイツ特許第１２　ｔｏ　３２１号、第
１９０４０５９号、第１９４４３１１号、第２７２８２
０９号、第２８１５８９４号、第３０２３２４７号、第
３４２９６１５号各明細書等に記載されている。ドイツ
特許第３４２９６１５号明細書に記載された１、４ジヒ
ドロピリジン化合物は感光性化合物として特に好ましい
ものである。

使用される粉末は導体ラインパターンを製造するために
選択された金属または合金の純粋な粉末であることが好
ましい。対応する金属粉末の混合物が合金の代りに使用
できることは当然である。

同様にカナダ特許第１ｆ　５５９部７号明ｗｉ書または
ドイツ特許第３８０８５１５号明細書に記載された、部
分的にまたは全面的に補助的な元素を含んでいる金属含
有粉末も使用できる。

粘着性表面区域に粉末を供給して生じた粉末パターンを
有するセラミック基体は通常のように熱処理される。こ
の工程で、少なくとも一時的に粘着性である層は蒸発ま
たは酸化によって除去され、同時に粉末パターンは所望
の導体ライン回路に焼結される。

本発明の方法によって形成された導体ラインパターンは
、非常にわずかな性質の異種金属成分を有し、ゆえにそ
れらの導電率は圧縮された純金属の導電率と非常に近似
する。それらは薄膜パターンより厚い厚さで容易に形成
されるので、その導電率は薄膜パターンから形成される
よりも優れている。それらは、光沢のある表面、非常に
均一なラインエツジを有し、２０ミクロン以下の幅でさ
えも破損しない。それらは非常に強く均一に基体に付着
するので、付着の欠陥の開度は徹底的に減少される。

焼結および付着を制御するのに必要とされる補助元素は
、基体被覆内に十分に含まれることが可能である。した
がって、何等の特別な前処理を受けるない純粋な金属粉
末が粘着性パターンにトナーとして付着するために使用
されることができる。

そのような粉末は市販されているので、本発明の方法は
従来の技術と比較して非常に簡易化される。

この場合においてさらに利点は、粘着表面に選択的に付
着する恐れのある成分を有しないので、トナー粉末組成
が使用中は一定に維持されることである。

本発明は、耐熱性基体特にセラミックの、例えばプリン
ト回路、混成回路、光学部品、および装飾的目的のため
に必要とされる基体上に、金属性パターンを形成するの
に使用されることができる。

実験例 １０００１？ＰＭで動作する遠心被覆装置において、酸
化アルミニウムの５部５ｃｍのプレートは、以下の溶液
の１つによって被覆され、乾燥および熱処理の間、約２
００℃で赤外線放射によって加熱される。

これらのプレートの幾つかはまた、９００℃で１０分間
焼きなましされ、その後冷却された。

１、重量で酢酸９部中に重量で１部のビスマス（１１１
）硝酸塩。

２、重量で水９部中に重量で１部の硼砂（ナトリウムテ
トラボレートデ力ヒドレート）。

ジメチルの３．２５グラムと、メチルエチルケトン１０
０１中の２，６−ジメチルｌ−４−（２°−ニトロフェ
ニル）　−１，４−ジヒドロピリジン−３，５−ジカル
ボキシル酸のジエチルエステル３，２５グラムの溶液は
、乾燥感光層が約１，５ミクロンの厚さであるように、
これらの基体上に被覆され乾燥された。水銀蒸気灯は、
結合試験のために２５ミクロンの幅および２×２Ｈの正
方形の面積の導体ラインを具備するこの層の試験パター
ンを露光するために使用された。約５Ｂ／ｃｍの被ｍ重
量を有する粉末パターンは、ドイツ国特許第３７３８３
９１号明細書の方法によって晒された層上に、約１．５
ミクロン平均粒子寸法の純粋な金粉末を使用して生成さ
れる。プレートはその後、９００℃で１０分間加熱され
る。標本のプレートの顕微鏡考察は、滑らかなエツジを
有する導体ラインを示している。

金の層の基体への付着は、２×２■の表面積上に３７．
５ミクロンの厚さの金の線を結合し、表面積からそれら
を分離するのに必要とされる力を測定することによって
決定された。この試験は約１００回繰返された。分離力
が１０ｃＮより小さい試験の回数が決定された。導体ラ
インの比抵抗を測定するために、それらの断面は供給さ
れた粉末の量を計量することによって計算された。試験
の結果は以下の表において示される。

比較試験Ａ この試験において、基体のプレートは補助元素の塩の溶
液によって被覆されなかった。粘着性パターンは、６２
．５Ｂの酸化ビスマス、３１．３ｍ［の酸化カドミウム
、６　、３ｍｇの酸化銅（１）　、８．６ａ＋ｇの酸化
ロジウム（Ｉｌｌ　）　、および５グラムの金粉末から
ドイツ国特許第３８０６５１５号明細書の例１において
開示されている方法によって形成された粉末によって処
理された。その他では、手段は上記実験例と同じである
。

比較試験Ｂ 手段は、ドイツ国特許第３８０８５１５号明細書の例２
において開示されている方法が５グラムの金粉末、５１
の酢酸塩内の１０４ｍｇのビスマス（Ｉｌｌ　＞アセテ
ートの溶液、および５１の水の中の５８．６ｍｇのカド
ミウムアセテートと１６．２ｍｇの銅（Ｉｌｌ　＞アセ
テートと１９．０＋ａｇのロジウム（Ｉｌｌ）アセテー
トとの溶液から粉末を形成するために使用されることを
除いて、比較試験Ａと同じである。

表 標本 温度 （’Ｃ） １０ＣＮでの 分離 比抵抗 （ＵΩａｍ） ００ ００ ００ ００ ２．８ ２．８ ２．８ ２．８ ４．８ ３．５

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）　（ａ）ビスマス、カドミウム、鉛、銅、硼素、
   ロジウム、ニッケル、インジュウム、アルミニウム、お
   よびシリコンからなる群から選択された補助的な元素の
   塩またはその混合物を含む溶液で基体を被覆し、 （ｂ）被覆された基体を乾燥し、 （ｃ）乾燥された基体を補助的な元素が酸化物を形成す
   る温度より低い温度に加熱し、 （ｄ）加熱した乾燥された基体上に少なくとも一時的に
   粘着性のパターン化された接着性の層を形成し、 （ｅ）パターン化された接着性の層に金属を含む粉末を
   付着させ、 （ｆ）パターン化された基体を接着性の層を除去して粉
   末を焼結するのに充分な温度および時間で焼成すること
   を特徴とする導電性パターンを基体上に形成する方法。
2. （２）　少なくとも一時的に粘着性の層は露光によりそ
   の粘着性が変化する光感応性の層である請求項１記載の
   方法。
3. （３）　光感応性の層はジヒドロピリジン化合物を含ん
   でいる請求項２記載の方法。
4. （４）　金属粉末の金属は、金、銀、パラジュウム、白
   金、および銅ならびにこれら金属の２以上のものの合金
   から選択される請求項１記載の方法。
5. （５）　補助的な元素は、鉛、ロジウム、ニッケル、ア
   ルミニウム、カドミウム、銅、インジュウム、硼素、お
   よびビスマスからなる群から選択される請求項１記載の
   方法。
6. （６）　塩溶液は、溶媒として水および、またはその他
   の有極性液体を含んでいる請求項１記載の方法。
7. （７）　補助的な元素の塩は、酢酸塩、硝酸塩、硼酸塩
   、および塩酸塩からなる群から選択される請求項１記載
   の方法。
8. （８）　補助的な元素の塩および乾燥後の熱処理の温度
   は、補助的な元素化合物から基体上に連続的な、均質な
   、ガラス状薄膜が形成されるように選択される請求項１
   記載の方法。