JPH03136293A - 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。

［従来技術］ ドイツ国特許Ａ　３　１１０７７４３号明細書およびカ
ナダ国特許第１１５５９１３７号明細書には、いわゆる
粉末処理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２５４３９２
２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、Ｕｌｌ
ｒＡａｎｎ氏による文献’Ｅｎｚｙｋｌｏｐａｅｄｌｅ
　ｄｅｒ　ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎＣｈｅｍｉｅ　　、
　　”Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ　ｏｆ　Ｉｎｄｕｓｔ
ｒｉａｌＣｈｅＩＩｌｌｓｔｒｙ　　、第４版、　Ｖｏ
ｌ、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率を減少させるためである。

ドイツ国特許第３８０６５１５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
万年を含む。良好な品質および導電率の細い導体ライン
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。

［発明の解決すべき課題］ したがって、本発明は、接着を制御し、また粉末処理方
法によるセラミック基体上への導電パターンの製造にお
ける焼結工程を制御するために必要な補助的な元素が簡
単にシステムに導入され、そのためそれらが導電金属の
導電性に悪影響を及ぼさない処理方法を開発する問題に
関する。

［課題解決のための手段および作用］ 本発明は、（ａ）少なくとも一時的に粘着性のパターン
化された接着層を基体上に形成し、（ｂ）パターン化さ
れた接着層に金属を含む粉末を供給し、 （ｃ）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を含む第２
の粉末またはその混合物を金属含有粉末パターンに供給
し、 （ｄ）接着層を除去し、粉末を焼結するのに充分な温度
および時間でパターン化された基体を焼成する導電性パ
ターンを基体上に形成する方法に関する。

少なくとも一時的に粘着性のパターンを基体上に形成す
るために、例えば適切な接着剤がスクリーン印刷によっ
て基体表面上に供給される。しかしながら、大きい解像
度、したがって非常に微細な金属パターンに対して露光
の際に粘着性が変化する光感応性の層を使用することが
好ましい。適切な化合物は、ドイツ国特許第１２１０３
２１号明細書、第１９０４０５９号明細書、第１９４４
３１１号明細書、第２７２８２０９号明細書、第２８１
５８９４号明細書、ｆ４３０２３２４７号明細書、ｆ４
３４２９　Ｂ１５号明細書およびその他に記載されてい
る。

ドイツ国特許第３５４０８０４号明細書には、光感応性
の１．４−ジヒドロピリジン化合物を使用することによ
って形成されたパターンである蛍光顔染料の粉末パター
ンは第２の粉末による処理によって汚染され得ることが
記載されている。ここにおいて、第１の顔染料による被
覆が完全に粘着性の表面を飽和しないことが説明されて
いる。しかしながら、これは金属含有粉末により形成さ
れる粉末パターンに対するものと異なっている。この場
合、粉末パターンは十分な厚さおよび導電性の導体ライ
ンをコンパクトにするために焼結されなければならない
ため、単一面積当りの被覆重量は非常に高いので粘着性
の表面は少なくとも１つのコンパクトな粉末粒子の層に
よってカバーされる。

これらの状況下において、第２の粉末の粒子は、飽和さ
れない粘着層ではなく金属含有粉末層の外面に接着する
。この接着がどのようにして生じるかは詳細に説明され
ることはできない。第１の被覆中で金属含有粉末のいく
つかの粒子は直接しっかりと接着せず、それらの表面上
のある粘着性材料をピックアップし、最終的に外側に面
した粘着性の表面により粉末パターンの外部に固定され
たままになると考えられる。第２の被覆期間中、第２の
粉末の粒子はこれらの粒子に接着することができる。し
かしながら、粘着性の材料は第１の粉末パターンの粒子
表面上を粉末層の外側への拡散によって光感応性の層か
ら流出し、それによって第２の粉末を接着させることが
できると考えられる。

本発明の方法を行う際に、第２の被覆によって第１の粉
末パターン上に付若された第２の粉末の量は第２の被覆
中の状況だけでなく、第１の被覆１１の状況および２つ
の過程の間に費やされた時間によっても決定されること
が一般に観察される。

所望の被覆に必要なパラメータは予め試験によって得る
ことができる。一般に、第２の粉末はｌ１位面積当り導
体ライン（第１の粉末）重量が０．１乃至２５重量％の
範囲で被覆される。範囲は約１乃至ＩＯ重ユニであるこ
とが好ましい。

当業名は、補助的な元素の化合物が導体ラインの接着を
保証する場合、それらは導体ラインと基体との間に供給
されなければならないと考えるであろう。しかしながら
、本発明は基体に対する焼結された導体ラインの接着も
また粉末層の外部上に接着性介在化合物を供給すること
によって保証されることができることを示す。

第１の粉末パターンを形成する粉末は接着剤を含まずに
導電金属からなることが好ましい。金、銀、プラチナ、
パラジュウム、および銅ならびにこれらの合金は好まし
い導電金属である。複数の金属粉末の混合物はまた粉末
パターンを形成するために使用されることができる。

補助的な元素の選択は、金属パターンを製造するために
使用される金属のタイプおよび基体のタイプに従う。こ
の目的で、当業者は現在知られている技術を利用するこ
とができる。

接着および焼結を制御するために第２の粉末中で使用さ
れる補助的な元素は、例えばビスマス、カドミウム、鉛
、ロジウム、銅、ニッケル、硼素、アルミニウムおよび
、またはシリコンであることができる。したがって、接
着は酸化結合およびガラス結合の両メカニズムによって
発生し得る。

第２の粉末は、純粋な状態で、および塩または酸化物と
して補助的な元素を含む。導電金属が貴金属ならば、粉
末パターンは酸化大気中で焼結されることができ、その
後純粋な状態で導出された補助的な元素が接着性介在酸
化物に変化される。

この方法の変形において、金属性のビスマス、カドミウ
ム、鉛、硼素、およびロジウムが特に適切である。しか
しながら、これらの元素はまた第２の粉末の成分として
酸化物または塩の形態で使用されることができる。

最後に、例えばシリコン、鉛、アルミニウムおよび、ま
たは硼素の酸化物を含むガラス粉末は第２の粉末として
使用されることができる。

［実施例コ 以下、実施例で説明する。

酸化アルミニウム構造は現在の技術により耐熱基体とし
て成形されることが好ましい。しかしながら、例えば酸
化ベリリウム、窒化アルミニウム、二酸化シリコンまた
はエナメルで被覆された金属等の別の既知の基体が使用
されることができる。

粘着性の表面区域に粉末を供給して生成された粉末パタ
ーンを有するセラミック基体は通常の方法で焼成される
。この工程において、少なくとも一時的に粘着性の層は
気化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
非常に不純物金属の含有量が低く、したがってその導電
率は純粋のコンパクト金属の導電率にかなり近付く。そ
れらは薄膜パターンよりも厚く製造され昌いため、その
導電性は薄膜パターンよりも優れている。それらは滑ら
かな表面、非常に均一なラインエツジおよび幅の２０ミ
クロンより狭い幅でも平坦で、破損がない。それらは非
常に強力に、均一に基体に接着するため、接着故障の頻
度は著しく減少される。

焼結および接着を制御するために必要な補助的な元素は
完全に第２の粉末中に含まれることができ、る。したが
って、特別の予備処理を全く受けていない純粋の金属粉
末が接着性パターンにトナーを付着させるために使用さ
れることができる。このような粉末は市販されているの
で、その方法は現在の技術的状態では非常に簡単である
。この場合、別の利点はトナー粉末化合物が粘着性の表
面に選択的に接着する成分を持たないので使用中−定の
ままであることである。

本発明は、例えばハイブリッド回路のようなセラミック
基体上に導体ラインパターンを形成するために使用され
る。それはまた例えば金属装飾のような他の目的に使用
されることができる。

実験例 １００１のメチルエチルケトン中２，６−ジメチルｌ−
４−（２−ｍ＝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各３．２５グラムの
ジメチルおよびジエチルエステルの溶液か酸化アルミニ
ウムの５ｘ’５ｃｍの試験プレート上に被覆され、乾燥
された。乾燥された感光性層は約１．５　ミクロンの厚
さである。この層上で、２５ミクロンの幅および２×２
１の正方形の区域の導体ラインを有する試験パターンが
接着試験のために水銀蒸着ランプで露光された。ドイツ
国特許第３７３Ｇ　３９１号明細書の処理方法にしたが
って、約１．５ミクロンの平均粒子寸法を有する純金の
粉末を使用することにより約８［／ｃＩｌの被覆重量の
粉末パターンが露光された層上に生成された。室温での
５分の待機期間の後、以Ｆの粉末が第２の被覆工程で供
給された。

サンプル１：約１０ミクロンの平均粒子寸法の純粋のビ
スマス金属。第１の粉末パターン上に接着されたものは
ｏ、ｇ　ｒＡｇｉｃｔｒｒであった。

サンプル２：微細に粉末にされた硝酸ビスマス（ＩＩＩ
）　、被覆重量０．７　ｍｇ／　ｅｌ。

サンプル３：硝酸ビスマス（ＩＩＩ）とアセテート鉛（
ＩＩ）の重量で等しい混合物。被覆工ｆｆ１０．８ｍｇ
／ｃｍ。

サンプル４ニガラス粉末化合物（重量％）：１７．９％
の二酸化シリコン、７２．１％の酸化鉛、２．８％の酸
化アルミニウム、１．２％の酸化硼素、被覆重量０．２
　Ｂ／　ＣＩ。

その後プレートは１０分間９００℃で焼成される。

顕微鏡による検査において平坦なエツジおよび滑らかな
表面を有する導体ラインが認められた。

基体に対する金の層の接着は２×２１の区域に３７．５
μｍ厚の金のワイヤを結合し、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回反復され、平均分離強度が決定された
。導体ラインの比抵抗を決定するために、それらの断面
は重量で決定された被覆粉末の量から計算された。試験
結果は以下の表に示されている。

比較試験 この試験において、粘着性のパターンは、ドイツ国特許
第３８０８５１５号明細書の実施例２において示された
方法を使用して１０４ｍｇのビスマス（ｍ）アセテート
および５ｇの金粉から形成された粉末により処理された
。第２の粉末は使用されていない。その他の点において
、その過程は実施例と同一であった。

サンプル　　分離強度　　比抵抗（８０ｃｍ）１　　　
　　１５．８　　　　　２．８２　　　　　１３．８　
　　　　２．８３　　　　　１４．７　　　　　２．８
４　　　　　１１３．３　　　　　２．６比較　　　　
１Ｇ、７　　　　　２．８実施例は、現在の技術による
ものと同じ品質の結果が本発明の簡ｊｐな処理方法で得
ることができることを示している。従来技術に必要な金
粉の特別な調整は、本発明における純粋金属粉末の適用
に比較してはるかに複雑である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）少なくとも一時的に粘着性のパターン化さ
   れた接着層を基体上に形成し、 （ｂ）パターン化された接着層に金属を含む粉末を供給
   し、 （ｃ）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を含む第２
   の粉末またはその混合物を金属含有粉末パターンに供給
   し、 （ｄ）接着層を除去し、粉末を焼結するのに充分な温度
   および時間でパターン化された基体を焼成することを特
   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１，４−ジヒドロピリジンを含ん
   でいる請求項２記載の方法。
4. （４）金属含有粉末は、補助的な元素を含んでいない請
   求項１記載の方法。
5. （５）金属は、純金、銀、プラチナ、パラジュウム、お
   よび銅ならびにこれらの混合物およびそれらの合金から
   なる群から選択される導電金属である請求項４記載の方
   法。
6. （６）第２の粉末中の補助的な元素は、ビスマス、カド
   ミウム、鉛、ロジウム、銅、ニッケル、硼素、アルミニ
   ウム、およびシリコンからなる群から選択される請求項
   ５記載の方法。
7. （７）第２の粉末は金属性のビスマス、カドミウム、鉛
   、硼素および、またはロジウムからなる請求項６記載の
   方法。
8. （８）第２の粉末はビスマス、カドミウム、鉛、硼素お
   よび、またはロジウムの酸化物または塩を含む請求項６
   記載の方法。
9. （９）第２の粉末はシリコン、鉛、アルミニウムおよび
   、または硼素の酸化物を含むガラス粉末である請求項６
   記載の方法。