JPH0632362B2 - 導体回路を有するセラミック基板の製造方法 - Google Patents

導体回路を有するセラミック基板の製造方法

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JPH0632362B2
JPH0632362B2 JP62206689A JP20668987A JPH0632362B2 JP H0632362 B2 JPH0632362 B2 JP H0632362B2 JP 62206689 A JP62206689 A JP 62206689A JP 20668987 A JP20668987 A JP 20668987A JP H0632362 B2 JPH0632362 B2 JP H0632362B2
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/12Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はセラミック基板の製造方法に関するもので、特
に導体回路を有するセラミック基板の製造方法に関する
ものである。
(従来の技術) アルミナ基板や窒化アルミニウム基板等を代表とするセ
ラミック基板にあっては、セラミックの特性である高い
強度、優れた熱放散生、及び化学的安定性等を有してい
ることによって、電子部品を搭載するものとして多く利
用されつつある。特に、このセラミック基板の優れた熱
放散性は、電気部品搭載用基板において搭載された電子
部品や回路中から発生する熱を効率よく外部に放散させ
る必要があることから、この種の電子部品搭載用基板に
とっては重要な条件である。
このように、電子部品を搭載するためのセラミック基板
にあっては、優れた熱放散性を有することは勿論、この
セラミック基板に形成される導体回路についても、少な
くとも次のような条件が必要とされる。すなわち、 この導体回路とセラミック基板との密着が確実になっ
ていること 導体回路自体の比抵抗が小さいこと等である。
従来のセラミック基板は、例えば窒化アルミニウム基板
を例にとって説明すると、窒化アルミニウム粉末によっ
て形成した生成形体上に導体回路となるタングステンメ
タライズ物質を印刷等によって回路形成し、これをその
まま常圧焼結によって焼成していたのである。
ところが、このようにして形成されたセラミック基板に
おける、特にタングステンメタライズの導体回路の特性
を調べてみると、基板の内部及び表面に形成した導体回
路抵抗値は、通常は20mΩ/□程度と比較的高い値で
あり、一方導体回路の比抵抗値はおよそ30μΩ−cm
である。特に、タングステンメタライズによって形成し
た導体回路の比抵抗値が30μΩ−cmであることは、
そのタングステンメタライズの理論値が5.5Ω−cm
であることからすると、かなり高いものであることがわ
かる。また、このように形成した導体回路と窒化アルミ
ニウム基板との密着強度を測定した結果、平均値が1k
g/mm2以下であり、この種の基板に要求される密着
強度2kg/mm2より低い値であった。
そこで、本発明者等は、導体回路の比抵抗値がその理論
値より高くなる原因及び基板に対する密着強度が小さく
なる原因を検討してみた結果、このようになる原因はセ
ラミック材料のバインダーあるいはメタライズインク中
に含まれている不純物による影響であることを新規に知
見し、本発明を完成したのである。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は以上のような経緯に基づいてなされたもので、
その解決しようとする問題点は、この種セラミック基板
の導体回路における比抵抗値の高さであり、かつ基板に
対する密着強度の不足である。
そして、本発明の目的とするところは、導体回路の抵抗
値をその理論値により近づけることができ、しかも基板
に対する密着強度の優れたセラミック基板を製造するこ
とのできる方法を提供することにある。
(問題点を解決するための手段及び作用) 以上の問題点を解決するために本発明が採った手段は、
実施例に対応する第1図〜第6図を参照して説明する
と、 「少なくとも表面の一部に導体回路(14)を有するセラミ
ック基板を下記の工程によって製造する方法。
(1)セラミック粉末にバインダーを添加してから所望
の生成形体(10)を形成する工程; (2)この生成形体(10)の少なくとも表面の一部に前記
導体回路(14)となるメタライズペースト(13)を印刷する
工程; (3)この生成形体(10)を減圧状態かつ無加圧状態で、
その本焼成温度より100〜500℃低い温度まで加熱
しながら、前記バインダー及びメタライズペースト(13)
中に含まれる不純物を脱気する工程; (4)この不純物の脱気後、生成形体(10)を窒素ガス雰
囲気中でホットプレスによって加圧焼成する工程。」 である。
すなわち、本発明にあっては、まずセラミック粉末にバ
インダーを添加してから、第1図に示すような所望の生
成形体(10)を形成する必要があるのである。セラミック
粉末にバインダーを添加する必要があるのは、完成後の
セラミック基板を緻密状態のものとし、これによりその
強度及び熱放散性を良好なものとするためである。そし
て、第2図に示すように、この生成形体(10)の少なくと
も表面の一部に導体回路(14)となるメタライズペースト
(13)を印刷するのである。導体回路(14)となるメタライ
ズペースト(13)を印刷によって形成するのは、この方法
が所謂ファインパターンを形成するのに適しているから
である。以上の場合のセラミック粉末に添加されるバイ
ンダー、及びメタライズペースト(13)としては、従来の
ものと同様なものを使用すればよいものである。
なお、この場合、必要に応じてメタライズペースト(13)
を印刷した生成形体(10)を複数積層して多層の生成形体
を形成するようにして実施してもよいものである。
そして、以上のようにメタライズペースト(13)を印刷し
た生成形体(10)を減圧状態かつ無加圧状態で、その本焼
成温度より100〜500℃低い温度まで一定時間加熱
するのである。このようにするのは、セラミック粉末に
添加されるバインダー、及びメタライズペースト(13)中
に含まれている不純物を気化させ、この気化した不純物
を外部に放出させてこれを除去するためである。すなわ
ち、以上のようにすることによって、メタライズペース
ト(13)から形成される導体回路(14)に悪影響を及ぼすと
考えられバインダー及びメタライズペースト(13)中の不
純物を脱気するのである。
この場合、生成形体(10)を室温付近の温度から大気圧状
態または加圧状態で完全に焼成してしまうと、例えば窒
化アルミニウム基板などでは気化された酸素、鉄、炭素
等の不純物が外部に出にくくなるので、セラミック材料
は室温付近の温度から大気圧状態または加圧状態で焼成
しないことが必要である。すなわち、この場合の加熱
は、生成形体(10)を減圧状態かつ無加圧状態にするとと
もに、セラミック材料の本焼成温度より100〜500
℃低い温度まで加熱するのである。具体的には、セラミ
ック材料が窒化アルミニウムの場合には、略1400〜
1700℃の温度範囲内まで加熱するのがよいのであ
る。また、この場合、生成形体(10)を無加圧状態で加熱
するのは、1400より低い温度域で圧力を付与する
と、生成形体(10)自体が破損してしまうからであり、逆
に1700℃より高い温度域で圧力を付与すると、17
00℃までにホットプレス内で常圧焼結が進行し、メタ
ライズ部と基材との接着力が低下するからである。
このように脱気した生成形体(10)を、第4図に示すよう
な焼成装置(20)を使用して窒素ガス雰囲気中でホットプ
レスするのである。このホットプレスは、通常使用され
ている一般的な方法でよい。また、一度不純物を脱気し
たのであるから、焼成中に不純物が混入しないようにす
るため、窒素ガス雰囲気中でホットプレスするのであ
る。
なお、上記の各工程に必要な時間は、製造すべき基板の
大きさによって決定されるものであり、その生成形体(1
0)の焼成にあった必要十分な時間をとるようにして実施
すればよい。
以上のようにして、導体回路の比抵抗値をその理論値に
近づけ、しかも基板に対する密着強度の優れたセラミッ
ク基板を製造するのである。
(実施例) 次に、本発明に係る製造方法を、実施例に従って具体的
に説明する。
まずセラミック粉末材料として純度が99.9%で、平
均粒度が1μmの窒化アルミニウム粉末を使用し、これ
にアクリル系バインダー(トルエン溶媒)を添加してこ
れを混練した。この材料をドクターブレード法により、
厚さ1.00mmの生シートを形成してこれを切断する
ことにより、第1図に示したような45×45mmの角
板の生成形体(10)を形成した。
次に、第2図に示したようなスクリーン(11)及びスキー
ジ(12)を使用したスクリーン印刷法により、例えば第3
図に示すような導体回路(14)を有するセラミック基板と
するために、生成形体(10)の表面に導体回路(14)となる
メタライズペースト(13)を印刷した。この場合に使用し
たメタライズペースト(13)としては、平均粒径が3.5
μm±1μmで純度が99.9%のタングステン100
重量部に対し、エチルセルロースバインダー1重量部、
溶媒α−テレビネオール20重量部を加えて混合したも
のである。なお、このようにメタライズペースト(13)を
印刷した生成形体(10)は単体として使用してもよいが、
多層に積層してから使用するようにしてもよい。
このようにして形成した単相あるいは多層の生成形体(1
0)を、第4図に示したような焼成装置(20)内に挿入して
焼成するのであるが、この焼成は次の段階を経てなされ
る。
まず、第5図及び第6図に示すように、焼成装置(20)
による圧力を加えない状態で、常温から窒化アルミニウ
ムの本焼成温度より100〜500℃低い温度、すなわ
ち1400℃程度の温度になるまでの間は35℃/分の
割合で昇温し、かつ雰囲気圧力が1〜10-4Torrと
なるように減圧して加熱した。本実施例におけるこの加
熱時間は、約4hrであった。このようにしたのは、上
記の生成形体(10)中のバインダーやメタライズペースト
(13)中の不純物を気化させるとともに、この気化した不
純物を外部に十分排出するためである。なお、第5図及
び第6図は、その各時間軸が各第5図及び第6図におい
て一致するように示してある。
次に、この焼成装置(20)内に窒素ガスを導入するとと
もに、焼成装置(20)による圧力を200〜250kg/
cm2として加圧し、かつ1400〜1700℃の温度
で15〜20分間加熱焼成した。そして、この加圧状
態を維持しながら、10℃/分の割合で昇温しながら、
本実施例の窒化アルミニウムの焼成温度である1910
℃まで昇温し、この1910℃の温度で約1時間保持し
焼成した。
以上のように形成したセラミック基板の導体回路(14)の
抵抗値、比抵抗値及び基板に対する密着強度を測定した
結果、それぞれ10.20mΩ/□、11.8μΩ−c
m及び2.3kg/mm2であった。
(発明の効果) 以上詳述した通り、本発明にあっては、 「少なくとも表面の一部に導体回路(14)を有するセラミ
ック基板を下記の工程によって製造する方法。
(1)セラミック粉末にバインダーを添加してから所望
の生成形体(10)を形成する工程; (2)この生成形体(10)の少なくとも表面に導体回路(1
4)となるメタライズペースト(13)を印刷する工程; (3)この生成形体(10)を減圧状態かつ無加圧状態で、
その本焼成温度より100〜500℃低い温度まで加熱
しながら、バインダー及びメタライズペースト(13)中に
含まれる不純物を脱気する工程; (4)この不純物の脱気後、生成形体(10)を窒素ガス雰
囲気中でホットプレスによって加圧焼成する工程。」 にその構成上の特徴があり、これにより、導体回路の比
抵抗値をその理論値に近づけることができ、しかも基板
に対する密着強度の優れたセラミック基板を製造するこ
とのできる方法を提供することができるのである。
すなわち、本発明に係る製造方法によれば、基材中のバ
インダー成分やメタライズペースト(13)中に含まれる不
純物を十分除去することができるので、メタライズペー
スト(13)をカーバイト化していない純粋な導体回路(14)
として形成することができるのであり、従ってこの導体
回路(14)を、セラミック基板に対する密着強度に優れた
ものとすることができ、比抵抗の少ないものとすること
ができるのである。しかも、本発明に係る製造方法にあ
っては、最終的にはホットプレス法を採用するので、導
体回路(14)の緻密化を促進することができ、しかも生成
形体(10)を加圧焼成するので寸法精度に優れたものとす
ることができるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は生成形体の斜視図、第2図は生成形体上にメタ
ライズペーストを印刷している状態を示す部分拡大断面
図、第3図は導体回路が形成されたセラミック基板の斜
視図、第4図は生成形体を焼成している状態を示す焼成
装置の断面図、第5図及び第6図のそれぞれは本発明に
係る製造方法を採用して生成形体を焼成する時間と温度
及び圧力と温度の関係を示すグラフである。 符号の説明 10……生成形体、11……スクリーン、12……スキージ、
13……メタライズペースト、14……導体回路、20……焼
成装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも表面の一部に導体回路を有する
    セラミック基板を下記の工程によって製造する方法。 (1)セラミック粉末にバインダーを添加してから所望
    の生成形体を形成する工程; (2)この生成形体の少なくとも表面の一部に前記導体
    回路となるメタライズペーストを印刷する工程; (3)この生成形体を減圧状態かつ無加圧状態で、その
    本焼成温度より100〜500℃低い温度まで加熱しな
    がら、前記バインダー及びメタライズペースト中に含ま
    れる不純物を脱気する工程; (4)この不純物の脱気後、前記生成形体を窒素ガス雰
    囲気中でホットプレスによって加圧焼成する工程。
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