JPH0645476B2 - メタルマスク基板 - Google Patents

メタルマスク基板

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JPH0645476B2
JPH0645476B2 JP2328260A JP32826090A JPH0645476B2 JP H0645476 B2 JPH0645476 B2 JP H0645476B2 JP 2328260 A JP2328260 A JP 2328260A JP 32826090 A JP32826090 A JP 32826090A JP H0645476 B2 JPH0645476 B2 JP H0645476B2
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/12Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/16Silica-free oxide glass compositions containing phosphorus
    • C03C3/19Silica-free oxide glass compositions containing phosphorus containing boron

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はメタルマスク基板に関し、特に金属または磁
性もしくは非磁性のステンレス鋼の設計パターンによる
スルホールに、耐熱絶縁性ガラスまたは該ガラス等をフ
ィラーとした可視光硬化型樹脂が充填され、電子回路の
ハイブリッド化に対する要求特性の多彩化に適したメタ
ルマスク基板に関するものである。
〔従来の技術〕
メタルマスク基板として従来使用されている金属の代表
的なものとしては鉄、ステンレス鋼、銅、リン青銅、ア
ルミニウム、およびアルミニウム合金があり、セラミッ
ク基板も使用されている。これらの中から選ばれた下地
金属の線膨張係数と絶縁部を形成する絶縁性物質たとえ
ばガラスフリットペースト等の線膨張係数とが使用温度
に応じて一致していることが必要である。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記のメタルマスク基板に用いられる支持体金属の中
で、特に磁性および非磁性のステンレス鋼は耐熱性でか
つ低酸化性のため加工処理をするとき特別な雰囲気処理
を行う必要がないという利点があり他の金属に較べて好
ましい材料とされている。しかし、ステンレス鋼は絶縁
部を形成する樹脂やガラス等との密着性が弱いためこれ
らとの溶着が難しく、かつステンレス鋼に直接ハンダ付
けが不可能とされていた。したがって、ステンレス鋼を
メタルマスク基板の支持材として使用するためには、こ
のような接合要素を解決しなければならず、そのため従
来表面に電解または無電解により1μm以下程度のニッ
ケルメッキを施すか、塩酸またはカセイソーダ等で化学
的にエッチングを施すか、硫酸浸漬により部分酸化を行
う等の前処理を行ってから絶縁材を被覆あるいは充填し
なければならなかった。
本発明はこの問題を解決するためになされたもので、特
殊なバインダーを開発し、何等の下地処理を必要とせず
ステンレス鋼に対して樹脂およびガラスとの密着性を与
えるとともに、ステンレス鋼に直接ハンダ付けを可能と
し、任意の部分に接続することができる技術によるメタ
ルマスク基板を得たものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は重量に基づきSiO0〜8%,B4〜
15%,P20〜71%,ZnO0〜2%,Al
0〜10%,PbO 0〜1%,ZrO0〜2
%,TiO0〜2%,LiO 0〜1%,Na
0〜2%,KO 0〜11%,MgO 0〜5%,
CaO 0〜14%,SrO 0〜18%,BaO 0
〜42%,Nb0〜1%,Ta0〜4%,
La0〜11%,WO0〜1%,Y0〜
1%,からなる高温絶縁性ガラスが磁性または非磁性の
ステンレス鋼に設けられた設計パターンのスルーホール
に充填されていることを特徴とするメタルマスク基板で
ある。また本発明は前記組成のガラスに、さらに焼結し
た金属酸化物0〜10重量%を添加した高温絶縁性ガラ
スを用いることができる。本発明はまた重量に基づきS
iO0〜8%,B4〜15%,P20〜
71%,ZnO 0〜2%,Al0〜10%,P
bO 0〜1%,ZrO0〜2%,TiO0〜2
%,LiO 0〜1%,NaO 0〜2%,K
0〜11%,MgO 0〜5%,CaO 0〜14
%,SrO 0〜18%,BaO 0〜42%,Nb
0〜1%,Ta0〜4%,La0〜1
1%,WO0〜1%,Y0〜1%,からなる高
温絶縁性ガラスまたは焼結した金属酸化物からなる高温
絶縁性物質を溶融粉砕した粉体をフィラーとして10〜
95重量%含有する耐熱絶縁性可視光硬化型樹脂が、磁
性または非磁性のステンレス鋼に設けられた設計パター
ンのスルーホールに充填されていることを特徴とするメ
タルマスク基板である。
本発明のマスク基板の支持体は、磁性または非磁性のス
テンレス鋼である。勿論、鉄、銅、リン青銅、アルミニ
ウム、アルミニウム合金等従来用いられている金属の支
持体も使用することができる。磁性または非磁性のステ
ンレス鋼は本発明に特に好適に用いられる。
ステンレス鋼は他の金属に較べて酸化を受け難く、絶縁
層を充填するとき特別な雰囲気処理をする必要がない利
点を有する。なかでも比較的低膨張率(100〜300
℃における線膨張率α100 300が110〜140×10
-7/℃)のものが好適である。
本発明において用いられるガラスの組成は前記請求項1
に明記した通りである。その中でSiO,B
よびPはガラスの基本構造をなす網目構造形成酸
化物として、またLiO,NaO,MgO,CaO
等は網目修飾酸化物として周知の酸化物である。本発明
に用いられるガラスは、そのほかにZnO,Al
,ZrO,La等多くの酸化物を添加成
分として含有し、前記基本構造をなす各成分の含有量と
の関係から前記の組成範囲が限定されたもので、前記範
囲外の組成では本発明の所期の目的を達成するガラスを
得ることができない。
本発明に用いられるガラスは前記の他にAsおよ
びSbの少なく共1種が添加成分として1重量%
以下を含有させることができる。該成分はガラスを溶融
するときの清澄剤として作用するものであり、これを含
有するととくに清澄効果があるため存在させることが望
ましい。
本発明に用いられるガラスはさらに10重量%以下の焼
結した金属酸化物、例えば市販の焼結顔料およびフォル
ステライトセラミックを添加成分として含有することが
できる。該成分はガラスの耐熱性の向上に有効である。
市販の焼結顔料としては具体的には例えばTi,Sb,
Cr,Fe,Ni,Al,Zn,Si,Co,Mn,Z
r,Pb等の酸化物の少なくとも2種以上の焼結粉体す
なわちセラミックカラー粉砕物(粒径<10μm)等で
ある。
本発明に用いられるガラスの具体的な組成の例を第1表
に示す。
本発明のメタルマスク基板、磁性または非磁性のステン
レス鋼支持体に設けられた設計パターンのスルホールに
前記組成のガラスまたは該ガラスをフィラーとして添加
した可視光硬化型樹脂が絶縁部として充填された構造体
である。このメタルマスク基板は支持体がステンレス鋼
であって、機械的強度、適度の柔軟性および加工性に富
み、大型の異形基板が製作可能となる。また後述する本
発明の基本となった独特のペーストを用いてステンレス
鋼に直接アースをとることができるためハイブリッド化
に適した多彩な回路設計ができるマスク基板である。
従来、ステンレス鋼に絶縁部として充填されるガラスま
たは樹脂は、ステンレス鋼との密着性が悪いため、積層
に先立ちステンレス鋼の表面に電解メッキもしくは無電
解メッキにより1μm以下のニッケルメッキを施すか、
塩酸またはカセイソーダ等により化学的エッチングを行
うか、あるいは硫酸に浸漬して部分酸化を行う等の前処
理が必要であった。
請求項1の本発明はこのようなステンレス鋼の下地処理
は必要でなく、ステンレス鋼と密着性のよいガラスが支
持体に設けられたスルーホールに充填されたメタルマス
ク基板である。またこのマスク基板は充填されるガラス
に含有される前記微量成分によって耐化学薬品性、耐久
性が向上している。
ステンレス鋼に充填されるガラスは比較的熱膨張係数の
低いもので、可及的ステンレス鋼支持体の膨張率に近い
ものであることが望ましい。そのガラスとしては例え
ば、第1表に掲げた組成のガラスの中からも適宜選択し
てスルーホールに充填して用いることができる。基板の
厚さは任意であり、好ましいのは0.6〜0.8mmで
ある。
上述した絶縁ガラスをスルーホールに充填したステンレ
ス鋼マスクは次のようにして製造することができる。
本発明に用いるガラスは請求項1および2に記載した組
成からなる混合物(例えば第1表に示した中から選んで
もよい)を石英ルツボで粗溶融する。溶融物を一旦水
砕、乾燥する。次いでこのガラスを白金ルツボで再度溶
融する。
溶融温度および溶融時間はガラス組成によって任意に選
択することができ特に制限はないが1,200〜1,4
00℃で90〜150分の範囲が好ましい。この溶融は
無気泡のガラスとするため光学溶融を行う。溶融したガ
ラスは平板状に引出して徐冷した後所望の形状に切出す
こともできるし、水砕、乾燥してガラスフリットにして
用いることもできる。
次にこのガラスを用いてメタルマスク基盤を作製する。
平板状のガラスを用いる場合を第1図〜第3図により説
明する。第1図はステンレス鋼支持体2の上に板ガラス
1を乗せた状態を示し、支持体はマグネシアまたはアル
ミナに窒化ホウ素まを塗布した離型性セッター4の上に
おかれる。加熱によりガラスが溶融し、第2図のように
支持体に設けられた設計パターンのスルーホール3に充
填される。冷却後余剰のガラスを研磨除去して、第3図
のマスク基板とする。ガラスの加熱溶融温度は使用する
ガラスの組成に応じて適宜選択すればよい。一般に70
0〜900℃である。
絶縁ガラスをフリットとして用いる場合は、乾燥したガ
ラスフリットをまず風篩で10μm以上の粗粒を分離除
去する。
分粒されたガラスフリット(粒径10μm未満)にビー
クルを加え、例えばスリーロールミル等の混練機を用い
て4時間以上混練した後抜気してペーストを調製する。
ここで用いられるビークルは本発明の基本となるもの
で、5〜10重量%のセルロース誘導体のブチルカルビ
トールアセテートテートまたはα−ターピネオールの溶
液が用いられる。セルロース誘導体としてはメチルセル
ロース、エチルセルロース等のアルキルセルロースが好
適に用いられる。本発明におけるガラスフリットのペー
スト化にはこのアルキルセルロースを5〜10重量%の
ブチルカルビトールアセテート等の溶液として使用す
る。溶剤としてはブチルカルビトールアセテートまたは
α−ターピネオールが好ましい。溶液のアルキルセルロ
ースの濃度はペーストの粘度の調整に重要で、通常5〜
10重量%の範囲が好ましい。
このビークルを用いて前記ガラスフリットと混練すれば
長期間安定なペーストを調製することができ、かつこの
ペーストは何等の下地処理をしなくてもステンレス鋼の
表面に塗布して焼結することにより密着製に優れた積層
体を形成することができる。この場合のペーストの粘度
は100〜200ポイズが好適で、前記濃度のビークル
とガラスフリットとの混合比を適宜選択して調製するこ
とができる。
絶縁ガラスをフリットとして用いる場合の本発明のステ
ンレス鋼マスク基板は、設計されたパターンのスルーホ
ールを設けたステンレス鋼支持体に前記ペーストを塗布
してスルーホールに充填し、乾燥、焼成した後余剰のガ
ラスを研磨除去して作製することができる。
ペーストの塗布方法は例えばロールコーター、スクリー
ンコーター、オートディスペンサー等、印刷方法は例え
ばスクリーン印刷等いずれも従来公知の方法を用いて行
うことができる。
ペーストを塗布してスルーホールに充填した後まづ12
0〜150℃で15分程度乾燥する。次いでこれを焼成
するが乾燥、焼成は空気中で行うことができ、バインダ
ーの分解燃焼が活発な350〜400℃の間では昇温速
度をできるだけゆるやかにすることが好ましい。焼成の
加熱および冷却のパターンは第4図のように示すことが
できる。350℃または40℃/分で昇温し、350〜
400℃の間は前記のように昇温速度を落とし、約5℃
/分とする。400℃に達した後は10℃/分で750
℃〜850℃に昇温し、この温度で約20分焼成する。
焼成後は放冷して室温に戻す。
請求項3の本発明は、磁性または非磁性のステンレス鋼
の板状支持体に設けられた設計パターンのスルーホール
に、前記マスク基盤で用いられる組成を有するガラスま
たは金属酸化物焼結体の微粉体をフィラーとして10〜
95重量%添加した可視光硬化型樹脂が絶縁部として充
填された耐熱性メタルマスク基板である。樹脂中のガラ
スの含有率が10重量%以下では樹脂の耐熱性向上に効
果がなく好ましくない。その点からいえば樹脂中のガラ
スの含有率はは50重量%以上が望ましい。ここに用い
られる可視光硬化型樹脂としては市販のアクリル系樹脂
およびエポキシ系の樹脂等があり、いずれも使用するこ
とができる。なかでも一液型のアクリル系可視光硬化型
樹脂は取扱い上好ましい。樹脂および支持体のステンレ
ス鋼の線膨張係数は大きな差があるが樹脂の収縮率が小
さいので問題はない。
また、可視光硬化型樹脂の屈折率(n)と添加される
ガラスの屈折率(n)とが同一であることが望まし
い。この両者が異なる場合は、充填硬化したときパター
ンの鮮明度が低下するので好ましくない場合がある。可
視光硬化型樹脂としては市販のアクリル系樹脂等を使用
することができ、その屈折率と同一の屈折率を有するガ
ラスを本発明の組成中から適宜選択することができる。
このメタルマスクの作製は、ガラスフリットと可視光硬
化型樹脂とを所定の割合で混合し混練してペーストと
し、このペーストを設計パターンのスルーホールを設け
たステンレス鋼支持体に塗布してスルーホールに充填
し、メタルハライド光源(470nm)を使用して窒素
気流中で数十秒乃至数分間照射して硬化させた後余剰の
樹脂を研磨除去する方法が用いられる。ペーストの充填
法は公知の方法を用いることができ、なかでもオートデ
ィスペンサーで噴霧塗布する方法は好ましい。
本発明においては、さらに前記ビークルとして用いたセ
ルロース誘導体のバインダーペーストを予め塗布するこ
とにより、従来不可能であったステンレス鋼へのハンダ
付けを可能とすることができる。この目的で使用される
ペーストとしては、5〜10重量%の無機酸が添加され
る。すなわちその構成は5〜10%の無機酸を添加した
セルロース誘導体のBCA溶液またはα−ターピネオー
ル溶液からなるペーストである。BCA溶液またはα−
ターピネオール溶液中のセルロース誘導体の濃度は5〜
10重量%が好適である。セルロス誘導体としてはアル
キルセルロースが好ましく、メチルセルロースおよびエ
チルセルロースは好適である。また添加される無機酸と
しては、塩酸、フッ酸およびフッ酸とリン酸との混酸が
好ましい。混酸の組成としてはリン酸3〜10容量%が
好適である。
このペーストをステンレス鋼のハンダ付け部分に予め塗
布または印刷しておくことにより、ステンレス鋼に極め
て容易にハンダ付けすることができ、ステンレス鋼を支
持体とする電子回路のハイブリッド化に対する要求特性
の多彩化に適した基板を作製することができる。
〔実施例〕
以下実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例1 重量%でNi 74.09,Cr 15.69,Fe
9.22,Mn 0.31,Co 0.3,Si 0.
21,P 0.009,S 0.001,Cu 0.0
4の組成の非磁性ステンレス鋼(300℃における線膨
張係数α100 300=137.2×10-7/℃)からなる
板状支持体(以下「A基板」という)に第5図のA、お
よびBに示したパターンのスルーホールを設け、このス
ルーホールに第1表のNo.3の組成を有するガラス
(α100300=128×10-7/℃)を充填してマスク
基板(100φ)を作製した。
No.3の組成の混合物を4の石英ルツボで粗溶解し
た後溶解物を水砕、乾燥し、次いでこの乾燥物を4の
白金ルツボを用いて、1,350℃で光学溶融した。溶
融物を平板状態で引出して除冷した後円板に切出し、厚
さ0.8mm、径98mmの円形ガラス板とした。
このようにして作製した円形ガラス板1を第1図に示す
ように離型性セッター4の上においた前記A基板(マス
ク基板)2の上に接してのせ、下記の要領で加熱溶融
し、溶融したガラスをA基板に設けたスルーホールに充
填した。加熱溶融のスケジュールは第4図に示したよう
に、まづ約40℃/分程度の速度で350℃迄加熱し、
350℃〜400℃の間は5℃/分と昇温速度を緩め、
400℃に達した後は、10℃/分で750℃に昇温
し、750℃で20分間溶融し、その後約40℃/分で
冷却した。冷却後離型性セッター4からマスク基板を外
し、両面を研磨して余剰のガラスを除去し、マスク基板
を作製した。このマスク基板は第2表に示した特性値を
有し、優れたマスク基板であった。
実施例2 重量%でCr 16.75,Mn 0.54,Nb
0.52,Si 0.49,Cu 0.38,P 0.
026,C 0.015,S 0.003を含むFeか
らなる磁性ステンレス鋼(α100 300=110.2×1
-7/℃)の板状支持体(以下「B基板」という)に、
実施例1と同一のパターンのスルーホールを設け、この
スルーホールに第1表のNo.5の組成を有するガラス
(α100 300=105×10-7/℃、Tg=607℃、
Tc=631℃)を充填してマスク基板(100φ)を
作製した。円形ガラス板の作製およびスルーホールの充
填の要領は実施例1と全く同様にした。
得られたマスク基板の特性値は第2表の値を満足するも
のであった。
実施例3 ICI社製可視光硬化型樹脂LCRX0403
(n:1.5408)にフィラーとして第1表のN
o.8の組成のガラスフリット(n:1.54〜1.
55)を70重量%の含有率になるように添加して樹脂
組成物を調製した。ガラスフリットはNo.8の組成の
混合物を4の石英ルツボで粗溶解した後溶解物を水
砕、乾燥し、乾燥したガラスを4の白金ルツボを用い
て1,250℃で再度溶融した後水砕乾燥し、風篩で分
粒し10μ以下をカットしたものを用いた。このガラス
はα100 300=95×10-7/℃、Tg=485℃、T
c=531℃であった。
上記樹脂組成物をスリーロールミルで4時間混練し、続
いて抜気して粘度約170ポイズのペーストとした。こ
のペーストを、ディスペンサーを用いて空気圧力4.0
kg/cm2、風量170Nl/分で、実施例1および2で
使用したと同じスルーホールが設けられたA基板および
B基板に噴霧塗布してスルーホールに充填塗布し、さら
にメタルハライド光源(470nm)を用いて窒素気流
中で2分間光照射して樹脂ペーストを硬化させた。スル
ーホールの充填部以外の余剰の樹脂硬化物を研磨除去し
てマスク基板を作製した。このマスク基板は200℃以
下の使用範囲で特性値を満足するものであった。
〔発明の効果〕
本発明のメタルマスク基板は、下地処理をしないステン
レス鋼を支持体とし、機械的強度、耐熱性、加工性に優
れ、従来の絶縁基板では実現できなかった電子回路のハ
イブリッド化に対する要求特性に応じたマスク基板であ
る。また本発明のハンダペーストを用いてステンレス鋼
支持体に直接アースをとることができ多彩な電子回路の
設計ができる。さらに磁性ステンレス鋼の使用により電
磁シールド基板として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図および第3図は平板状ガラスをスルーホ
ールに充填するメタルマスクの製造法を説明するための
断面図、第4図はガラスペースト焼成時の加熱、冷却の
パターンを示す図、第5図(A)はマスク基板の一例を
示す全体図、第5図(B)はそのマスク基板に設けられ
たスルーホールの一部拡大図である。 1は板状ガラス、2は支持体、3は支持体に設けられた
スルーホール、4は離型性セッター。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量に基づきSiO0〜8%,B
    4〜15%,P20〜71%,ZnO0〜2%,
    Al0〜10%,PbO 0〜1%,ZrO
    〜2%,TiO0〜2%,LiO0〜1%,Na
    O 0〜2%,KO 0〜11%,MgO 0〜5
    %,CaO 0〜14%,SrO 0〜18%,BaO
    0〜42%,Nb0〜1%,Ta0〜4
    %,La0〜11%,WO0〜1%,Y
    0〜1%,からなる高温絶縁性ガラスが、磁性または非
    磁性のステンレス鋼に設けられた設計パターンのスルー
    ホールに充填されていることを特徴とするメタルマスク
    基板。
  2. 【請求項2】請求項(1)に記載の組成を有するガラスに
    添加成分として焼結した金属酸化物0〜10%を加えた
    高温絶縁性ガラスが、磁性または非磁性のステンレス鋼
    に設けられた設計パターンのスルーホールに充填されて
    いることを特徴とするメタルマスク基板。
  3. 【請求項3】重量に基づきSiO0〜8%,B
    4〜15%,P20〜71%,ZnO0〜2%,
    Al0〜10%,PbO 0〜1%,ZrO
    〜2%,TiO0〜2%,LiO0〜1%,Na
    O 0〜2%,KO 0〜11%,MgO 0〜5
    %,CaO 0〜14%,SrO 0〜18%,BaO
    0〜42%,Nb0〜1%,Ta0〜4
    %,La0〜11%,WO0〜1%,Y
    0〜1%,からなる高温絶縁性ガラスまたは焼結した金
    属酸化物からなる高温絶縁性物質を溶融粉砕した粉体
    を、フィラーとして10〜95重量%含有する耐熱絶縁
    性可視光硬化型樹脂が磁性または非磁性のステンレス鋼
    に設けられた設計パターンのスルホールに充填されてい
    ることを特徴とするメタルマスク基板。
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