JPH0873285A - グレ−ズドセラミック基板及びその製造方法 - Google Patents

グレ−ズドセラミック基板及びその製造方法

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JPH0873285A
JPH0873285A JP23217694A JP23217694A JPH0873285A JP H0873285 A JPH0873285 A JP H0873285A JP 23217694 A JP23217694 A JP 23217694A JP 23217694 A JP23217694 A JP 23217694A JP H0873285 A JPH0873285 A JP H0873285A
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transition metal
ceramic substrate
glass
metal oxide
oxide
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JP23217694A
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Masahiko Okuyama
雅彦 奥山
Masaji Tsuzuki
正詞 都築
Masanori Nakanishi
正典 中西
Masahiro Kato
正博 加藤
Takaaki Hiraoka
敬章 平岡
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 各種のキャパシタ、レジスタ、インダクタ等
の薄膜機能回路を形成する表面平滑な基板として好適に
利用されるために、低温での焼き付けが可能で、かつ良
好な表面平滑性を有し、さらに表面抵抗値の制御が可能
で、帯電の防止が可能なグレ−ズドセラミック基板を提
供すること。 【構成】 ガラスマトリックスに平均粒子径0.3〜
5.0μmの遷移金属酸化物相が、ガラスマトリックス
と遷移金属酸化物相との重量比で97:3〜60:40
の範囲で分散してなるグレ−ズ層を有することを特徴と
するグレ−ズドセラミック基板。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜技術、厚膜技術あ
るいはこれらの組合せによる配線を有する電子回路基板
に好適なグレ−ズドセラミック基板およびその製造方法
に関するものである。更に詳しくは、グレ−ズの上層及
び/または下層に配線を有し、さらに各種の機能部品、
例えばキャパシタ、レジスタ、インダクタ等を有するハ
イブリッド回路を形成するのに適したグレ−ズドセラミ
ック基板およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来よりセラミック基板の表面平滑性を
著しく向上したものとして、グレ−ズドセラミック基板
が知られている。このグレ−ズドセラミック基板は、ガ
ラスの優れた表面平滑性と共に、優れた蓄熱性と電気絶
縁性とを有するので、その特性を活かして例えば各種の
サ−マルヘッドに使用されている。
【0003】グレ−ズドセラミック基板は、サ−マルヘ
ッド以外の電子部品用途、特に薄膜ハイブリッド基板用
にも用いられるが、この分野の用途では近年、特に好ま
しい材料としてB23−Al23−アルカリ土類酸化物
−SiO2系等の低融点グレ−ズ組成物が提案されてい
る(特開平6−191883号)。又、ガラス程高い耐
熱性を要求されない用途には、電気絶縁性に優れるポリ
イミド樹脂多層基板が用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】最近の電子機器、電子
部品の高機能化、高速化、小型化、高精度化及び信頼性
の向上といった要求に基づいて、薄膜プロセスを用いた
キャパシタ、レジスタ、インダクタ等の機能回路を組み
込んだ電子回路基板が望まれている。ところで従来、薄
膜用基板としてはセラミックスの研磨基板、あるいはセ
ラミックス基板表面にグレ−ズ層あるいはポリイミド層
を形成した基板が用いられている。これら薄膜用基板材
料は用途により、機能回路部等に電荷が溜まり回路機能
に悪影響を及すことがあった。このような帯電を防止す
るため、基板材料表面の表面抵抗を低め、わずかに漏電
流を発生させる方法がある。しかし、ポリイミド層の樹
脂の組成、グレ−ズ層のガラス組成を変更してみても、
わずかな漏電流を起こさせる表面抵抗値の適正化といっ
た電気特性の制御は困難であった。
【0005】以上に加え、はじめに基板に配線を形成
(1次メタライズ)後オ−バ−グレ−ズする場合など、
1次メタライズを伴う多層化の要求に対応するには、グ
レ−ズ焼き付け時に1次メタライズ層に影響を及ぼさな
いように、グレ−ズの焼き付け温度を低く抑える必要が
ある。更に、グレ−ズ層上に高精度の配線を形成する必
要性から、従来のグレ−ズ層、ポリミド層と同等の表面
平滑性も要求される。
【0006】
【問題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、例えばキャパシタ、レジス
タ、インダクタ等の薄膜機能回路の形成に適したグレ−
ズドセラミック基板及びその製造方法を提供する事を目
的とし、特に、帯電よる回路機能への障害の防止を目的
とする。
【0007】この目的を達成するための請求項1の発明
は、ガラスマトリックスに平均粒子径0.3〜5.0μ
mの遷移金属酸化物相を分散してなるグレ−ズ層を有す
ることを特徴とするグレ−ズドセラミック基板を要旨と
する。
【0008】請求項1の発明をより限定するものとし
て、請求項2の発明では、ガラスマトリックスと遷移金
属酸化物相との比率が、重量比で、97:3〜60:4
0の範囲に有ることを特徴とする。請求項3の発明は、
遷移金属酸化物相の少なくとも一部が2種以上の遷移金
属を含む遷移金属複酸化物であることを特徴とする。請
求項4の発明は、ガラスマトリックスが、酸化物重量基
準で、B23:20〜50%と、Al23:5〜35%
と、アルカリ土類酸化物:15〜55%と、Si02
40%以下とを含み、これらの合計が90%以上である
ことを特徴とする。
【0009】請求項5の発明は、2種以上の遷移金属化
合物を混合し仮焼することによって2種以上の遷移金属
を含む遷移金属複酸化物の仮焼体とする工程と、該仮焼
体を粉砕することによって平均粒子径0.3〜5.0μ
mの遷移金属複酸化物粉末とする工程と、該遷移金属複
酸化物粉末とガラス粉末とからなる印刷用ペ−ストとす
る工程と、該ペ−ストをセラミック基板上に塗布し焼き
付ける工程とを有することを特徴とするグレ−ズドセラ
ミック基板の製造方法を要旨とする。。
【0010】請求項6の発明は、ガラス粉末と平均粒子
径0.3〜5.0μmの遷移金属酸化物粉末もしくは遷
移金属複酸化物粉末とからなる混合物とする工程と、該
混合物をガラス粉末が融解する温度で溶融し遷移金属酸
化物相が分散したガラス塊とする工程と、該ガラス塊を
粉砕し平均粒子径10μm以下のガラス粉末にする工程
と、該ガラス粉末からなるペ−ストをセラミック基板上
に塗布し溶融温度より低い温度で焼き付ける工程を有す
ることを特徴とするグレ−ズドセラミック基板の製造方
法を要旨とする。
【0011】ここで、前記セラミック基板としてはセラ
ミックであれば特に限定するものではなく、アルミナを
はじめ窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、ムライ
ト、結晶化ガラス等広く利用可能である。
【0012】以下に、本発明のグレ−ズドセラミック基
板及びその製造方法を上記のように限定した理由を記
す。ガラスマトリックスに加える遷移金属酸化物の平均
粒子径を0.3〜5.0μmとしたのは、平均粒子径が
0.3μm未満であるとグレ−ズの焼き付け時にガラス
マトリックス中の泡抜けが悪く気泡が残存してしまい、
結果として電気特性のばらつきが生じてしまうためであ
る。また同時に、ガラスマトリックスを結晶化させる力
が強くなり、グレ−ズ層の緻密化が妨害される。一方、
平均粒子径が5μmを越えると、グレ−ズ表面に遷移金
属酸化物からなる凸部を形成して平滑性を悪化させるた
めである。なお遷移金属酸化物の平均粒子径は0.4〜
3.5μmがより好ましい。
【0013】ガラスマトリックスと遷移金属酸化物相と
の比率が、重量比率で97:3〜60:40の範囲とし
たのは、遷移金属酸化物相が3%未満では電気特性に対
する効果が発現できず、40%を越えると絶縁性が極度
に劣化し、また添加物量がガラスマトリックスに対して
多量なため表面平滑性が悪化するためである。特に重量
比率が95:5〜80:20であると、電気特性的にも
表面平滑性においてもよく調和し、より好ましい。また
仮焼により作製した遷移金属複酸化物を用いると、遷移
金属酸化物の添加による表面抵抗値の低下等の電気的特
性の変化が安定して発現され好ましい。さらに、同量の
遷移金属酸化物と遷移金属複酸化物を添加して比較する
と、遷移金属複酸化物を添加した方が表面抵抗値の低下
が大きく、また表面粗さも小さくなり好ましい。
【0014】ガラスマトリックスの組成としては、10
00℃以下で焼き付け可能であれば特に限定されない。
しかし、アルカリ金属、鉛を含まないアルカリ土類ホウ
珪酸塩ガラス(アルカリ土類−ホウ酸−シリカ系ガラ
ス)が好ましい。これは、アルカリ金属、鉛を含有する
ガラスは、流動性が高く、遷移金属酸化物粒子との濡れ
性も良好であるが、遷移金属酸化物粒子を浸食し溶解し
易く、さらに消失させ易いため、表面抵抗値がばらつき
易くなるためである。
【0015】特に好ましくは、アルカリ金属、鉛を含ま
ず、B23、Al23が多く、適量なSiO2を含有し
たガラス系がよい。同ガラス系は、遷移金属酸化物と適
度に濡れて馴染みがよいため、気泡(ボイド)を形成す
ることなく緻密なグレ−ズ層を形成する。また遷移金属
酸化物を溶解し過ぎることもなく、また遷移金属酸化物
の分散性も良好で、表面抵抗値が安定したものとなる。
また部分的に遷移金属酸化物がガラス中に溶出しても、
ガラスが結晶化することなく、良好な表面状態を得る。
このようなガラス系として、例えば酸化物重量基準で、
23:20〜50%と、Al23:5〜35%と、ア
ルカリ土類酸化物(MgO、CaO、SrO、Ba
O):15〜55%と、Si02:40%以下とを含
み、これらの合計が90%以上となるガラス材料があ
り、さらに副成分としてZnO、P25、V25などを
添加してもよい。この様なガラス組成は融点が低く、ま
た1次メタライズ層との反応が少なく多層化が可能で、
かつ良好な表面平滑性を示す。
【0016】
【作用】本発明の遷移金属酸化物を添加したグレ−ズド
セラミック基板は、従来からのグレ−ズドセラミック基
板とその電気的特性が大きく異なるものである。即ち、
薄膜機能回路を形成する場合、回路間にわずかな漏電流
を起こさせ、帯電を防止し、よって回路部の帯電による
不具合の発生防止が可能なグレ−ズドセラミック基板で
ある。この帯電を防止する程度にわずかな漏電流を発生
させるのに適当な表面抵抗値としては、105〜1011
Ωが好ましく、108〜1010Ωがより好ましい。
【0017】以上の特性の発揮には、遷移金属酸化物と
ガラスマトリックスとの適度な分散程度が重要であり、
導体あるいは半導体として働く遷移金属酸化物が、電気
絶縁性のガラスマトリックス中に適当な大きさ、量で均
一に分布することにより、望むべき電気特性値及び表面
の平滑性を実現することが可能となるものと思われる。
特にB23−Al23−アルカリ土類酸化物−Si02
系の低融点グレ−ズ組成物は、遷移金属酸化物粒子との
適度な濡れ性を有するため、気泡等の欠陥の少ない良好
なグレ−ズ層が得られるものと考えられる。
【0018】
【実施例】以下に、本発明の範囲のグレ−ズドセラミッ
ク基板、及びその製造方法の実施例を記載するととも
に、本発明の範囲外のものについても比較例として記載
する。 実施例1〜4 表1、表2の実施例1〜4の遷移金属酸化物組成となる
ように、各遷移金属酸化物を調合する。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】各遷移金属酸化物の混合物をポットミルに
より湿式粉砕して、平均粒子径0.4〜3.8μmの遷
移金属酸化物粉末とした。重量組成でB23:27%、
Al23:26%、SiO2:15%、CaO:14
%、SrO:4%、BaO:14%からなる平均粒子径
3.1μmのガラス組成物粉末と遷移金属酸化物粉末と
を、重量比(ガラス組成物:遷移金属酸化物)で90:
10の比率としてポットミルにて湿式混合し、エチルセ
ルロ−ス系バインダ及び有機溶媒とを加え、混合して遷
移金属酸化物を添加した印刷用のガラスペ−ストを調製
した。この遷移金属酸化物を添加したガラスペ−スト
を、純度97%のAl23からなる50mm×50mm×
0.635mmのアルミナ基板表面に印刷した後、850
℃で10分間焼き付けて、グレ−ズ厚み20μmのグレ
−ズドセラミック基板を作製した。また表面抵抗値を測
定するために所定の形状の配線パタ−ンを、スパッタ−
リング法にてTi−Cu薄膜で形成し、更にNiメッキ
して作製し、表面抵抗値を測定した。すると、従来のグ
レ−ズでは>1017Ωであったものが、いずれも109
Ωとなり、明確な抵抗の低減効果が確認された。またグ
レ−ズ面の平滑性も良好(Ra≦0.1μm)で、色は
灰色〜黒色であった。またグレ−ズ部をX線回折分析に
よって相解析を行ったところ、それぞれ添加した遷移金
属酸化物相が確認された。
【0022】実施例5〜9 表1、表2の実施例5〜9の遷移金属酸化物組成となる
ように各遷移金属酸化物を調合し、湿式粉砕して平均粒
子径1.2μmの遷移金属酸化物粉末とした。重量組成
でB23:27%、Al23:26%、SiO2:15
%、CaO:14%、SrO:4%、BaO:14%か
らなるガラス組成物粉末と遷移金属酸化物粉末とを、重
量比(ガラス組成物:遷移金属酸化物)で97:3、9
5:5、80:20、70:30、60:40の比率と
してポットミルにて湿式混合し、エチルセルロ−ス系バ
インダ及び有機溶媒とを加え、混合して遷移金属酸化物
を添加した印刷用のガラスペ−ストを調製した。この遷
移金属酸化物を添加したガラスペ−ストを、純度97%
のAl23からなる50mm×50mm×0.635mmのア
ルミナ基板表面に印刷した後、850℃で10分間焼き
付けて、グレ−ズ厚み20μmのグレ−ズドセラミック
基板を作製した。これらの表面抵抗値を測定した結果い
ずれも105〜1011Ωと、明確な抵抗の低減効果が確
認された。また、グレ−ズ面の平滑性も良好(Ra≦
0.1〜0.2μm)で、色は灰色〜黒色であった。
【0023】
【図1】
【0024】図1は実施例7のグレ−ズドセラミック基
板のグレ−ズ部破面の反射電子線像を示す。白い部分が
遷移金属酸化物相で、黒い部分がガラスマトリックスで
ある。写真より遷移金属酸化物相が1〜2μmの大きさ
でガラスマトリックス中に均一に分散していることがわ
かる。
【0025】実施例10〜12 表1、表2の実施例10〜12の遷移金属酸化物組成と
なるように、各遷移金属酸化物を調合した。この調合物
を湿式混合した後、1200℃×1時間の仮焼を行い遷
移金属複酸化物とした。遷移金属複酸化物の生成につい
ては、X線回折分析で確認を行ったところ、NiCr2
4、FeCr24、CoCr24、NiFe24、C
oFe24、Fe2TiO5等の、2種以上の遷移金属を
含む複酸化物の生成が見られた。得られた仮焼物はポッ
トミルにより湿式粉砕して、平均粒子径2.1〜3.5
μmの遷移金属複酸化物粉末とした後は、実施例1と同
様にして、グレ−ズドセラミック基板を作製した。この
グレ−ズ層についても、表面抵抗値を測定した結果、い
ずれも109Ωと、明確な抵抗の低減効果が確認され
た。またグレ−ズ面の平滑性もRa≦0.1μmと良好
であった。またグレ−ズ部をX線回折分析によって相解
析を行ったところ、それぞれ仮焼によって生成した遷移
金属複酸化物相が確認された。
【0026】実施例13〜15 表1、表2の実施例13〜15の遷移金属酸化物組成と
なるように、各遷移金属酸化物を調合した。この調合物
をポットミルにより湿式粉砕した後、1200℃で1時
間仮焼を行った。これをポットで湿式粉砕し、平均粒子
径2.1μmの遷移金属複酸化物粉末とした。重量組成
でB23:27%、Al23:26%、SiO2:15
%、CaO:14%、SrO:4%、BaO:14%か
らなるガラス組成物粉末と遷移金属複酸化物粉末とを、
重量比(ガラス組成物:遷移金属酸化物)で95:5、
90:10、80:20の各比率とした混合物を、90
0℃で30分間の熱処理によりガラス部を再溶融し、急
冷の後、ポットミルにて湿式粉砕、乾燥して平均粒子径
3μmとした。これにエチルセルロ−ス系バインダ及び
有機溶媒とを加え、混合して遷移金属複酸化物を添加し
た印刷用のガラスペ−ストを調製した。この遷移金属複
酸化物を添加したガラスペ−ストを、純度97%のAl
23からなる50mm×50mm×0.635mmのアルミナ
基板表面に印刷した後、850℃で10分間焼き付け
て、グレ−ズ厚み20μmのグレ−ズドセラミック基板
を作製した。このグレ−ズ層について、表面抵抗値を測
定した結果、いずれも107〜1010Ωと、明確な抵抗
の低減効果が確認された。またポアが少なく、ガラス部
の再溶融を行わなかった同組成のものと比較して、グレ
−ズ面の平滑性はRa≦0.07μmと一段と良好であ
った。
【0027】
【比較例】
比較例1 実施例1のガラス組成物のみで遷移金属酸化物を添加せ
ず、グレ−ズ用のガラスペ−ストを作製し、その他につ
いては実施例1と同一条件でグレ−ズドセラミック基板
を作製した。グレ−ズ部の表面抵抗値は1017Ω以上あ
り、高い絶縁性を有した。
【0028】比較例2,3 表1、表2の比較例2、3の遷移金属酸化物組成となる
ように、各遷移金属酸化物を調合した。この調合物をポ
ットミルにより湿式粉砕して、平均粒子径1.2μmの
遷移金属酸化物粉末とした。この遷移金属酸化物粉末
と、実施例1のガラス組成物粉末とを、重量比(ガラス
組成物:遷移金属酸化物)で99.5:0.5及び5
0:50とした以外は実施例1と同一条件でグレ−ズド
セラミック基板を作製した。比較例2のガラス組成物:
遷移金属酸化物の重量比が99.5:0.5としたもの
について表面抵抗値を測定した結果、従来のグレ−ズ並
の1016Ωであり、抵抗の低減効果はほとんど見られな
かった。一方、重量比が50:50とした比較例3で
は、表面抵抗は105Ω未満で絶縁性に劣り、また表面
粗さもRa>0.3μmと望むべき平滑なグレ−ズ面は
得られなかった。
【0029】比較例4,5 表1、表2の比較例4、5の遷移金属酸化物組成となる
ように、各遷移金属酸化物を調合した。この調合物を湿
式混合した後、1200℃×1時間の仮焼を行い、一部
を遷移金属複酸化物とした。得られた仮焼物はポットミ
ルにより湿式粉砕して、平均粒子径0.15μmと7.
0μmの2種の遷移金属複酸化物粉末とした。平均粒子
径0.15μm、及び7.0μmの遷移金属複酸化物とし
た以外は実施例1と同一条件で、グレ−ズドセラミック
基板を作製した。平均粒子径0.15μmの遷移金属複
酸化物を添加した比較例4では、グレ−ズ内部のポアが
顕著となり緻密化できず、ガラスマトリックスが一部結
晶化している様であった。また平均粒子径7.0μmの
遷移金属複酸化物を添加した比較例5では、遷移金属酸
化物粒子に起因する突起のために充分な平滑面を得るこ
とができなかった。
【0030】比較例6 ガラス組成物を重量組成でB23:2%、Al23:7
%、SiO2:58%、CaO:2%、SrO:24
%、BaO:4%、Y23:3%として、焼き付け温度
をこのガラス組成物に適切とされる1250℃とした他
は、実施例2と同一条件でグレ−ズドセラミック基板を
作製した。グレ−ズ表面の状態は、焼き付け時に発生し
た遷移金属酸化物に起因すると思われる発泡のために、
表面の平滑性を失っていた(Ra>1.0μm)。尚、
このガラス組成物と遷移金属酸化物の混合物を、実施例
2同様に850℃で焼成しても、ガラス組成物の軟化が
進まず、セラミック基板への固着もなされない状態であ
った。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明の遷移金属酸化物を
添加したグレ−ズドセラミック基板は、電気特性の制
御、すなわち表面抵抗値の制御が可能で、かつ低温での
焼き付けが可能となり、更には良好な表面平滑性を有す
る。従って、各種のキャパシタ、レジスタ、インダクタ
等の機能回路を薄膜で形成する電子回路用基板として好
適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例7のグレ−ズドセラミック基板の、グ
レ−ズ部破面の組織を示す反射電子線像の写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 正博 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 平岡 敬章 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラスマトリックスに平均粒子径0.3
    〜5.0μmの遷移金属酸化物相が分散してなるグレ−
    ズ層を有することを特徴とするグレ−ズドセラミック基
    板。
  2. 【請求項2】 ガラスマトリックスと遷移金属酸化物相
    との比率が、重量比で、97:3〜60:40の範囲に
    有ることを特徴とする請求項1に記載のグレ−ズドセラ
    ミック基板。
  3. 【請求項3】 遷移金属酸化物相の、少なくとも一部が
    2種以上の遷移金属を含む遷移金属複酸化物であること
    を特徴とする請求項1に記載のグレ−ズドセラミック基
    板。
  4. 【請求項4】 ガラスマトリックスが、酸化物重量基準
    で、B23:20〜50%と、Al23:5〜35%
    と、アルカリ土類酸化物:15〜55%と、Si02
    40%以下とを含み、これらの合計が90%以上である
    ことを特徴とする請求項1に記載のグレ−ズドセラミッ
    ク基板。
  5. 【請求項5】 2種以上の遷移金属化合物を混合し仮焼
    することによって2種以上の遷移金属を含む遷移金属複
    酸化物の仮焼体とする工程と、該仮焼体を粉砕すること
    によって平均粒子径0.3〜5.0μmの遷移金属複酸
    化物粉末とする工程と、該遷移金属複酸化物粉末とガラ
    ス粉末とからなる印刷用ペ−ストとする工程と、該ペ−
    ストをセラミック基板上に塗布し焼き付ける工程とを有
    することを特徴とするグレ−ズドセラミック基板の製造
    方法。
  6. 【請求項6】 ガラス粉末と平均粒子径0.3〜5.0
    μmの遷移金属酸化物粉末もしくは遷移金属複酸化物粉
    末とからなる混合物とする工程と、該混合物をガラス粉
    末が融解する温度で溶融し遷移金属酸化物相が分散した
    ガラス塊とする工程と、該ガラス塊を粉砕し平均粒子径
    10μm以下のガラス粉末にする工程と、該ガラス粉末
    からなるペ−ストをセラミック基板上に塗布し溶融温度
    より低い温度で焼き付ける工程を有することを特徴とす
    るグレ−ズドセラミック基板の製造方法。
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