JP2007013210A - Method for manufacturing ceramic substrate - Google Patents

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益宏 夏原
Hirohiko Nakada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a ceramic substrate which is manufactured with small electric energy, and in which resistance values of a substrate and a conductor layer are controlled easily. <P>SOLUTION: A calcined or non-calcined conductor layer 2 is formed on a ceramic molded or sintered body 1, or a non-calcined insulator layer is further formed on the conductor layer. Resistance heat generation is caused by turning on electricity to the calcined or non-calcined conductor layer 2. The ceramic molded, the non-calcined conductor layer 2, and the non-calcined insulator layer are sintered or calcined. The ceramic sintered body 1 is manufactured by turning on electricity to the ceramic molded body which is mixed with an electrically conductive material powder, causing resistance heat generation, and sintering it. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置に用いられるセラミックス基板、又はその上に回路を形成したセラミックス回路基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a ceramic substrate used in a semiconductor device or a method for manufacturing a ceramic circuit substrate having a circuit formed thereon.

従来、セラミックス基板上に回路を形成する場合、まずセラミックス粉末の成形体を電気炉等で焼結してセラミックス焼結体とし、このセラミックス焼結体の基板上に導体ペーストをスクリーン印刷等により印刷して導体層の回路パターンを形成した後、更に電気炉等で焼成していた。   Conventionally, when forming a circuit on a ceramic substrate, a ceramic powder compact is first sintered in an electric furnace to form a ceramic sintered body, and a conductive paste is printed on the ceramic sintered substrate by screen printing or the like. Then, after forming the circuit pattern of the conductor layer, it was further baked in an electric furnace or the like.

セラミックス基板と導体層を同時に焼結するコファイア法においても、セラミックスのグリーンシート上に導体ペーストをスクリーン印刷し、そのままの状態で電気炉等で焼結するか、又は更に導体ペースト上にグリーンシートを積層した後、電気炉等で焼結を行っていた。また、導体層を保護するための絶縁体層の形成についても、導体層上に絶縁ペーストをスクリーン印刷し、それを電気炉等で焼成していた。   Even in the cofire method in which the ceramic substrate and the conductor layer are simultaneously sintered, the conductor paste is screen-printed on the ceramic green sheet and sintered in an electric furnace or the like as it is, or further the green sheet is applied on the conductor paste. After lamination, sintering was performed in an electric furnace or the like. Moreover, also about formation of the insulator layer for protecting a conductor layer, the insulating paste was screen-printed on the conductor layer, and it baked with the electric furnace etc.

一方、特公平3−8074号公報には、セラミックス層内に金属抵抗体を有するセラミックスヒーターに金属端子を取り付ける際に、金属抵抗体に電流を流して発熱させ、その発熱によりロウ材を溶融して金属端子をロウ接する方法が記載されている。しかし、この方法では、内部に予め導体層が形成されたセラミックスを使用しており、通電によりセラミックス又は導体層が焼結又は焼成されるものではない。   On the other hand, in Japanese Patent Publication No. 3-8074, when a metal terminal is attached to a ceramic heater having a metal resistor in a ceramic layer, current is passed through the metal resistor to generate heat, and the brazing material is melted by the generated heat. A method of soldering metal terminals is described. However, in this method, ceramics in which a conductor layer is previously formed is used, and the ceramics or conductor layer is not sintered or fired by energization.

また、特開平7−296953号公報及び特開平7−69756号公報には、予め焼結されたセラミックス及び導体層に電流を流すことにより、電気抵抗の分布を均一にしたり、基板表面の改質を行う方法が開示されている。しかし、この方法も、既に焼結又は焼成されたセラミックス及び導体層の処理に関するものである。   Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-296953 and 7-69756 disclose that electric current distribution is made uniform by passing a current through previously sintered ceramics and a conductor layer, and the substrate surface is modified. A method of performing is disclosed. However, this method also relates to the treatment of ceramics and conductor layers that have already been sintered or fired.

特公平3−8074号公報Japanese Patent Publication No. 3-8074 特開平7−296953号公報JP-A-7-296953 特開平7−69756号公報JP 7-69756 A

上記のごとく、セラミックス基板を焼結したり、そのセラミックス基板上に導体層を形成する場合には、セラミックス成形体又はセラミックス基板に導体ペーストで所定の回路パターンを形成したものを電気炉等に投入し、全体を加熱していた。従って、この電気炉を用いる方法では、電気炉全体を加熱するために電力のロスが非常に大きいという問題があった。   As described above, when a ceramic substrate is sintered or a conductor layer is formed on the ceramic substrate, a ceramic molded body or a ceramic substrate with a predetermined circuit pattern formed with a conductor paste is put into an electric furnace or the like. The whole was heated. Therefore, the method using this electric furnace has a problem that the loss of electric power is very large because the entire electric furnace is heated.

また、回路パターンを焼成した後の基板を電気回路として使用する場合、回路を構成する導体層の電気抵抗値を所望の一定値に制御する必要がある。しかし、上記の電気炉による方法では焼成後でなければ抵抗値は分からず、高度な印刷技術、及び精密な温度制御や温度管理によって導体層の抵抗値を制御する以外になかった。このため、導体層の抵抗値を精密に制御することは困難であり、抵抗値の制御範囲が狭い場合には抵抗値が制御範囲から外れることがしばしばあり、製品の歩留を低下させる原因にもなっていた。   Moreover, when using the board | substrate after baking a circuit pattern as an electrical circuit, it is necessary to control the electrical resistance value of the conductor layer which comprises a circuit to a desired fixed value. However, in the method using the electric furnace, the resistance value is not known unless after firing, and the resistance value of the conductor layer can only be controlled by advanced printing technology and precise temperature control and temperature control. For this reason, it is difficult to precisely control the resistance value of the conductor layer, and if the control range of the resistance value is narrow, the resistance value often goes out of the control range, which causes the product yield to decrease. It was also.

本発明は、このような従来の事情に鑑み、少ない電力量でセラミックス基板や回路基板を形成することができ、しかも回路を構成する導体層の抵抗値を所望の範囲内に容易に制御することができる、セラミックス基板の製造方法を提供することを目的とする。   In view of such conventional circumstances, the present invention can form a ceramic substrate or a circuit board with a small amount of electric power, and can easily control the resistance value of a conductor layer constituting the circuit within a desired range. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ceramic substrate.

上記目的を達成するため、本発明が提供するセラミックス基板の製造方法は、セラミックス粉末と導電性材料粉末を混合したセラミックス成形体に通電して抵抗発熱させることにより、該セラミックス成形体を焼結することを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, a method for manufacturing a ceramic substrate provided by the present invention sinters a ceramic molded body by energizing a ceramic molded body in which ceramic powder and conductive material powder are mixed to generate resistance heat. It is characterized by this.

本発明によれば、未焼成の導体層やセラミックス成形体に直接通電することにより、加熱して焼成又は焼結するので、従来の電気炉による場合に比べて、極めて少ない消費電力量でセラミックス基板を製造することできる。   According to the present invention, a ceramic substrate can be consumed with much less power consumption than a conventional electric furnace because it is heated and fired or sintered by directly energizing an unfired conductor layer or a ceramic molded body. Can be manufactured.

しかも、セラミックス基板や回路を構成する導体層の抵抗値を、容易に制御することができる。また、得られるセラミックス回路基板では、導体層がセラミックス基板に対して非常に優れた密着強度を有している。   In addition, the resistance value of the conductor layer constituting the ceramic substrate or circuit can be easily controlled. Moreover, in the ceramic circuit board obtained, the conductor layer has a very excellent adhesion strength to the ceramic substrate.

本発明では、セラミックス基板又はその上に回路を形成したセラミックス回路基板の製造において、従来のごとく電気炉等を用いるのではなく、未焼結のセラミックス成形体に通電したり、又はその上に設けた未焼成の又は焼成した導体層に通電することにより、その抵抗発熱を利用して、未焼結又は未焼成の部分を全て同時に焼結し又は焼成する。   In the present invention, in the production of a ceramic substrate or a ceramic circuit substrate having a circuit formed thereon, an electric furnace or the like is not used as in the prior art, but an unsintered ceramic molded body is energized or provided thereon. By energizing the unfired or fired conductor layer, all the unsintered or unfired parts are simultaneously sintered or fired using the resistance heat generation.

即ち、本発明の一態様として、セラミックス基板を製造する場合には、導電性材料粉末を混合したセラミックス成形体に通電し、抵抗発熱により焼結させる方法がある。   That is, as one aspect of the present invention, when a ceramic substrate is manufactured, there is a method in which a ceramic molded body mixed with conductive material powder is energized and sintered by resistance heat generation.

また、未焼成のセラミックス成形体上に未焼成の導体層、必要に応じて更にその上に未焼成の絶縁体層を形成し、未焼成の導体層に通電することにより、これら全てを焼結又は焼成する方法がある。また、別の態様として、予め焼結したセラミックス焼結体(基板)上に未焼成の導体層、必要に応じて更にその上に未焼成の絶縁体層を形成し、未焼成の導体層に通電することにより、未焼成の導体層及び絶縁体層を焼成する方法がある。   Moreover, an unsintered conductor layer is formed on the unsintered ceramic molded body, and if necessary, an unsintered insulator layer is further formed thereon, and all of these are sintered by energizing the unsintered conductor layer. Or there is a method of firing. Further, as another aspect, an unfired conductor layer is formed on a pre-sintered ceramic sintered body (substrate), and if necessary, an unfired insulator layer is further formed thereon to form an unfired conductor layer. There is a method of firing an unfired conductor layer and an insulator layer by energization.

更に、セラミックス焼結体上に予め設けた焼成済みの導体層の上に、未焼成の絶縁体層を形成し、既に焼成済みの導体層に通電することにより、未焼成の絶縁体層を焼成することもできる。   Furthermore, an unfired insulator layer is formed on a fired conductor layer provided in advance on the ceramic sintered body, and the unfired insulator layer is fired by energizing the already fired conductor layer. You can also

これら本発明方法の各態様のうち、幾つかについて詳しく説明する。まず、セラミックス焼結体上に導体層のみを焼成して回路基板を形成する場合には、通常のセラミックス焼結体上に導体ペーストなどを使用して所定の回路パターンを形成する。回路パターンの形成方法としては、平面上ならば回路パターンの膜厚が安定しやすいスクリーン印刷法が好適である。また、曲面上であればタンポ印刷、はけ塗りなどの方法でも構わないが、通電時の発熱量を均一にするため膜厚を均一に形成することが好ましい。   Some of these aspects of the method of the present invention will be described in detail. First, when a circuit board is formed by firing only a conductor layer on a ceramic sintered body, a predetermined circuit pattern is formed on a normal ceramic sintered body using a conductor paste or the like. As a circuit pattern forming method, a screen printing method in which the film thickness of the circuit pattern is easy to stabilize as long as it is flat is preferable. Further, as long as it is on a curved surface, a method such as tampo printing or brushing may be used, but it is preferable to form a uniform film thickness in order to make the amount of heat generated during energization uniform.

次に、導体ペーストで形成した回路パターンからなる未焼成の導体層を十分に乾燥する。乾燥は通常の電気炉、ホットプレートなどで行えばよい。尚、乾燥前の導体層に通電することはできない。これは、導体ペーストが有機溶剤を大量に含んでいるため、これが導体粒子間の導電を阻んでいるためと考えられる。その後、乾燥した未焼成の導体層に電流を流して抵抗発熱させ、その温度で焼成して導体層を形成する。尚、耐酸化性のない導体を使用する場合には、非酸化性雰囲気中で通電する必要がある。   Next, the unfired conductor layer formed of the circuit pattern formed of the conductor paste is sufficiently dried. Drying may be performed with a normal electric furnace, a hot plate, or the like. In addition, it cannot energize to the conductor layer before drying. This is presumably because the conductive paste contains a large amount of an organic solvent, which prevents conduction between the conductive particles. Thereafter, a current is passed through the dried unfired conductor layer to cause resistance heat generation, and firing is performed at that temperature to form a conductor layer. When using a conductor having no oxidation resistance, it is necessary to energize in a non-oxidizing atmosphere.

上記通電の開始時には未焼成の導体層の抵抗値が低いため、ある程度高い電圧で通電することになるが、通電により導体層が発熱すると徐々に温度が上昇し、この温度上昇に連れて回路抵抗値は次第に低下する。このとき、導体層の抵抗値又は電圧と電流をモニターし、所定の抵抗値になった時点で通電を停止するか又は通電量を漸減させることにより、得られる導体層の抵抗値を簡単に制御することができる。   Since the resistance value of the unfired conductor layer is low at the start of the energization, it will be energized at a somewhat high voltage, but when the conductor layer generates heat due to energization, the temperature gradually increases, and the circuit resistance increases with this temperature increase. The value gradually decreases. At this time, the resistance value or voltage and current of the conductor layer are monitored, and when the predetermined resistance value is reached, the energization is stopped or the energization amount is gradually reduced to easily control the resistance value of the obtained conductor layer. can do.

また、上記のごとく形成された導体層上に、引き続いて同様の通電焼成により絶縁体層を形成することも可能である。その場合には、導体層上に絶縁体ペーストをスクリーン印刷、はけ塗り等の方法で塗布する。この未焼成の絶縁体層は、下地の導体層に通電することにより、導体層の抵抗発熱で焼成される。   It is also possible to subsequently form an insulator layer on the conductor layer formed as described above by the same energization firing. In that case, an insulator paste is applied onto the conductor layer by a method such as screen printing or brushing. This unsintered insulator layer is fired by resistance heating of the conductor layer by energizing the underlying conductor layer.

回路を構成する導体層としては、材料的に特に制約はないが、焼成前の導体層全体の抵抗値が10MΩ以下であることが好ましい。乾燥後の未焼成の導体層の抵抗値が10MΩを越えると電流が流れにくくなり、発熱量が低下するため焼成が難しくなるからである。この乾燥時の未焼成の導体層の抵抗値を小さくなるには、銀を添加することが好ましい。特に導体層中の銀の含有量を1.0体積%以上にすると、更に抵抗値が小さくなり、通電による焼成が容易になる。   The conductor layer constituting the circuit is not particularly limited in terms of material, but the resistance value of the entire conductor layer before firing is preferably 10 MΩ or less. This is because if the resistance value of the unfired conductor layer after drying exceeds 10 MΩ, it becomes difficult for the current to flow, and the calorific value is reduced, which makes firing difficult. In order to reduce the resistance value of the unfired conductor layer during drying, it is preferable to add silver. In particular, when the silver content in the conductor layer is 1.0% by volume or more, the resistance value is further reduced, and firing by energization is facilitated.

絶縁体層の材質も特に制約はなく、セラミックス回路基板に絶縁体として通常使用されているものを使用できる。かかる絶縁体層としては、通常はガラス質のものを用いるが、回路である導体層をラミネートする場合には下記するようなセラミックスであっても良い。   The material of the insulator layer is not particularly limited, and those usually used as insulators for ceramic circuit boards can be used. As the insulator layer, a glassy one is usually used, but when laminating a conductor layer which is a circuit, ceramics as described below may be used.

基板材となるセラミックスも、材質的に制約はない。しかしながら、急速に昇温及び冷却できるという点で、熱衝撃破壊抵抗係数が大きいセラミックスが適している。具体的には、熱衝撃破壊抵抗係数が20cal/cm・sec以上のものが好ましい。セラミックス基板材料として使用されている主なセラミックスの特性を下記表1に示す。有毒なBeOを除けば、AlN、SiC、Si、BNが好適なセラミックスとして挙げられ、これらの複合体でもよい。尚、昇温及び降温速度を小さくすれば、20cal/cm・sec以下のセラミックスでも問題なく使用できるが、昇温及び降温速度が遅くなる分焼成又は焼結に要する消費電力が大きくなる。 There is no restriction on the material of the ceramic used as the substrate material. However, ceramics having a large thermal shock fracture resistance coefficient are suitable in that they can be rapidly heated and cooled. Specifically, the thermal shock fracture resistance coefficient is preferably 20 cal / cm · sec or more. The characteristics of the main ceramics used as the ceramic substrate material are shown in Table 1 below. Except for toxic BeO, AlN, SiC, Si 3 N 4 , and BN are listed as suitable ceramics, and these composites may also be used. If the temperature raising and lowering rate is reduced, ceramics of 20 cal / cm · sec or less can be used without any problem, but the power consumption required for firing or sintering increases as the temperature raising and lowering rate becomes slower.

Figure 2007013210
Figure 2007013210

次に、セラミックス焼結体と導体層を同時に焼結又は焼成して回路基板を形成する場合について述べる。まず、セラミックス成形体であるグリーンシート上に、導体ペーストにより所定の回路パターンの導体層を形成する。このときの導体ペーストは焼成温度がセラミックスの焼結温度と近いものを選択する。例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等のセラミックスに対しては、タングステンやモリブデン、タンタルなどの高融点金属が好適である。   Next, the case where a ceramic substrate and a conductor layer are simultaneously sintered or fired to form a circuit board will be described. First, a conductor layer having a predetermined circuit pattern is formed on a green sheet, which is a ceramic molded body, using a conductor paste. The conductor paste at this time is selected such that the firing temperature is close to the sintering temperature of the ceramic. For example, refractory metals such as tungsten, molybdenum, and tantalum are suitable for ceramics such as alumina, aluminum nitride, and silicon nitride.

この未焼成の導体層を乾燥した後、電流を流すことによって、セラミックス成形体と未焼成の導体層を同時に焼結又は焼成することができる。この場合においても、通電前の導体層の抵抗値が高いと、電流が流れにくくなり発熱量が低下するので、その抵抗値は10MΩ以下であることが好ましい。また、前記の場合と同様に、導体層の抵抗値を低下させるためAgを添加することが可能であり、その添加量は未焼成の導体層の1.0体積%以上が好適である。尚、導体層及び/又はセラミックス基板の材質が耐酸化性のない場合には、不活性ガス雰囲気中において通電し、焼結及び焼成することも可能である。   After the unfired conductor layer is dried, the ceramic compact and the unfired conductor layer can be sintered or fired simultaneously by passing an electric current. Even in this case, if the resistance value of the conductor layer before energization is high, current does not flow easily and the amount of heat generation is reduced. Similarly to the case described above, Ag can be added to reduce the resistance value of the conductor layer, and the addition amount is preferably 1.0% by volume or more of the unfired conductor layer. When the material of the conductor layer and / or the ceramic substrate is not oxidation resistant, it can be energized, sintered and fired in an inert gas atmosphere.

また、上記のごとくセラミックスのグリーンシート上に回路パターンを形成した後、更にその回路パターンの上にセラミックスのグリーンシートを積層し、この全体を通電して焼結又は焼成することも可能である。ただし、2枚のグリーンシート間に埋まった回路パターンの導体層に電流を流す必要があるので、グリーンシートの一部を切除するなどして、導体層から外部電源に接続できる端子部分を確保する必要がある。   It is also possible to form a circuit pattern on the ceramic green sheet as described above, and further laminate a ceramic green sheet on the circuit pattern, and sinter or fire the whole by energization. However, since it is necessary to pass an electric current through the conductor layer of the circuit pattern buried between the two green sheets, a part of the green sheet is cut off to secure a terminal portion that can be connected to the external power source from the conductor layer. There is a need.

未焼成の導体層に流す電流値は、セラミックス基板の大きさ、回路パターン、焼結温度により大きく異なるので、一概に規定することはできない。しかし、導体層は温度の上昇と共に焼結が進み、電気抵抗値が低下する。従って、抵抗値又は電流と電圧をモニターし、得られる導体層の抵抗値を制御し得ることは前記の通りである。また、使用できる導体及びセラミックスについても上記と同様であり、熱衝撃性に優れた窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化硼素及びこれらの複合体がより好適である。   The value of the current flowing through the unfired conductor layer varies greatly depending on the size of the ceramic substrate, the circuit pattern, and the sintering temperature, and thus cannot be specified unconditionally. However, the conductor layer is sintered as the temperature rises, and the electrical resistance value decreases. Therefore, as described above, the resistance value or current and voltage can be monitored to control the resistance value of the obtained conductor layer. Also, usable conductors and ceramics are the same as described above, and aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride and composites thereof excellent in thermal shock resistance are more preferable.

本発明方法により、セラミックス基板を製造する場合には、絶縁性のセラミックス粉末と導電性材料粉末を混合して使用する。具体的には、導電性材料粉末と絶縁性のセラミックス粉末とを有機溶剤で混合し、更に焼結助剤と有機バインダーを加えてスラリーを作製する。スラリーの抵抗値を通電可能な程度に調整した後、ドクターブレード法でテープ成形するか、あるいはスプレードライヤー等の手法で顆粒を作製し、これをプレス成形しても良い。最後に、このセラミックス成形体に通電し、抵抗発熱させて焼結する。   When a ceramic substrate is manufactured by the method of the present invention, an insulating ceramic powder and a conductive material powder are mixed and used. Specifically, a conductive material powder and an insulating ceramic powder are mixed with an organic solvent, and a sintering aid and an organic binder are added to prepare a slurry. After adjusting the resistance value of the slurry to such an extent that it can be energized, it may be formed into a tape by a doctor blade method, or a granule is produced by a technique such as a spray dryer, and this may be press-molded. Finally, the ceramic molded body is energized and heated by resistance to sinter.

このときに使用するセラミックスとしては、熱衝撃性に優れる窒化アルミニウム、又は窒化ケイ素が好適である。導電性材料としては、セラミックスとの濡れ性のよい周期律表の4A族、5A族、6A族の金属、又はその炭化物、窒化物、ホウ化物の少なくとも一種を用いることが好ましい。使用するセラミックスおよび導電性材料に耐酸化性がない場合、非酸化性雰囲気中で通電焼結させることも可能である。   As the ceramic used at this time, aluminum nitride or silicon nitride excellent in thermal shock resistance is suitable. As the conductive material, it is preferable to use at least one of metals of Group 4A, 5A, and 6A of the periodic table having good wettability with ceramics, or carbides, nitrides, and borides thereof. If the ceramics and the conductive material to be used are not oxidation resistant, it is possible to conduct current sintering in a non-oxidizing atmosphere.

このときのセラミックス成形体の電気抵抗値も、10MΩ以下が好ましい。これ以上の抵抗値では流れる電流が小さくなり、発熱量が低下するため、焼結に支障をきたすからである。セラミックス成形体の抵抗値が高すぎる場合には、成形体中に若干量のAg粉末を添加することも可能である。Agの添加量としては特に制約はないが、1.0体積%以上であれば抵抗値が大きく低下するため特に好ましい。   The electrical resistance value of the ceramic molded body at this time is also preferably 10 MΩ or less. This is because if the resistance value exceeds this value, the flowing current becomes small and the amount of heat generation decreases, which hinders sintering. When the resistance value of the ceramic molded body is too high, a slight amount of Ag powder can be added to the molded body. Although there is no restriction | limiting in particular as the addition amount of Ag, If it is 1.0 volume% or more, since resistance value will fall large, it is especially preferable.

このセラミックス基板の製造においても、通電によりセラミックス成形体が発熱すると徐々に温度が上昇し、この温度上昇に連れて抵抗値は次第に低下する。従って、この抵抗値又は電圧と電流をモニターし、所定の抵抗値になった時点で通電を停止するか又は通電量を漸減させることにより、得られるセラミックス焼結体の抵抗値を簡単に制御することができる。   Also in the production of this ceramic substrate, when the ceramic molded body generates heat by energization, the temperature gradually increases, and the resistance value gradually decreases as this temperature rises. Therefore, the resistance value or voltage and current are monitored, and when the predetermined resistance value is reached, the energization is stopped or the energization amount is gradually reduced to easily control the resistance value of the obtained ceramic sintered body. be able to.

以上のごとく、本発明方法においては、焼結又は焼成する部分だけを直接加熱するので、電気炉等で焼結又は焼成する従来の方法に比較すると、消費電力を著しく低減することができる。また、本発明によれば、電気炉等で焼成した場合と比較して、セラミックス基板との密着強度及び膜強度が非常に強い導体層を得ることができる。これは、導体層を電流が流れるとき各導体粒子の接触部を伝わって流れるが、各粒子内における電気抵抗よりも粒子間の接触抵抗の方が相対的に高いため、発熱が主に各粒子の接触部で起こり、各粒子が急速に粒成長するためと考えられる。   As described above, in the method of the present invention, only the portion to be sintered or fired is directly heated, so that power consumption can be remarkably reduced as compared with the conventional method of sintering or firing in an electric furnace or the like. In addition, according to the present invention, it is possible to obtain a conductor layer having very strong adhesion strength and film strength with a ceramic substrate as compared with the case of firing in an electric furnace or the like. This is because when the current flows through the conductor layer, it flows along the contact portion of each conductor particle, but since the contact resistance between the particles is relatively higher than the electric resistance in each particle, heat generation is mainly caused by each particle. This is thought to be due to the rapid growth of each particle.

特に、導体層原料としてガラスフリットを含むペーストを用いる場合、導体層中に含まれるガラスフリットも当然溶触する。しかし、従来のように電気炉中で焼成を行う場合、まずガラスフリットが溶触し、その後導体層中に含まれる導体粒子が粒成長を始めるため、ガラス成分と金属成分の分離が起こりやすく、膜強度及び密着強度の低下を招く。一方、本発明方法の通電焼結法では、電気炉での焼成に比較して相対的にガラスの溶触時期が金属の粒成長の時期よりも遅れるため、より均一な膜を得ることができる結果、膜強度及び密着強度共に優れた導体層が得られる。また、導体層のセラミックス基板との密着強度については、電気炉等に比較して、通電終了後急速に基板を冷却できるため、導体中に含まれるガラスフリットが結晶化せずにアモルファス化し、更に密着強度が向上すると考えられる。   In particular, when a paste containing glass frit is used as the conductor layer raw material, the glass frit contained in the conductor layer naturally melts. However, when firing in an electric furnace as in the prior art, the glass frit first contacts, and then the conductor particles contained in the conductor layer begin to grow, so that the glass component and the metal component are easily separated, and the film The strength and adhesion strength are reduced. On the other hand, in the electric current sintering method of the present invention, the glass contact time is relatively later than the metal grain growth time as compared with firing in an electric furnace, so that a more uniform film can be obtained. In addition, a conductor layer having excellent film strength and adhesion strength can be obtained. Also, regarding the adhesion strength between the conductor layer and the ceramic substrate, the substrate can be cooled rapidly after energization, compared to an electric furnace, etc., so that the glass frit contained in the conductor is amorphized without being crystallized. It is considered that the adhesion strength is improved.

尚、本発明方法では、通電前の導体層の抵抗値が高い場合、前記のごとく銀を加えることにより通電が可能となるが、そのメカニズムは現在のところ明確ではない。しかし、導体層に電位が生じたとき、銀がイオンとして動き易いため、電流が流れやすくなるのではないかと推測される。   In the method of the present invention, when the resistance value of the conductor layer before energization is high, energization is possible by adding silver as described above, but the mechanism is not clear at present. However, when a potential is generated in the conductor layer, silver is likely to move as ions, so that it is presumed that current may easily flow.

以下の各実施例で使用したセラミックスの特性を下記表2に示す;   The characteristics of the ceramics used in the following examples are shown in Table 2 below;

Figure 2007013210
Figure 2007013210

[実施例1]
セラミックス基板として、25mm角で、2.0mm厚の上記Al、AlN、Siの各セラミックス焼結体を用い、導体ペーストを用いて図1に示す回路パターンの導体層2を各セラミックス焼結体1の上にスクリーン印刷した。導体ペーストはAg−Pdペーストを使用した。印刷後、導体ペーストを130℃で乾燥し、得られた未焼成の導体層2の各端子部2aにそれぞれPt電極を取り付けた。尚、乾燥後の導体層2の膜厚はいずれの試料も25〜27μmの範囲内にあった。
[Example 1]
As the ceramic substrate, each ceramic layered body of Al 2 O 3 , AlN, and Si 3 N 4 having a 25 mm square and a thickness of 2.0 mm is used, and the conductor layer 2 having the circuit pattern shown in FIG. Screen printing was performed on each ceramic sintered body 1. Ag-Pd paste was used as the conductor paste. After printing, the conductor paste was dried at 130 ° C., and a Pt electrode was attached to each terminal portion 2 a of the unfired conductor layer 2 obtained. In addition, the film thickness of the conductor layer 2 after drying was in the range of 25 to 27 μm for all samples.

各試料の乾燥後における導体層2の抵抗値を測定したところ、100〜300kΩであった。また、焼成後の導体層2の抵抗値は、焼成後のシート抵抗値から計算して40Ωを目標とした。その後、各Pt電極に電圧を印加し、未焼成の導体層2に直接電流を流すことにより、導体層2自身を加熱した。尚、電圧を印加する装置は、連続的に電圧値を変化できる電源装置を用いた。   When the resistance value of the conductor layer 2 after each sample was dried was measured, it was 100 to 300 kΩ. Moreover, the resistance value of the conductor layer 2 after firing was calculated from the sheet resistance value after firing, and the target was 40Ω. Thereafter, a voltage was applied to each Pt electrode, and a current was passed directly through the unfired conductor layer 2 to heat the conductor layer 2 itself. In addition, the power supply device which can change a voltage value continuously was used for the apparatus which applies a voltage.

電圧印加開始直後は100Vの電圧を印加し、導体層2が発熱すると共に徐々に抵抗値が低下し始めるので、これに伴って徐々に電圧を低下させ、最終的には40Vの電圧、1Aの電流値に保持した。この状態で、導体層2の抵抗値が所定の値に達するまで30秒間焼成した。このときの導体層2の温度は、サーモグラフィーでモニターした結果850℃であった。   Immediately after the start of voltage application, a voltage of 100 V is applied, and the resistance value begins to gradually decrease as the conductor layer 2 generates heat. Accordingly, the voltage is gradually decreased. The current value was maintained. In this state, baking was performed for 30 seconds until the resistance value of the conductor layer 2 reached a predetermined value. The temperature of the conductor layer 2 at this time was 850 ° C. as a result of monitoring by thermography.

その後、セラミックス基板がAlN及びSiの試料については、焼成終了と同時に電圧を0Vにして急冷した。しかし、セラミックス基板がAlの試料については、急速に昇温又は降温するとセラミックス基板が破損するので、850℃までは60℃/分の速度で徐々に昇温し、上記焼成の終了後60℃/分の速度で降温した。 Thereafter, the ceramic substrate for samples of AlN and Si 3 N 4, and the completion of firing and at the same time a voltage was quenched by the 0V. However, when the ceramic substrate is Al 2 O 3 , the ceramic substrate is damaged when the temperature is rapidly increased or decreased, so the temperature is gradually increased up to 850 ° C. at a rate of 60 ° C./min. The temperature was lowered at a rate of 60 ° C./min.

得られた各試料のセラミックス回路基板における導体層2の抵抗値は、下記表3に示すとおりである。尚、抵抗値は直流4端子法により、各試料ごとに4個ずつ測定した。いずれの試料につても、良好な導体層が得られ、その抵抗値のばらつきは目標とした抵抗値40Ωに対して最大でも0.5%であり、抵抗値の制御が容易であることが分かる。   The resistance value of the conductor layer 2 in the ceramic circuit board of each sample obtained is as shown in Table 3 below. In addition, the resistance value was measured 4 pieces for each sample by the direct current 4 terminal method. For any sample, a good conductor layer can be obtained, and the variation in resistance value is 0.5% at the maximum with respect to the target resistance value of 40Ω, indicating that the resistance value can be easily controlled. .

Figure 2007013210
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また、上記の各試料について、得られた導体層のセラミックス基板との密着強度を測定し、その結果を下記表4に示した。   For each of the above samples, the adhesion strength of the obtained conductor layer with the ceramic substrate was measured, and the results are shown in Table 4 below.

Figure 2007013210
Figure 2007013210

尚、上記方法で使用された電力量は、セラミックス基板がAlN及びSiの試料については共に一個当たり8.0Whであり、Alの試料については同じく13.9Whであった。 The amount of electric power used in the above method was 8.0 Wh per one for both the AlN and Si 3 N 4 ceramic substrates, and 13.9 Wh for the Al 2 O 3 sample.

[比較例1]
実施例1と同様の各セラミックス基板を使用し、同一の導体ペーストを用いて同一の回路パターンを印刷し、電気炉にて850℃で焼成した。得られた各試料にいて導体層の抵抗値及び密着強度を測定し、その結果を下記表5及び表6にそれぞれ示した。
[Comparative Example 1]
Each ceramic substrate similar to Example 1 was used, the same circuit pattern was printed using the same conductor paste, and baked at 850 ° C. in an electric furnace. In each of the obtained samples, the resistance value and adhesion strength of the conductor layer were measured, and the results are shown in Tables 5 and 6 below.

Figure 2007013210
Figure 2007013210

Figure 2007013210
Figure 2007013210

各比較例の試料における導体層の抵抗値は、目標値に対して最大で8%ずれていることが分かる。これは、抵抗値をモニターしながら焼成することが不可能なためである。また、密着強度についても、通電で焼結を行った実施例の試料と比較して、いずれも劣ることが分かる。尚、消費した電力量は、ベルト炉を用いた場合で、1.12kWhが必要であった。   It can be seen that the resistance value of the conductor layer in each sample of the comparative example is shifted by 8% at the maximum with respect to the target value. This is because it is impossible to fire while monitoring the resistance value. Moreover, it turns out that all are inferior also about the adhesive strength compared with the sample of the Example which sintered by electricity supply. Note that the amount of power consumed was 1.12 kWh when a belt furnace was used.

[実施例2]
Al粉末、AlN粉末、Si粉末を用意し、各粉末に対して所定量の焼結助剤、有機バインダー、及び有機溶剤を加えて混合し、ドクターブレード法によりグリーンシートを作製した。各グリーンシート上に、Wを主成分とする導体ペーストを用いて、実施例1と同一の回路パターンの導体層2をスクリーン印刷法により形成した。その後、印刷面に上記と同一組成のグリーンシートを重ねてラミネートした。尚、ラミネートするグリーンシート3には、図2に示すように、通電に必要な電極4を取り付けるため、未焼成の導体層2の端子部2aが露出するように切欠部3aを形成した。
[Example 2]
Prepare Al 2 O 3 powder, AlN powder, and Si 3 N 4 powder, add a predetermined amount of sintering aid, organic binder, and organic solvent to each powder and mix them. Produced. On each green sheet, a conductor layer 2 having the same circuit pattern as that of Example 1 was formed by screen printing using a conductor paste containing W as a main component. Thereafter, a green sheet having the same composition as above was laminated and laminated on the printed surface. In addition, as shown in FIG. 2, in order to attach the electrode 4 required for electricity supply, the notch part 3a was formed in the green sheet 3 to laminate so that the terminal part 2a of the unfired conductor layer 2 might be exposed.

グリーンシート及び導体ペーストを十分乾燥した後、図2に示すように、未焼成の導体層2の各端子部2aにPtの電極4を取り付け、窒素雰囲気中で電源装置5から通電して導体層2を発熱させ、グリーンシートを900℃に加熱して5分間保持することにより、グリーンシートを脱脂した。その後改めて各端子部2aにWの電極4を取り付けた。これは、最初からWの電極を取り付けた場合、脱脂された炭素化合物とWが反応して電極が腐食するためである。   After sufficiently drying the green sheet and the conductor paste, as shown in FIG. 2, a Pt electrode 4 is attached to each terminal portion 2a of the unfired conductor layer 2, and the conductor layer is energized from the power supply device 5 in a nitrogen atmosphere. The green sheet was degreased by causing 2 to generate heat and heating the green sheet to 900 ° C. and holding it for 5 minutes. Thereafter, a W electrode 4 was attached to each terminal portion 2a. This is because when the W electrode is attached from the beginning, the degreased carbon compound reacts with W to corrode the electrode.

この状態で、未焼成の導体層に再度通電を行い、グリーンシートがAlの試料は1600℃、AlNの試料は1850℃、Siの試料は1700℃で各々10分間保持した。その後、AlN及びSiの試料については印加電圧を0Vにして急冷した。しかし、Alの試料は急冷するとセラミックス基板が破壊するため、印加電圧を徐々に減少させながら60℃/分の速度で徐冷した。得られた各セラミックス回路基板について、導体層の抵抗値を測定した結果を下記表7に示した。 In this state, the unfired conductor layer was energized again, and the green sheet was held at 1600 ° C. for the sample of Al 2 O 3 , 1850 ° C. for the sample of AlN and 1700 ° C. for the sample of Si 3 N 4 for 10 minutes. . Thereafter, the AlN and Si 3 N 4 samples were quenched by setting the applied voltage to 0V. However, since the ceramic substrate was destroyed when the Al 2 O 3 sample was rapidly cooled, it was gradually cooled at a rate of 60 ° C./min while gradually decreasing the applied voltage. Table 7 below shows the results of measuring the resistance value of the conductor layer for each of the obtained ceramic circuit boards.

Figure 2007013210
Figure 2007013210

表7から分かるように、得られた各試料の導体層の抵抗値は、目標値の40Ωに対して±2.5%のばらつきしかなかった。また、使用された電力量は、Alの試料が600Wh、AlNの試料が750Wh、及びSiの試料が680Whであった。 As can be seen from Table 7, the resistance value of the conductor layer of each sample obtained had a variation of ± 2.5% with respect to the target value of 40Ω. The amount of electric power used was 600 Wh for the Al 2 O 3 sample, 750 Wh for the AlN sample, and 680 Wh for the Si 3 N 4 sample.

[比較例2]
実施例2と同様にラミネートしたグリーンシートを用意し、各々電気炉を用いて不活性ガス雰囲気で焼結した。焼結温度は実施例2の場合と同一温度とした。その結果、得られたセラミックス回路基板の導体層の抵抗値は、下記表8に示すとおりであった。
[Comparative Example 2]
Laminated green sheets were prepared in the same manner as in Example 2, and each was sintered in an inert gas atmosphere using an electric furnace. The sintering temperature was the same as in Example 2. As a result, the resistance value of the conductor layer of the obtained ceramic circuit board was as shown in Table 8 below.

Figure 2007013210
Figure 2007013210

この結果から分かるように、抵抗値のばらつきは実施例2に比較して非常に大きかった。また、使用した電力量は、Alの試料が6.7kWh、AlNの試料が8.9kWh、及びSiの試料が7.7kWhであった。 As can be seen from this result, the variation in the resistance value was very large as compared with Example 2. The amount of power used was 6.7 kWh for the Al 2 O 3 sample, 8.9 kWh for the AlN sample, and 7.7 kWh for the Si 3 N 4 sample.

[実施例3]
上記実施例1で得られたAl、AlN、Siの各セラミックス回路基板に、スクリーン印刷法にてホウケイ酸鉛系ガラスペーストを100μmの厚さに塗布した。その後、導体層に電流を流すことにより、導体層を発熱させてガラスペーストを焼成し、導体層上に絶縁体層を形成した。この場合、焼成に要した電力量は、いずれの試料においても5.0Whであった。
[Example 3]
A lead borosilicate glass paste was applied to a thickness of 100 μm on each ceramic circuit board of Al 2 O 3 , AlN, and Si 3 N 4 obtained in Example 1 by a screen printing method. Thereafter, by passing an electric current through the conductor layer, the conductor layer was heated, and the glass paste was baked to form an insulator layer on the conductor layer. In this case, the amount of electric power required for firing was 5.0 Wh in any sample.

[比較例3]
実施例3と同様に、Al、AlN、Siの各セラミックス回路基板にガラスペーストの絶縁体層を形成した後、ベルト炉を用いて大気中で同一温度にて絶縁体層を焼成した。その結果、使用された電力量はいずれの試料も57Whであった。
[Comparative Example 3]
In the same manner as in Example 3, after an insulator layer of glass paste was formed on each ceramic circuit board of Al 2 O 3 , AlN, and Si 3 N 4 , the insulator layer was formed at the same temperature in the atmosphere using a belt furnace. Was baked. As a result, the amount of power used was 57 Wh for all samples.

[実施例4]
Al粉末、AlN粉末、Si粉末を各々所定量用意し、全粉末の体積と同量のW粉末、焼結助剤、有機溶剤及び有機バインダーを加え、ボールミルで混合してスラリーを作製した。各スラリーを用いて、ドクターブレード法により厚み1mmのグリーンシートを作製した。各グリーンシートを十分乾燥させた後、25mm角の大きさに切断し、得られた各セラミックス成形体の両面を挟み込むようにしてPt電極を取り付けた。
[Example 4]
Prepare a predetermined amount of each of Al 2 O 3 powder, AlN powder, and Si 3 N 4 powder, add the same amount of W powder, sintering aid, organic solvent and organic binder as the total volume of the powder, and mix with a ball mill. A slurry was prepared. Using each slurry, a green sheet having a thickness of 1 mm was produced by a doctor blade method. After each green sheet was sufficiently dried, it was cut to a size of 25 mm square, and Pt electrodes were attached so as to sandwich both surfaces of each obtained ceramic molded body.

このときの乾燥後の各セラミックス成形体の抵抗値は、Siの試料が528kΩ、AlNの試料が488kΩ、Alの試料が550kΩであった。そこで、まず各セラミックス成形体を脱脂するために、窒素雰囲気中で通電し、温度をサーモグラフィーで観察しながら、いずれのセラミックス成形体も900℃まで加熱した。その後、改めて各セラミックス成形体にW電極を取り付け、窒素雰囲気中で通電して、いずれのセラミックス成形体も1650℃まで昇温した。昇温速度については、いずれの場合も200℃/分の割合で行った。 At this time, the resistance value of each ceramic compact after drying was 528 kΩ for the sample of Si 3 N 4 , 488 kΩ for the sample of AlN, and 550 kΩ for the sample of Al 2 O 3 . Therefore, first, in order to degrease each ceramic compact, each ceramic compact was heated to 900 ° C. while energizing in a nitrogen atmosphere and observing the temperature by thermography. Thereafter, a W electrode was newly attached to each ceramic compact, and energized in a nitrogen atmosphere, and each ceramic compact was heated to 1650 ° C. About the temperature increase rate, it carried out in the case of 200 degreeC / min in any case.

その後、1650℃で5分保持して焼結した後、降温した。尚、印加電圧を0Vにして急冷した場合、AlN及びSiの試料は破損しなかったが、Alの試料は破損した。そのため、Alの試料については再度セラミックス成形体を作製し、上記と同様に通電焼結した後、電圧を調整して60℃/分の割合で降温させた結果、破損せずに焼結体が得られた。得られた各セラミックス焼結体の抵抗値は、電極を取り付けた状態で40〜42Ωであった。 Thereafter, the temperature was lowered after sintering by holding at 1650 ° C. for 5 minutes. When the applied voltage was set to 0 V and the sample was rapidly cooled, the AlN and Si 3 N 4 samples were not damaged, but the Al 2 O 3 sample was damaged. Therefore, for the Al 2 O 3 sample, a ceramic molded body was prepared again, and after conducting current sintering in the same manner as described above, the voltage was adjusted and the temperature was lowered at a rate of 60 ° C./min. A ligation was obtained. The resistance value of each obtained ceramic sintered body was 40 to 42Ω with the electrode attached.

[実施例5]
Al粉末、AlN粉末、Si粉末を各々所定量用意し、全粉末の体積に対し半分の量のW粉末と、焼結助剤、有機溶剤及び有機バインダーを加え、ボールミルで混合してスラリーを作製した。各スラリーを用いて、ドクターブレード法により厚み1mmのグリーンシートを作製した。各グリーンシートを十分乾燥させた後、25mm角の大きさに切断し、得られた各セラミックス成形体の両面を挟み込むようにしてPt電極を取り付けた。
[Example 5]
Prepare a predetermined amount of each of Al 2 O 3 powder, AlN powder, and Si 3 N 4 powder, add half the amount of W powder to the total volume of the powder, a sintering aid, an organic solvent, and an organic binder. A slurry was prepared by mixing. Using each slurry, a green sheet having a thickness of 1 mm was produced by a doctor blade method. After each green sheet was sufficiently dried, it was cut to a size of 25 mm square, and Pt electrodes were attached so as to sandwich both surfaces of each obtained ceramic molded body.

このときの各セラミックス成形体の抵抗値は、Al、AlN、Siの各試料共に20MΩを越えていた。そこで、全粉末の体積に対して1体積%のAg粉末を更に加え、その外は上記と同様にして再度スラリーを作製した。各スラリーをドクターブレード法により厚み1mmのグリーンシートを作製し、十分乾燥させた後、上記と同一の大きさに切断して抵抗値を再度測定した結果、Siの試料は350kΩ、AlNの試料は420kΩ、Alの試料は270kΩであった。 The resistance value of each ceramic compact at this time exceeded 20 MΩ for each sample of Al 2 O 3 , AlN, and Si 3 N 4 . Therefore, 1% by volume of Ag powder was further added to the volume of the whole powder, and a slurry was prepared again in the same manner as above. Each slurry was made into a 1 mm thick green sheet by the doctor blade method, sufficiently dried, then cut to the same size as above, and the resistance was measured again. As a result, the sample of Si 3 N 4 was 350 kΩ, AlN This sample was 420 kΩ, and the Al 2 O 3 sample was 270 kΩ.

次に、これらのセラミックス成形体を脱脂するため、窒素雰囲気中で通電し、温度をサーモグラフィーで観察しながら、いずれのセラミックス成形体も900℃まで加熱した。その後、改めてW電極を取り付け、窒素雰囲気中で各セラミックス成形体を1650℃まで昇温して焼結した。昇温速度については、いずれの試料も200℃/分の割合で行った。   Next, in order to degrease these ceramic molded bodies, each ceramic molded body was heated to 900 ° C. while energizing in a nitrogen atmosphere and observing the temperature by thermography. Thereafter, a W electrode was attached again, and each ceramic compact was heated to 1650 ° C. and sintered in a nitrogen atmosphere. About the temperature increase rate, all the samples were performed at a rate of 200 ° C./min.

その後、1650℃で5分保持した後、降温した。印加電圧を0Vにして急冷した場合、AlN及びSiの試料は破損しなかったが、Alの試料は破した。そのため、Alの試料については再度成形体を作製し、上記と同様に通電して焼結した後、電圧を調整して60℃/分の割合で降温した結果、破損せずに焼結体が得られた。このようにして得られた各セラミックス焼結体の抵抗値は、電極を取り付けた状態で40〜42Ωであった。 Then, after holding at 1650 ° C. for 5 minutes, the temperature was lowered. When the applied voltage was set to 0 V and quenched, the AlN and Si 3 N 4 samples did not break, but the Al 2 O 3 sample broke. Therefore, for the Al 2 O 3 sample, a molded body was prepared again and sintered in the same manner as described above. Then, the voltage was adjusted and the temperature was lowered at a rate of 60 ° C./min. A ligation was obtained. The resistance value of each ceramic sintered body thus obtained was 40 to 42Ω with the electrode attached.

[比較例4]
実施例5と同様に、Al粉末、AlN粉末、Si粉末に対して、全粉末の体積の半分に相当するW粉末と、焼結助剤、有機溶剤及び有機バインダーを加え、混合してスラリーを作製した。各スラリーを用いて、実施例1と同様に厚み1mmのグリーンシートを作製し、十分乾燥させた後、25mm角の大きさに切断してセラミックス成形体を得た。
[Comparative Example 4]
As in Example 5, W powder corresponding to half of the total powder volume, sintering aid, organic solvent and organic binder were added to Al 2 O 3 powder, AlN powder and Si 3 N 4 powder. And mixed to make a slurry. Using each slurry, a green sheet having a thickness of 1 mm was prepared in the same manner as in Example 1, and after sufficiently drying, cut into a 25 mm square size to obtain a ceramic molded body.

各セラミックス成形体の両面を挟み込むようにしてPt製電極を取り付けた。このときの各セラミックス成形体の抵抗値は、いずれも25〜30MΩ程度であった。このまま各セラミックス成形体に電圧を印加していくと、いずれの試料も1000V付近の電圧を印加したとき電極間でショートしたため、通電による焼結はできなかった。   Pt electrodes were attached so as to sandwich both surfaces of each ceramic molded body. The resistance value of each ceramic molded body at this time was about 25 to 30 MΩ. When a voltage was applied to each ceramic molded body as it was, all samples were short-circuited between the electrodes when a voltage in the vicinity of 1000 V was applied, and sintering by energization could not be performed.

[実施例6]
実施例1と同様の各セラミックス基板を用意し、これらの基板上に導体ペーストを用いて図1に示す形状の回路パターンを形成した。導体ペーストには銅ペーストを使用した。回路パターンの印刷後130℃で乾燥し、乾燥後の回路抵抗値を測定したが、いずれの回路も10MΩ以上の抵抗値を示し、通電により回路パターンを焼結することはできなかった。
[Example 6]
Each ceramic substrate similar to Example 1 was prepared, and a circuit pattern having the shape shown in FIG. 1 was formed on these substrates using a conductive paste. Copper paste was used as the conductor paste. After the circuit pattern was printed, it was dried at 130 ° C., and the circuit resistance value after drying was measured. All the circuits showed a resistance value of 10 MΩ or more, and the circuit pattern could not be sintered by energization.

次に、上記と同じ銅ペーストに銀粉末を添加し、良く混合した。この銀粉末を添加した銅ペーストで形成した回路パターンの乾燥後の抵抗値と、ペースト中の銀含有量との関係は下記表9に示すとおりであった。尚、表9中におけるペースト中の銀含有量は、ペースト中に含まれている銅及びガラスフリットに対する体積百分率で示した。   Next, silver powder was added to the same copper paste as above and mixed well. The relationship between the resistance value after drying of the circuit pattern formed with the copper paste added with the silver powder and the silver content in the paste was as shown in Table 9 below. In Table 9, the silver content in the paste was expressed as a volume percentage with respect to copper and glass frit contained in the paste.

Figure 2007013210
Figure 2007013210

その後、導体層である回路の端子部にPt電極を取り付け、直流電流を流すことで導体層を抵抗加熱した。焼成後の回路抵抗値は、銅ペースト焼成時のシート抵抗から5.0Ωを目標とした。最終的には20Vの電圧、4Aの電流値に保持した。この時の導体層の温度は700℃であった。このとき、AlN基板の試料について焼成に要した電力量を表10に示した。銀含有量が0.9体積%のものは、初期の抵抗値が他の試料と比較して高かったため、焼成に要した電力量も非常に多くなっていることが分かる。   Thereafter, a Pt electrode was attached to the terminal portion of the circuit as the conductor layer, and the conductor layer was resistance-heated by passing a direct current. The circuit resistance value after firing was set to 5.0Ω from the sheet resistance during copper paste firing. Eventually, a voltage of 20 V and a current value of 4 A were maintained. The temperature of the conductor layer at this time was 700 ° C. Table 10 shows the amount of power required for firing the sample of the AlN substrate. When the silver content is 0.9% by volume, the initial resistance value is higher than that of other samples, so that it can be seen that the amount of electric power required for firing is very large.

Figure 2007013210
Figure 2007013210

上記焼成によって得られた各試料のうち銀含有量が1.0体積%のものについて、導体層の抵抗値を測定して表11に、及び導体層とセラミックス基板との密着強度を測定した結果を下記表12に示した。尚、これら銀含有量1.0体積%の各試料の焼成に要した電力量は、セラミックス基板がAlN及びSiの試料では6.5Whであり、Alの試料では10.6Whであった。 Results obtained by measuring the resistance value of the conductor layer in Table 11 and the adhesion strength between the conductor layer and the ceramic substrate for each sample obtained by the above firing having a silver content of 1.0% by volume Is shown in Table 12 below. The amount of power required for firing each sample having a silver content of 1.0% by volume is 6.5 Wh when the ceramic substrate is AlN and Si 3 N 4 and is 10 when the sample is Al 2 O 3 . It was 6 Wh.

Figure 2007013210
Figure 2007013210

Figure 2007013210
Figure 2007013210

セラミックス焼結体上に導体層の回路パターンを形成した状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which formed the circuit pattern of the conductor layer on the ceramic sintered compact. 導体層の回路パターンをセラミックスのグリーンシートでラミネートした状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which laminated the circuit pattern of the conductor layer with the ceramic green sheet.

符号の説明Explanation of symbols

1 セラミックス焼結体
2 導体層
2a 端子部
3 グリーンシート
3a 切欠部
4 電極
5 電極装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic sintered body 2 Conductor layer 2a Terminal part 3 Green sheet 3a Notch part 4 Electrode 5 Electrode apparatus

Claims (4)

セラミックス粉末と導電性材料粉末を混合したセラミックス成形体に通電して抵抗発熱させることにより、該セラミックス成形体を焼結することを特徴とするセラミックス基板の製造方法。   A method of manufacturing a ceramic substrate, comprising: energizing a ceramic molded body in which ceramic powder and conductive material powder are mixed to cause resistance heating, thereby sintering the ceramic molded body. 前記導電性材料が周期律表4A族、5A族、6A族の金属、又はその炭化物、窒化物、ホウ化物の少なくとも一種であることを特徴とする、請求項1に記載のセラミックス基板の製造方法。   2. The method of manufacturing a ceramic substrate according to claim 1, wherein the conductive material is at least one of metals of Group 4A, 5A, and 6A of the periodic table, or carbides, nitrides, and borides thereof. . セラミックス成形体の通電開始時における抵抗値が10MΩ以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のセラミックス基板の製造方法。   The method for producing a ceramic substrate according to claim 1 or 2, wherein a resistance value at the start of energization of the ceramic molded body is 10 MΩ or less. 前記導電性材料粉末に更に銀粉末を添加することを特徴とする、請求項3に記載のセラミックス基板の製造方法。   The method for producing a ceramic substrate according to claim 3, wherein silver powder is further added to the conductive material powder.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014179564A (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Mitsubishi Materials Corp Method for manufacturing substrate for power module and method for manufacturing power module

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