JP2582835B2 - 表面導電性セラミックス基板の製造方法 - Google Patents

表面導電性セラミックス基板の製造方法

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JP2582835B2 JP63039040A JP3904088A JP2582835B2 JP 2582835 B2 JP2582835 B2 JP 2582835B2 JP 63039040 A JP63039040 A JP 63039040A JP 3904088 A JP3904088 A JP 3904088A JP 2582835 B2 JP2582835 B2 JP 2582835B2
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H05K1/092Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、表面特性や電気的特性を向上させた導電性
メタライズ層を有する表面導電性セラミックス基板の製
造方法に関する。
(従来の技術) 従来から、アルミナなどのセラミックス基板を回路基
板として使用するために、その表面に導電層を形成する
ことが行われている。この導電層の形成方法としては、
アルミナなどの酸化物系セラミックス基板に対してはMo
粉末やW粉末を主成分とするメタライズ用組成物を有機
系バインダによりペースト化し、これをセラミックス基
板表面に塗布し、焼成する方法が多用されている。
また、近年、高い伝導性を有することでハイブリッド
IC用などの回路基板として注目を集めているAlN焼結体
などの非酸化物系セラミックス基板に対しては、上述し
たような酸化物系セラミックス基板に使用されているペ
ーストをそのまま適用できないため、Mo粉末やW粉末に
Tiなどの活性金属をたとえば窒化物などの形で添加して
作製したメタライズ用ペーストをセラミックス基板上に
塗布し、たとえば窒化アルミニウム燒結体からなるセッ
ターによって多段に積み重ねた後、カーバン製などの焼
成用容器に収容した状態で加熱炉に配置し、窒素ガスの
ような不活性ガス雰囲気中で所定の温度で焼成すること
によってメタライズ用組成物を焼付けて導電性メタライ
ズ層を形成する方法が採用されている。
(発明が解決しようとする課題) ところで、上述したような方法によって非酸化物系セ
ラミックス基板に対して導電性メタライズ層を形成する
と、このメタライズ層表面に色むらが生じたり、また金
属炭化物の生成や金属粒子の凝集などによって表面抵抗
値が上昇するなど、不良の発生頻度が高いという問題が
あった。
これは、通常メタライズ温度が1500℃以上と高温であ
るために、酸化性雰囲気中ではセラミックス基板表面に
酸化物層が形成されてしまうなどの不都合が生じるた
め、不活性ガス雰囲気中でメタライジングしているが、
被焼成物を上述したようにカーボン容器などに収容して
焼成すると、その内部の還元性が高くなりすぎるため、
炭化物が生成したり、色むらなどが発生しやすくなる。
また、従来、メタライズ用組成物の焼成の際に上述し
たような雰囲気中で直接焼付け温度まで昇温していたた
め、結合剤成分の除去、すなわち脱脂が不十分となり、
結合剤成分の分解残渣が残存しやすく、これによっても
色むらや炭化物の生成が生じやすくなってしまう。
本発明は、このような従来の課題に対処するべくなさ
れたもので、金属炭化物の生成、金属粒子の凝集、さら
には色むらの発生を防止することにより、電気的特性に
優れた表面導電性セラミックス基板を製造する方法を提
供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段と作用) 本発明における第1の表面導電性セラミックス基板の
製造方法は、メタライズ用組成物と結合剤とを含有する
ペースト状物質をセラミックス基板上に塗布する工程
と、前記ペースト状物質の塗膜が形成されたセラミック
ス基板を所定の温度で焼成し、前記メタライズ用組成物
を焼付けて導電性メタライズ層を形成する工程とを具備
する表面導電性セラミックス基板の製造方法において、
前記焼成工程を、酸素分圧が1×10-6atm以上の不活性
ガス雰囲気中で行うことを特徴としており、また第2の
発明は、メタライズ用組成物と結合剤とを含有するペー
スト状物質をセラミックス基板上に塗布する工程と、前
記ペースト状物質の塗膜が形成されたセラミックス基板
を所定の温度で焼成し、前記メタライズ用組成物を焼付
けて導電性メタライズ層を形成する工程とを具備する表
面導電性セラミックス基板の製造方法において、前記焼
成工程の前に、少なくとも前記結合剤の熱分解温度近傍
の温度で熱処理し、脱脂することを特徴としている。
本発明は、AlN、Si3N4、SiAlON、AlONなどの非酸化物
系セラミックス焼結体からなるセラミックス基板に対し
て特に有効である。
また、使用するメタライズ用組成物の種類については
特に限定はなく、有機系結合剤や分散媒とともに混合
し、ペースト状としてセラミックス基板に塗布し、焼成
してメタライズ層を形成するものであればどのようなも
のについても適用可能であり、たとえばMoとWとの混合
粉末、MoやWなどの高融点金属を主成分としTiやZrなど
の活性金属の窒化物や酸化物を添加混合したもの、さら
にはこれに活性金属の酸化物と液相を形成するCo2O3
高融点金属の焼結性を向上させ、炭化物との濡れ性を改
善するNiなどを添加したものなどが例示される。
本発明の表面導電性セラミックス基板の製造方法につ
いてさらに詳述すると、まずメタライズ用組成物に適当
な結合剤を添加し、さに必要に応じて分散媒を添加し、
混合してペースト状物質を作製し、これをセラミックス
基板に、たとえばスクリーン印刷などにより塗布する。
そして、この後の焼成時に少なくとも次のいずれかを
施す。
メタライズ用組成物の焼付けを、酸素分圧が1×10
-6atm以上の不活性ガス雰囲気中で行う。
メタライズ用組成物の焼付け前に、添加した結合剤
成分の熱分解温度近傍の温度で熱処理して脱脂する。
上記について説明すると、焼付け時の酸素分圧を上
記範囲に制御した、たとえば窒素ガスやアルゴンガスの
ような不活性ガス雰囲気中とすることによって、多少還
元性が低下され、金属炭化物の生成が防止できるととも
に、金属粒子の凝集や色むらの発生も防止できる。
焼付け時の雰囲気内の酸素分圧が1×10-6atm未満で
は炭化物の生成などが起こる。
このように酸素分圧を抑制する具体的な方法として
は、たとえば窒素ガス中に不純物として含まれている酸
素を利用し、この窒素ガスを直接被焼成物の周囲に供給
することによって容易に行える。
たとえば、第1図に示すように、炉壁1の内側に形成
された、カーボンなどからなる断熱材2を貫通して不活
性ガス供給配管3が配設された炉内に、たとえば使用し
たセラミックス焼結体と同一素材や他のセラミックス焼
結体などからなるセッター5によって、被焼成物である
メタライズ用組成物の塗布されたセラミックス基板4を
多段に積層する。なお、この際に使用する上板、下板、
囲いなどのセッター5としては、セラミックス基板4と
同一素材のものを使用することが好ましい。同一素材の
セッター5によって囲われた状態でメタライズ用組成物
を焼成することによって、セラミックス基板4の変質を
防止することができるだけでなく、メタライズ層とセラ
ミックス基板4との接合強度がさらに均一で充分なもの
となる。そして、不活性ガス供給配管3から雰囲気ガス
をセラミックス基板4の周囲まで直接供給させることに
よって、焼成時の酸素分圧を本発明の数値範囲内とする
ことが可能である。
またこのように、被焼成物4を多段に積層して焼成す
る際には、第1図に示したように、断熱材2と同素材
の、たとえばカーボン製のスペーサ6を各段に介在さ
せ、上部、中部、下部といったような配置位置によって
雰囲気が異なることを防止することが好ましい。これに
よって、さらに色むらや色調の差が減少する。
また、第2図に示すように、被焼成物を多段に積層し
たものをカーボンなどからなる焼成用容器7に収容して
焼成する際には、この焼成用容器7に不活性ガス導入用
の複数の貫通孔8を予め形成しておき、この焼成用容器
7内に直接不活性ガスが導入されるようにすることによ
って、焼成時の酸素分圧を本発明の数値範囲内とするこ
とが可能である。さらに、このようにカーボン製などの
焼成用容器7内に被焼成物を収容し、全方位より不活性
ガスを導入して焼成する場合には、介在させたカーボン
製などのスペーサ6にも不活性ガス通過用の複数の貫通
孔9を形成することによって、炉内の雰囲気がより均一
になるとともに、焼成治具の移動やくずれを防止するこ
とができ有効である。
次に、上記について説明すると、メタライズ組成物
の焼付け温度への昇温過程で、あるいは別工程として脱
脂を行う。
この脱脂工程は、少なくとも使用した結合剤成分の熱
分解温度近傍の温度で、大気中、窒素雰囲気中、あるい
は窒素+水素雰囲気中などにおいて数分間〜数時間程度
熱処理することによって容易に行うことができる。
この後、使用したメタライズ用組成物に適した温度条
件下で焼成を行うことにより、色むらや金属炭化物の生
成のないメタライズ層が得られる。
このように予め脱脂処理を行っておくことにより有機
成分が除去されているため、次工程のメタライズ用組成
物の焼付け時における焼結性が高まり、金属炭化物の生
成や色むらの発生を防止することが可能となる。
(実施例) 次に、本発明の実施例について説明する。
実施例1 高融点金属としてMo粉末を使用し、これにTiO2粉末、
Co2O3粉末およびNi粉末をそれぞれの配合比がMo 80重量
%、TiO2 9重量%、Co2O3 4重量%、Ni 7重量%となる
ように添加混合し、この混合粉末に有機系バインダを加
え、さらに分散媒を添加してメタライズ用ペーストを作
製した。次いで、このメタライズ用ペーストをAlNセラ
ミックス基板上にスクリーン印刷により所要のパターン
となるように塗布した。
次に、このメタライズ用ペーストの塗布されたセラミ
ックス基板を以下の条件により焼成してメタライズ層を
形成した。
第1図に示したように、この被焼成物であるセラミッ
クス基板4をAlN焼結体からなるセッター5とカーボン
製スペーサ6とにより多段に積層し、この治具系に直接
窒素ガスが導入されるように不活性ガス供給配管3が配
設された構造を有するカーボンからなる断熱材2を内壁
に有する焼成炉1により焼成を行った。焼成条件は、窒
素ガスを供給して焼成時の酸素分圧が1×10-2atm程度
となるようにし、1550℃×2時間とした。
このようにして得たメタライズ層は、金属粒子の凝集
や炭化物の析出もなく、また色むらも認められなかっ
た。
また、これら各メタライズ層の表面抵抗を測定したと
ころ、平均で50mΩ/□と優れたものであった。
実施例2 実施例1で作製したメタライズ用ペーストの塗布され
たAlNセラミックス基板を、第2図に示したように、貫
通孔9が多数形成されたカーボン製スペーサ6とAlN焼
結体からなるセッタ5とにより多段に積層し、不活性ガ
スの導入口となる貫通孔8が全面に形成されたカーボン
製焼成用容器7内に収容し、これを実施例1で使用した
焼成炉と同一構造の焼成炉内に配置して焼成を行った。
焼成時の温度条件等は実施例1同一とした。
このようにして得たメタライズ層においても、金属粒
子の凝集や炭化物の析出のない良好なものであり、また
色むらや焼成位置による色調の差もなく均一にメタライ
ズ層の形成が行えた。
実施例3 実施例2と同様にして被焼成物であるメタライズ用ペ
ーストの塗布されたAlNセラミックス基板を焼成炉内に
配置し、焼成時の温度条件等を下記のようにしてメタラ
イズ用ペーストの焼付けを行った。
まず、窒素ガス雰囲気中において300℃×120分、400
℃×120分、700℃×120分の温度条件で熱処理して脱脂
処理を行った。
次いで、窒素ガスを導入しながら1550℃の温度で2時
間保持し、メタライズ用組成物の焼付けを行った。な
お、この際の酸素分圧は約1×10-2atmであった。
このようにして得たメタライズ層においても、金属粒
子の凝集や炭化物のない良好なものであり、また色むら
や焼成位置による色調の差もなく均質にメタライズ層の
形成が行えた。
また、焼成用容器や焼成治具への汚染もなく、生産性
に優れていた。
実施例4 実施例1と同様にして被焼成物であるメタライズ用ペ
ーストの塗布されたAlNセラミックス基板を多段に積層
し、この状態で一旦焼成炉内に配置し、大気中において
300℃×120分、400℃×120分、700℃×120分の温度条件
で熱処理して脱脂処理を行った。
次いで、この被焼成物の多段積層物を密閉型のカーボ
ン製焼成用容器内に収容し、これを焼成炉内に配置し
て、焼成炉内に窒素ガスを導入しながら1550℃、2時間
の条件で焼付けを行った。
この実施例によって得たメタライズ層においても、金
属粒子の凝集や炭化物の析出もなく、また色むらや焼成
位置による色調の差もなく均質にメタライズ層の形成が
行えた。
[発明の効果] 以上の実施例からも明らかなように、本発明の表面導
電性セラミックス基板の製造方法によれば、メタライズ
用組成物の焼付け時の酸素分圧を制御することによっ
て、あるいは焼付け前に脱脂処理を行うことによって、
金属炭化物の生成や色むらを防止することができるた
め、より均質で電気的特性に優れたメタライズ層を形成
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施するための焼成炉内の構造の一例
を模式的に示す断面図、第2図は本発明を実施するため
の焼成用容器の一例を模式的に示す断面図である。 1……炉壁 3……不活性ガス導入用配管 4……被焼成物 6……カーボン製スペーサ 7……カーボン製焼成用容器 8……不活性ガス導入用貫通孔 9……不活性ガス通過用貫通孔

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メタライズ用組成物と結合剤とを含有する
    ペースト状物質をセラミックス基板上に塗布する工程
    と、前記ペースト状物質の塗膜が形成されたセラミック
    ス基板を所定の温度で焼成し、前記メタライズ用組成物
    を焼付けて導電性メタライズ層を形成する工程とを具備
    する表面導電性セラミックス基板の製造方法において、 前記焼成工程を、酸素分圧が1×10-6atm以上の不活性
    ガス雰囲気中で行うことを特徴とする表面導電性セラミ
    ックス基板の製造方法。
  2. 【請求項2】メタライズ用組成物と結合剤とを含有する
    ペースト状物質をセラミックス基板上に塗布する工程
    と、前記ペースト状物質の塗膜が形成されたセラミック
    ス基板を所定の温度で焼成し、前記メタライズ用組成物
    を焼付けて導電性メタライズ層を形成する工程とを具備
    する表面導電性セラミックス基板の製造方法において、 前記焼成工程の前に、少なくとも前記結合剤の熱分解温
    度近傍の温度で熱処理し、脱脂することを特徴とする表
    面導電性セラミックス基板の製造方法。
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