JP2595612B2 - 耐熱性絶縁構造の形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子材料の絶縁構造の形成方法に関する。
更に、詳しくは、耐熱性の絶縁構造の形成方法に関す
る。

［従来の技術］ 電子機器、電子材料の中で高温で使用する機器、材料
に絶縁膜を形成させる方法としては、ガラスペーストを
用いる方法、合成樹脂を用いる方法等がある。そのう
ち、ガラスペーストを用いる方法は、絶縁を必要とする
面にガラスペーストをスクリーン印刷技法により印刷し
た後、高温で処理して絶縁層を形成する方法である。ま
た、合成樹脂を用いる方法は、絶縁を必要とする面に適
当な方法で樹脂を塗布し硬化させ、絶縁層を形成する方
法である。

以上の従来法において、ガラスペーストによる絶縁層
の形成では、形成された絶縁層が均一にならないことが
多く、気泡やピンホールを生じ易いものであった。その
ような現象があるために、十分な絶縁耐圧や絶縁抵抗を
得るためには絶縁層厚さを大きくとる必要があった。ま
た、合成樹脂を用いて形成させた絶縁層は耐熱性の点で
問題があり、ある温度以上には耐熱性を得ることが困難
である。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、以上の従来の耐熱性絶縁構造の欠点
を解消することである。即ち、本発明は、耐熱性の向上
された耐熱性絶縁構造の作製方法を提供することを目的
にする。また、本発明は、高温で使用する電子材料用の
回路を有する耐熱性のすぐれた回路絶縁用構造体の製造
方法を提供することを目的にする。

［発明の構成］ ［問題点を解決するための手段］ 本発明の要旨とするものは、基板の絶縁すべき面をガ
ラスペースト層で被覆し、更にその上にガラスペースト
層を形成し、更にその上に、ガラスペースト層を形成さ
せた絶縁性セラミックス薄板を、互いに、ガラスペース
ト層が合うようにして接合せしめ、互いにガラスペース
ト層で接合された絶縁性セラミックス薄板を有する構造
物を高温処理し、絶縁性セラミックス薄板をガラス層で
固着させた接着構造を形成せしめることを特徴とする耐
熱性絶縁構造の形成方法である。その絶縁性セラミック
ス薄板の厚さが100μｍ以下であり、且つ該接合ガラス
層と絶縁性セラミックス薄板の合計の絶縁物厚さが150
μｍ以下であることが好適である。

本発明の耐熱性絶縁構造は、耐熱性のある絶縁回路構
造を必要とする電子材料、例えば、温度センサ等を含む
基板を絶縁する際に、有用なものである。

本発明によると、先ず、絶縁を必要とする面、即ち、
被絶縁体表面にガラスペーストをスクリーン印刷技法を
用いて、塗布形成する。一方、好適には、100μｍ以下
の厚さの絶縁性セラミックス薄板、好適には、アルミナ
薄板の表面に、同様にガラスペースト層を形成したもの
を作製する。次に、その作製したガラスペースト層を有
するアルミナ薄板を用いて、互いにガラスペースト層面
同志を合わせて、そのアルミナ薄板を絶縁すべき面に接
合する。次に、その接合体を適当な手段を用いて高温処
理し、ガラスペースト層を溶融し、互いのガラスペース
ト層を融合固着し、アルミナ薄板を被絶縁面に固着す
る。従って、本発明においては、絶縁性を強化し、同時
に、高い耐熱性を得ることができる。

従って、本発明により、耐熱性にすぐれた材料である
ガラス層及びアルミナ薄板が各々強固に固着して、絶縁
すべき被絶縁物の上に、絶縁耐圧値、絶縁抵抗値ともに
高い絶縁構造を形成することができる。

このように、本発明により、絶縁を必要とする電子材
料の表面にガラスと絶縁性セラミックス薄板、好適には
アルミナ薄板よりなる絶縁層が形成される。本発明に用
いるセラミックス薄板、好適にはアルミナ薄板は、ドク
ターブレード法等により作製されたものである。このよ
うな方法で作製されたアルミナ薄板は、非常に緻密な構
造をしており、耐熱性があることはもちろん電気的絶縁
性のすぐれたものが得られる。

更に、本発明に用いるガラスペーストは、電子材料を
浸食する成分を含有せず、軟化溶融点が低く、適当な温
度範囲で熱処理でき、ガラスペースト層を溶融できるも
のである。即ち、電子材料に悪影響を与えずにすむ温度
において熱処理し、ガラスペースト層を溶融でき、すぐ
れた耐熱性の絶縁構造物が容易に得られるものである。

本発明に用いられるセラミックス薄板は、好適にはア
ルミナ薄板であるが、その他に、アルミナ（Al₂O₃）を
主成分として、SiO₂、MgOなどを微量含んでいてもよい
セラミックス薄板ができる。使用セラミックス薄板は、
電気絶縁性のすぐれ、極薄のセラミック薄板が好適であ
り、その内、アルミナ基板がより好適である。金属アル
コキシドを出発原料として、ゾル−ゲル法により製造す
ることができる。

用いるセラミック薄板の厚さは、絶縁性が確保される
範囲で薄ければ薄いほど、よく、又、その出来上がった
耐熱性回路基板を、薄くすることができる。

絶縁セラミックス薄板との接合に使用するガラス層の
作成法は、上記のようにスクリーン印刷による厚膜作成
法でよく、有効である。

絶縁セラミック薄板を、絶縁すべき面に接合するため
のガラス層形成には、比較的に低温で溶融するガラス、
例えば、硼珪酸ガラス、結晶化ガラスなどを使用でき
る。比較的低温の融点を有し、取り扱い易いものがよ
い。この加熱処理のときに、回路パターンを含むセラミ
ック回路基板に障害を与えないためになるべく低温で接
合できる材料を使用する。ガラス溶融接合のための処理
温度は好適には500℃〜900℃程度であり、更に、好適に
は約800〜850℃である。

また、耐熱性回路を作製するための回路導体パターン
は、セラミックス基板上に、スクリーン印刷技法を用い
た厚膜法で作成できる。

回路パターン形成に用いる材料としては、金、銀、
銅、パラジウムなど高い導電性を持つ金属であり、その
ペーストをスクリーン印刷法などによりセラミック基板
表面上に印刷し、導体パターンとすることができる。こ
のような回路パターンの上を絶縁ガラスペーストで被覆
し、更に、本発明により、その上にガラスペースト層を
形成し、このガラスペースト層を利用して、別のセラミ
ックス薄板のガラスペースト層と溶融固着し、絶縁すべ
き面をガラス層を通してセラミックス薄板で被うことが
できるものである。

本発明を利用する耐熱性回路基板においては、回路パ
ターンが外部に露出しないようにすべきであるが、その
回路パターンの形成には、抵抗率の極小さい金属、電導
率の良好な金属、例えば、銀、銀パラジウム、銅等を用
いることができる。

本発明により得られる絶縁薄板構造は、例えば、電子
機器等に結合される温度センサーなどに使用される。

次に、本発明の絶縁薄板構造の作製方法について実施
例により説明するが、本発明は、次の実施例のものに限
定されるものではない。実施例１は、絶縁すべき面が一
方の表面しかない回路基板の例を示し、実施例２は、両
面に回路パターンを形成するために、両面を絶縁しなけ
ればならない回路基板の例を示す。尚、比較例は、単に
ガラス層で絶縁すべき面を被った例を示す。

［実施例１］ 第１図の断面図に示される絶縁薄板構造の例につい
て、説明する。厚さ100μｍのアルミナ薄板（基板）５
の表面に、スクリーン印刷技法により配線パターンの薄
層４を塗布形成し、その配線パターン間及びその上に絶
縁のためスクリーン印刷技法により、焼結温度850℃の
結晶化ガラス粉末のペーストで、ガラス層３を厚さ20μ
ｍに塗布形成し、更に、その上にスクリーン印刷技法に
より、ホウケイ酸系鉛ガラスのペーストで、ガラス層2b
を厚さ15μｍに塗布形成した。別に、厚さ90μｍのアル
ミナ薄板１の表面にスクリーン印刷技法により、同じホ
ウケイ酸系鉛ガラスのペーストで、ガラス層2aを塗布形
成した。

以上の２つのガラス層を有するアルミナ薄板１及び５
を、ガラス層2aと2bを合うように接合して、電気炉内で
850℃に加熱し、１時間熱処理し、ガラス層を溶かし結
合させた。このようにして作製した回路薄板構造は、電
気会炉パターン４がガラス層中に埋没形成されているた
めに、耐熱性回路基板が得られた。

この回路基板のアルミナ薄板を含む耐熱絶縁層の厚さ
は、マイクロメータで測定したところ、140μｍであっ
た。

［実施例２］ 第２図の断面図に示される構造の耐熱性絶縁構造につ
いて説明する。

厚さ100μｍのアルミナ基板５にスクリーン印刷技法
により、温度センサ回路の配線４を形成し、その上に、
スクリーン印刷技法により配線４間及びその上に絶縁用
ガラス層3a、3bを形成し、更にその上にスクリーン印刷
技法により接合用ガラス層2b、2cを形成した。別に、厚
さ90μｍのアルミナ薄板1a、1bにスクリーン印刷技法に
よりガラス層2a、2dを形成した。このガラス層2a、2d
を、2aと2bが、2cと2dが合うように、接合し、アルミナ
薄板1a、1bを、温度センサ回路を有するアルミナ基板５
に接合した。このように構造のものを、電気炉内で850
℃に１時間熱処理して接着し、耐熱性回路基板を作製し
た。作製された絶縁回路基板の絶縁層を測定したら、そ
の厚さは両面とも135μｍであった。

尚、外部への接続は、信号取り出し端子６による。ガ
ラス層の形成に用いたガラスは、実施例１で用いたもの
と同一のものである。

［比較例］ 次の比較例を第３図により説明する。

100μｍ厚さのアルミナ基板５に形成された厚膜配線
４にスクリーン印刷技法により配設パターン４間及びそ
の上に絶縁用ガラス層３をスクリーン印刷技法により繰
り返し形成し、これを電気炉により850℃で１時間熱処
理して、耐熱性回路基板を作製した。

この回路基板の絶縁層の厚さを測定すると、140μｍ
であった。尚、外部への接続は、信号取り出し端子６に
よる。ガラス層の形成に用いたガラスペーストは、実施
例１のものと同一である。

［発明の効果］ 本発明の耐熱性絶縁構造は、上記のような構成をとる
ことにより、つぎのような顕著な技術的効果が得られ
た。

第１に、すぐれた耐熱性を有し、同時に絶縁性の確保
された耐熱性絶縁構造の製法を提供できる。

第２に、非常に薄くできる耐熱性絶縁構造の製造が確
保できる。

第３に、信頼性のよい耐熱性絶縁構造が確保できる。

第４に、接合層としてガラスを用いたことにより容易
に絶縁性のすぐれたセラミックス薄板で被うことがで
き、すぐれた絶縁性と耐熱性が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の耐熱性絶縁構造の構成を示す説明断
面図である。 第２図は、本発明の他の耐熱性絶縁構造の構成を示す説
明断面図である。 第３図は、従来の耐熱性絶縁構造を示す説明断面図であ
る。 ［主要部分の符号の説明］ １、1b、1b……セラミックス薄板 2a、2b、2c、2d……ガラス層 ３、3a、3b……絶縁ガラス層 ４……回路パターン ５……セラミックス基板 ６……端子

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の絶縁すべき面をガラスペースト層で
   被覆し、更にその上にガラスペースト層を形成し、更に
   その上に、ガラスペースト層を形成させた絶縁性セラミ
   ックス薄板を、互いに、ガラスペースト層が合うように
   して接合せしめ、互いにガラスペースト層で接合された
   絶縁性セラミックス薄板を有する構造物を高温処理し、
   絶縁性セラミックス薄板をガラス層で固着させた接着構
   造を形成せしめることを特徴とする耐熱性絶縁構造の形
   成方法。
2. 【請求項２】該絶縁性セラミックス薄板の厚さが100μ
   ｍ以下であり、且つ該接合ガラス層と絶縁性セラミック
   ス薄板の合計の絶縁物厚さが150μｍ以下であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の耐熱性絶縁構造
   の形成方法。