JPH0213803B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 基板上に非貴金属を含む導電体ペーストを堆
積させる工程、金属化部及び基板間を固着させる
のに十分な温度で、構造を加熱する工程、該基板
及び導電体の部分上に抵抗材料１３を形成する工
程、抵抗材料に対し所望の抵抗率を実現するた
め、酸化雰囲気中で、得られた構造を加熱する工
程及び導電体に所望の抵抗率を実現するため、還
元雰囲気中で構造を加熱する工程から成る基板１
０上の非貴金属導電体１１，１２を含む厚膜抵抗
体回路の製作方法において、 導電体ペーストは低温の酸化雰囲気中での加熱
により金属化部及び基板間の固着が得られ、最初
の加熱により得られた金属酸化物が、抵抗材料に
著しい影響を与えないような十分低い温度で還元
されるように、ガラス混合物を含むことを特徴と
する方法。

２ 請求の範囲第１項に記載された方法におい
て、固着させるための最初の加熱は、1100℃より
高くない温度で行うことを更に特徴とする方法。

３ 請求の範囲第１項に記載された方法におい
て、非貴金属は銅であることを特徴とする方法。

４ 請求の範囲第１項に記載された方法におい
て、固着は空気中で600−1100℃の範囲の温度に
おいて、１−30分間加熱することにより実現され
ることを更に特徴とする方法。

５ 請求の範囲第１項に記載された方法におい
て、導電体の所望の抵抗率は、還元性雰囲気中で
250−400℃の温度において、15−60分間加熱する
ことにより達成されることを更に特徴とする方
法。

６ 請求の範囲第１項に記載された方法におい
て、導電体の所望のシート抵抗は、単位面積当り
0.01オーム以上でないことを更に特徴とする方
法。

７ 請求の範囲第１項に記載された方法におい
て、ペーストは固化剤及び少なくとも１つの溶媒
から成る有機展色剤を更に含むことを更に特徴と
する方法。

８ 請求の範囲第１項に記載された方法におい
て、抵抗材料はルテニウムを基本とする成分から
成ることを更に特徴とする方法。

９ 請求の範囲第１項に記載された方法におい
て、基板はアルミナから成ることを更に特徴とす
る方法。

１０ 請求の範囲第１項に記載された方法におい
て、還元性雰囲気はH₂及びN₂の混合物から成る
ことを更に特徴とする方法。

本発明の背景 本発明は厚膜回路、特に回路要素間の相互接続
に非貴金属導電体を含むそのような回路の製作に
係る。

ほとんどの厚膜回路は現在貴金属、金、パラジ
ウム及び白金の単独又は組合せに基礎を置く導電
体システムとルテニウムに基礎を置く組成を含む
抵抗材料を用いている。そのような回路は十分動
作するが、高価な金属ペーストの使用に含まれる
いくつかの問題がある。主要な問題はそのような
高価な金属の価格上昇であり、それは厚膜回路製
作の経済性に著しい影響を与える。加えて、ペー
スト中の銀は基板表面又は誘電体の一方又は両方
を越えて移動し、回路を短絡させる。更に、銀、
金又は白金を含む導電体ペーストは回路のはんだ
づけによる結合を劣化させる可能性がある。

そのような問題を解決するために、当業者は貴
金属に代るものを探してきた。そのような代替物
の一つには、銅を基礎とした導電体の使用が含ま
れる。ガラス混合物を含む銅厚膜ペーストは、市
販されているが、それらは通常窒素雰囲気中で燃
え、そのことはルテニウム抵抗材料（例えば、
Grier.Srに承認された米国特許第4072771号参照
のこと）と両立しない。ガラス混合物を含まない
銅ペーストは、一般に酸素雰囲気中における高温
燃焼とそれに続く還元性雰囲気中での高温燃焼を
必要とし、それは酸化雰囲気を必要とする抵抗材
料を著しく劣化させる原因となる。

最近の提案により、酸化雰囲気を必要とする抵
抗材料と両立する還元雰囲気を必要とするガラス
混合物を含まない銅ペースト導電体の作成技術が
実現された。（Brownに承認された米国特許第
4140817号参照）そのプロセスにおいて、空気中
での最初の燃焼の後、導電体材料は高温還元を受
け、それに続き再酸化をし、最初の燃焼の後形成
された酸化物より低い密度を有する銅酸化物を生
成させた。次に、抵抗材料が堆積され酸化雰囲気
中で燃焼され、低密度銅酸化物は低温で還元さ
れ、そのため抵抗特性は影響を受けなかつた。そ
のプロセスは問題に対する発展性のある解を与え
たが、特別の炉中での高温における最初の燃焼
と、余分のプロセス工程を必要とするという欠点
があつた。

従つて、本発明の基本的な目的は、非貴金導電
体を含み、それにより導電体の形成が酸化雰囲気
を必要とする抵抗の形成と両立する厚膜回路の製
作法を実現することである。そのような方法を最
小のプロセス工程と低い燃焼温度で行うことが、
本発明の更に別の目的である。

本発明の要約 これらの目的及び他の目的は、基板上の非貴金
属導電体を含む厚膜抵抗回路の製作法である本発
明に従い実現される。そのプロセスには基板上に
金属を含むペーストを堆積させる工程、ペースト
及び基板間を固着させるのに十分な温度におい
て、酸化雰囲気中で構造を加熱する工程が含まれ
る。校に、抵抗材料が基板及び導電体の一部分上
に形成され、それに続いて抵抗材料の所望の抵抗
率を達成するために、酸化雰囲気中で構造を加熱
する。構造は導電体に所望の抵抗を実現するため
に、次に還元雰囲気中で加熱される。導電体ペー
ストは低温で固着され、最初の加熱で生じる材料
が、抵抗材料に著しい影響を与えないように、十
分低い温度で還元できるように、ガラス混合物を
含む。

本発明のこれら及びその他の点は、図面ととも
に以下の記述で詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の実施例に従い製作された厚膜
回路の一部分の断面図である。

詳細な記述 回路の製作は、約96パーセントのAl₂O₃から成
る基板１０上に行われた。本発明は、その上に厚
膜回路が通常形成される任意の絶縁基板で実施で
きる。

本発明の主要な視点に従い、低温において空気
中で燃焼させることにより、基板に固着する非貴
金属ペーストが作られた。この具体例において、
ペーストは本質的に金属又は金属酸化物、固化剤
及び少くとも一つの溶媒から成る有機展色剤及び
粘着性を増すためのガラス混合物から成る。具体
的には、金属はメツツ金属社（Metz
Metallurgical Corporation）から販売されてい
る１−３ミクロンの大きさの粒子を有する紛沫の
形の銅であつた。有機展色剤は固化剤としてのエ
チルセルロース及び溶媒としてのブチル・カービ
トル・アセテート及びアルフア・テルピネオルか
ら成る。

ペーストの重要な点は、ガラス混合物はペース
トが空気中しかも（好ましくは1100℃以下の）低
温で燃焼されるように選ばれることである。混合
物は又基板と適当に整合する熱拡散係数を実現す
べきである。この具体例において、ガラス混合物
はPE−497と称されるオー・ホメル・カンパニ
（Ｏ・Hommel Company）から販売されている
K₂O，Na₂O，MgO，ZnO，Li₂O，Al₂O₃，B₂O₃
及びSiO₂を含む材料であつた。本発明に従い空
気中低温での燃焼によりペーストの粘着性が得ら
れる限り、他の非貴金属、有機展色剤及びガラス
混合物も使用できることが理解されよう。

約55ｇの銅紛沫を約５ｇのガラス混合物及び銅
を湿らせ、固まり又は凝集を防止するための溶媒
とともに、製紛機中に入れることにより準備され
た。ガラス混合物の寸法を小さくし、固体を混合
するため、混合物は約18時間紛砕された。混合物
は濾波され、100℃で５分間乾燥させた。その間
約10ｇの固化剤と45ｇの各溶媒を混合することに
より、有機展色剤10パーセント溶液ができた。固
化剤は３−20パーセントの展色剤から成るのが好
ましく、二つの溶媒のそれぞれは展色剤に対し０
−100パーセントの溶媒に変えることができる。
乾燥した銅紛沫とガラス混合物は、厚膜ペースト
を形成するため、有機展色剤と混合した。この例
において、ペーストは約75重量パーセントの銅及
びガラス混合物と約25重量パーセントの展色剤で
あつた。固体（金属及びガラス混合物）に有用な
範囲は、ペーストが40−90パーセントの場合であ
ることがわかるであろう。ガラス混合物を構成す
る固体の比率は、３−20パーセントの範囲が好ま
しい。（孔を通して満す用途に対してのそのよう
なペーストの作成についてのより詳細な説明は、
本発明者に承認され本出願と同じ譲渡人に譲渡さ
れた米国特許第4191789号を参照のこと。） 導電体ペーストは標準的な技術に従い、基板上
にスクリーンを通して印刷され、導電体要素１１
及び１２を含む導電性パターンを生成した。具体
的なスクリーンは0.005mm感光剤パターンを有す
る200メツシユスクリーンであつた。乾燥後スク
リーンを通したペーストの厚さは、約0.023mmで
あつたが、0.0076mmないし0.076mmの範囲の厚さ
を用いることができる。ペーストは約10分間125
℃に加熱することにより、乾燥させた。

金属化部及び基板間を固着させるため、空気中
で構造を燃焼させた。（空気中での燃焼中、有機
展色剤及び溶媒は蒸発するものであることが認識
されよう。金属化部という用語は、本発明では燃
焼後残つている成分、すなわち金属及びガラス混
合物をさす。）本発明の重要な利点の一つは、比
較的低温で適当な固着が実現できるという事実で
ある。この具体例において、燃焼は1000℃のピー
ク温度で、約10分間行つた。全加熱時間は約60分
で、その場合温度は最初35度／分の速度で上昇さ
せ、次に45度／分の速度で減少させた。加熱は標
準的な帯状炉で行つた。後で材料が低温で還元で
きるように、望ましい最大燃焼温度は1100℃であ
つた。一般に非貴金属ペーストの場合、有用な最
小値は約600℃であるが、この具体的なペースト
の場合、少くとも950℃の温度が望ましい。ピー
ク温度における燃焼時間は、１ないし30分の範囲
にすることが好ましい。

次に、１３のような抵抗を規定するために、基
板及び導電体部の選択された部分上に、抵抗ペー
ストがスクリーンを通してプリントされた。200
メツシユスクリーンが0.005mm厚感光剤パターン
とともに用いられた。乾燥後抵抗の厚さは、．
0128−．025mmの範囲であつた。用いた具体的な
材料は“バイロツクス”という名称でデユポンか
ら販売されているルテニウム化ビスマス及び鉛ボ
ローシリケートガラスから成る抵抗インキであつ
た。本発明は酸化雰囲気中で燃焼される任意の抵
抗材料に対して有用であり、任意のルテニウムを
基礎とした抵抗材料に対し、最も有用であること
がわかる。

抵抗材料は温度125℃で10分間構造を加熱する
ことにより、乾燥させた。次に、空気中で構造を
燃焼させることにより、抵抗の所望の抵抗率が得
られた。この具体例において、燃焼は単位面積当
り約1000オームのシート抵抗を達成するために、
約850℃で10分間行つた。温度は35度／分の速度
で上げ、次に45度／分の速度で降下させた。全時
間は約60分であつた。この時間は所望の抵抗率を
達成するために堆められる燃焼時間であつた。従
つて、燃焼温度及び時間は、具体的な材料及び所
望の抵抗率に従つて変わることが認識されよう。

構造を還元性雰囲気中で加熱することにより、
導電体要素１１及び１２の適当な導電率を得た。
導電体ペーストの最初の燃焼温度が低いため、得
られる金属酸化物は抵抗体の特性に著しい影響を
与えない十分低い温度で還元ができるよう十分密
度が低い。更に、ガラス混合物は鉛のように容易
に還元される要素を含まないから、この還元工程
中安定である。この例において、還元は10パーセ
ントのH₂及び90パーセントのN₂の雰囲気中、
300℃で30分間行われた。全加熱時間は約60分で、
この場合温度は20度／分の速度で上昇し、20度／
分の速度で下降した。導電体の最終的なシート抵
抗は、単位面積当り0.01オーム以上ではなかつ
た。任意の還元性雰囲気も使用できた。これらの
具体的な導電体及び抵抗ペーストに対し、有用な
加熱範囲は250−400℃、15−60分間であることが
わかる。

本方法に従い製作された回路は、一貫して導電
体に対しては望ましい低シート抵抗（単位面積当
り0.01オーム以上ではない）を有し、一方抵抗体
の抵抗率は必要な許容範囲内に保たれていた。例
えば、本実施例に従う還元工程の結果、抵抗値は
0.5パーセント以上は変化しなかつた。従つて、
導電体のプロセスは、抵抗体に著しい悪影響は及
ぼさず、その逆も成立した。

上の具体例では特定の導電体ペーストについて
述べたが、本発明はそれに制限されないことが認
識できるであろう。従つて、銅金属は還元性雰囲
気を必要とし酸化及び還元反応の結果銅と同様の
特性を示す銅酸化物又は他の低価格非貴金属によ
り置き代えることができる。そのような金属には
ニツケル、コバルト、チタン、クロム、カドミウ
ム及びバナジウムが含まれる。容易に還元され
ず、1100℃又はそれ以下の温度で、酸化雰囲気中
における燃焼によつて固着する限り、他の組成の
ガラス混合物も使用できる。効率のよいパターン
生成と両立するペーストに対し、適切な特性を示
す限り、他の有機展色剤も使用できる。例えば、
展色剤は揺変性で、良好なスクリーン印刷のため
の範囲内の粘性を有し、十分低い温度の燃焼によ
りクラツクと空孔が避けられる速度で除去できる
必要があることがわかる。

当業者には、更に各種の修正が追加できること
が明らかになろう。本発明を進めてきた原理に基
本的に依存するすべてのそのような修正が、本発
明の精神及び視野内で適切に考えられる。