JPH03226986A - セラミックス配線基板の製造方法およびセラミックス発熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、セラミックス配線基板の製造方法と、この方
法を用いて製造されるセラミックス発熱体に関する。

（従来の技術） タングステンあるいはモリブデンは、電気の良導体で融
点か高く、セラミックス同時焼成基板の配線材料として
一般に用いられている。

これらの金属の炭化物は、単体金属の士数倍の抵抗率を
示すことから、抵抗体としての利用が可能である。

タングステンの場合、単体Ｗの抵抗率は５．６×１０−
６Ωｃｍテあルノニ対し、Ｗ２ＣおよびＷＣテｉ；１８
０ＸＩＯ−６Ωｃａｎの高い抵抗率を示す。

また、モリブデンでは単体ＭＯの抵抗率は５．２×１０
−６Ωｃｍであるが、ＭｏＣでは９７ＸｌＯ−６Ωｃｍ
である。

このような炭化金属は、例えば特公昭６２−７０５９１
号公報に記載されているように、あらかじめ炭化金属を
導体ペーストに配合し、この導体金属ペストを用いてセ
ラミックスグリーンシートに回路を形成するというよう
な方法で用いられている。

タングステン、モリブデンを炭化する方法としては、黒
鉛粉末と共に非酸化性雰囲気中で加熱したり、あるいは
ＣＯを含む非酸化性雰囲気中で加熱する方法などが知ら
れている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上述したような、炭化金属を導体金属ペースト
として用いる方法では、金属粉末の炭化処理工程か必要
となるだけでなく、処理雰囲気として使用するＣＯは有
毒であるため事故防１Ｆの対策が不可欠であり、金属ｔ
ｉ１体の場合よりもコスト高になるという問題があった
。

そこで、より簡略な方法でコストダウンを図り、炭化金
属を有効に利用する方法が望まれている。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
で、炭化金属を用いるに当たって、より容易で安全なセ
ラミックス配線基板の製造方法およびこの方法を用いた
セラミックス発熱体を提供することを目ｒ白とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のセラミックス配線基板の製造方法は、窒化アル
ミニウムグリーンン−１・上に、タングステンまたはモ
リブデン粉末を主成分とする導体金属ペーストを用いて
配線パターンを形成し、前記窒化アルミニウムグリーン
シートおよび前記導体金属ペースト中に含まれる有機バ
インダーの一部を残留炭素として残すよう脱脂し、しか
る後に、前記窒化アルミニウムグリーンシートを非酸化
性雰囲気中で同時焼成し、前記導体金属ペーストの少な
くとも一部を前記残留炭素と反応させて炭化金属とする
ことを特徴としている。

また、本発明のセラミックス発熱体は、積層された少な
くとも　２枚の窒化アルミニウム基板の内層側に抵抗発
熱体が介挿され、この抵抗発熱体の熱が前記窒化アルミ
ニウム基板を伝わって熱するセラミックス発熱体であり
、前記抵抗発熱体の少なくとも一部は、タングステンま
たはモリブデン粉末を主成分とする導体金属ペーストか
前記窒化アルミニウム基板のグリーンシートと同時焼成
される際に炭化された炭化金属であることを特徴として
いる。

本発明においては、まず、窒化アルミニウム粉末に焼結
助剤を添加し、有機バインダー及び溶剤等を加えてグリ
ーンシートをに成形する。

次いで、この窒化アルミニウムグリーンシート上に、タ
ングステンまたはモリブデン粉末を生成分とする導体ペ
ーストを用い、スクリーン印刷法などによって配線パタ
ーンを形成する。

これらのグリーンシートを積層してＮ２　＋　　１１２
などの非酸化性雰囲気中で脱脂する。

このとき窒化アルミニウムグリーンシートおよび導体金
属ペースト中に含まれる有機バインダの一部は残留炭素
として残す。

脱脂は、窒素雰囲気中、７００℃程度の通常の脱脂方法
に従って行えば、有機バインダーの一部は炭素として残
留させることができる。

脱脂後の炭素量は、脱脂体に対して０，１重量％〜１．
０重量％の範囲が好ましい。

残留炭素量が少なすぎると、炭化金属の量が充分に得ら
れず、多すぎると焼成が困難となるためである。

その後、この脱脂体を真空置換して非酸化性雰囲気中で
焼結温度まで昇温・保持した。焼成雰囲気中に酸素が含
まれていると、残留炭素のタングステンまたはモリブデ
ンとの反応が妨げられるため、焼成は非酸化性雰囲気で
行う。

なお、窒化アルミニウム粉末および導体金属ペーストに
添加する有機バインダーは、脱脂処理において完全に分
解せず、一部が炭素化して基板中に残留するものであれ
ば特に限定はなく、たとえばポリビニルブチラール、エ
チルセルロース、ポリメチルメタクリレ−１・などか挙
げられる。

（作　用） 本発明によれば、脱脂後残留した炭素は焼成時およそ８
００°Ｃ以上で導体金属ペースト中のタングステンある
いはモリブデンと反応して炭化物を生成する。

生成する炭化物の種類及び割合は脱脂工程における炭素
量（濃度）、残留炭素に対する金属原子の割合、焼成時
の熱処理条件によって決まる。

一方、窒化アルミニウム粉末に不純物として含まれる酸
素は、残留炭素によって焼成時に除去されるので、焼成
そのものを阻害するほどの高濃度の炭素量でなければ、
窒化アルミニウム基板の高熱伝導化にも寄与する。

（実施例） 次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第１図は、本発明のセラミックス配線基板の製造方法に
よって作製したセラミックス発熱体を示す図である。

第１図（ａ）はセラミックス発熱体の平面図、（ｂ）は
断面図を示している。

はじめに、不純物として酸素を０．７％含有する平均粒
径０８μｍの窒化アルミニウム粉末９８重量部に対して
、ＣａＯとして　１重量部のＣａＣ０３、１重量部のＡ
ｌ２Ｏ３を加えた。

さらに、これにバインダーとして１０重量部のポリビニ
ルブチラール（ＰＶＢ）を加えて可塑剤、溶剤を加えて
スラリー化し、ドクターブレード法により厚さ０．４１
１ＩＩｎのグリーンシート１を得た。

位置決め用の穴を打ち抜き、スルーホール２を形成した
後、平均粒径０．８〜１μｍのＷ（タングステン）粉末
を８０重量部含むνペーストを用いてスクリーン印刷法
によりスルーホール２の充填およびヒーターパターン３
、電極４を形成した。

次いで、第１図（ｂ）ように、ヒーターパターン３が内
層に位置し、電極４が最上層に位置するようにグリーン
シート　４枚を熱圧着して、積層体５を作製した。

次にこの積層体５を２％＋１２を含むＮ２中で昇温速度
１．００°Ｃ／ｈで７００°Ｃまで加熱し、　１時間脱
脂した。脱脂体は灰色を呈しており、炭素濃度は０゜５
重量％であった。

次いで、脱脂体を耐熱容器の中に密閉配置し、−旦、真
空引きして空気を排出した後、Ｎ２雰囲気中、１８００
℃で２時間焼成した。

得られたセラミックス発熱体は、炭化したタングステン
を主成分とするヒーターパターンを有し、窒化アルミニ
ウム基板の熱伝導率は１５５〜Ｌ７０Ｗ／ｍ、に１電極
およびスルーホールを無視して求めたヒーター配線部の
シート抵抗率は、７０〜１３０ｎ＋Ω／Ｄと大きな値が
得られた。

さらに、このセラミックス発熱体のヒーター基板の配線
部をＸ線で観測すると、Ｗおよびｗ２Ｃが確認された。

また、窒化アルミニウム基板は密度３．２２〜３．２８
と十分に緻密化しており、表面粗度はＲａ　Ｏ，１５〜
０．２５μｍと平滑性も良好であった。

さらにセラミックス発熱体最表面の電極は、Ｘ線で調べ
たところほとんど炭化していないことが判明した。

これは、焼成時において、最表面の窒化アルミニウムグ
リーンシートは雰囲気中に露出しているため、内層側よ
りも炭化されにくいためと考えられる。このことは、外
部との電気的接続には好都合であった。

さらにＷがＷ２Ｃに炭化されると、１５％程度の体積膨
張か起こるが、タングステン粉末および窒化アルミニウ
ム粒子間の空隙によって吸収され、クラック等は一切観
察されなかった。

なお、この実施例では導体金属ペーストとしてタングス
テンを使用した例について説明したが、導体金属ペース
トがモリブデンの場合も同様に実施可能であり、抵抗発
熱体として優れた効果を得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、原料の導体とし
て、炭化金属を用いる必要かなく、少ない工程数で、容
易に、炭化金属を生成させることができる。

　０ またスクリーン印刷法でヒーター回路形成かできるため
、複雑、微細な配線を高精度で形成することができる。

したがって、低コストで、優れたセラミックス発熱体を
得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による一実施例のセラミックス発熱体
を示す図である。 １・・・・・・グリーンシート ２・・・・・・スルーホール ３・・・・・・ヒーターパターン ４・・・・・・電極 ５・・・・・・積層体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化アルミニウムグリーンシート上に、タングス
   テンまたはモリブデン粉末を主成分とする導体金属ペー
   ストを用いて配線パターンを形成し、前記窒化アルミニ
   ウムグリーンシートおよび前記導体金属ペースト中に含
   まれる有機バインダーの一部を残留炭素として残すよう
   脱脂し、 しかる後に、前記窒化アルミニウムグリーンシートを非
   酸化性雰囲気中で同時焼成し、前記導体金属ペーストの
   少なくとも一部を前記残留炭素と反応させて炭化金属と
   する ことを特徴とするセラミックス配線基板の製造方法。
2. （２）積層された少なくとも２枚の窒化アルミニウム基
   板の内層側に抵抗発熱体が介挿され、この抵抗発熱体の
   熱が前記窒化アルミニウム基板を伝わって熱するセラミ
   ックス発熱体であり、 前記抵抗発熱体の少なくとも一部は、タングステンまた
   はモリブデン粉末を主成分とする導体金属ペーストが前
   記窒化アルミニウム基板のグリーンシートと同時焼成さ
   れる際に炭化された炭化金属であることを特徴とするセ
   ラミックス発熱体。