JPH0520916B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） この発明は、導電材を含有するペーストをスク
リーンまたはマスクによつてセラミツク基板に塗
布印刷し、その後、赤外線型炉の中で不活性ガス
雰囲気と高温雰囲気とで乾燥、焼成して厚膜電子
回路を製造する厚膜電子回路の製造方法に関す
る。 （従来の技術） セラミツクなどの絶縁材基板上に、導電性のペ
ーストを塗布印刷して厚膜電子回路を製造する場
合、従来の技術では、導体の単体の貴金属また
は、白金、パラジウム、銀あるいは金などの複数
の貴金属の組合せにより調製した貴金属導体ペー
ストを使用して絶縁基板上に導体ペーストで回路
を形成している。 前記厚膜電子回路の製造においては、使用する
導体に対して従来の貴金属導体から銅導体への置
き換えを始めている。しかし、これは重合体、ガ
ラス原料および銅金属を他の金属酸化物と共に含
有する銅導体ペーストを窒素を基礎にしたガス雰
囲気内で加工しなければならないという問題をひ
き起した。窒素を基礎にしたガス雰囲気内での加
工は、銅の過剰酸化防止のためにどうしても行わ
ねばならない。従来使用されてきた貴金属導体で
は、酸化は問題とならなかつたので空気の雰囲気
で焼結できた。この炉雰囲気における酸素の欠乏
は、焼成中の前記重合体とガラス原料の動作に強
い影響を与え、この動作が、焼成導体の物理的な
らびに電気的特性に強く影響を与えている。炭素
ベースの重合体を有効に酸化し、また種々の金属
酸化物の減少を抑える十分な酸素がないため、前
記重合体または金属成分の熱分解または揮発に際
しては炉内とその部品に煤煙問題を起こす。気化
媒体、すなわちビスマスなどの揮発金属の凝縮が
炉の冷却域に起き得る。煤煙と縮合は、厚膜電子
回路の製造上の２つの問題の原因となつている。
すなわち第一に、炉壁の内側に付着する凝縮重合
体が炉のベルトや処理中の部品に滴下しないよう
定期的に洗浄を行うことが必要になり、第二に、
煤煙と凝縮重合体が銅導体とセラミツク支持体の
表面に付着することである。前記第一の問題の解
決には、前記炉を冷却して洗浄作業を行うことが
必要であり、従つて炉内を利用する生産時間は短
縮してしまう。第二の問題については、導体表面
の付着物は決して審美的に好ましいものではない
が、それ以上に、電線接着またははんだ付のよう
な、あとの加工工程中に回路を修正することが必
要になる。従つて、何かの方法で基板の洗浄をし
てから基板を包装する必要があるが、これは製造
業者にとつて追加費用の原因となる。 炉雰囲気の中には、十分な酸素が存在しないの
で、前記銅のペーストに含まれるガラス原料は、
銅金属粒子とセラミツク支持体間の、必要な接着
界面を形成しない。この接着界面が欠如したり、
形成が不完全であると、結果として抵抗値が増加
し、前記導体とセラミツク基板間の接着強さが低
下する。 媒体の燃焼問題の除去と最適な物理的ならびに
電気的特性を達成しようと今日、製造業者はいろ
いろの試みをしてきた。その一つは、厚膜電子回
路の製造によく使用される通常赤外および近赤外
線炉の予熱または燃焼帯に少量の酸素（たとえ
ば、容量で最高１％、通常５乃至15ppm）を添加
注入することである。これらの炉の予熱帯での通
常の低温と短い持続時間で、前記酸素は、高温で
見られるような激しい酸化はしないが、炭素ベー
スの媒体量を若干酸化し、わずかながら、酸化し
て所望のガラス状接着界面を形成する。この技術
は、多分反応が現れる温度が低いため完全に効果
的ではない。酸素が炉の高温域に移行すると、銅
の酸化も生じて導体を破壊する。別の試みは、炉
が通常型か、赤外線型か、近赤外線型である場
合、反応生成物を予熱帯から効率よく排気する方
法で製造業者が炉の機械的改良を行うことにあ
る。これらの方法で、ある程度炉からの媒体の除
去ができるが、大量のガスを使用するので、生産
原価が上昇する。もう一つの試みは、ペースト処
方を改良して、煤煙問題を解決し最適の導電率、
はんだ付け適性および接着性を厚膜電子回路に具
えさせることであつたが、これらはすべて今日ま
で、成功したものはほとんどない。 厚膜電子回路の製造方法についてのさらに完全
な検討が米国特許第4622240号の明細書に示され
ているが、それを本明細書でも参照している。 （発明が解決しようとする課題） 厚膜電子回路の生産にあたつて、大量の銅ペー
ストを加工する時、窒素ベース雰囲気の連続ベル
ト式炉は、好ましい物理的ならびに電気的特性を
示す製品の生産に重要役割を演ずる酸素および水
分の含有量が少ない標準窒素雰囲気で前記部品を
加工するとしばしば、導体特性たとえば、抵抗
性、初期およびエージング着性と表面純度の面で
好ましくない結果が得られる。不良表面純度と同
様に、初期ならびにエージング付着性の低下は、
通常型と赤外線型炉で、不十分な量の酸化剤また
は不適当な酸化剤（酸素、酸化窒素、二酸化炭素
など）が添加された状態で銅導体が焼成されるこ
とに原因がある。これらの添加剤量が過剰になる
と、付着性、はんだ付け適性および銅電率の不良
に結びつく。 本発明は前述した従来の厚膜電子回路製造の現
状に鑑みてなされたものであり、その目的は、抵
抗性、付着性および表面純度特性が良好な厚膜電
子回路を簡単に製造することができる厚膜電子回
路の製造方法を提供することにある。 （課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明は、セラミ
ツク基板への塗布に適したペーストを形成し、該
ペーストをスクリーン印刷技術によつて、前記セ
ラミツク基板に印刷塗布し、このように前記ペー
ストが印刷塗布されたセラミツク基板を乾燥し、
前記基板と前記ペーストとを、4000Å〜100000Å
の波長の電磁波の照射で加熱し、昇温状態にした
炉内で焼成して、厚膜電子回路を製造する厚膜電
子回路の製造方法において、前記ペーストおよび
前記基板を、100ppm〜3000ppmの水を添加した
不活性ガス雰囲気下、850℃〜1000℃の温度条件
の前記炉内で焼成することを特徴としている。 （作用） このような構成なので、セラミツク基板への塗
布に適したペーストが、スクリーン印刷技術によ
つてセラミツク基板に印刷塗布され、ペーストが
印刷塗布されたセラミツク基板は乾燥され、さら
に4000Å〜100000Åの波長の電磁波の照射で加熱
され昇温状態が設定された炉内に配置され、
100ppm〜3000ppmの水を添加した不活性ガス雰
囲気下で、850℃〜100℃の温度条件下で焼成さ
れ、厚膜電子回路が製造される。 （実施例） 実施例では、導体、低抗体あるいは誘電体を含
む材料から調製されたペーストを使用して厚膜電
子回路を二次加工する。このペーストは、金属粉
末、ガラス原料粉末、バインダーおよび媒体を用
いて調製し、絶縁基板（たとえばセラミツク、磁
器化鋼、ガラスなど）の上にたとえばスクリーン
印刷でパターンを形成した後に基板を乾燥させ、
さらに焼成することにより前記ペーストに含まれ
ている媒体成分を揮発させて、ペーストを前記フ
イルムを支持体に接着させる。 また、実施例では、赤外あるいは近赤外線回転
炉で、通常の印刷インク技術や、他の既知回路印
刷法あるいは、インキジエツト印刷のような技術
もしくは、フオトレジスト技術を用いる方法によ
つて生産される卑金属厚膜電子部品の焼成中、炉
雰囲気に少量の水蒸気（たとえば、100乃至
3000ppm）を添付することにより、厚膜電子回路
から揮発した媒体を酸化させる。生成した酸化生
成物（たとえば、一酸化炭素および二酸化炭素）
は炉から容易に押し流せる。水を炉の予熱帯また
は高温帯あるいは双方に対して添加できる。この
明細書に説明の水注入を利用して、亜酸化窒素を
前記炉の高温帯または（および）予熱帯に添加し
て米国特許第4662240号の教訓に合わせて媒体の
除去を改良できる。この有機成分の条件に合つた
除去を、通常型非赤外線炉に生じる導体の基板に
対する付着力の減少なしに行うことができる。 実施例では、赤外または近赤外線型炉を使用
し、不活性窒素雰囲気と水の調製添加とを組合せ
て、電気的および物理的特性のよい銅の厚膜電子
回路を生産している。一方、同一条件で水蒸気を
通常加熱型炉の不活性雰囲気に添加した場合に
は、不良の銅厚膜電子回路ができた。赤外線、近
赤外線および通常型炉は以下に説明する炉熱源と
なる放射線の主波長により次のように区別され
る：炉型式 波長（オングストローム） 通常型 ＞100000 赤外線型 ＞20000＜100000 近赤外線型 ＞7000＜20000 実施例の銅厚膜電子回路は、セラミツク基板
（たとえば96％アルミナ）上にスクリーン印刷さ
れたものである。その部品をその後、赤外または
近赤外線ベルト式炉で次の方法によつて加工す
る： 炉を850乃至1000℃の温度に維持する。部品を
昇温と冷却の速度を調製して全工程が10乃至30分
かかるように加工する。焼成温度は（850乃至
1000℃）でその全焼成時間は約１乃至７分であ
る。この方法で有効であつた一つの炉は、カルフ
オルニア州セリトス在のラデイアント．テクノロ
ジ．コーポレーシヨン（Rudiant Technology
Corporation、Cerritos、CA.）が製造したCu−
900型である。この炉は、4000乃至100000オング
ストローム、主として4000乃至45000オングスト
ロームの波長の放射線を放射するタングステンフ
イラメント石英灯を採用している。炉雰囲気には
窒素が含まれていて、そこに100乃至3000ppmの
水を高温帯または予備帯に添加し、また一方、予
熱帯には500ppm以下の酸素を含み、高温帯には
100ppm以下の酸素が含まれている。前記窒素の
代りに、アルゴンを不活性源としつ使用できる。 発明者等が、実施例に基づいて得た各種の測定
データを第１表に示す。 第１表の試験を実施する際、初期付着力は部品
を炉から出した直後に測定する。エージング付着
力は、85％の相対湿度の空気の雰囲気下、85℃の
温度で24時間エージングさせて測定する。第１表
に示した結果を吟味すると、CFからVCFまで
の試験は、通常型炉（たとえば100000オングスト
ロームより長い波長の放射線を放射する熱源を有
する）で行われたことを注目しておくべきであ
る。試験ICFは、通常型炉の基本条件を説明して
いるが、そこでは雰囲気に意図的な水の添加も、
また雰囲気に意図的な酸素の添加もない。CF
からVCFまでの試験は、水蒸気の炉雰囲気への
逐次添加を示す。試験CFは、水蒸気の添加な
しに酸素を雰囲気に添加することを示している。
水蒸気を通常型炉雰囲気に添加した時、結果とし
てできる厚膜電子回路は付着性が条件に合わなか
つた。雰囲気への酸素添加は、付着性には影響な
いが、はんだ付け適性の最小容量条件が ．40で
あるので、はんだ付け適合特性がよくなつた。 IFからIFの試験結果の検査は、基本ケー
ス（IF）では、IFケースと比較してエージ
ング付着性に相当の低下が見られた。水蒸気の逐
次添加を試験した（IF、VIFおよびIF）
時、付着力はエージング後低下したが、結果は条
件に合つていることがわかり、またはんだ付け適
性もこれらの成分として条件に合うこともわかつ
た。この発明により加工した試料の付着力が条件
に合つていたいという事実は、通常型炉では同量
の水添加でエージング付着力が相当に低下してい
たので、全く予期しないことであつた。炉に添加
した酸素量を増量した試料IFは、付着力に高
い値を示したが、水添加を行わない限り、条件に
合つた0.40のはんだ付け適性は失われている。

【表】 第１表に詳説された試験のすべてにおいて、
IFからIFまでで注目すべきは、製品上にも炉
上にも煤煙の付着が観察されず、従つて先行技術
方法の問題を克服していることである。 （発明の効果） 上掲の説明ならびに第１表から次のことが推定
できる。すなわち、赤外または近赤外線型炉に用
いる不活性雰囲気に添加する方法を用いる本発明
の方法は、条件に合う厚膜電子回路の生産には水
の幅広い濃度範囲が有効である。さらに、この発
明の方法によると、使用者が水の添加と他の添加
物たとえば亜硫化窒素と酸素とを組合わせて所望
の成果を達成できる。さらに、厚膜電子回路の物
理的および電気的特性を保持しながら雰囲気ガス
の消費を低減し、重合物および金属の付着物を除
去できる。 さらに、この発明の方法に従つて、10000乃至
20000ppmの亜酸化窒素を、炉の高温帯または
（および）予熱帯に水の注入に対応付けて注入し
完成品を達成することができる。 この発明の方法は、頻繁に炉の手入れが省略さ
れ、炉の停止時間を減少させて生産能力を増大さ
せることと、清潔であるので手入れに要する余分
の時間を省略できる。さらに加工できる厚膜電子
回路の生産と、煤煙または前記セラミツクあるい
は銅導体に付着する重合付着物に起因する不良部
品の数を減少することができる。さらに銅厚膜電
子回路の焼成に必要な炉雰囲気流量を最小限に止
めて加工原価を低減させることおよび、すぐれた
物理的および電気特性（たとえば、はんだ付け適
性、導電率、付着性、清潔性など）を具えるその
いずれか１つをも犠牲にしていない銅厚膜電子回
路を生産することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツク基板への塗布に適したペーストを
   形成し、該ペーストをスクリーン印刷技術によつ
   て、前記セラミツク基板に印刷塗布し、このよう
   に前記ペーストが印刷塗布されたセラミツク基板
   を乾燥し、前記基板と前記ペーストとを、4000Å
   〜100000Åの波長の電磁波の照射で加熱し、昇温
   状態にした炉内で焼成して、厚膜電子回路を製造
   する厚膜電子回路の製造方法において、前記ペー
   ストおよび前記基板を、100ppm〜3000ppmの水
   を添加した不活性ガス雰囲気下、850℃〜1000℃
   の温度条件の前記炉内で焼成することを特徴とす
   る厚膜電子回路の製造方法。 ２ 前記電磁波の波長が、4000Å〜25000Åであ
   ることを特徴とする請求項１に記載の厚膜電子回
   路の製造方法。 ３ 前記水の添加が、100ppm〜2000ppmである
   ことを特徴とする請求項１に記載の厚膜電子回路
   の製造方法。 ４ 前記焼成の時間が、１分〜７分であることを
   特徴とする請求項１に記載の厚膜電子回路の製造
   方法。 ５ 前記炉内で、前記ペーストおよび前記セラミ
   ツク基板に、予熱工程、焼成工程および冷却工程
   が、全体で10分〜30分行われることを特徴とする
   請求項１に記載の厚膜電子回路の製造方法。 ６ 不活性ガスが窒素であることを特徴とする請
   求項１に記載の厚膜電子回路の製造方法。 ７ 不活性ガスがアルゴンであることを特徴とす
   る請求項１に記載の厚膜電子回路の製造方法。 ８ 前記100ppm〜3000ppmの水を添加した不活
   性ガス雰囲気に、10000ppm〜20000ppmの亜酸化
   窒素をさらに添加することを特徴とする請求項１
   に記載の厚膜電子回路の製造方法。 ９ 予熱工程が、不活性ガス雰囲気に100ppm〜
   3000ppmの水を添加保持することを特徴とする請
   求項５に記載の厚膜電子回路の製造方法。