JPH07112105B2 - 電気接続部材の製造方法 - Google Patents
電気接続部材の製造方法Info
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- JPH07112105B2 JPH07112105B2 JP2037525A JP3752590A JPH07112105B2 JP H07112105 B2 JPH07112105 B2 JP H07112105B2 JP 2037525 A JP2037525 A JP 2037525A JP 3752590 A JP3752590 A JP 3752590A JP H07112105 B2 JPH07112105 B2 JP H07112105B2
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- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/12—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
- H05K3/1283—After-treatment of the printed patterns, e.g. sintering or curing methods
- H05K3/1291—Firing or sintering at relative high temperatures for patterns on inorganic boards, e.g. co-firing of circuits on green ceramic sheets
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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- C04B41/4505—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements characterised by the method of application
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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- H05K2203/14—Related to the order of processing steps
- H05K2203/1476—Same or similar kind of process performed in phases, e.g. coarse patterning followed by fine patterning
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は金属をベースとするインキ又はペーストの厚膜
を支持体（support）上に沈着させる工程と;100〜150℃
の温度で溶剤を除去する予備乾燥工程と；下記の連続工
程、すなわち、 ａ）温度を上昇させて重合体樹脂を除去する工程 ｂ）600〜1000℃の温度で行われる焼結（sintering）工
程及び ｃ）冷却工程 からなる焼成（firing）工程とからなる、電気接続部
材、特に、ハイブリッド回路相互接続用基材（intercon
nection substrate）の製造に関する。
を支持体（support）上に沈着させる工程と;100〜150℃
の温度で溶剤を除去する予備乾燥工程と；下記の連続工
程、すなわち、 ａ）温度を上昇させて重合体樹脂を除去する工程 ｂ）600〜1000℃の温度で行われる焼結（sintering）工
程及び ｃ）冷却工程 からなる焼成（firing）工程とからなる、電気接続部
材、特に、ハイブリッド回路相互接続用基材（intercon
nection substrate）の製造に関する。
この電気接続方法においては、基材が、回路の各種電子
構成素子の担持／接続体としての働きをし、この目的の
ために、基材は熱放散体としての働きもする機械的担持
体で構成され、その上に導電，絶縁及び／又は抵抗性厚
膜が施され、これが種々のパターンにより全ての相互接
続が行われる。
構成素子の担持／接続体としての働きをし、この目的の
ために、基材は熱放散体としての働きもする機械的担持
体で構成され、その上に導電，絶縁及び／又は抵抗性厚
膜が施され、これが種々のパターンにより全ての相互接
続が行われる。
厚膜層は、無機バインダーと有機ビヒクル（良好なレオ
ロジー特性を付与するための溶媒と樹脂）とからなる機
能相（functional phase）としてのインクまたはペース
トの層からなる。この機能相によって導電、抵抗、絶縁
などの電気特性が確保される。機能相は、導電層につい
ては金属粉末であり、絶縁層についてはガラスとセラミ
ックの粉末である。無機バインダーは、層と担持体とを
強固に接着させる働きをする。
ロジー特性を付与するための溶媒と樹脂）とからなる機
能相（functional phase）としてのインクまたはペース
トの層からなる。この機能相によって導電、抵抗、絶縁
などの電気特性が確保される。機能相は、導電層につい
ては金属粉末であり、絶縁層についてはガラスとセラミ
ックの粉末である。無機バインダーは、層と担持体とを
強固に接着させる働きをする。
実際には、スクリーン上に形成された一定のパターンに
従ってスクリーン印刷によりインク層を基材上に被着す
る；スクリーンはシーブ（網）（tamis）であり、イン
クをシーブの目に通して被着する；乾燥によって溶媒を
除去し、高温での焼成によって諸成分を焼結／融接（fu
sion）し、基材に接着された厚みが約５〜50ミクロンの
被膜を形成させる。
従ってスクリーン印刷によりインク層を基材上に被着す
る；スクリーンはシーブ（網）（tamis）であり、イン
クをシーブの目に通して被着する；乾燥によって溶媒を
除去し、高温での焼成によって諸成分を焼結／融接（fu
sion）し、基材に接着された厚みが約５〜50ミクロンの
被膜を形成させる。
乾燥後にインク層を焼成することは、この場合、複雑な
熱処理を必要とし、雰囲気の働きが非常に重要な意味を
有する。雰囲気は殊に、層の焼結ならびに基材への付着
を正しく行うための適切な環境を形成する。
熱処理を必要とし、雰囲気の働きが非常に重要な意味を
有する。雰囲気は殊に、層の焼結ならびに基材への付着
を正しく行うための適切な環境を形成する。
白金、金、パラジウム、銀などの貴金属系の導電性イン
ク、あるいはまた親和性を有している絶縁性インク、抵
抗性インクの場合は、酸化性雰囲気中、一般的には空気
中で焼成を行う。空気などの酸化性雰囲気は、乾燥後に
層に残留している重合体樹脂を除去するのに適してい
る。雰囲気中に含まれている酸素が有機物を酸化させ、
有機物が温度の上昇に伴って蒸発し、熱分解することに
よって樹脂が除去される。
ク、あるいはまた親和性を有している絶縁性インク、抵
抗性インクの場合は、酸化性雰囲気中、一般的には空気
中で焼成を行う。空気などの酸化性雰囲気は、乾燥後に
層に残留している重合体樹脂を除去するのに適してい
る。雰囲気中に含まれている酸素が有機物を酸化させ、
有機物が温度の上昇に伴って蒸発し、熱分解することに
よって樹脂が除去される。
これに対して銅あるいは他のいわゆる親和性金属などの
非貴金属系金属の導電性インクの場合は、金属の酸化を
防止するために窒素、アルゴン、ヘリウム、また場合に
よってはこれらを組み合わせた中性気体を用いて得られ
る不活性雰囲気中で焼成を行わなければならない。かか
る不活性雰囲気の場合は重合体樹脂が完全に除去されな
い場合が少なくなく、層の劣化、特に層と基材との付着
力の低下を生じる。この層劣化が出現するメカニズムに
ついては、Proc.of the Electronic Components Confer
ence,IEEE,1986,pp,471−480に掲載されたR.J.BACHER及
びV.P.SIUTAの“Firing Process−related Failure Mec
hanismsin Thick Film Copper Multilayers"（層付け多
層銅の焼成に伴う破壊メカニズム）において考察されて
いる。
非貴金属系金属の導電性インクの場合は、金属の酸化を
防止するために窒素、アルゴン、ヘリウム、また場合に
よってはこれらを組み合わせた中性気体を用いて得られ
る不活性雰囲気中で焼成を行わなければならない。かか
る不活性雰囲気の場合は重合体樹脂が完全に除去されな
い場合が少なくなく、層の劣化、特に層と基材との付着
力の低下を生じる。この層劣化が出現するメカニズムに
ついては、Proc.of the Electronic Components Confer
ence,IEEE,1986,pp,471−480に掲載されたR.J.BACHER及
びV.P.SIUTAの“Firing Process−related Failure Mec
hanismsin Thick Film Copper Multilayers"（層付け多
層銅の焼成に伴う破壊メカニズム）において考察されて
いる。
しかしながら、銅は、他の金属にはない特殊な特性（高
導電性、錫／鉛との優れた溶接性など）を有しており、
また安価であるということからマイクロエレクトロニク
ス（超小型電子技術）の分野において数多くの用途を持
ち続けている。そのために、銅を使用する場合の有機物
の除去方法を改善する研究が数年前から盛んに行われて
いる。
導電性、錫／鉛との優れた溶接性など）を有しており、
また安価であるということからマイクロエレクトロニク
ス（超小型電子技術）の分野において数多くの用途を持
ち続けている。そのために、銅を使用する場合の有機物
の除去方法を改善する研究が数年前から盛んに行われて
いる。
可能な限り単純なかつ完全な方法として、銅を変質させ
ることなく有機物と反応する気体あるいは気体混合物で
銅の不活性雰囲気をドーピングする方法が提案されてい
る。一例として、中性雰囲気に水素と水蒸気を加えるこ
とによって該雰囲気の酸化還元力（povoir oxydo−redu
cteur）を調節する方法が知られている。この方法によ
れば、理論的には、焼成工程全体を通して重合体樹脂に
対しては酸化機能を発揮し、銅に対しては中性であると
いう複合効果を有する水素と水蒸気の量を決定すること
ができる。CO、CO2などの他のガスドーパントも注目さ
れている。“Hybrid Circuits",Number 12（january 19
87,pp,5−10）に掲載された、W.YEXT、E.A.HYDUK.Jr.、
C.K.FISHERの“A Study of Various Nitrogen−based F
urnace Atmospheres and Their Effects on Copper Thi
ckfilm Conductors and Dielectrics"（様々な窒素系炉
雰囲気と、厚付け銅膜導体／絶縁体に対するその影響）
にこの方法が紹介され、様々なドーパントの効果につい
て考察されている。それによれば、CO、CO2、H2O、H
2は、窒素系焼成雰囲気に加えれば、厚膜銅層の少なく
とも１つの物性（抵抗性、接着性、溶接性）を劣化させ
るということである。
ることなく有機物と反応する気体あるいは気体混合物で
銅の不活性雰囲気をドーピングする方法が提案されてい
る。一例として、中性雰囲気に水素と水蒸気を加えるこ
とによって該雰囲気の酸化還元力（povoir oxydo−redu
cteur）を調節する方法が知られている。この方法によ
れば、理論的には、焼成工程全体を通して重合体樹脂に
対しては酸化機能を発揮し、銅に対しては中性であると
いう複合効果を有する水素と水蒸気の量を決定すること
ができる。CO、CO2などの他のガスドーパントも注目さ
れている。“Hybrid Circuits",Number 12（january 19
87,pp,5−10）に掲載された、W.YEXT、E.A.HYDUK.Jr.、
C.K.FISHERの“A Study of Various Nitrogen−based F
urnace Atmospheres and Their Effects on Copper Thi
ckfilm Conductors and Dielectrics"（様々な窒素系炉
雰囲気と、厚付け銅膜導体／絶縁体に対するその影響）
にこの方法が紹介され、様々なドーパントの効果につい
て考察されている。それによれば、CO、CO2、H2O、H
2は、窒素系焼成雰囲気に加えれば、厚膜銅層の少なく
とも１つの物性（抵抗性、接着性、溶接性）を劣化させ
るということである。
前記著者は、水素と水蒸気を組合わせて加えた場合は、
銅層が接着されず、水素と水蒸気を加えない場合に比べ
て銅層の抵抗が高くなると述べている。また、水蒸気だ
けを1.75％まで加えた場合は、96％アルミナ基材に対す
る厚膜銅層の接着性は水蒸気の量が多くなるのに伴って
劣化すると述べている。
銅層が接着されず、水素と水蒸気を加えない場合に比べ
て銅層の抵抗が高くなると述べている。また、水蒸気だ
けを1.75％まで加えた場合は、96％アルミナ基材に対す
る厚膜銅層の接着性は水蒸気の量が多くなるのに伴って
劣化すると述べている。
本発明は、銅あるいは他の親和性金属などの非貴金属金
属（non−noble metal）をベースとするインクあるいは
ペーストの場合に、電子素子の再現性のあるかつ優れた
電気、機械、熱特性（これらの特性は電子回路を製造
し、理想的に機能させるために必要な条件である）を得
ることができる厚膜金属層製造用雰囲気を提供すること
を目的とする。
属（non−noble metal）をベースとするインクあるいは
ペーストの場合に、電子素子の再現性のあるかつ優れた
電気、機械、熱特性（これらの特性は電子回路を製造
し、理想的に機能させるために必要な条件である）を得
ることができる厚膜金属層製造用雰囲気を提供すること
を目的とする。
本発明の目的は、重合体樹脂を除去する工程で使用する
雰囲気の水蒸気含有量が50ppm〜20,000ppm（好適には1,
000〜10,000ppm）であり、高温焼結工程で使用する雰囲
気の水蒸気含有量が常に18ppm〜1,000ppmであり、いず
れの雰囲気も水素をほとんど含んでいないことを特徴と
する本発明の方法によって達成される。
雰囲気の水蒸気含有量が50ppm〜20,000ppm（好適には1,
000〜10,000ppm）であり、高温焼結工程で使用する雰囲
気の水蒸気含有量が常に18ppm〜1,000ppmであり、いず
れの雰囲気も水素をほとんど含んでいないことを特徴と
する本発明の方法によって達成される。
本発明の方法の１つの実施態様においては、重合体樹脂
除去工程の雰囲気の水蒸気含有量を50ppm〜20,000ppmと
する。同様に、高温焼結工程の雰囲気の水蒸気含有量を
18ppm〜250ppmとすることが好ましい。
除去工程の雰囲気の水蒸気含有量を50ppm〜20,000ppmと
する。同様に、高温焼結工程の雰囲気の水蒸気含有量を
18ppm〜250ppmとすることが好ましい。
本発明の方法は、前記のYEXT、HAYDUCK、FISHERの方法
と明らかに相違しており、処理用雰囲気を大幅に改良し
た方法であると言うことができる。第１に分かること
は、重合体樹脂除去工程の雰囲気と焼結工程の雰囲気は
異なるものであり、重合体樹脂除去工程の雰囲気の水蒸
気の量を好ましくは1,000〜10,000ppmとし、重合体樹脂
除去工程の雰囲気よりもはるかに温度が高い焼結工程の
水蒸気の量を重合体除去工程の雰囲気の水蒸気の量より
も少なくしなければならないということである。このこ
とは、連続処理炉においては、重合体樹脂の除去帯域と
焼結帯域とを分離することによって容易に実施すること
ができる。
と明らかに相違しており、処理用雰囲気を大幅に改良し
た方法であると言うことができる。第１に分かること
は、重合体樹脂除去工程の雰囲気と焼結工程の雰囲気は
異なるものであり、重合体樹脂除去工程の雰囲気の水蒸
気の量を好ましくは1,000〜10,000ppmとし、重合体樹脂
除去工程の雰囲気よりもはるかに温度が高い焼結工程の
水蒸気の量を重合体除去工程の雰囲気の水蒸気の量より
も少なくしなければならないということである。このこ
とは、連続処理炉においては、重合体樹脂の除去帯域と
焼結帯域とを分離することによって容易に実施すること
ができる。
本発明の別の実施態様においては、重合体樹脂除去工程
の雰囲気の酸素含有量を数十ppmまでとし、高温焼結工
程の雰囲気ならびに冷却工程の雰囲気の酸素含有量を常
に10ppm以下とする。
の雰囲気の酸素含有量を数十ppmまでとし、高温焼結工
程の雰囲気ならびに冷却工程の雰囲気の酸素含有量を常
に10ppm以下とする。
水蒸気の存在下においては、重合体樹脂除去工程の雰囲
気中には酸素が含まれていることは有利な効果があるの
に対して、高温焼結工程の雰囲気の酸素は実際上排除し
なければならない。
気中には酸素が含まれていることは有利な効果があるの
に対して、高温焼結工程の雰囲気の酸素は実際上排除し
なければならない。
本発明の１つの好ましい実施態様においては、重合体樹
脂除去工程の雰囲気を、不活性ガス流に酸素と水素を添
加し、触媒反応により水蒸気を形成させ、水素を実質的
に含有していない所定の不活性ガス／水蒸気・雰囲気と
することにより形成する。
脂除去工程の雰囲気を、不活性ガス流に酸素と水素を添
加し、触媒反応により水蒸気を形成させ、水素を実質的
に含有していない所定の不活性ガス／水蒸気・雰囲気と
することにより形成する。
本発明の方法は、従来の空気吹き込法（barbotage）と
違って極めて優れた方法であり、水蒸気と酸素の残留量
を厳密に調節することができ、そのため同じ製品を繰り
返して安価に自動生産することができる。
違って極めて優れた方法であり、水蒸気と酸素の残留量
を厳密に調節することができ、そのため同じ製品を繰り
返して安価に自動生産することができる。
以下においては本発明を実施例により説明する。
工業的に通常行われている方法によってシルクスクリー
ン印刷（serigraphie）を行いかつ乾燥を行った後、市
販の銅系インクを異なる窒素系雰囲気中で焼成した。
ン印刷（serigraphie）を行いかつ乾燥を行った後、市
販の銅系インクを異なる窒素系雰囲気中で焼成した。
試験パターン（motif de test）として抵抗を評価する
ためのライヤ（lyre）と接着性を評価するための、様々
なスタッド（stud）を用いた。スタッドは１辺が1.5mm
または2mmの正方形である。このパターンを１辺が50.8m
mの正方形のアルミナ基材上にシルクスクリーン印刷し
た。アルミナ純度は96％である。
ためのライヤ（lyre）と接着性を評価するための、様々
なスタッド（stud）を用いた。スタッドは１辺が1.5mm
または2mmの正方形である。このパターンを１辺が50.8m
mの正方形のアルミナ基材上にシルクスクリーン印刷し
た。アルミナ純度は96％である。
ガス雰囲気中での焼成は、慣用のコンベヤを有する通過
式炉中で行った。全焼成時間は55分とし、焼結温度は90
0±２℃、焼結時間は約10分とした。
式炉中で行った。全焼成時間は55分とし、焼結温度は90
0±２℃、焼結時間は約10分とした。
焼成後、接着性、抵抗、溶接性、微細配線性（microcab
lage）などの電気／機械的試験を行った。
lage）などの電気／機械的試験を行った。
厚膜銅層の場合にとくに重要な条件としての接着性の試
験方法は次の方法で行った；銅フック（crochet en cui
vre）を錫／鉛／銀（62−36−２）合金を用いて215℃で
銅スタッドに溶接した。続いて同フックについて引張り
試験を行い、破壊力を測定して接着力を評価した。
験方法は次の方法で行った；銅フック（crochet en cui
vre）を錫／鉛／銀（62−36−２）合金を用いて215℃で
銅スタッドに溶接した。続いて同フックについて引張り
試験を行い、破壊力を測定して接着力を評価した。
スタッドに溶接したフックを恒温器内で150℃で200時間
エージングした後引っ張り試験を行って経時変化を測定
した。
エージングした後引っ張り試験を行って経時変化を測定
した。
試験１（比較例）では、ガスドーパント（水蒸気）を加
えない、水蒸気含有量12ppm、酸素含有量4ppmの窒素雰
囲気内で焼成を行った。
えない、水蒸気含有量12ppm、酸素含有量4ppmの窒素雰
囲気内で焼成を行った。
試験２（実施例）では、重合体樹脂除去帯域に水蒸気を
加えて、窒素雰囲気中で焼成を行った。重合体樹脂除去
帯域の水蒸気含有量は8000ppm（0.8％）、酸素含有量は
5ppmであった。焼結帯域の水蒸気含有量は18ppm、酸素
含有量は3ppmであった。
加えて、窒素雰囲気中で焼成を行った。重合体樹脂除去
帯域の水蒸気含有量は8000ppm（0.8％）、酸素含有量は
5ppmであった。焼結帯域の水蒸気含有量は18ppm、酸素
含有量は3ppmであった。
この試験結果は、焼成炉の重合体樹脂除去帯域に水蒸気
を加えることにより、厚膜銅層の溶接性、微細配線性な
らびに抵抗がわずかに改善され、初期接着性ならびにエ
ージング後の溶接性が大幅に改善されることを示してい
る。
を加えることにより、厚膜銅層の溶接性、微細配線性な
らびに抵抗がわずかに改善され、初期接着性ならびにエ
ージング後の溶接性が大幅に改善されることを示してい
る。
フロントページの続き (72)発明者 シルヴイエ・メルル フランス国．94400・ヴイトリイ‐シユ ル‐セーヌ．リユ・ウ・ドリアン．45 (56)参考文献 特開 昭59−995（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−108787（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−233090（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】非貴金属金属と有機ビヒクル（溶剤及び重
合体樹脂）と無機バインダーとからなるインキ又はペー
ストの厚膜を支持体上に沈着させる工程と； 100〜150℃の温度で溶剤を除去する予備乾燥工程と； 下記の連続工程、すなわち ａ）温度を上昇させて重合体樹脂を除去する工程、 ｂ）600〜1000℃の温度で行われる焼結工程及び ｃ）冷却工程 からなりかつ実質的に不活性なガス雰囲気下で行われる
焼成工程； とからなる電気接続部材の製造方法において、重合体樹
脂を除去する工程で使用されるガス雰囲気の水蒸気含有
量が50ppm〜20,000ppmであり、焼結工程で使用されるガ
ス雰囲気の水蒸気含有量が18ppm〜1000ppmであることそ
して焼成工程で使用される異るガス雰囲気はいずれも実
質的に水素を含有していないことを特徴とする電気接続
部材の製造方法。 - 【請求項２】焼結工程で使用されるガス雰囲気の水蒸気
含有量が重合体樹脂の除去工程で使用されるガス雰囲気
の水蒸気含有量よりも低い請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】焼結工程で使用されるガス雰囲気の水蒸気
含有量が18ppm〜250ppmである請求項１〜２のいずれか
に記載の方法。 - 【請求項４】重合体樹脂の除去工程で使用されるガス雰
囲気は、不活性ガス流に酸素と水素を添加し、触媒反応
により水蒸気を形成させて、水素を実質的に含有してい
ない所定の不活性ガス／水蒸気・雰囲気とすることによ
り調製される請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8902172A FR2643535B1 (fr) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | Procede d'elaboration de moyens de connexion electrique, en particulier de substrats d'interconnexion de circuits hybrides |
| FR8902172 | 1989-02-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02248098A JPH02248098A (ja) | 1990-10-03 |
| JPH07112105B2 true JPH07112105B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=9378937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2037525A Expired - Lifetime JPH07112105B2 (ja) | 1989-02-20 | 1990-02-20 | 電気接続部材の製造方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0385829B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07112105B2 (ja) |
| KR (1) | KR0168843B1 (ja) |
| AT (1) | ATE94329T1 (ja) |
| CA (1) | CA2010368A1 (ja) |
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