JPH07220523A - メタライズ用ペースト及びそれを用いたメタライズ基板の製造方法 - Google Patents

メタライズ用ペースト及びそれを用いたメタライズ基板の製造方法

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JPH07220523A
JPH07220523A JP2475994A JP2475994A JPH07220523A JP H07220523 A JPH07220523 A JP H07220523A JP 2475994 A JP2475994 A JP 2475994A JP 2475994 A JP2475994 A JP 2475994A JP H07220523 A JPH07220523 A JP H07220523A
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JP
Japan
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metallized
paste
substrate
film
metallizing
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JP2475994A
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English (en)
Inventor
Yohei Watabe
洋平 渡部
Shinichi Iwata
伸一 岩田
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Tokin Corp
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Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡略なプロセスを有するメタライズ用ペース
ト及びそれを用いたメタライズ基板の製造方法を提供す
ること。 【構成】 メタライズ用ペーストは、Au,Ag,Cu
を単体あるいはNi,Pd,Ti粉末を少なくとも1種
類あるいは数種混合したメタライズ用金属粉末組成物と
ビヒクルからなり、前記ビヒクルはエチルセルロース系
バインダーが20〜80重量%で、アクリル系バインダ
ーが20〜80重量%、分散剤、可塑剤1〜5%からな
り、前記メタライズ用ペーストをスクリーン印刷法によ
り80μm以上の厚みを形成し真空及び不活性雰囲気下
で焼き付けてメタライズ膜を形成し、またセラミックス
基板はアルミナ及び窒化アルミニウムの少なくとも1種
からなり、前記メタライズ膜上にNi膜及びAu膜のい
ずれか1種を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、厚膜電子回路の導体層
形成及びセラミックス基板上の実装された電気機器用素
子、部品等が動作することによって、発生する熱を拡散
するための銅回路を形成するためのメタライズ用ペース
ト及びメタライズ基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、電子回路を構成するための基板
としては、金属絶縁基板、有機基板、セラミックス基板
があるが、高い絶縁性、機械的強度が確保されるこ
と、他の電子素子を劣化させないこと、金属導体と
容易に接合体を形成できること、熱伝導率が大きいこ
となどの性質が要求されている。この要求を満足する材
料としてはセラミックス基板があり、このセラミックス
基板としてアルミナ、窒化物アルミニウム等がある。し
かし、セラミックス単体では、電子機器に用いられるト
ランジスタ、ダイオード、IC、LSI、その他各種電
子部品を直接実装することができないため、セラミック
ス表面に金属化膜を形成し導体層として使用するか、ま
たは金属化膜を介して導体金属箔とを接合することによ
り電子回路を構成している。その方法として、導体金属
ペーストによるセラミックス基板上への金属化膜形成は
10〜30μm程度の厚みにスクリーン印刷、乾燥、焼
成を行い回路形成を行う方法と、導体金属箔とセラミッ
クス基板の間にろう付け用ペーストや箔を挿入して接合
を行い回路形成を行う方法とがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法の導体金属ペーストを用いて、金属化膜を形成する方
法の場合、導体厚みが10〜30μmと薄いため、回路
に流せる電流が100A以下と使用範囲が限定されてし
まう欠点があり、後者の接合基板の場合、金属箔によっ
て回路を構成するため導体厚みを200〜500μmに
することは可能であるが、回路のパターンを金型によっ
て作製した箔を精度良く設置したり、あるいは塩化物や
酸によるエッチングで回路を形成するなど製造プロセス
が複雑であるという欠点があった。また、エチルセルロ
ースを主体とするビヒクルを用いた導電ペーストはスク
リーン印刷法により、100μm以上の厚みを形成する
場合、スクリーンのメッシュを通してペーストを基板に
転写し、スクリーンが離れる際に表面張力によりパター
ンエッジ部分に盛り上がりを生じる。また、乾燥時にお
いて、2〜5mm幅のパターンに収縮が起こり、凹部が
発生するなどの問題があった。このような、凹凸がある
メタライズ基板に電子部品を実装した場合、電子部品と
メタライズ導体回路間に空隙が生じ、熱抵抗を増加させ
る原因となる。
【0004】そこで、本発明の技術的課題は、前述の導
体金属ペーストを用いて、平坦性のある導体金属層の厚
みを80μm以上形成することで100A以上の電流を
流すことの可能な導体回路をスクリーン印刷法で1回あ
るいは数回塗りという簡略したプロセスによって得るこ
との出来るメタライズ基板のメタライズ用ペースト及び
それを用いたメタライズ基板の製造方法を提供すること
にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、金、
銀、銅を単体あるいは、ニッケル、パラジウム、チタン
粉末を少なくとも1種あるいは数種混合したメタライズ
用金属粉末組成物とビヒクルから成ることを特徴とする
メタライズ用ペーストが得られる。
【0006】本発明によれば、上記記載のメタライズ用
ペーストのビヒクルはエチルセルロース系バインダーが
重量%で20〜80%、アクリル系バインダーが重量で
20〜80%、分散剤、可塑剤を1〜5%から成ること
を特徴とするメタライズ用ペーストが得られる。
【0007】本発明によれば、セラミックス基板上に、
上記記載のメタライズ用ペーストをスクリーン印刷法に
より、80μm以上の厚みを少なくとも1回以上塗って
形成し、真空及び不活性雰囲気下で焼き付けてメタライ
ズ膜を形成することを特徴とするメタライズ基板の製造
方法が得られる。
【0008】本発明によれば、上記記載のメタライズ基
板の製造方法において、上記セラミックス基板はアルミ
ナ及び窒化アルミニウムのうち少なくとも1種からなる
ことを特徴とするメタライズ基板の製造方法が得られ
る。
【0009】本発明によれば、上記のいずれかのメタラ
イズ基板の製造方法において、上記メタライズ膜上にN
i膜及びAu膜のうちいずれか1種を形成することを特
徴とする導電膜付きメタライズ基板の製造方法が得られ
る。
【0010】
【作用】本発明においては、メタライズ基板を製造する
ためのメタライズ用ペーストの金属粉末組成物は、重量
%表示で70〜95%とし、ビヒクルは5〜30%で混
合し、ペースト状にし、アルミナ及び窒化アルミニウム
の表面にスクリーン印刷法を用いて、1回あるいは数回
塗布で100〜400μmの厚みを形成し、乾燥後、高
真空雰囲気中及び不活性雰囲気中において、熱処理を施
すことによって平坦性の高いメタライズ膜が形成され、
ワイヤーボンディング特性が良好で、熱抵抗が低く、1
00A以上の電流を流すことが可能となるので、簡単な
プロセスを有するメタライズ基板のメタライズ用ペース
ト及びメタライズ基板の製造方法を提供できる。
【0011】
【実施例】以下に、本発明の実施例について、説明す
る。本発明の実施例に係わるメタライズ組成物の1例と
して、銅とチタンの混合粉末の場合を示す。銅粉末は平
均粒径1μmの微粉末である。また、チタン粉末は、平
均粒径10μmである。この銅粉末及びチタン粉末を所
要の量秤量混合して、銅が85〜99重量%、残部のチ
タンが1〜15重量%となるように混合する。得られた
メタライズ粉末混合物にエチルセルロース系バインダー
が重量%で0%,10%,20%,30%,40%,5
0%,60%,70%,80%,90%,100%、ア
クリル系バインダーが重量で0%,10%,20%,3
0%,40%,50%,60%,70%,80%,90
%,100%、分散剤、可塑剤を1〜5%からなるビヒ
クルを添加混合して、三本ロールミル等を用いて十分混
練し、均一に分散させてスクリーン印刷に適した粘度に
調整しペースト状にする。この場合の粘度は、1回ある
いは数回印刷で200〜300μmの厚みを形成させる
ため500〜1000dPa・sとする。スクリーンは
80〜125メッシュの開口率の大きい、乳剤厚みが1
00〜400μmのものを用いる。スクリーンと基板の
印刷ギャップは従来100〜150μmであったが、本
製造方法では、スクリーンの版離れをよくするため15
0〜250μmとする。印刷圧力はペーストの目詰りを
防止するため従来の印刷圧力に対して0.5〜1kg/
mm2増加させる。
【0012】こうして得られたペースト状金属組成物
を、セラミックス基板表面に塗布する。ここで、セラミ
ックス基板は、熱伝導率のよい、酸化物、窒化物、ある
いは数%の焼結助剤を含むセラミックス焼結体のいずれ
でも良い。尚、酸化物として、酸化アルミニウム(Al
23)、あるいは、窒化物として、窒化アルミニウム
(AlN)が例示できる。
【0013】表面に250μmの厚みのペースト状金属
組成物が塗布されたセラミックス基板を高真空中、又は
不活性雰囲気下で熱処理を施すことによって、メタライ
ズセラミックス基板が得られる。このメタライズセラミ
ックス基板の素子実装時の半田濡れ性及び表面酸化を防
止するため、ニッケルめっきあるいは金めっきが施され
る。この場合のめっきは、メタライズパターンが独立し
ているときは無電解めっきを用い、連続している時は電
気あるいは無電解めっきいずれのめっき法でも良い。
【0014】図1はエチルセルロース系バインダーとア
クリル系バインダーの混合重量比の割合を変えて表面平
坦度をみたものである。即ち、アクリル系バインダー添
加を重量%で10%,20%,30%,40%,50
%,60%,70%,80%,90%,100%及び無
添加の本発明の実施例に係わるメタライズ用ペーストを
用いて、スクリーン印刷時のメタライズパターンのビヒ
クル組成を変化させたときの表面平坦度を示すものであ
る。なお、従来例として、エチルセルロース系バインダ
ー100重量%で、導体厚を薄くした(30μm)もの
を示した。
【0015】パターン平坦度は、スクリーン印刷した時
の導体パターンのパターン端部の凹凸を示すものであ
る。図1の結果よりアクリル系バインダーの添加量が0
重量%の場合は従来レベルと同等の値を示し、パターン
平坦度は120μmである。また、アクリル系バインダ
ーが100重量%の場合はパターン平坦度が150μm
で、従来レベルより悪い。しかし、本発明のアクリル系
バインダー20〜80重量%の組成範囲においては、パ
ターン平坦度は向上し、約50〜60重量%ではパター
ン平坦度30μmに低減させることが可能である。
【0016】図2に異なるメタライズパターンを有する
メタライズ基板を用いて、電子部品を実装し、モジュー
ルを組み立てモジュールの放熱性を比較するため電子部
品にパルスで電流を印加した時の熱抵抗を測定した結果
を示す。図1で示した○印が本発明例であって、平坦度
が50μm、導体厚が250μm、△印がアクリル系バ
インダーの添加100重量%の平坦度が150μm、導
体厚が250μm、×印がエチルセルロース系バインダ
ーの添加100重量%の平坦度が100μm、導体厚が
250μm、●印が従来(エチルセルロース系バインダ
ー添加100重量%)のメタライズパターンで平坦度が
120μm、導体厚が30μmの場合である。
【0017】図2の結果より、本発明の○印のパターン
平坦度が50μm、導体厚250μmの曲線が示すよう
にパターン平坦度が小さくなると、電子部品とメタライ
ズパターンとの接合境界面での凹凸が小さくなるため空
隙の発生が少なくなり熱抵抗が低くなる。その結果、1
00A以上の電流を印加が可能となる。
【0018】図3は30μm,50μm,75μm,1
00μm,120μm,150μmの平坦度の異なるメ
タライズパターンにφ300μmのNi線を超音波振動
によるボンディング装置によって、ボンディングした時
のボンディング強度を示す。
【0019】図3からパターンの凹凸が大きい場合、ボ
ンディング強度は低く、凹凸が小さくなるにつれボンデ
ィング強度が増加する。また、−40℃〜125℃での
温度サイクル試験を行うと、パターン凹凸が大きい場
合、熱によるストレスによってパターンからワイヤーが
剥がれてしまうが、凹凸が小さい場合、ワイヤーの剥が
れは生じず信頼性の高いものが得られることもわかっ
た。
【0020】
【発明の効果】以上、説明した本発明によるメタライズ
基板の製造方法によって、導体パターンの平坦度が高
く、熱抵抗が低く、ワイヤーボンディング特性の良好な
メタライズ基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】エチルセルロース系バインダーとアクリル系バ
インダーのビヒクル組成をかえた場合のパターン平坦度
を示す図。
【図2】本発明及び従来等の、図1に示したメタライズ
パターンを有するメタライズ基板を用いて電子部品を実
装した場合のパルス巾と熱抵抗との関係を示す図。
【図3】平坦度の異なるメタライズパターンにφ300
μmのNi線を超音波振動によるボンディング装置でボ
ンディングした時のボンディング強度を示す図。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子部品を実装し、電子部品から発生す
    る熱を放熱し、金属導体回路を形成しているメタライズ
    基板上にスクリーン印刷法により所定の厚さに少なくと
    も1回以上塗って形成するメタライズ用ペーストにおい
    て、金、銀、銅を単体あるいは、ニッケル、パラジウ
    ム、チタン粉末を少なくとも1種あるいは数種混合した
    メタライズ用金属粉末組成物とビヒクルから成ることを
    特徴とするメタライズ用ペースト。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のメタライズ用ペーストの
    ビヒクルはエチルセルロース系バインダーが重量%で2
    0〜80%、アクリル系バインダーが重量で20〜80
    %、分散剤、可塑剤を1〜5%から成ることを特徴とす
    るメタライズ用ペースト。
  3. 【請求項3】 電子部品を実装し、電子部品から発生す
    る熱を放熱するセラミックス基板上に金属導体回路を形
    成しているメタライズ基板の製造方法において、セラミ
    ックス基板上にメタライズ用ペーストをスクリーン印刷
    法により、80μm以上の厚みを少なくとも1回以上塗
    って形成し、真空及び不活性雰囲気下で焼き付けてメタ
    ライズ膜を形成することを特徴とするメタライズ基板の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のメタライズ基板の製造方
    法において、前記セラミックス基板はアルミナ及び窒化
    アルミニウムのうち少なくとも1種からなることを特徴
    とするメタライズ基板の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項3又は4記載のメタライズ基板の
    製造方法において、前記メタライズ膜上にNi膜及びA
    u膜のうちいずれか1種を形成することを特徴とする導
    電膜付きメタライズ基板の製造方法。
JP2475994A 1994-01-26 1994-01-26 メタライズ用ペースト及びそれを用いたメタライズ基板の製造方法 Pending JPH07220523A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003059336A (ja) * 2001-08-09 2003-02-28 Sumitomo Rubber Ind Ltd 導電性ペーストとそれを用いた導電性パターンの形成方法
JP2013038431A (ja) * 2012-09-05 2013-02-21 Sakamoto Jun 印刷物

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20031224