JPH08216342A - 新規な金属−セラミック複合材 - Google Patents
新規な金属−セラミック複合材Info
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- JPH08216342A JPH08216342A JP7029688A JP2968895A JPH08216342A JP H08216342 A JPH08216342 A JP H08216342A JP 7029688 A JP7029688 A JP 7029688A JP 2968895 A JP2968895 A JP 2968895A JP H08216342 A JPH08216342 A JP H08216342A
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- layer
- ceramic
- metal
- pattern
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
- H05K1/092—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 セラミック基板上に従来よりも微細で密着性
の高い回路形成ができるようにする。 【構成】 金属層とセラミック層の間に、一般式AgX
CuY(0.001≦X≦0.4、0.6≦Y≦0.9
99(原子比))で表され、且つ粒子表面の銀濃度が粒
子の平均の銀濃度より高い銅合金粉末がセラミック中に
分散した中間層を存在させる。 【効果】 セラミック層と金属層の間に、銀を含む銅合
金粉末を分散したセラミック層を形成することにより、
金属層の密着性を向上させたことにより、フォトレジス
トを用いて金属層をパターンニングする事ができる。こ
れにより、従来の導電性ペーストを用いてスクリーン印
刷によりパターン形成する方法にくらべ、より高密度な
配線パターンを信頼性高く形成する事が可能である。
の高い回路形成ができるようにする。 【構成】 金属層とセラミック層の間に、一般式AgX
CuY(0.001≦X≦0.4、0.6≦Y≦0.9
99(原子比))で表され、且つ粒子表面の銀濃度が粒
子の平均の銀濃度より高い銅合金粉末がセラミック中に
分散した中間層を存在させる。 【効果】 セラミック層と金属層の間に、銀を含む銅合
金粉末を分散したセラミック層を形成することにより、
金属層の密着性を向上させたことにより、フォトレジス
トを用いて金属層をパターンニングする事ができる。こ
れにより、従来の導電性ペーストを用いてスクリーン印
刷によりパターン形成する方法にくらべ、より高密度な
配線パターンを信頼性高く形成する事が可能である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新規な金属−セラミック
ス複合材料に関する。
ス複合材料に関する。
【0002】
【従来の技術】エレクトロニクスの飛躍的進歩に伴い、
特に電子部品や電子素子を実装する配線基板においては
配線の高密度化への対応が重要な課題である。高密度配
線を形成させる一般的で経済的な方法として感光性レジ
ストを用いる方法が挙げられる。感光性レジスト層を基
板面上に積層または塗布して形成し、パターンを描画し
たマスクフィルムを通して紫外線などの活性光を照射し
たのち現像して、基板上にレジストパターンを形成す
る。その後、エッチングまたは電解(または無電解)め
っきにより導体のパターンを形成した後、レジスト層を
除去することにより導体の配線パターンを形成する。こ
の方法により樹脂基板をベースにしたプリント配線板の
高密度配線が形成されている。
特に電子部品や電子素子を実装する配線基板においては
配線の高密度化への対応が重要な課題である。高密度配
線を形成させる一般的で経済的な方法として感光性レジ
ストを用いる方法が挙げられる。感光性レジスト層を基
板面上に積層または塗布して形成し、パターンを描画し
たマスクフィルムを通して紫外線などの活性光を照射し
たのち現像して、基板上にレジストパターンを形成す
る。その後、エッチングまたは電解(または無電解)め
っきにより導体のパターンを形成した後、レジスト層を
除去することにより導体の配線パターンを形成する。こ
の方法により樹脂基板をベースにしたプリント配線板の
高密度配線が形成されている。
【0003】一方、信頼性の要求される用途では無機材
料基板が使用され、例えばハイブリッドICではアルミ
ナ基板上に導電性ペーストを用いて回路を形成すること
が一般的である。この場合は導電性ペーストをスクリー
ン印刷により基板上にパターン形成したのち焼成して導
体回路を形成する。しかしながら、電子部品の高密度化
に対してはスクリーン印刷での限界もあり、よりファイ
ン化が達成される材料が望まれていた。一方、無機基板
上に感光性レジストをパターン形成し、メッキ法により
回路形成を行いファインパターンに対応する試みがあ
る。しかしながら、メッキによって形成された金属回路
は導電性ペーストを使用した回路に比較して密着性が不
十分であり、その改良が望まれていた。
料基板が使用され、例えばハイブリッドICではアルミ
ナ基板上に導電性ペーストを用いて回路を形成すること
が一般的である。この場合は導電性ペーストをスクリー
ン印刷により基板上にパターン形成したのち焼成して導
体回路を形成する。しかしながら、電子部品の高密度化
に対してはスクリーン印刷での限界もあり、よりファイ
ン化が達成される材料が望まれていた。一方、無機基板
上に感光性レジストをパターン形成し、メッキ法により
回路形成を行いファインパターンに対応する試みがあ
る。しかしながら、メッキによって形成された金属回路
は導電性ペーストを使用した回路に比較して密着性が不
十分であり、その改良が望まれていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属層とセ
ラミック層の密着性が向上した金属−セラミック複合材
を得ることを目的とし、また、金属−セラミック複合材
の金属層が高密度の配線パターンを形成できるようにす
るものである。
ラミック層の密着性が向上した金属−セラミック複合材
を得ることを目的とし、また、金属−セラミック複合材
の金属層が高密度の配線パターンを形成できるようにす
るものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属層とセラ
ミック層との間に中間層が形成され、該中間層は、一般
式AgxCuy(0.001≦x≦0.4,0.6≦y≦
0.999(原子比))で表され、且つ粒子表面の銀濃
度が粒子の平均の銀濃度より高い銅合金粉末がセラミッ
ク中に分散したことを特徴とする金属−セラミック複合
材を提供することによって金属層とセラミック層との密
着性を改良したものであり、その特徴は両層の中間層に
よって発現される。
ミック層との間に中間層が形成され、該中間層は、一般
式AgxCuy(0.001≦x≦0.4,0.6≦y≦
0.999(原子比))で表され、且つ粒子表面の銀濃
度が粒子の平均の銀濃度より高い銅合金粉末がセラミッ
ク中に分散したことを特徴とする金属−セラミック複合
材を提供することによって金属層とセラミック層との密
着性を改良したものであり、その特徴は両層の中間層に
よって発現される。
【0006】また、金属−セラミック複合材の金属層が
少なくとも導体回路の一部を形成することを特徴とする
回路基板である。本発明の中間層は、平均粒径が0.1
〜5ミクロンの該銅合金粉末がセラミック成分中に分散
しており、銅合金粉末相互は実質的に独立して存在して
いる。本発明の中間層を形成する銅合金粉末とセラミッ
クの組成割合は、セラミック100重量%に対して、銅
合金粉末を1重量%〜70重量%が好ましく、更に3重
量%〜30重量%が好ましい。銅合金粉末が1重量%よ
り少ないと、中間層と金属層との密着性は充分でなく、
30重量%より多いと、中間層の絶縁性が低下する。こ
のため電気伝導性は殆どなくてよい。
少なくとも導体回路の一部を形成することを特徴とする
回路基板である。本発明の中間層は、平均粒径が0.1
〜5ミクロンの該銅合金粉末がセラミック成分中に分散
しており、銅合金粉末相互は実質的に独立して存在して
いる。本発明の中間層を形成する銅合金粉末とセラミッ
クの組成割合は、セラミック100重量%に対して、銅
合金粉末を1重量%〜70重量%が好ましく、更に3重
量%〜30重量%が好ましい。銅合金粉末が1重量%よ
り少ないと、中間層と金属層との密着性は充分でなく、
30重量%より多いと、中間層の絶縁性が低下する。こ
のため電気伝導性は殆どなくてよい。
【0007】本発明の中間層は金属層とセラミック層の
熱膨張率の差を緩和し、かつセラミック層及び金属層と
の密着性を付与する目的のための層であるから、中間層
自体は均一に分散した層であってもよいが、金属層の近
傍では銅合金粉末が高濃度に存在し、セラミック層に向
かって銅合金含有率が低下してセラミック成分が高濃度
に存在しているいわゆる傾斜組成の層になっていてもよ
い。
熱膨張率の差を緩和し、かつセラミック層及び金属層と
の密着性を付与する目的のための層であるから、中間層
自体は均一に分散した層であってもよいが、金属層の近
傍では銅合金粉末が高濃度に存在し、セラミック層に向
かって銅合金含有率が低下してセラミック成分が高濃度
に存在しているいわゆる傾斜組成の層になっていてもよ
い。
【0008】上記の構造は、例えば銅合金含有率の異な
る複数の層を順次積層することにより得ることができ
る。本発明の金属−セラミック複合材を導体回路として
使用する場合はファインパターンを得る上で特に微細な
銅合金粉末のほうが好ましく、平均粒径で0.1〜1ミ
クロンのいわゆるサブミクロン粉が好ましい。この中間
層の厚さは特に制約されないが、通常0.1ミクロン〜
1ミリ程度に設定される。
る複数の層を順次積層することにより得ることができ
る。本発明の金属−セラミック複合材を導体回路として
使用する場合はファインパターンを得る上で特に微細な
銅合金粉末のほうが好ましく、平均粒径で0.1〜1ミ
クロンのいわゆるサブミクロン粉が好ましい。この中間
層の厚さは特に制約されないが、通常0.1ミクロン〜
1ミリ程度に設定される。
【0009】本発明の中間層は、ガラスフリット等のセ
ラミック成分と、銅合金粉末とを主成分として形成さ
れ、必要に応じて各種の添加剤、有機バインダー、有機
溶剤を任意に添加したペースト材料として使用すればよ
い。また、金属成分の接着強度を高めるためには金属酸
化物等を添加することができる。本発明の中間層の形成
のために用いられる銅合金粉末は、一般式AgxCu
y(0.001≦x≦0.4,0.6≦y≦0.999
(原子比))で表されるが、xが0.001未満では十
分な耐酸化性が得られず、0.4を越える場合には耐エ
レクトロマイグレーション性が不十分である。しかも
0.001≦x≦0.4の範囲で不活性ガスアトマイズ
法によって作製された銅合金粉末であって、粉末表面の
銀濃度が平均の銀濃度より高いものである。この粉末表
面及び表面近傍の銀濃度はX線光電子分光分析装置で表
面からの深さ50Å程度の表面濃度として求めることが
できる。平均の銀濃度の測定は試料を濃硝酸中で溶解
し、ICP(高周波誘導結合型プラズマ発光分析計)を
用いることができる。本発明の銅合金粉末は粉末表面の
銀濃度が平均の銀濃度より高いものであるが、耐酸化性
等の特性がより好適に発現されるためには好ましくは粉
末表面の銀濃度が平均の銀濃度の1.4倍以上であり、
さらに好ましくは2.5倍以上である。また銀濃度比率
は製造上の限界から20倍を越える材料を提供すること
が困難であり、一般には2.5〜10倍の銀濃度のもの
が最も好ましい。
ラミック成分と、銅合金粉末とを主成分として形成さ
れ、必要に応じて各種の添加剤、有機バインダー、有機
溶剤を任意に添加したペースト材料として使用すればよ
い。また、金属成分の接着強度を高めるためには金属酸
化物等を添加することができる。本発明の中間層の形成
のために用いられる銅合金粉末は、一般式AgxCu
y(0.001≦x≦0.4,0.6≦y≦0.999
(原子比))で表されるが、xが0.001未満では十
分な耐酸化性が得られず、0.4を越える場合には耐エ
レクトロマイグレーション性が不十分である。しかも
0.001≦x≦0.4の範囲で不活性ガスアトマイズ
法によって作製された銅合金粉末であって、粉末表面の
銀濃度が平均の銀濃度より高いものである。この粉末表
面及び表面近傍の銀濃度はX線光電子分光分析装置で表
面からの深さ50Å程度の表面濃度として求めることが
できる。平均の銀濃度の測定は試料を濃硝酸中で溶解
し、ICP(高周波誘導結合型プラズマ発光分析計)を
用いることができる。本発明の銅合金粉末は粉末表面の
銀濃度が平均の銀濃度より高いものであるが、耐酸化性
等の特性がより好適に発現されるためには好ましくは粉
末表面の銀濃度が平均の銀濃度の1.4倍以上であり、
さらに好ましくは2.5倍以上である。また銀濃度比率
は製造上の限界から20倍を越える材料を提供すること
が困難であり、一般には2.5〜10倍の銀濃度のもの
が最も好ましい。
【0010】本発明の銅合金粉末の平均粒子径の測定
は、レーザー回折型粒度分布計で測定することができる
が、特にサブミクロンの粒子分布は分散不良や測定機器
等により誤差を生じやすいので、SEMでの画像解析か
ら求めることができる。本発明に用いられる銅合金粉末
は、アトマイズ法、好ましくは窒素ガス、アルゴンガ
ス、水素ガスなどによる不活性ガスアトマイズ法、特に
最も好ましいのはヘリウムガスを含有した不活性ガスに
よるガスアトマイズ法である。この不活性ガスアトマイ
ズ法は次のような方法がその一例である。まず銅、銀の
混合物もしくは合金を不活性ガス中あるいは真空中で高
周波誘導加熱を用いてるつぼ中で融解する。融解後、る
つぼ先端より融液を不活性ガス雰囲気中へ噴出する。噴
出と同時に圧縮された不活性ガスを断熱膨張させて発生
した高速気流を融液向かって噴出し銅合金粉末を作製す
ることができる。粒子形状は不活性ガスアトマイズ法で
得られる球状が一般的であるがこの形状にはこだわら
ず、例えばこれを機械的に偏平化したものも使用するこ
とができる。本発明で用いられる銅合金粉末は、特性を
損なわない程度であれば、特に限定されないが、例えば
溶融時にAl,Zn,Sn,Pb,Si,Mn,Ni,
Fe,Bi,Mo,Cr,Ir,Nb,Sb,B,P,
Mg,Li,C,Na,Ba,Ti,In,Au,P
d,Pt,Rh,Ru,Zr,Hf,Y,Laなどの金
属、半金属及びそれらの化合物を添加しても構わない
し、また、本発明で用いる粉末と同時に、Al,Zn,
Sn,Pb,Si,Mn,Ni,Fe,Bi,Mo,C
r,Ir,Nb,Sb,B,P,Mg,Li,C,N
a,Ba,Ti,In,Au,Pd,Pt,Rh,R
u,Zr,Hf,Y,Laなどの金属、半金属およびそ
れらの化合物からなる粉末を混合しても構わない。ま
た、特性を損なわない範囲で、本発明の銅合金粉末の一
部を銅金属粉末や銀金属粉末で置き換えることも可能で
ある。このとき用いられる銅金属粉末はアトマイズ粉末
である必要はなく、例えば電解銅粉、化学還元銅粉、銀
メッキ銅粉であってもよい。
は、レーザー回折型粒度分布計で測定することができる
が、特にサブミクロンの粒子分布は分散不良や測定機器
等により誤差を生じやすいので、SEMでの画像解析か
ら求めることができる。本発明に用いられる銅合金粉末
は、アトマイズ法、好ましくは窒素ガス、アルゴンガ
ス、水素ガスなどによる不活性ガスアトマイズ法、特に
最も好ましいのはヘリウムガスを含有した不活性ガスに
よるガスアトマイズ法である。この不活性ガスアトマイ
ズ法は次のような方法がその一例である。まず銅、銀の
混合物もしくは合金を不活性ガス中あるいは真空中で高
周波誘導加熱を用いてるつぼ中で融解する。融解後、る
つぼ先端より融液を不活性ガス雰囲気中へ噴出する。噴
出と同時に圧縮された不活性ガスを断熱膨張させて発生
した高速気流を融液向かって噴出し銅合金粉末を作製す
ることができる。粒子形状は不活性ガスアトマイズ法で
得られる球状が一般的であるがこの形状にはこだわら
ず、例えばこれを機械的に偏平化したものも使用するこ
とができる。本発明で用いられる銅合金粉末は、特性を
損なわない程度であれば、特に限定されないが、例えば
溶融時にAl,Zn,Sn,Pb,Si,Mn,Ni,
Fe,Bi,Mo,Cr,Ir,Nb,Sb,B,P,
Mg,Li,C,Na,Ba,Ti,In,Au,P
d,Pt,Rh,Ru,Zr,Hf,Y,Laなどの金
属、半金属及びそれらの化合物を添加しても構わない
し、また、本発明で用いる粉末と同時に、Al,Zn,
Sn,Pb,Si,Mn,Ni,Fe,Bi,Mo,C
r,Ir,Nb,Sb,B,P,Mg,Li,C,N
a,Ba,Ti,In,Au,Pd,Pt,Rh,R
u,Zr,Hf,Y,Laなどの金属、半金属およびそ
れらの化合物からなる粉末を混合しても構わない。ま
た、特性を損なわない範囲で、本発明の銅合金粉末の一
部を銅金属粉末や銀金属粉末で置き換えることも可能で
ある。このとき用いられる銅金属粉末はアトマイズ粉末
である必要はなく、例えば電解銅粉、化学還元銅粉、銀
メッキ銅粉であってもよい。
【0011】また本発明の中間層で用いられるセラミッ
クは、公知のガラスフリットを使用することができ、そ
の代表的なものとして、ホウ珪酸亜鉛、ホウ珪酸鉛、ホ
ウ珪酸ビスマス、珪酸、ホウ酸、酸化亜鉛、酸化鉛など
を主成分としたものである。ガラスフリットの軟化点は
基板との接着強度、焼結性の点から300℃〜950℃
が好ましく、さらに350℃〜800℃が好ましい。ガ
ラスフリットの粒径としては、十分な焼結性を得るため
に、0.01〜30μm程度の平均粒径のものが好まし
く、0.1〜5μmがより好ましい。
クは、公知のガラスフリットを使用することができ、そ
の代表的なものとして、ホウ珪酸亜鉛、ホウ珪酸鉛、ホ
ウ珪酸ビスマス、珪酸、ホウ酸、酸化亜鉛、酸化鉛など
を主成分としたものである。ガラスフリットの軟化点は
基板との接着強度、焼結性の点から300℃〜950℃
が好ましく、さらに350℃〜800℃が好ましい。ガ
ラスフリットの粒径としては、十分な焼結性を得るため
に、0.01〜30μm程度の平均粒径のものが好まし
く、0.1〜5μmがより好ましい。
【0012】本発明の中間層形成用のペースト材料に
は、セラミック基板との接着強度を向上せしめる目的
で、必要であれば基板との接着強度をさらに向上させる
ために、酸化ビスマス、酸化マンガン、酸化チタン、酸
化銅、亜酸化銅などの金属酸化物や、タングステンなど
の金属微粉末を添加してもよい。これらの添加物は平均
粒径0.01〜20μmのものが一般的であり、特に平
均粒径0.1〜5μmのものが好ましい。
は、セラミック基板との接着強度を向上せしめる目的
で、必要であれば基板との接着強度をさらに向上させる
ために、酸化ビスマス、酸化マンガン、酸化チタン、酸
化銅、亜酸化銅などの金属酸化物や、タングステンなど
の金属微粉末を添加してもよい。これらの添加物は平均
粒径0.01〜20μmのものが一般的であり、特に平
均粒径0.1〜5μmのものが好ましい。
【0013】また中間層形成用のペースト材料には銅合
金粉末やその他の添加剤を分散し適当な粘度のペースト
にするために各種の有機バインダーが添加される。有機
バインダーが焼結の前段階もしくは焼結の過程で分解せ
しめるのが一般的であり、主として各種の熱可塑性バイ
ンダーから選択される。広範な合成高分子化合物あるい
は天然高分子化合物の中から任意に選択することができ
る。
金粉末やその他の添加剤を分散し適当な粘度のペースト
にするために各種の有機バインダーが添加される。有機
バインダーが焼結の前段階もしくは焼結の過程で分解せ
しめるのが一般的であり、主として各種の熱可塑性バイ
ンダーから選択される。広範な合成高分子化合物あるい
は天然高分子化合物の中から任意に選択することができ
る。
【0014】例えば、有機バインダーとしては、エチル
セルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセル
ロース、ニトロセルロース、エチルセルロース誘導体、
アクリル系樹脂、ブチラール樹脂、ポリエステル系樹
脂、アルキッド樹脂、酢酸ビニル樹脂、エチレン−酢酸
ビニル共重合体、スチレン系樹脂及びそれらの変性樹脂
などから選択することができる。
セルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセル
ロース、ニトロセルロース、エチルセルロース誘導体、
アクリル系樹脂、ブチラール樹脂、ポリエステル系樹
脂、アルキッド樹脂、酢酸ビニル樹脂、エチレン−酢酸
ビニル共重合体、スチレン系樹脂及びそれらの変性樹脂
などから選択することができる。
【0015】中間層形成用のペースト材料には必要に応
じて種々の有機溶剤が使用される。本発明で用いること
のできる溶剤としては、樹脂によってことなるが、公知
の溶剤で構わない。例えば、トルエン、キシレンなどの
芳香族類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケト
ンなどのケトン類、酢酸ブチル、酢酸エチルなどのエス
テル類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチ
レングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコー
ルモノブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエ
ーテル、エチレングリコール−n−ヘキシルエーテル及
びそれらのアセテート、ジエチレングリコールモノメチ
ルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテ
ル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジ
エチレングリコールモノヘキシルエーテル、2、2、4
トリメチル1、3ペンタンジオールモノイソブチレート
及びそれらのアセテート、トリエチレングリコールモノ
アルキル類及びそのアセテートや、α−テルペノール、
β−テルペノール、ブタノールなどのアルコール類、フ
ェノール類、ジオキサン、ジメチルアセトアミド、ジメ
チルホルムアミド、N−メチルピロリドン、γ−ラクト
ンより選ばれた1種以上を含むものが好ましい。
じて種々の有機溶剤が使用される。本発明で用いること
のできる溶剤としては、樹脂によってことなるが、公知
の溶剤で構わない。例えば、トルエン、キシレンなどの
芳香族類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケト
ンなどのケトン類、酢酸ブチル、酢酸エチルなどのエス
テル類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチ
レングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコー
ルモノブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエ
ーテル、エチレングリコール−n−ヘキシルエーテル及
びそれらのアセテート、ジエチレングリコールモノメチ
ルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテ
ル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジ
エチレングリコールモノヘキシルエーテル、2、2、4
トリメチル1、3ペンタンジオールモノイソブチレート
及びそれらのアセテート、トリエチレングリコールモノ
アルキル類及びそのアセテートや、α−テルペノール、
β−テルペノール、ブタノールなどのアルコール類、フ
ェノール類、ジオキサン、ジメチルアセトアミド、ジメ
チルホルムアミド、N−メチルピロリドン、γ−ラクト
ンより選ばれた1種以上を含むものが好ましい。
【0016】さらに、必要に応じて銅合金粉末表面の銅
酸化物を除去しうる添加剤を添加することができる。本
発明で用いる添加剤としては、脂肪酸、ジカルボン酸、
オキシカルボン酸及びその金属塩、フェノール化合物、
金属キレート形成剤、高級脂肪族アミン、有機シリコン
化合物、有機チタン化合物、ロジン、アントラセン及び
その誘導体から選ばれた1種以上が挙げられる。
酸化物を除去しうる添加剤を添加することができる。本
発明で用いる添加剤としては、脂肪酸、ジカルボン酸、
オキシカルボン酸及びその金属塩、フェノール化合物、
金属キレート形成剤、高級脂肪族アミン、有機シリコン
化合物、有機チタン化合物、ロジン、アントラセン及び
その誘導体から選ばれた1種以上が挙げられる。
【0017】さらに、必要に応じて各種の公知の添加剤
を添加できる。例えば、公知の粘度調節剤、希釈剤、沈
降防止剤、レベリング剤、消泡剤などを添加してもよ
い。本発明の中間層形成用ペースト材料を均一厚みに塗
布する方法として、スクリーン印刷、スプレー法、ディ
ップ法、バーコード法、ドクターブレード法、マイクロ
ディスペンサー法などの公知の印刷、塗布方法が使用で
きる。
を添加できる。例えば、公知の粘度調節剤、希釈剤、沈
降防止剤、レベリング剤、消泡剤などを添加してもよ
い。本発明の中間層形成用ペースト材料を均一厚みに塗
布する方法として、スクリーン印刷、スプレー法、ディ
ップ法、バーコード法、ドクターブレード法、マイクロ
ディスペンサー法などの公知の印刷、塗布方法が使用で
きる。
【0018】本発明で用いられる金属層は、銅、銀、
金、ニッケル、アルミ、鉄などの電気伝導性の良好な金
属やその合金あるいははんだ等の金属材料から任意に選
択することができる。この金属層の厚さは特に制約され
ないが、通常1ミクロン〜100ミクロン程度の厚さで
使用される。本発明で用いられるセラミック層は、アル
ミナが代表的であるが、これ以外に、窒化アルミ、窒化
ほう素、スピネル、ムライト、炭化珪素やアルミナ−ホ
ウケイ酸鉛結晶化ガラス系に代表されるガラス−セラミ
ックス系の各種低温焼結材料などから自由に選択され
る。このセラミック層の厚さは特に制約されないが、通
常0.1〜5ミリ程度のものが使用される。
金、ニッケル、アルミ、鉄などの電気伝導性の良好な金
属やその合金あるいははんだ等の金属材料から任意に選
択することができる。この金属層の厚さは特に制約され
ないが、通常1ミクロン〜100ミクロン程度の厚さで
使用される。本発明で用いられるセラミック層は、アル
ミナが代表的であるが、これ以外に、窒化アルミ、窒化
ほう素、スピネル、ムライト、炭化珪素やアルミナ−ホ
ウケイ酸鉛結晶化ガラス系に代表されるガラス−セラミ
ックス系の各種低温焼結材料などから自由に選択され
る。このセラミック層の厚さは特に制約されないが、通
常0.1〜5ミリ程度のものが使用される。
【0019】本発明の金属−セラミック複合材の製造方
法としては、まず第一段階としてアルミナ基板等の無機
基板あるいは低温焼成タイプのグリーンシート上に中間
層を形成するために、銅合金粉末とセラミック及び各種
添加剤、有機バインダー、有機溶剤からなるペースト組
成物を塗布し、乾燥後、500℃以上の高温で中間層を
焼成するのが一般的である。次ぎに得られた基板上に中
間層の表面に存在する銅合金粉末粒子を足がかりとして
無電解メッキ法で金属層が形成される。この無電解メッ
キ法の代わりに電解メッキ法、あるいは無電解メッキに
続いて電解めっきがなされてもよい。また、焼成された
中間層に続いて通常の金属粉末を焼結させて導電体を形
成する導電性ペーストが塗布乾燥され、焼成されて金属
導体層が形成されてもよい。この導電性ペーストを用い
る方法の場合は、中間層の焼成と金属層の焼成を同時に
行うこともできる。
法としては、まず第一段階としてアルミナ基板等の無機
基板あるいは低温焼成タイプのグリーンシート上に中間
層を形成するために、銅合金粉末とセラミック及び各種
添加剤、有機バインダー、有機溶剤からなるペースト組
成物を塗布し、乾燥後、500℃以上の高温で中間層を
焼成するのが一般的である。次ぎに得られた基板上に中
間層の表面に存在する銅合金粉末粒子を足がかりとして
無電解メッキ法で金属層が形成される。この無電解メッ
キ法の代わりに電解メッキ法、あるいは無電解メッキに
続いて電解めっきがなされてもよい。また、焼成された
中間層に続いて通常の金属粉末を焼結させて導電体を形
成する導電性ペーストが塗布乾燥され、焼成されて金属
導体層が形成されてもよい。この導電性ペーストを用い
る方法の場合は、中間層の焼成と金属層の焼成を同時に
行うこともできる。
【0020】本発明の金属−セラミック複合基板は中間
層作製時あるいは導電性ペースト作製時に、スクリーン
印刷法でパターンを形成させてもよいが、より精細なパ
ターンを得るためには、まず全面に金属層が形成された
金属−セラミック複合基板を作製し、この上に感光性レ
ジスト材料を塗布もしくはラミネートして、パターン露
光し不要部をエッチングして金属導体回路が形成され
る。また別の精細なパターンを得る方法として中間層を
形成した後、メッキ液耐性のある感光性レジストでパタ
ーンを形成しレジストの存在しない部分にメッキを施し
て導体回路パターンを形成せしめてもよい。
層作製時あるいは導電性ペースト作製時に、スクリーン
印刷法でパターンを形成させてもよいが、より精細なパ
ターンを得るためには、まず全面に金属層が形成された
金属−セラミック複合基板を作製し、この上に感光性レ
ジスト材料を塗布もしくはラミネートして、パターン露
光し不要部をエッチングして金属導体回路が形成され
る。また別の精細なパターンを得る方法として中間層を
形成した後、メッキ液耐性のある感光性レジストでパタ
ーンを形成しレジストの存在しない部分にメッキを施し
て導体回路パターンを形成せしめてもよい。
【0021】本発明の金属−セラミック複合材は、各種
回路の導体部のほか、スルーホール用導電材料、電磁波
シールド材料、各種部品の実装材料などとしても使用す
ることができる。
回路の導体部のほか、スルーホール用導電材料、電磁波
シールド材料、各種部品の実装材料などとしても使用す
ることができる。
【0022】
【0023】
【実施例1】 (1)銅合金粉末の作製 銅合金粉末は以下の方法で得た。銅粉(純度99.9
%)795g、銀粉(純度99.9%)51gを混合
し、黒鉛るつぼ(窒化ホウ素製ノズル付き)に入れ、ア
ルゴン雰囲気中で高周波誘導加熱により溶融し、160
0℃まで加熱した。この融液をヘリウム大気圧下でノズ
ルより30秒間で噴出した。同時に、ボンベ入りヘリウ
ムガス(ボンベ圧力150気圧)4.2NTPm3 を噴
出する融液に向かって周囲のノズルより噴出した。
%)795g、銀粉(純度99.9%)51gを混合
し、黒鉛るつぼ(窒化ホウ素製ノズル付き)に入れ、ア
ルゴン雰囲気中で高周波誘導加熱により溶融し、160
0℃まで加熱した。この融液をヘリウム大気圧下でノズ
ルより30秒間で噴出した。同時に、ボンベ入りヘリウ
ムガス(ボンベ圧力150気圧)4.2NTPm3 を噴
出する融液に向かって周囲のノズルより噴出した。
【0024】得られた粉末を走査型電子顕微鏡で観察し
たところ球状(平均粒径11.3μm)であった。この
粉末の表面をX線光電子分光分析装置を用いて分析し
た。測定値Ag/(Ag+Cu)(原子比)は0.09
3であった。また濃硝酸に粒子を溶解し、ICPにより
平均の銀濃度を測定したところ、Ag/(Ag+Cu)
(原子比)Xは0.037であった。従って粉末表面の
銀濃度は、平均の銀濃度の2.5倍であった。得られた
銅合金粉のうち2μm以下の径の粉の一部を分級して抜
き出しペーストに使用した。平均粒径は0.9μmであ
った。 (2)ペースト作成 上記の銅合金粉20gと、主成分がほう酸と酸化亜鉛と
酸化鉛で軟化点が470℃で平均粒径が1.9μmのガ
ラスフリット60g、平均粒径が1μmの亜酸化銅30
g、有機バインダーとしてエチルセルロース0.3g、
溶剤として2、2、4トリメチル1、3ペンタンジオー
ルモノイソブチレートを10g、添加剤としてトリステ
アリルチタネートモノイソプロポキシドを0.25gを
加え、プラネタリーミキサーおよび3本ロールミルを用
いて混練して、均一なペースト材料とした。 (3)印刷と焼成 得られたペースト材料を、スクリーン印刷法によって純
度96wt%のアルミナ基板上に印刷しパターン形成し
た。パターン印刷した基板を、ベルトコンベアー式焼成
炉(光洋リンドバーグ社製)を用いて、ピーク温度90
0℃、ピーク温度保持時間10分、トータル焼成時間6
0分で焼成した。焼成時の炉内雰囲気は酸素濃度5pp
mの窒素であった。形成された膜の厚みは21μmであ
った。 (4)銅めっきとパターンエッチング 上記の焼成膜を形成した基板表面に、常法に従い無電解
銅メッキを施した後電解銅メッキを行い25μmの厚み
の銅メッキ層を形成した。無電解メッキは先ず塩化第一
スズ塩酸水溶液に浸せきしたのち塩化パラジュウム水溶
液に浸せきして表面にパラジュウムを沈着させた後、薄
付け用無電解銅メッキ液に浸せきして行った。電解メッ
キは硫酸銅メッキ液を用いた。
たところ球状(平均粒径11.3μm)であった。この
粉末の表面をX線光電子分光分析装置を用いて分析し
た。測定値Ag/(Ag+Cu)(原子比)は0.09
3であった。また濃硝酸に粒子を溶解し、ICPにより
平均の銀濃度を測定したところ、Ag/(Ag+Cu)
(原子比)Xは0.037であった。従って粉末表面の
銀濃度は、平均の銀濃度の2.5倍であった。得られた
銅合金粉のうち2μm以下の径の粉の一部を分級して抜
き出しペーストに使用した。平均粒径は0.9μmであ
った。 (2)ペースト作成 上記の銅合金粉20gと、主成分がほう酸と酸化亜鉛と
酸化鉛で軟化点が470℃で平均粒径が1.9μmのガ
ラスフリット60g、平均粒径が1μmの亜酸化銅30
g、有機バインダーとしてエチルセルロース0.3g、
溶剤として2、2、4トリメチル1、3ペンタンジオー
ルモノイソブチレートを10g、添加剤としてトリステ
アリルチタネートモノイソプロポキシドを0.25gを
加え、プラネタリーミキサーおよび3本ロールミルを用
いて混練して、均一なペースト材料とした。 (3)印刷と焼成 得られたペースト材料を、スクリーン印刷法によって純
度96wt%のアルミナ基板上に印刷しパターン形成し
た。パターン印刷した基板を、ベルトコンベアー式焼成
炉(光洋リンドバーグ社製)を用いて、ピーク温度90
0℃、ピーク温度保持時間10分、トータル焼成時間6
0分で焼成した。焼成時の炉内雰囲気は酸素濃度5pp
mの窒素であった。形成された膜の厚みは21μmであ
った。 (4)銅めっきとパターンエッチング 上記の焼成膜を形成した基板表面に、常法に従い無電解
銅メッキを施した後電解銅メッキを行い25μmの厚み
の銅メッキ層を形成した。無電解メッキは先ず塩化第一
スズ塩酸水溶液に浸せきしたのち塩化パラジュウム水溶
液に浸せきして表面にパラジュウムを沈着させた後、薄
付け用無電解銅メッキ液に浸せきして行った。電解メッ
キは硫酸銅メッキ液を用いた。
【0025】銅メッキした基板表面に、レジスト層の厚
みが30μmのアルカリ現像型ドライフィルムレジスト
(AQ−3036旭化成工業(株)製)をラミネーター
を用いて熱圧着した。その上に所定の幅のラインが所定
のスペース間隔で平行に並んでおり、そのラインとスペ
ースの幅が50μmである(ライン/スペース=50/
50μm)テストパターンの反転画像(ネガ画像)を描
いたマスクフィルムを密着させ、紫外線露光機で100
mj/cm2 の露光条件で露光した後、1wt%の炭酸
ナトリュウム水溶液をスプレー現像しレジストパターン
を銅面上に形成した。レジストパターンのライン/スペ
ースは53/47μmであった。次に塩化第二銅水溶液
を用いたエッチングマシーンを用い、このレジストパタ
ーン上にエッチング液をスプレーし、露出した銅を溶解
した。最後に50℃の3wt%NaOH水溶液を用いた
レジスト剥離機を用い、レジストパターン上に剥離液を
スプレーすることによりレジストパターンを剥離除去し
た。
みが30μmのアルカリ現像型ドライフィルムレジスト
(AQ−3036旭化成工業(株)製)をラミネーター
を用いて熱圧着した。その上に所定の幅のラインが所定
のスペース間隔で平行に並んでおり、そのラインとスペ
ースの幅が50μmである(ライン/スペース=50/
50μm)テストパターンの反転画像(ネガ画像)を描
いたマスクフィルムを密着させ、紫外線露光機で100
mj/cm2 の露光条件で露光した後、1wt%の炭酸
ナトリュウム水溶液をスプレー現像しレジストパターン
を銅面上に形成した。レジストパターンのライン/スペ
ースは53/47μmであった。次に塩化第二銅水溶液
を用いたエッチングマシーンを用い、このレジストパタ
ーン上にエッチング液をスプレーし、露出した銅を溶解
した。最後に50℃の3wt%NaOH水溶液を用いた
レジスト剥離機を用い、レジストパターン上に剥離液を
スプレーすることによりレジストパターンを剥離除去し
た。
【0026】得られた銅パターンのライン/スペースは
47/53μmであった。 (5)銅パターンの密着性 銅パターン表面にセロテープを密着させた後、引き剥が
しても、銅ラインの剥がれはおきなかった。
47/53μmであった。 (5)銅パターンの密着性 銅パターン表面にセロテープを密着させた後、引き剥が
しても、銅ラインの剥がれはおきなかった。
【0027】
【比較例1】 (1)銅パターンの形成 実施例1で用いた96%アルミナ基板の上に、実施例1
と同様の手順で24μmの厚みの銅メッキ層を形成し
た。次に実施例1と同様の手順でドライフィルムレジス
トをラミネートし露光、現像を行い、レジストパターン
を形成した。得られたレジストパターンはライン/スペ
ースが52/48μmであった。さらに実施例1と同様
に、エッチングしたのちレジスト剥離を行った。得られ
た銅パターンのライン/スペースは49/51μmであ
った。 (2)銅パターンの密着性 銅パターン表面にセロテープを密着させた後引き剥がし
た結果、セロテープに密着した銅ラインが全てセラミッ
ク基材から剥がれた。
と同様の手順で24μmの厚みの銅メッキ層を形成し
た。次に実施例1と同様の手順でドライフィルムレジス
トをラミネートし露光、現像を行い、レジストパターン
を形成した。得られたレジストパターンはライン/スペ
ースが52/48μmであった。さらに実施例1と同様
に、エッチングしたのちレジスト剥離を行った。得られ
た銅パターンのライン/スペースは49/51μmであ
った。 (2)銅パターンの密着性 銅パターン表面にセロテープを密着させた後引き剥がし
た結果、セロテープに密着した銅ラインが全てセラミッ
ク基材から剥がれた。
【0028】
【実施例2】 (1)銅めっきとパターンエッチング 実施例1と同様にしてペーストを作製しアルミナ基板上
に焼成膜を形成した基板表面に、常法に従い無電解銅メ
ッキを施した後電解銅メッキを行い9μmの厚みの銅メ
ッキ層を形成した。無電解メッキはまず塩化第一スズ塩
酸水溶液に浸せきしたのち塩化パラジュウム水溶液に浸
せきして表面にパラジュウムを沈着させた後、薄付け用
無電解銅メッキ液に浸せきして行った。電解メッキは硫
酸銅メッキ液を用いた。
に焼成膜を形成した基板表面に、常法に従い無電解銅メ
ッキを施した後電解銅メッキを行い9μmの厚みの銅メ
ッキ層を形成した。無電解メッキはまず塩化第一スズ塩
酸水溶液に浸せきしたのち塩化パラジュウム水溶液に浸
せきして表面にパラジュウムを沈着させた後、薄付け用
無電解銅メッキ液に浸せきして行った。電解メッキは硫
酸銅メッキ液を用いた。
【0029】銅メッキした基板表面に、アルカリ現像型
ドライフィルムレジスト(AQ−3036旭化成工業
(株)製)をラミネーターを用いて熱圧着した。その上
にライン/スペース=50/50μmのラインが5本並
んだテストパタ−ン(ポジ画像)を描いたマスクフィル
ムを密着させ、紫外線露光機で80mj/cm2 の露光
条件で露光した後、1wt%の炭酸ナトリウム水溶液を
スプレーして現像しレジストパターンを銅面上に形成し
た。レジストパターンのライン/スペースは44/56
μmであった。次に硫酸銅電解メッキ液を用いて厚み1
5μmの銅メッキをした後、平均5μmのはんだめっき
を施した。次に50℃の3wt%NaOH水溶液を用い
てレジストを剥離除去したのち、銅アンモニア水溶液を
用いたアルカリエッチング液により、露出した銅面をエ
ッチングした。最後にはんだめっき層をはんだ剥離液を
用いて剥離することにより銅ラインを形成した。
ドライフィルムレジスト(AQ−3036旭化成工業
(株)製)をラミネーターを用いて熱圧着した。その上
にライン/スペース=50/50μmのラインが5本並
んだテストパタ−ン(ポジ画像)を描いたマスクフィル
ムを密着させ、紫外線露光機で80mj/cm2 の露光
条件で露光した後、1wt%の炭酸ナトリウム水溶液を
スプレーして現像しレジストパターンを銅面上に形成し
た。レジストパターンのライン/スペースは44/56
μmであった。次に硫酸銅電解メッキ液を用いて厚み1
5μmの銅メッキをした後、平均5μmのはんだめっき
を施した。次に50℃の3wt%NaOH水溶液を用い
てレジストを剥離除去したのち、銅アンモニア水溶液を
用いたアルカリエッチング液により、露出した銅面をエ
ッチングした。最後にはんだめっき層をはんだ剥離液を
用いて剥離することにより銅ラインを形成した。
【0030】得られた銅パターンのライン/スペースは
48/52μmであった。 (2)銅パターンの密着性 得られた銅パターン表面にセロテープを密着させた後引
き剥がしても、銅ラインの剥がれはおきなかった。
48/52μmであった。 (2)銅パターンの密着性 得られた銅パターン表面にセロテープを密着させた後引
き剥がしても、銅ラインの剥がれはおきなかった。
【0031】
【比較例2】 (1)銅パターンの形成 実施例2で用いた96%アルミナ基板の上に、実施例1
と同様の手順で9μmの厚みの銅メッキ層を形成した。
次に実施例2と同様の手順でドライフィルムレジストを
ラミネートし露光、現像を行い、レジストパターンを形
成した。得られたレジストパターンはライン/スペース
が44/56μmであった。さらに実施例2と同様に、
銅メッキしたのちレジスト剥離を行い、アルカリエッチ
ングしたのちはんだ剥離を行った。得られた銅パターン
のライン/スペースは46/54μmであった。 (2)銅パターンの密着性 銅パターン表面にセロテープを密着させた後引き剥がし
た結果、セロテープに密着した銅ラインが全てセラミッ
ク基材から剥がれた。
と同様の手順で9μmの厚みの銅メッキ層を形成した。
次に実施例2と同様の手順でドライフィルムレジストを
ラミネートし露光、現像を行い、レジストパターンを形
成した。得られたレジストパターンはライン/スペース
が44/56μmであった。さらに実施例2と同様に、
銅メッキしたのちレジスト剥離を行い、アルカリエッチ
ングしたのちはんだ剥離を行った。得られた銅パターン
のライン/スペースは46/54μmであった。 (2)銅パターンの密着性 銅パターン表面にセロテープを密着させた後引き剥がし
た結果、セロテープに密着した銅ラインが全てセラミッ
ク基材から剥がれた。
【0032】
【発明の効果】セラミック層と金属層の間に、銀を含む
銅合金粉末を分散したセラミック層を形成することによ
り、金属層の密着性を向上させることができ、そのため
特に微細なパターンの形成において充分な信頼性が得ら
れ、フォトレジストを用いて金属層をパターンニングす
る事ができる。これにより、従来の導電性ペーストを用
いてスクリーン印刷によりパターン形成する方法に比
べ、より高密度な配線パターンを信頼性高く形成する事
が可能である。
銅合金粉末を分散したセラミック層を形成することによ
り、金属層の密着性を向上させることができ、そのため
特に微細なパターンの形成において充分な信頼性が得ら
れ、フォトレジストを用いて金属層をパターンニングす
る事ができる。これにより、従来の導電性ペーストを用
いてスクリーン印刷によりパターン形成する方法に比
べ、より高密度な配線パターンを信頼性高く形成する事
が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C09D 1/00 PCJ C09D 1/00 PCJ 5/24 PQW 5/24 PQW
Claims (2)
- 【請求項1】 金属層とセラミック層との間に中間層が
形成され、該中間層は、一般式AgxCuy(0.001
≦x≦0.4,0.6≦y≦0.999(原子比))で
表され、且つ粒子表面の銀濃度が粒子の平均の銀濃度よ
り高い銅合金粉末がセラミック中に分散したことを特徴
とする金属−セラミック複合材。 - 【請求項2】 請求項1記載の金属−セラミック複合材
の金属層が少なくとも導体回路の一部を形成することを
特徴とする回路基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7029688A JPH08216342A (ja) | 1995-02-17 | 1995-02-17 | 新規な金属−セラミック複合材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7029688A JPH08216342A (ja) | 1995-02-17 | 1995-02-17 | 新規な金属−セラミック複合材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08216342A true JPH08216342A (ja) | 1996-08-27 |
Family
ID=12283053
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7029688A Withdrawn JPH08216342A (ja) | 1995-02-17 | 1995-02-17 | 新規な金属−セラミック複合材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08216342A (ja) |
-
1995
- 1995-02-17 JP JP7029688A patent/JPH08216342A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020507 |