JPS5830759B2 - スクリ−ン印刷ペ−ストおよび厚膜導電性回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は厚膜導体をセラミック基体上につくるのに適す
るスクリーン印刷ペーストおよびかかるスクリーン印刷
ペーストをスクリーン印刷する工程を含む方法により得
られたセラミック基体上の厚膜導電性回路に関するもの
である。

ここに「厚膜」と称するは少くとも１５μｍの厚さを有
するフィルムを意味するものとする。

厚膜導体をつくるのに用いられる金属には金、銀、白金
または銀−パラジウムがあり、これ等の金属は高価であ
り、更に乏しくなりつつあり、特に銀の場合熱りである
。

従って良好な電気導体である必要があり、厚膜技術に適
合するために１ｏｏｏ℃より低い温度で適用することが
でき、且つ従来の手段、例えば超音波、熱圧縮、可融性
合金により他の導体にろう付けし得る代替金属を見出す
ことが要求されている。

厚膜導体をつくるのに適するスクリーン印刷ペーストは
、導電性金属、ペーストを加熱中選定された基体（例え
ばガラスまたはセラミックとすることができる）に導体
の接着を形成せしめる作用をする永久結合剤、およびペ
ーストをスクリーン印刷に使用するのに適する様にする
「一時」有機結合剤より成ることは知られている。

このことは、１種の導電性金属を他の導電性金属により
置き換える場合には、必然的に永久結合剤および一時有
機結合剤の組成を変えなくてはならないことを意味する
。

導電性金属は良好な電気導体でなくてはならず、厚膜技
術において普通使用される炉内で処理し得るため１００
０℃以下の温度で使用することができなげればならず、
且つろうづげ可能でなげればならない。

これに関連して導電性金属は、加熱条件の変換を必要と
し、例えば銅の場合には、酸化を防止することが必要で
あるので非酸化性雰囲気中で操作することが必要である
。

導電性金属は永久結合剤および一時結合剤の選択を要求
する。

永久結合剤は導電性金属と基体との間の満足な結合を形
成し得るためにフィルムの加熱温度（普通８５０〜１０
００’Ｃ）で十分に低い粘度を有する可融性ガラスでな
げればならない。

最後に一時結合剤を使用する雰囲気内でペーストから除
去することができなげればならない。

導電性銅層は米国特許第２９９３８１５号明細書に記載
されており、該層は酸化バリウムガラスにより耐火性基
体上に形成された。

然しこれには次の様な欠点がある。

特に、かかるガラスは良好な結合用ガラスではないこと
、加熱を導体材料が酸化する危険を伴う酸素含有雰囲気
中で行なわなくてはならないこと、およびガラスの熱膨
張係数が基体の熱膨張係数に密接に適合するものでなく
、このため厚膜と基体との間に良好な接着を得ることが
困難になることである。

本発明は銅粉末とガラス粉末とチキソトロープ一時結合
剤との混合物から成り、銅粉末がペーストの銅分とガラ
ス分との合計の９２〜９８重量％であり、ガラスがシリ
カ、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化カルシウムおよび／ま
たは酸化マグネシウム並びに随意の酸化アルミニウムお
よび／または酸化リチウムから成り、次の範囲 の組成（モル％で表わす）を有し、且つＡｌ２Ｏ３を５
モル％までの分量で添加することができ、またＬｉ２Ｏ
を１０モル％までの分量で添加することができ、更に一
時結合剤が非酸化性雰囲気中で加熱することにより揮発
または分解する場合に炭化しない有機化合物であること
を特徴とするスクリーン印刷ペーストを提供する。

本発明において用いるガラスの組成を上記のように規定
した理由は、上記範囲外では、ガラスの特性がスクリー
ン印刷ペーストとして使用するためには不適当であるか
らである。

一時結合剤は必ずチキントロピー性を有しなげればなら
ない。

ここに「チキソトロピー」と称するは物質の粘度が力が
全くかかつていない場合高く、ペーストを拡げるのに用
いられるドクターブレードの圧力下で著しく低下し、上
記ドクターフレードが基体上のペーストから除去される
場合再び著しく高くなる物質の特性を意味する。

銅粉末はほぼ球状で、その直径が１０μｍ以下である粒
子から成るものが好ましい。

普通スクリーン印刷に用いられる鉛ガラスは、銅を使用
する場合には、用いることができない。

本発明において短形のガラスが永久結合剤として選定さ
れた。

酸化亜鉛ガラスはフランス国特許第１５９０７７７号明
細書から知られており、この場合該ガラスはセラミック
対金属の結合に使用された。

本発明において使用する一時結合剤は、本発明において
銅含有厚膜を製造する間揮発の如き操作即ち上記結合剤
を空気中で燃焼することを必要としない操作により駆逐
することができるチキントロピー性を有する結合剤であ
り、この理由のためエチルセルロースを純度が少くとも
９８％のテレピネオールに混合した溶液の如き簡単な混
合物を用いるのが好ましい。

かかる結合剤は窒素中または水素と窒素との混合物中で
８００℃以下の温度に加熱する場合には、結合剤は炭素
の堆積をおこすことなく（即ち層中に残留物を全く残す
ことなく）揮発により本発明のスクリーン印刷ペースト
から消失する。

本発明のスクリーン印刷ペーストにおいては、銅の分量
は、銅および結合用ガラス全量の９２〜９８重量％であ
る。

一方使用する一時結合剤の分量は極めて広い範囲内で変
えることができる。

当業者は、重合体物質、溶媒および随意の添加剤とする
ことができろ一時結合剤を選択することにより、スクリ
ーン印刷ペーストの流動性を随意に適合させることがで
きる。

普通一時結合剤は銅および結合用ガラス全量に対して２
５〜３５重量％である。

本発明スクリーン印刷ペーストは、既知の方法により上
記ペーストの種々の成分を混合することにより製造する
。

本発明のスクリーン印刷ペーストに基づく導電性厚膜は
、上記ペーストを適当な導体（例えばセラミック基体）
上に被着し、次いで十分な温度に加熱することにより製
造する。

この操作の根本的特徴は、セラミック基体を適当なスク
リーン印刷のスクリーンを介して被覆し、乾燥する場合
には乾燥後得られた物質を中性または僅かに還元性の雰
囲気中８００〜１ｏｏｏ℃の温度で硬化することである
。

中性または僅かに還元性の雰囲気は、純粋な窒素または
１０容量％の水素を含有している窒素と水素の混合物よ
り構成することができる。

スクリーン印刷ペーストは先ず８０〜１４０’Ｃの温度
で乾燥処理することができる。

本発明の組成物において選定されるガラスは数個の利点
を提供する。

これ等のガラスの修正された線熱膨張係数は、アルミナ
に関して僅かな圧縮を可能にしく従ってα〈７５×１０
−７／°Ｃ）：それにも拘らず銅の熱膨張係数（α−１
６７Ｘ １０−７／Ｃ）との違いを目立たせないために
小さすぎてはならない。

実験の結果６０〜７５Ｘ１０ ’の範囲、好ましくは
６４〜７０×１０−７／℃の範囲の膨張係数を用いて操
作すべきであることが分った。

第２の利点は、ガラスが４０％までに制限されるＺｎ０
分を含有するため還元性媒質中で接着を保持することで
ある。

実際にはＺｎＯの可能な還元により亜鉛金属が生成しこ
れがガラスによる金属の湿潤を減じない（亜鉛は銅と融
和性である）。

第３の利点は５モル％に制限されるアルミニウム量によ
るもので、実際にはＺｎＯとＡｌ２Ｏ３が同時に存在す
ることはガラスの失透因子（キューリ一温度をあげるガ
ーナイトＺｎＡｌ２Ｏ４の形成）であるが、一方アルミ
ナまたはＡ■２０３含有セラミックが基体として選定さ
れた場合にはガーナイトに富むガラス結晶界面がガラス
と基板との反応により層の処理中に形成される。

この界面は結合の強さに貢献する。

短形のこれ等結合用ガラスの内で次に示す様な組成物が
推挙される。

実験の結果、組成１は還元性雰囲気中で特に安定で、組
成２および３が融解点、熱膨張係数およびＺｎ０分とが
良好に折り合っていることが立証された。

組成４のガラスは低融解点を有するが、高Ｚｎ０分を有
するガラスであり、組成５のガラスはＣａＯの一部がＭ
ｇＯにより置き換えられたガラスの一例で、組成２のガ
ラスと比較してＡ、Ｐ、従って融解温度が上昇したこと
が分った。

事実上の結合用ガラスである短形のガラスを使用すると
高純度アルミナへの接着を促進し、高周波数電流を通過
せしめる。

本発明を次の実施例につき説明する。

実施例 ３３重量％の無水ホウ酸と、７．４重量％の純シリカと
、２４．６重量％の炭酸カリウムと３５重量％の酸化亜
鉛を用い従来のガラス製造方法により前記組成３を有す
るガラスを製造した。

このガラスを１４００℃で３時間融解し、融成物を注型
し、粉砕した後融解し同じ温度で１時間均質にした。

然る後これを冷水に注入し、１０μｍ以下の大きさの粒
子より成る粉末が得られるまでボールミル内で粉砕する
ことによりフリットに変えた。

然る後ｌμの直径を有するほぼ丸い粒子より成る金属銅
粉末９７１と、上記ガラスフリッ）３ｆを混合した。

次いでエチルセルロースの純テレピネオール溶液より成
る一時結合剤３０Ｐを銅粉末とガラスフリットに添加し
た。

全体を混合機または任意の他の手段（例えばポールジャ
ーミル）により均一なスクリーン印刷ペーストが得られ
るまで混合した。

アルミナ基体上に所望パターンで、上記ペーストを従来
法によりスクリーン印刷し、ペーストを乾燥（例えば空
気中または８０℃の炉内で）し、然る後基体を従来のコ
ンベヤ炉内で中性または僅かな還元性（１０％の水素を
含有する窒素と酸素の混合物）雰囲気中９５０〜１００
０℃の温度で７〜ｉｏ分間加熱することにより、厚い導
電性フィルムを製造した。

温度および時間は絶対的条件ではなく、セラミック基体
に被着する導電性銅含有量を得るために相互に調整する
ことができる。

アルミナ基体上に得られたパターンはアルミナに対する
接着が優れ、良好な外観を有し、高周波領域に好ましく
用いることができた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スクリーン印刷ペーストにおいて、銅粉末、ガラス
   粉末およびチキントロープ一時結合剤の混合物から成り
   、銅粉末がペーストの銅およびガラス分の全体の９２〜
   ９８重量％から成り、ガラスがシリカ、酸化ホウ素、酸
   化亜鉛、酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウ
   ム並びに随意の酸化アルミニウムおよび／または酸化リ
   チウムから戒り、次の範囲 の組成（モル％で表わす）を有し、且つＡｌ２Ｏ３を５
   モル％までの分量で添加することができ、またＬｉ２Ｏ
   を１０モル％までの分量で添加することができ、更に一
   時結合剤が非酸化性雰囲気中で加熱することにより揮発
   または分解する場合炭化しない有機化合物であることを
   特徴とするスクリーン印刷ペースト。 ２ 銅粉末が１０μｍ以下の直径を有するほぼ丸い粒子
   より成る特許請求の範囲第１項記載のスクリーン印刷ペ
   ースト。 ３ セラミック基体上の厚膜導電性回路において、銅粉
   末、ガラス粉末およびチキンロトロープ一時結合剤の混
   合物より成り、銅粉末がペーストの銅およびガラス分の
   全体の９２〜９８重量％から成り、ガラスがシリカ、酸
   化ホウ素、酸化亜鉛、酸化カルシウムおよび／または酸
   化マグネシウム並びに随意の酸化アルミニウムおよび／
   または酸化リチウムから成り、次の範囲 の組成（モル％で表わす）を有し、且つＡｌ２Ｏ３を５
   モル％までの分量で添加することができ、またＬｉ２Ｏ
   を１０モル％までの分量で添加することができ、更に一
   時結合剤が非酸化性雰囲気中で加熱することにより揮発
   または分解する場合炭化しない有機化合物であるスクリ
   ーン印刷ペーストをセラミック基体上に所望パターンで
   スクリーン印刷し、次いで基体を非酸化性雰囲気中８０
   ０〜１ｏｏｏ℃の温度で加熱することにより得られた厚
   膜導電性回路。