JPS6013983B2 - 上ぐすりインク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は厚膿上ぐすりインクと、ポーセレン被覆金属
基板上の多層型電気回路の保護層としてのその用途に関
する。

多層型築積回路機体の製造において適当な基板．上に種
々の機能を持つ厚膜を特殊なインクを用いて形成するこ
とは当業者に公知であり、この技法は電子工業の広い用
途において種々の基板上に極めて鋼密な多層回路パタン
を形成する場合に重要度を増して来た。

このような回路の製造に特に優れた基板が米国特許第４
２５６７９６号明細書に開示されているが、この基板は
金属に優れたポーセレン組成物を被覆したもので、その
ポーセレン組成物はその酸化物組成に塞いて酸化マグネ
シウム（Ｍ奴）または酸化マグネシウムと他の酸化物と
の混合物、酸化バリウム（舷０）、３酸化欄素（Ｂ２０
３）および２酸化シリコン（ＳｉＱ）より成っている。

好ましい金属は鋼、特に低炭素鋼で、銅のような他の金
属で被覆されていることもあり、この心金にポーセレン
組成物を塗布して焼成し、部分失透ポーセレン被膜をそ
の上に形成している。この被覆は初期融点で極めて低粘
度であるが、失透によって殆んど瞬間的に高粘度になる
。ハイブリッド回路用に確奨される焼成被覆は少なくと
も７００℃の熱変形温度と少なくとも約１１０×１０‐
？／℃の高い熱膨張係数を有する。上記米国特許のポー
セレン被覆金属基板はそれまで知られていた基板材料よ
り著しく優れているが、市販の厚膿用インクに殆んどま
たは全く適合しないことだけが欠点であった。

ところが本願発明者によってこの基板に適合するインク
が開発されたので、この基板とそのために調製されたイ
ンクとに適合する進歩した上ぐすり組成物の必要性だけ
が残った。上ぐすりインクは種々の機能、主として抵抗
および導体の機能を持つ被膜の成分等の他のもので覆わ
れていない部分の機械的および環境的保護を行うもので
、その進歩した上ぐすりインクがこの発明によって与え
られる。この発明による上ぐすりインクは、酸化鉛と、
カドミウム、亜鉛、バリウムおよびアンチモンの酸化物
から成る調整剤（モディフアィャ）と、アルミニウム棚
珪酸ガラス形成成分と、必要に応じ着色用酸化物とから
成るガラスと適当な有機媒体とを含んでいる。

この発明による上ぐすりインクは、ポーセレン被覆金属
回路板上に複雑な単層型または多層型腹膜回路を形成す
るのに有用である。

この発明の上ぐすりインクは特に上記米国特許のポーセ
レン被覆金属板に形成された回路に有用であるが、通常
の基板にも効果的に用いることができる。上述のインク
から形成される上ぐすり被膜は、使用する基板および好
ましくは回蝋を構成する種々の機能被膜と熱膨張係数が
適度に近く、機械的強度が大きく、一般に多孔度が低く
て貫通孔がなく、特に下層の導体や抵抗被膜とのイｂ学
的安定性が良好である必要がある。

時には経済性のため上ぐすりインクと下層の導体や抵抗
を同時に焼成することもあるが、一般に上ぐすりインク
は導体や抵抗の被膜の焼成溢度より実質的に低い最高温
度で独立して焼成される。

この発明の上ぐすりインクは一般に最高温度４７５〜６
００℃で焼成され、空気中でも窒素等の不活性雰囲気中
でも焼成し得る特徴を有する。技も普通のインクはこれ
らの雰囲気の一方でしか鱗成ができないから、この発明
のインクがどちらの雰囲気でも焼成可能という性質は高
度に複雑な多層型回路の構造に特に有利である。上ぐす
りインクは一般に先に基板上に設けられる各機能被膜よ
り焼成温度を実質的に低くするために酸化鉛が添加され
るが、高鉛含有量の固有の欠点として窒素のような不活
性雰囲気中で焼成したときその鉛含有量の増加と共に酸
化鉛表面の化学的還元の可能性が増大する。

酸化鉛の表面が還元されると燐結を妨害してインクの流
動性を減ずる。窒素中で焼成されたインクは空気中で焼
成されたインクと同様の流動性を要するから、この問題
は重要である。上ぐすりインクはまた基板上の回路のど
の部分とも顕著な反応をしてはならないことも判る。

これはこの反応が例えばレーザトリミングにより注意深
く設定された抵抗の安定度と抵抗値を害することがある
ため特に重要である。許容するためには上ぐすり被膜が
抵抗の値を５％以上も変えるようなことがあってはなら
ず、普通の工業標準ではこの変化は土２％である。この
発明の上ぐすりインクで形成した被膜はこの許容限度内
に容易に入る。この発明の上ぐすりインクは、３成分す
なわち通常の上ぐすりインクのレベルより著しく少量の
酸化鉛と、カドミウム、亜鉛、バリウムおよびアンチモ
ンの酸化物より成る調整剤成分と、酸化アルミニウム、
３酸化棚素および２酸化シリコンより成るガラス形成成
分を含み、必要に応じて酸化クロム、酸化コバルトまた
は酸化ニッケル等の着色酸化物と、適当な有機媒体とを
含む独特のガラスから成る。

このインクは重量比で約６０〜９０％、好ましくは約７
０〜８５％のガラス粉末、使用するときは約５％以下、
好ましくは約０．５〜２％の着色酸化物、および約８〜
３５％、好ましくは約１４〜２５％の有機媒体を含む。
このインクのガラスは重量比で約５８〜６６％、好まし
くは約６１〜６３％の酸化鉛と、約１２〜２０％、好ま
しくは約１３〜１６％の調整剤成分と、約２０〜２７％
、好ましくは約２２〜２５％のガラス形成成分とを含ん
でいる。

各成分中の構成要素は全部ガラス組成物中にあることを
要する。調整剤成分は重量比で約２〜６％、好ましくは
約４％の酸化カドミウムと、約４〜８％、好ましくは約
７％の酸化亜鉛と、約０．１〜３％、好ましくは約１％
の酸化バリウムと、約０．１〜３％、好ましくは約２％
の３酸化アンチモンとを含み、このインクの本来の性質
を失わずに通常の使用に比して酸化鉛の還元を著しく減
ずるのがこのガラスの調整剤成分中の酸化物の独特の組
合せである。

ガラス形成成分は重量比で約０．１〜２％、好ましくは
１％の酸化アルミニウムと、約１４〜２０％、好ましく
は約１７％の３酸化棚素と、約１〜７％、好ましくは約
６％の２酸化シリコンとから成る。ガラス組成物中の酸
化鉛の含有量が約６鑓重量％以上になると、窒素のよう
な不活性雰囲気中でのィンンクの焼成時に酸化鉛の表面
が過度にイと学的還元を受け、この表面の還元により競
結が妨害されてインクの流動性を減ずることになる。一
方、酸化鉛の含有量が約斑重量％以下になると、ンクの
焼成温度が高くなり、焼成時にインクが基板上に形成さ
れている機能被膜と干渉を起こす。調整剤を加えること
により酸化鉛の含有率を上記の範囲に設定すると、イン
クの鱗成温度は回路坂上の導体、抵抗被膜の焼成温度よ
りも相当に低くなり、インクの流動性は失なわれず、し
かもインクと機能被膜との干渉もなく満足できる結果が
得られる。上記のように調整剤は、この発明による上ぐ
すりインク中の含まれる酸化鉛の量を従来のインクのそ
れに比して少なくするために使用されるものであるから
、この調整剤の含有率は酸化鉛の含有率が上記の範囲（
約５８〜約６母重量％）に入るように決定される。

調整剤の各成分、すなわち酸化カドミウム、酸化亜鉛、
酸化バリウム、３酸化アンチモンは、調整剤自体の安定
性に影響を与えると共に、インク表面張力、柔軟性、使
用温度、回路板上の下地層である機能被膜とインクとの
化学的反応にも影響を与えるが、調整剤および調整剤成
分の含有率を上記のように定めることにより所姿の特性
をもった上ぐすりインクの得られることが判った。この
発明の上ぐすりインクによって最終的に得られる成品は
ガラス又はガラス状物質であるから、インク中には上記
酸化鉛および調整剤以外に所定量のガラス形成用成分を
含ませる必要がある。

インク中のガラス形成用成分自体の含有率、ならびにそ
の成分である酸化アルミニウム、３酸化棚素および２酸
化シリコンの含有量は、上ぐすりインクとして滑らかに
使用し得ると共に、下の機能被膜と熱膨は張係数が近似
し、且つ充分の機械的強度が得られるように定められ、
上記の範囲内にあることが技良の結果の得られることが
確められた。この発明のインク組成物にはまたクロム・
コバルト、ニッケル等の酸化物のような通常の着色酸化
物が少量含まれることもある。

まずこのインクのガラスを形成するには、その全酸化物
を混合し、約１２０ぴ０で約３０〜６０分熔融した後、
冷却固化させ、粉砕して粒蓬約１〜５山の粉末にする。

次にこのガラス粉末を必要に応じて着色酸化物を組合せ
て完全に有機媒体と混合し、インクにする。有機媒体は
インクにスクリーンプリント特性を与えると共に、窒素
または空気中の鱗成によって炭素質銭澄を残すことなく
完全に焼失するように選ぶ。この有機媒体は例えばエチ
ルセルローズのようなセルローズ誘導体、ポリアクリレ
ートまたはメタクリレートのような合成樹脂、ポリエス
テル、ボリオレフィン等のような結着材である。

一般にこの形式のインクに用いられる通常の媒体は、こ
のインクに使用することができるが、市販の媒体で好ま
しいものに、例えばアモコ社（ＡｍＭｏＣｈｅｍｉｃａ
ｌｓＣｏｒｐ．）の純液体ポリブテンＡｍｏｃｏＨ一２
髪塾、Ｈ−５の塾およびＬ‐１００型、デュポン社（ｄ
ｕｐｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕ岱＆ＣＯ．）のポリメタクリ
ル酸ｎーブチル等がある。上記樹脂は単独で用いても２
種以上組合せてもよく、必要に応じて適当な粘度調整剤
を添加することもできる。

この調整剤は例えばパイン油、テルピンオール、酢酸ブ
チルカルビトール、テキサス社（ＴｅｘａｓＥａｓ伽ａ
ｎＣｏ．）の商標Ｔｅ滋ｎｏｌのェステルアルコール等
の同様のインク組成物に通常用いられる溶媒またはＮＬ
社（Ｎ．Ｌ１ｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）の商標Ｔｈｉｘａｔ
ｒｏｌのヒマシ油誘導体のような固体材料とすることが
できる。

この発明の上ぐすりインクは基板、好ましくは上記米国
特許のポーセレン被覆金属板に予め設けられた単層また
は多層型電子回路の一部を被覆するように彼着される。

インクは例えばスクリーンプリント、刷毛塗り、吹付け
等の任意の通常法で被着できるが、スクリーンプリント
が好ましい。一般にピンホールの生ずる可能性を最小に
し、最大の保護効果を挙げるため上ぐすり層は２層設け
られるが、各層は各別に乾燥し、焼成する。各インク層
は１００〜１２５℃で約１８分乾燥し、空気または窒素
中で最高温度４７５〜６００ｑＣ、好ましくは５００〜
５２５ｑｏで５〜１粉ふ焼成すればよい。このようにし
て得られた上ぐすり被膜は優れた機械的強度、良好な再
加熱安定度を呈すると共に、回路中の抵抗の面抵抗値に
対する影響が極めて４・さし、。この発明の上ぐすり被
膜は摩耗、ロウ材浸簿、熱および湿気への露出による抵
抗変動を減ずる顕著な性能を発揮した。次に例を挙げて
この発明を説明するが、これはこの発明がその説明の細
部に限定させることを意味するものではない。

例中特記なき限り組成はすべて重量％、温度はすべて℃
で表わす。例１ ６２．０％のＰｂ０、４．０％のＣｄ０、？．２５％の
Ｚｎ０、１．０％の母０、２．０％のＳｂ２０３、１．
０％のＡｌ２０３、１７．０％のち０３および５．７５
％のＳｊＱを混合してガラス粉末を作った。

この酸化物の混合物を１２０ぴ０に加熱熔融してガラス
にし、放冷後粉砕して粒径約１〜５ムの粉末とした。こ
のガラス粉末をパイン油によるポリメタクリル酸イソブ
チル樹脂（デュポン社のアクリル樹脂Ｅ１ｖａｃｉｔｅ
２０４５型）の１箱重量％溶液と組合せ、テキサス社の
ェステルアルコ−ルＴｅｘａｎｏｌと種々の割合に混合
した。着色剤として酸化クロムを含む組成物では、有機
媒体と組合せる前に酸化クロムをガラス粉末に混合した
。次表のような組成のインクを作った。まず粉末を手で
混合した後、３ロールミルで鱗断をかけてスクリーンプ
リントに適する滑らかなべ−ストにし、混合中の損失を
補い適当な流動度を確保するため媒体を追加した。

上記米国特許の形式のポーセレン被覆鋼板上に酸化イン
ジウム抵抗インクを印刷して焼成し、各抵抗の面抵抗を
測定した。この抵抗被膜の所定部分に上表の組成Ａによ
りスクリーンプリントし、この上ぐすり被膜を５００℃
で１０分娩成した後抵抗の面抵抗値を再度測定して上ぐ
すり被膜の影響を調査した。

この結果を次表に示す。組成Ｂからも同様の結果が得ら
れた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガラス粉末を約６０乃至９０重量％、適当な有機媒
   体を約８乃至３５重量％含み、 上記ガラス粉末は本質
   的に （ａ） 酸化鉛を約５８乃至６６重量％と、（ｂ） 約
   ２乃至６重量％の酸化カドミウム、約４乃至８重量％の
   酸化亜鉛、約０．１乃至３重量％の酸化バリウム、およ
   び約０．１乃至３重量％の３酸化アンチモンを含む調整
   剤を約１２乃至２０重量％と、（ｃ） 約０．１乃至２
   重量％の酸化アルミニウム、約１４乃至２０重量％の３
   酸化硼素、および約１乃至７重量％の２酸化シリコンを
   含むガラス形成用成分を約２０乃至２７重量％と、から
   なる基板上の電気回路構体上に保護被膜を形成するのに
   適した上ぐすりインク。 ２ 酸化クロム、酸化コバルトおよび酸化ニツケルから
   成る群から選ばれた着色酸化物を約０．５乃至５重量％
   含む特許請求の範囲１記載の上ぐすりインク。