JPS63201079A - セラミツク焼結体用メタライズペ−スト及びそのメタライズ法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分計〉 本発明は予め焼結されたセラミック焼結体の表面を、所
望のパターンでメタライズする為のペースト及びそのメ
タライズ方法に関するものである。

〈従来の技術及びその問題点〉 セラミック焼結体は集積回路基板をはじめ電子機器部材
として多用されており、この様な用途に用いる為にはセ
ラミック焼結体表面に所望パターン状のメタル部を形成
する必要がある。更に上記の様な電子機器部材としての
用途の場合に限らず、セラミック焼結体と金属体とを強
固に接合して用いる例は数多くあり、その場合にもセラ
ミック焼結体表面にメタル部を形成する必要がある。こ
の様な要望を満たす為に従来からセラミック焼結体に対
するメタライズ法が知られており、それは大別して■予
め焼結されたセラミック体に対するメタライズ法と、■
未焼成セラミックから成るグリーンシート上にメタライ
ズ用のペーストを塗布し、その後の焼成でセラミックの
焼結とメタライズを同時に行なう方法の２通りがある。

■の方法としては例えば特公昭３Ｂ−６５４２号公報で
示される方法があるが、この方法はＭｏ−Ｍｎを主成分
とするメタライズペーストをアルミナセラミック基板上
に塗布し湿潤水素ガスと窒素ガスとの混合ガス中で焼成
する方法であるが、湿潤ガス雰囲気にしなければならな
いという煩雑性があると共に、基板とペーストの間で焼
成に伴う変形量の差が大であるという問題が残っており
、一方上記■の方法はセラミックの焼結とメタライズが
同時に行なえる、更には複数枚のグリーンテープを積層
して多重積層物を造る事が出来る等の利点を持つ為に近
年はこの■の方法の開発が盛んで、例えば特開昭５５−
１４４４８２号公報や特公昭６０−２８７９０号公報で
示される様な例がある。この■の方法の例は、Ｗ−Ｎｉ
あるいはＷ−Ｔｉ０２−人１２０３を主成分とするメタ
ライズペーストを、前述したセラミックグリーンシート
上へ塗布し、その後セラミックの焼結とメタライズとを
同時に行なう方法であり、グリーンシートに対する方法
としては優れた方法といえるが、焼結済みのセラミック
体に対してのメタライズ法としては不向きである。即ち
、これらの方法はあくまでグリーンシートと共に焼成す
る事でメタライズされるが為に、そこで用いるペースト
の焼成に伴う収縮率がグリーンシートのそれと整合化さ
れており、焼結後のセラミック体に用いた場合にはペー
スト部のみがより大きく収縮を起こし結果的に剥離を起
こす、あるいはペーストを充分にメタライズ化させる為
の温度条件に保持すればセラミック焼結体の粒成長が著
しい場合がある等々の問題があるのである。

上記した如く■のグリーンシートから出発する方法には
多くの利点はあるが、この■の方法ではメタライズと共
に基板の焼結も行なわれるが為に、■の方法に比べ、基
板自体の収縮、変形は大きくなる事は避けられず、その
用途によってはやはり■の方法を採らざるを得ない場合
もあるのである。

即ち、例えばセラミック表面へ形成するメタル部は、該
メタル部に対し更に別の金属体をメッキ層を介したロウ
付けその他の手段で接合する為の役割を奏するに過ぎず
、該メタル部自体の形状、大きさは多少精度が悪くても
よいが、基板であるセラミック体の寸法精度は厳密性が
要求されるという様な例がそれである。

本発明は特にはこの様な場合の要求を満たすべく、予め
焼結されたセラミック焼結体に対してのメタライズペー
スト及びそのメタライズ法を提供する事を目的とする。

く問題点を解決する為の手段〉 上記目的を達成する為に本発明が採用するペーストとし
てはＴｉＯ２粉末１．５〜１５．、重量％、Ａ　Ｉ２Ｏ
３又はＭｇＯ粉末０．５〜１０重量％、残部がその０．
１〜５．０重量％をＮｉ若しくはＸｌ−Ｐ合金粉末にて
置換したＷ又はＭｏ粉末より成る粉末成分と、ビヒクル
及び有機溶剤とから成ることを特徴とするセラミック焼
結体用メタライズペーストであり、又その方法はこの様
な組成のペーストを非酸化性雰囲気中、１４００〜１６
００℃で焼成するという方法である。

〈実施例及び作用〉 以下本発明をその実施例を示し乍ら詳述する。

本発明は、セラミック焼結体に対して行なったメタライ
ズ層に、更に別の金属体が強固に接合される如きメタラ
イズ層を得る事を主目的とするものである為に、該メタ
ライズ層がセラミック焼結体との間で強固に結合される
事は勿論、該メタライズ層に対し他の金属体を冶金的に
接合出来るという事も重要な事である。その為にまず得
られた種々の組成メタライズ層に対してのメッキの難易
度を調べた。即ち９９．７５重量％Ｗ−０．２５重量％
Ｎｉ−Ｐ合金（Ｐが９．０重量％の合金）なる組成物に
対し、添加するＴｉＯ２及び＾ｌ、０３の量（重量％）
を種々変えた組成の混合粉末に、ビヒクルと有機溶剤と
を添加混合して得たペーストを、ＭｇＯと５ｉ０２とか
ら成る鉱化剤を８重量％含むアルミナ焼結体表面に塗布
し、乾燥後１４５０℃の水素炉内で焼成して得られた各
試料に対し、同一条件の無電解ニッケルーリンメッキを
行ない、各々の場合のメッキが出来た面積を比較した。

このメッキ条件は、アルミナ焼結体にはメッキが着かず
、その表面のメタライズ層にはメッキが着く様な条件を
採用し、各試料のメタライズ層に対してどの位の割合で
メッキが出来たかで判断し、１００〜８０％を０，８０
〜５０％をＱ、５０〜２０％を△、２０％以下を×で表
示すると下記第１表の如くであった。第１表に於いて、
ＴｉＯ２及びＡ　１２０．の量は、いずれも混合粉末成
分を１００とした場合の重量％である。

次にメタライズ層の密着強度を調べる為の実験として、
上記第１表の結果を得るのに用いたと同様の組成のペー
ストを、ＭｇＯ，５ｉ０２の鉱化剤を８重量％含むアル
ミナ焼結体上へスクリーン印刷により塗布し、乾燥後１
４５０℃の水素炉内で焼成して得た試料に対し、今度は
アルミナ焼結体にもメッキが着く様な条件の無電解ニッ
ケルーリンメッキによりメッキを施し、そのメッキ層に
、１．５ａ＋ｍ径のＮｉ棒をＢＡｇ−８の銀ロウ剤を用
い８４０℃にてロウ付を行ない、ロウ付面に垂直な方向
への引張り試験を行なって剥離時の荷重を測定した結果
（ｋｇ　）を第２表に示す。この第２表中〉９として示
しているのは、アルミナ焼結体部分が破壊されたもので
ある。

第２表 次に上記第２表に示す結果を考慮し乍ら、良好な密着強
度を有する範囲について、人１２０３に替えてＭｇＯを
使用し、同様の試験を行なった結果を下記第３表に示す
。この第３表中、〉９については上記第２表と同様であ
る。

更に第２表で良好゛な密着強度を有する範囲について、
Ｗに替えてＭｏを使用し、同様の試験を行なった結果を
下記第４表に示す。この第４表中、〉９については上記
第２表と同じである。

第４表 次に高純度アルミナ焼結体、窒化アルミニウム焼結体及
びジルコニア焼結体に対して行なった試験及びその結果
を示す。

用いた高純度アルミナ焼結体は、純度９９５重量％で焼
結助剤としてのＭｇＯを０．５重量％含む組成で、大気
中１５５０℃、１時間の条件で常圧焼結して得た。

又窒化アルミニウム焼結体は実質的に１００％人ＩＮで
、窒素雰囲気中１８００℃、１時間の条件でホットプレ
ス焼結をして得た。

更にジルコニア焼結体は、Ｙ２Ｏ３を３モル％含み残部
ＺｒＯ２なる組成で、大気中１５００℃、１時間の条件
で常圧焼結して得た。

これらの３種類の焼結体に対し、上記第２表で示す中で
良好な密着強度が出た組成のペーストを用い、上記第２
表を得るに際して行なったと同様の引張り試験を行なっ
た結果を下記第５表に示す。

この第５表にあっては焼結体自体の強度が大である為に
９ｋｇを大幅に越える値まで十分に測定可能であった。

第５表 上記試験結果を参酌し乍ら、本発明ペーストの組成範囲
の限定理由につき詳述する。まず人１２０゜については
、本発明のペーストにあってはＮＩ。

Ｎｉ−Ｐ合金を添加し、焼成温度を低くなすと共に得ら
れるメタライズ層に対してメッキをし易くしてはいるが
、これらＮｉ、　Ｎｉ−Ｐ合金を加えているが為に得ら
れるメタライズ層には著しい粒成長がある。

例えば第１図、第２図及び第３図に示すのは、それぞれ
９９．７５重量％Ｗ−０．２５重量％Ｎｉ−Ｐ合金（Ｐ
が９重量％）に対し、ＴｉＯ２が２重量％含ませたもの
に、人１２０３を各々０，２，５重量％添加し全体で１
００とした組成のペーストを、上記第２表を得た実験条
件で焼成した試料の破面の走査電子顕微鏡写真（倍率は
全て１０００倍）であるが、第１図に示すＡｌ２Ｏ３を
含まない場合はメタライズ層の粒が著しく大である。し
かるに人１２０３を含む第２図及び第３図の場合にはメ
タライズ層の粒が微細になっている。この様なＡｌ２Ｏ
３はメタライズ層の粒成長に伴う薄膜形成の困難性、更
には該メタライズ層の強度低下を抑制する為に添加する
ものであり、その様な抑制効果は０．５重量％以上でな
いと発現されないが、それがあまり多量になるとメタラ
イズ層中の酸化物量が多くなり、第１表や第２表で判る
如く、メッキが着き難くなると共に該メタライズ層自体
の密着強度も低下するので１０重量％以下とする。なお
ＭｇＯについてはその作用、効果並びに添加量は上記人
１２０．と略同様である。

次にＴｌＯ２は得られるメタライズ層がアルミナ焼結体
に対し、強固に密着するが為に添加するものであり、第
２表の結果から明らかな如＜、１．５重量％以上なけれ
ばその効果は望めないが、それが多すぎると第１表で判
る様にやはりメッキが着き難くなると共に、更にはセラ
ミック焼結体へＴｉの拡散が大となり過ぎその部分でセ
ラミック焼結体が粒成長を起こす傾向にあるのでその上
限は１５重量％とすべきである。

次にＮｉ、　Ｎｉ−Ｐ合金は前にも述べた如く、焼成温
度を低下させると共に、得られるメタライズ層に対しメ
ッキが着き易くする為に添加するものである。この効果
を確認する為の実験として、Ｔｉ０２５重量％及び人ｊ
’２０，５重量％、残部が胃なる粉末組成のペーストと
、そのＷの０２５重量％を、それぞれＮｉ、　Ｎｉ−Ｐ
　（Ｐが９重量％）合金で置換した組成のペーストとに
よりその焼成温度及びメッキの難易度を比較した。その
結果Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ合金を含むものは、１４５０℃で充
分に焼成が可能で先に示したメタライズ層の密着強度試
験で〉９即ち、アルミナ焼結体部分から破壊する程度の
強度が得られたが、Ｎｉ、　Ｎｉ−Ｐ合金を含まないＷ
のみのものは１４５０℃の焼成では得られるメタライズ
層はナイフで容易に削れる程度のものでしかなく、上記
同様の充分な強度を得る為には１５５０℃の温度が必要
であった。

又得られたメタライズ層に対するメッキの着き方でもＸ
ｉ、　Ｎｉ−Ｐ添加のものの方が著しく優れていた。

この様な目的から添加するＮｉ、　Ｘｌ−Ｐ合金はその
所期の目的を達する為には０１重量％以上なければなら
ないが、その効果は５．０重量％で殆んど飽和し、それ
以上加えると高温強度の低下という悪影響があるので５
０重量％までとする。なおＮｉ−Ｐ合金中のＰの量は、
その旧−Ｐ合金が出来る限り低融点を有する範囲とし、
共晶点付近のＰ８．Ｏ〜１０，０重量％が好ましい。

次に本発明のメタライズ法に於いて、それを非酸化性雰
囲気で行なうのは、ペースト特にその中の金属成分が酸
化されないが為であり、その焼成温度は１４００℃以上
なければメタライズ層自体の強度及びその密着強度が不
十分であるし、逆に１６００℃を越えるとメタライズ層
及びアルミナ焼結体の粒成長が著しくなり強度低下を招
くのでそれ以下の温度とする。

〈発明の効果〉 以上性べて来た如く、本発明によれば焼結後のセラミッ
ク焼結体に対し、それ自体の強度が大きくなるメタライ
ズ層を強固な密着強度で形成する事が出来、しかも得ら
れろメタライズ層に対して金属メッキを容易にかつ強固
に行なう事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、それぞれ本発明に於ける人１２０．
添加の効果を確認する為に行なった実験で得られた試料
の破面の結晶構造を示す顕微鏡写真。 手続補正書（方側 １、事件の表示 昭和６１年　特許願　第２３５７００号２、発明の名称 セラミック焼結体用メタライズペースト及びそのメタラ
イズ法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　福岡市南区清水二丁目２０番３１号氏名　日本タ
ングステン株式会社 代表者　縄１）政商 ４、代理人 説明・・・・・・・顕微鏡写真。」を削除する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＴｉＯ＿２粉末１．５〜１５重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿
   ３又はＭｇＯ粉末０．５〜１０重量％、残部がその０．
   １〜５．０重量％をＮｉ若しくはＮｉ−Ｐ合金粉末にて
   置換したＷ又はＭｏ粉末より成る粉末成分と、これらと
   ビヒクル及び有機溶剤とから成ることを特徴とするセラ
   ミック焼結体用メタライズペースト。 ２、セラミック焼結体が、アルミナ、窒化アルミニウム
   又はジルコニア焼結体であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のペースト。 ３、セラミック焼結体の表面に、ＴｉＯ＿２粉末１．５
   〜１５重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３又はＭｇＯ粉末０．５〜
   １０重量％、残部がその０．１〜５．０重量％をＮｉ若
   しくはＮｉ−Ｐ合金粉末にて置換したＷ又はＭｏ粉末よ
   り成る粉末成分と、これらとビヒクル及び有機溶剤とか
   ら成るペーストを塗布し、非酸化性雰囲気下で１４００
   〜１６００℃の温度域で焼成することを特徴とするセラ
   ミック焼結体のメタライズ法。 ４、セラミック焼結体が、アルミナ、窒化アルミニウム
   又はジルコニア焼結体であることを特徴とする特許請求
   の範囲第３項記載のメタライズ法。