JPH09293953A - メタライズ基板の製造方法 - Google Patents

メタライズ基板の製造方法

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JPH09293953A
JPH09293953A JP13103796A JP13103796A JPH09293953A JP H09293953 A JPH09293953 A JP H09293953A JP 13103796 A JP13103796 A JP 13103796A JP 13103796 A JP13103796 A JP 13103796A JP H09293953 A JPH09293953 A JP H09293953A
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JP
Japan
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metallized
substrate
metallized substrate
producing
screen printing
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JP13103796A
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English (en)
Inventor
Yohei Watabe
洋平 渡部
Toru Ueno
亨 上野
Yukio Nishinomiya
幸雄 西宮
Shinichi Iwata
伸一 岩田
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Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 平坦で、かつピンホールが少ないメタライズ
導電回路を、スクリーン印刷法でセラミックス基板上に
作製するメタライズ基板の製造方法の提供。 【解決手段】 低抵抗金属粉末が重量%で40〜80
%、有機バインダー、及び有機溶剤から成るビヒクルが
重量%で20〜60%の組成で混練した後、5〜20μ
mのナイロンメッシュを通し、印刷に必要な粘度に調整
したメタライズ用ペーストをスクリーン印刷法によりセ
ラミック基板上に塗布し、乾燥、メタライズ焼成を行う
ことを特徴とするメタライズ基板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、メタライズ基板の
製造方法に関し、特に、セラミック基板上の低抵抗金属
ペーストによる回路の表面平滑性の向上、及びスクリー
ン印刷時に発生するピンホールなどの欠陥の少ないメタ
ライズ基板を得るための製造方法に関するものである。
【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、これらの基板に要求される性質として、高
い絶縁性、機械的強度が確保されること、他の電子部
品を劣化させないこと、メタライズ導体と容易に接合
体を形成できること、熱伝導率が大きいことなどであ
る。
【0003】この要求を満足する材料として、セラミッ
クス基板があり、このセラミックス基板には、アルミ
ナ、窒化アルミニウム等がある。
【0004】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、LS
I、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。
【0005】この電子回路の構成方法には、(a)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
成を、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、(b)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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
(a)の方法の場合、導体厚みが10〜30μmと薄い
ため、回路に流せる電流は100A以下と使用範囲が限
定されてしまう欠点があり、後者(b)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2
00〜500μm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。
【0007】また、低抵抗金属粉末とエチルセルロース
系のバインダーを樹脂の溶剤であるエチレングリコール
モノエチルエーテルとテルピネオールで溶解して成るビ
ヒクルに混練して、ペーストを作製し、前記ペーストを
セラミック基板上にスクリーン印刷法で80μm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させる
サドル現象を引き起こす。
【0008】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。
【0009】また、セラミック基板上への塗布厚みが3
0μmを越えると、メタライズ回路表面は粗面となり、
ピンホール等の欠陥を発生するというような欠陥があっ
た。
【0010】また、2回以上の塗布および連続印刷の場
合、バインダーの溶剤であるエチレングリコールモノエ
チルエーテルの蒸気圧が3.8mmHgであることよ
り、スクリーン印刷時のスクリーン上で乾燥されやす
く、スクリーンメッシュへのペーストの目詰まり等が引
き起こされ、メタライズ膜へのピンホール、膜厚の制御
の困難および作業性が悪いなど問題があった。
【0011】このような、メタライズ膜に凹凸およびピ
ンホール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。
【0012】そこで、本発明の技術的課題は、前述のメ
タライズ用ペーストを用いて、平坦性が有り、ピンホー
ルの少ない導体金属層を厚さ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メタライズ
導体回路を、スクリーン印刷法で1回あるいは数回塗り
という簡略化したプロセスによって得ることができるメ
タライズ基板の製造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、メタライズ用
ペーストの低抵抗金属粉末組成物は、重量%表示で40
〜80%とし、ビヒクルは20〜60%で混練してペー
スト状にし、アルミナおよび窒化アルミニウム基板の表
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
雰囲気中および不活性雰囲気中において、熱処理を施す
ことによって、ピンホールの少ない、表面粗さが小さな
平坦性の高いメタライズ膜が形成され、熱抵抗が低く、
作業性の良い、簡単なプロセスを有するメタライズ基板
の製造方法を提供するものである。
【0014】即ち、本発明は、実装された電子部品から
発生する熱を放熱する、メタライズ導体回路となるメタ
ライズ用ペーストを、セラミック基板上にスクリーン印
刷法で形成して成るメタライズ基板の製造方法におい
て、金、銀、銅を単体あるいは、ニッケル、パラジウ
ム、チタンを少なくとも1種混合した低抵抗金属粉末を
重量%で40〜80%、有機バインダー、及び有機溶剤
から成るビヒクルを重量%で20〜60%の組成で混練
して、ペースト状にしたメタライズ用ペーストを、5〜
20μmのナイロンメッシュを通し、印刷に必要な粘度
に調整し、スクリーン印刷法によりセラミック基板上
に、所定の厚さに少なくとも1回以上塗布し、乾燥、メ
タライズ焼成を行うことを特徴とするメタライズ基板の
製造方法である。
【0015】本発明は、上記メタライズ基板の製造方法
において、前記ビヒクルは、エチルセルロース系のバイ
ンダーに分散剤、可塑剤を添加したものを、蒸気密度
3.8以上、室温での蒸気圧1.5mmHg以下の有機溶
剤で溶解されて成ることを特徴とするメタライズ基板の
製造方法である。
【0016】本発明は、上記メタライズ基板の製造方法
において、前記有機バインダーを、エチレングリコール
モノエチルエーテル、及びエチレングリコールモノエチ
ルエーテルアセテート等の蒸気密度3.8以上、室温で
の蒸気圧1.5mmHg以下の溶剤で溶解して成るビヒ
クルに前記低抵抗金属粉末を混練したメタライズ用ペー
ストを用いることを特徴とするメタライズ基板の製造方
法である。
【0017】本発明は、上記メタライズ基板の製造方法
において、スクリーン印刷法により前記金属導体回路を
所定の厚さに、少なくとも1回以上塗布して形成し、乾
燥、メタライズ焼成を行うことによって、塗布厚みを5
0μm以上とし、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
板の製造方法である。
【0018】本発明は、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である。
【0019】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明する。
【0020】本発明の実施の形態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以下の微粉末である。ま
た、チタン粉末は、平均粒径10μmである。この銅粉
末およびチタン粉末を所要の量に秤量混合して、銅が8
5〜99重量%、残部のチタンが1〜15重量%となる
ように混合する。
【0021】得られたメタライズ混合粉末(低抵抗金属
粉末)40ないし80重量%にエチルセルロース系バイ
ンダーに分散剤、可塑剤を少量添加したものをエチレン
グリコールモノブチルエーテルあるいはエチレングリコ
ールモノエチルエーテルアセテート等の蒸気密度3.8
以上、室温での蒸気圧1.5mmHg以下の溶剤で溶解
して得られるビヒクルを20〜60重量%の割合で添加
混合し、3本ロールミル等を用いて粒度が5μm以下に
なるまで混練し、均一に分散させてスクリーン印刷に適
した粘度に調整したペースト状にする。なお、この場合
の粘度は、1回あるいは数回印刷で80μm以上の厚み
を形成するために、500〜1000dPa・sとす
る。
【0022】このようにして得られたメタライズ用ペー
ストをスクリーン印刷機を用いてアルミナまたは窒化ア
ルミニウムセラミックス基板上に所定の回路パターン
で、厚みが80μm以上となるように、1回、あるいは
数回塗布してパターン形成を行った。
【0023】また、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80〜400μmのも
のを用いる。
【0024】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、熱伝導率の良い、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
でもよい。なお、酸化物として、アルミナ(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。
【0025】この基板表面に250μmの厚みのメタラ
イズ用ペーストが塗布されたセラミックス基板を高真空
中、または不活性雰囲気下で熱処理を施すことによっ
て、メタライズ基板が得られる。
【0026】このメタライズ基板の素子実装時の半田濡
れ性およ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時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のいず
れでも良い。
【0027】図1は、エチルセルロース系バインダーを
溶解する溶剤として、エチレングリコールモノエチルエ
ーテルとエチレングリコールモノブチルエーテルの混合
重量比の割合を変えたビヒクルを使用して作製したペー
ストでセラミックス基板表面に150μmの厚みでパタ
ーンニングした時の10×10mmの大きさのメタライ
ズパターンのφ0.5mm以上の発生したピンホール数
を示したものである。
【0028】図1からわかるように、メタライズパター
ン表面のピンホールは、エチレングリコールモノエチル
エーテルの添加量が50〜100重量%の範囲において
は、ピンホールの数は20〜30個程度で、エチレング
リコールモノエチルエーテルの添加量が50重量%より
少なくなると、徐々にピンホールの発生は少なくなり、
エチレングリコールモノブチルエーテルが100重量%
になると、ピンホールの数は0〜2個程度になることが
わかる。
【0029】図2は、エチルセルロース系バインダーを
溶解する溶剤として、エチレングリコールモノエチルエ
ーテルとエチレングリコールモノブチルエーテルの混合
重量比の割合を変えたビヒクルを使用して作製したメタ
ライズ用ペーストでセラミックス基板表面に150μm
の厚みでパターンニングした時のメタライズパターン表
面の表面粗さおよびパターン平坦度の変化を示したもの
である。
【0030】図2からわかるように、メタライズパター
ン表面の表面粗さは、エチレングリコールモノエチルエ
ーテルの添加量が少なくなるに従い、小さくなることが
わかる。また、パターンの端部が盛り上がってしまうサ
ドル現象も、添加量が少なくなるに従い、減少していく
傾向であった。
【0031】表1は、エチルセルロース系バインダーを
溶解する溶剤として、エチレングリコールモノエチルエ
ーテルとエチレングリコールモノブチルエーテルを用い
たビヒクルを使用して作製したメタライズ用ペースト
で、セラミックス基板表面に150μmの厚みでパター
ンニングするとき、スクリーン上でのペースト放置時間
に対する10×10mmの大きさのメタライズパターン
内のかすれ、スクリーンの目詰まりについて示したもの
である。
【0032】 ○:パターンのかすれ、スクリーンの目詰まりなし。 △:パターンの1割以内の面積がかすれる。 ×:パターンのかすれがパターンの面積の1割を越える。
【0033】表1の結果より、エチレングリコールモノ
ブチルエーテルを用いてバインダーを溶解したビヒクル
で作製したメタライズ用ペーストは、10分間放置して
もパターンのかすれ、スクリーンの目詰まりが起こらな
いことより、作業効率の向上につながることがわかっ
た。
【0034】
【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れば、パターンのピンホール等の欠
陥が少なく、平坦度が高く、表面が平滑なメタライズ基
板を簡単なプロセスによって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】エチレングリコールモノエチルエーテルとエチ
レングリコールモノブチルエーテルの混合重量比に対す
る発生したピンホール数を示す図。
【図2】エチレングリコールモノエチルエーテルとエチ
レングリコールモノブチルエーテルの混合重量比に対す
る表面粗さとパターン平坦度を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 伸一 宮城県仙台市太白区郡山6丁目7番1号 株式会社トーキン内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 実装された電子部品から発生する熱を放
    熱する、メタライズ導体回路となるメタライズ用ペース
    トを、セラミック基板上にスクリーン印刷法で形成して
    成るメタライズ基板の製造方法において、金、銀、銅を
    単体あるいは、ニッケル、パラジウム、チタンを少なく
    とも1種混合した低抵抗金属粉末を重量%で40〜80
    %、有機バインダー、及び有機溶剤から成るビヒクルを
    重量%で20〜60%の組成で混練して、ペースト状に
    したメタライズ用ペーストを、5〜20μmのナイロン
    メッシュを通し、印刷に必要な粘度に調整し、スクリー
    ン印刷法によりセラミック基板上に、所定の厚さに少な
    くとも1回以上塗布し、乾燥、メタライズ焼成を行うこ
    とを特徴とするメタライズ基板の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のメタライズ基板の製造方
    法において、前記ビヒクルは、エチルセルロース系のバ
    インダーに分散剤、可塑剤を添加したものを、蒸気密度
    3.8以上、室温での蒸気圧1.5mmHg以下の有機溶
    剤で溶解されて成ることを特徴とするメタライズ基板の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のメタライズ基板の製造方
    法において、前記有機バインダーを、エチレングリコー
    ルモノエチルエーテル、及びエチレングリコールモノエ
    チルエーテルアセテート等の蒸気密度3.8以上、室温
    での蒸気圧1.5mmHg以下の溶剤で溶解して成るビ
    ヒクルに前記低抵抗金属粉末を混練したメタライズ用ペ
    ーストを用い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1記載のメタライズ基板の製造方
    法において、スクリーン印刷法により前記金属導体回路
    を所定の厚さに、少なくとも1回以上塗布して形成し、
    乾燥、メタライズ焼成を行うことによって、塗布厚みを
    50μm以上とし、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。
  5. 【請求項5】 請求項1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。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107986810A (zh) * 2018-01-22 2018-05-04 中国计量大学 功率电子器件用AlN陶瓷敷铜基板及其制备方法
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