JPS61247658A - セラミツクス配線基板の焼成方法 - Google Patents

セラミツクス配線基板の焼成方法

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JPS61247658A
JPS61247658A JP60086943A JP8694385A JPS61247658A JP S61247658 A JPS61247658 A JP S61247658A JP 60086943 A JP60086943 A JP 60086943A JP 8694385 A JP8694385 A JP 8694385A JP S61247658 A JPS61247658 A JP S61247658A
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JP
Japan
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firing
sintering aid
partial pressure
pressure ratio
temperature range
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Pending
Application number
JP60086943A
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English (en)
Inventor
戸沢 洋二
作本 義明
義秀 林田
鵜飼 俊行
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Narumi China Corp
Original Assignee
Narumi China Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H05K1/092Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/12Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns

Landscapes

  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

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】 (産業上の利用分野) 本発明は、アルミナ系の同時焼成セラミックス配線基板
の製造方法に関するものである。
(従来技術) 同時焼成セラミックス配線基板は、セラミックスグリー
ンシーl−に高融点の導電性金属粉末ペーヌトの配線を
施したクリーンシーhffiJ二記金J萬扮末の酸化防
止のため還元性雰囲気にて焼成し、これによシセラミッ
クスと金属粉末を同時に焼結するとともにセラミックス
に金属粉末を接合させて製造される。
この場合、セラミックスクリーンシートに含廿れる有機
性バインダーの焼却が還元雰囲気中では十分でなく、セ
ラミックス中に若干のt々素分が残留しセラミックスの
焼結が不十分となる傾向があるだめ、業界では、バイン
ダーの焼却性向−1にの目的で、水蒸気を含んだ水素−
水蒸気写囲気、あるいは窒素を混入した窒素−水素−水
蒸気の弱還元検算囲気で焼成するのが通例である。
この場合”/H,2O分圧比は、バインダーの焼却性の
点だけで々く、金庫粉末の焼結性、セラミックスと金属
の接合強度の点でも大きく影響する安置であり、しかも
バインダーの焼却性と金属粉末の焼結性、セラミックス
と金属の接合強度とは互いに相反する関係にある。すな
わち、バインダーの焼却性の点では”/HrO分圧比が
小さく酸化性が強ければ強いほど好ましく、一方金属粉
末の焼結性、セラミックスと金庫の接合強度の点では”
/H,2O分圧比が犬きぐ、還元性が強ければ強いほど
好ましい。このような事情により、焼成雰囲気として両
者の妥協を計ったHシ市0分圧比5〜8程度の雰囲気で
操業を行うのが従来の通例であった。
ところが、最近の配線パターンの精密化の要求に伴い、
セラミックス基板自体もきめの細かさが要求されるよう
になり、原料粉末も、よシ微細な粉末を指向するように
なってきた。このだめセラミックスグリーンシートのバ
インダー焼却性が悪化し、従来と同様の焼成方法では焼
結不足の状態となる問題が発生している。
この対策として、良く行われている方法は次の通りであ
る。
■ 焼成時間を長くし、バインダー焼却性の悪さを時間
的にカバーする方法。
■ 被焼成物の焼成炉内における漬方法の工夫、および
雰囲気ガスの供給層増加等によシ炬内雰囲気ガスの通風
を向−1−させ、バインダー焼却の反応全促進させる方
法。
これ等の対策によυある程度の効果が得られ従来から比
軸するとかなり微細な粉末を用いることが可能となり現
在のところは粉末平均径2〜3μが主流となっている。
しかしながら一層微細化しようとする場合、上記の延長
線上の対策では焼成効率の低下が顕著になること、また
技術的にもバインダーの焼却性に限りがあること等の限
界があシ、異なった視野からの新たな対策が必要とされ
ていた。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は上記要請に基づくものであって、バインダーの
焼却性、金属粉末の焼結性、セラミックスと金属の接合
強度、以上の諸点の全てに良好な結果の得られる同時焼
成セラミックス配線基板の新規な製造方法の提供全目的
とする。
(問題点を解決するだめの手段) 本発明は従来、7<インダー焼却性とメタライズ性との
妥協のだめに決められたところの焼成雰囲気中のHシ”
H,2O分圧比による方法を見直し、バインダー焼却性
とメタライズ性(導通抵抗、メタライズ強度)のなかの
相互関係の新たな知見が得られたことからなされたもの
である。
すなわち、バインダーの焼却において重要な温度域は常
温より12O0℃、1300′C4での範囲でアリ、こ
の温度域においてはセラミックスの収縮は緩慢でありバ
インダーの焼却除去にとって好都合な温度域である。こ
れを脱バインダ一温度域と称することにする。一方13
00℃をt=える温度域になるとセラミックスの収縮が
促進され、この時点捷で炭素分が残留した場合には、そ
の′−1!−セラミックス中に閉じ込められ焼結障害を
引き起す、この温度域を焼結温度域と称することにする
従って脱バインダ一温度域においてバインダーの焼却除
去が完了していることが必要であり、このため基本的な
考え方として、メタライズ性を犠牲にしでも酸化性の高
い雰囲気で焼成し、バインダーの焼却除去を完了させる
べきである。但しこの場合、一度犠牲になったメタライ
ズ性が後の焼成過程で回復されなければならないが、脱
バインダ一温度域における昇囲気ガスの酸化性の程度ど
、焼結温度域における雰囲気ガスの還元性の程度を適度
に選定し、さらに酸化−還元の雰囲気ガス切り替え時の
温度全適度に選定することにより、メタライズ性は回復
し、バインダー焼却除去とメタライズ性の双方を両立し
得ることの発見に基づくものである。
本発明は次記の方法を要旨とする。
At2O Jを主成分とし、焼結助剤としてSiC2゜
MgO,CaOのうち1秤または2種板」二を含み、ま
た必要に応じ呈色剤として金属酸化物または水酸化物を
含むセラミックヌグリーンシートに高融点金属粉末ペー
ストで配線を施し、仮焼成としてセラミックス中の上記
焼結助剤の溶融温度以下の温度域で”/HrO分圧比を
05〜40とした弱還元性雰囲気中で焼成し、次いで本
焼成として前記焼結助剤の溶融温度以下の温度域からH
2/H,2O分圧比を5以上とした強還元性雰囲気中で
焼成する同時焼成セラミックス配線基板の焼成方法。
また、前焼成として150〜350しての酸化焼成を行
い、次いで上記仮焼成および上記本焼成を行う同時焼成
セラミックス配線基板の焼成方法。
および、前焼成として300〜700℃での水蒸気酸化
焼成を行い、次いで前記仮焼成および前記本焼成を行う
同時焼成セラミックス配線基板の焼成方法。
さらに、前焼成として150〜350℃での酸化焼成、
続いて300〜700 ℃での水蒸気酸化焼成を行い、
次いで前記仮焼成および前記本焼成を行う同時焼成セラ
ミックス配線基板の焼成方法。
本発明におけるセラミックスの素材としてはAt2O3
を主成分とし、焼結助剤としてS3−02. MgO。
CaO等の1種または2種以上を含むものであるが、そ
の組成および原料粉末の粒度については特に限定しない
また呈色剤として適当な酸化物、または水酸化物を含ん
でも良い。また高融点金属粉末とはW。
MO,Mnの1種または2種以上からなるもので、その
組成および粉末粒度については特に限定しない。
次に焼成雰囲気中のH’/HrO分圧比の調整方法につ
いてであるが、業界では一般にH2を含むガス中へH,
2Oを混入させているが、この方法に限らすOaを混入
させて焼成か内のH,2−0,2平衡の結果として所定
のHr/H,2O分圧比となるような調整方法でもよい
こ\でH2を含むガスとは、水素ガス1だは水素ガスー
不活性ガスの混合ガスを意味し、不活性ガスとしては窒
素ガスを使用することが多い。
また本発明の実施には、仮焼炉と木戸との2溶金分離し
た焼成でもよいし、壕だ1恒に合体し炉内を雰囲気区分
した焼成でもよく、その効果は同様である。
(作 用) 次に本発明において、仮焼成および本焼成でのHシ](
,2O分圧比ならびに温度域を頭記の如く限定しだ3]
11由について述べる。
セラミックス中のバインダーの勺]却除去ヲ効率よく行
うためには仮焼成においてHx7山。分圧比を4以下と
し、比較的酸化性の強い条件での焼成が有効である。し
かしながら、””/H,2O分圧比を4以下としたま〈
本焼成まで行うとメタライズ性の点で問題を生じる。
そこでメタワイズ性回復の可能性について種々実験を行
った結果、次の41実が判明I〜だ。
■ メタライズ性の回復のためには、本焼成におけるH
−VH2O分圧比として5以」二が必要である。
■ 本焼成においてHs/H,2O分圧比を5以上とし
た古しても、仮焼成においてHダI−(io分圧比が0
5未満のときはメタライズ性の回復は不可能である。
■ 仮焼成においてH−2//H2O分圧比を05〜4
゜とした場合でも、セラミックス中の焼結助剤の溶融温
度を越えた温度域にまで焼成した場合は、その後の本焼
成においてHダ](,2O分圧比を5以」ユとしても、
最早メタライズ性の回復は不可能である。
これらの結果よ勺、メタライズ性の基本的な要素として
、セラミックスと金属粉末の接触状態およびセラミック
ス中の焼結助剤が溶融するときの金属粉末の表面状態の
2点が重要と判断される。
セラミックスと金属粉末の接触状態を良好に保つだめに
仮焼成で酸化させすぎないことが重要であり、酸化が過
ぎると金属粉末は膨れ、そのため仮焼成での”/H2O
分圧比として05以上が必要と考えられる。
次に、セラミックス中の焼結助剤の溶融の際は金属粉末
は還元状態になっていることが必要であり、このため酸
化性の強い仮焼成は焼結助剤の溶融温度以下の温度域で
の焼成にとどめることが必要であシ、さらに還元性の強
い本焼成に移ってから焼結助剤の溶融温度に達する寸で
の間に金属粉末の表面を還元しなければならない。その
だめ焼結助剤の溶融温度以下のl晶度域からHダI(x
○分圧比を5以」二とした雰囲気での焼成が必要である
このとき、本焼成に入ってから焼結助剤の溶融寸での間
に金属粉末の還元のだめの若干の時間が必要であり、そ
の時間は好ましくは数十分以上であるが、特に限定はし
ない。
次に前焼成の温度と雰囲気の1狐定理由について述べる
仮焼成において出来るだけ酸化性を強くした雰囲気が有
機性バインダーの焼却性を上げる上で好ましいことは既
に述べたが、その意味では空気中での酸化焼成が考えら
れる。この発恕は例えば特開昭59−98594公報に
、350 ℃以下の焼成であればメタライズ1生に悪影
響を出さずにバインダーの焼却除去に効果のあることが
開示されている。
本発明者は空気中における150〜850をCの低温酸
化焼成と第1項の本発明とを組合せることにより、バイ
ンダーの焼却除去はより一層効果的に行われ、しかもメ
タライズ性にも何等問題のないことを確認した。すなわ
ち空気中における低温150〜850℃酸化焼成のあと
の仮焼成においても、焼成雰囲気の酸化性が強いほどバ
インダーの焼却除去にとっては有利となる。この点従来
はメタライズ性の懸念からH’lHr O分圧比として
5〜8程度の雰囲気で妥協していたのが実状であるが、
前記組合せ、すなわち空気中での低温150〜350℃
酸化焼成の後の仮焼成としてよシ強い酸化性雰囲気での
焼成が可能なことにより、バインダーの焼却除去がよシ
一層効果的に行われ得るのである。この方法での予備焼
成における酸化焼成は空気中の他、酸素と不活性ガスの
混合ガスおよび酸素ガスが同様効果があることは明白で
ある。
次に、同じく予備焼成としての300〜700℃での水
蒸気酸化焼成の限定について、これは水素を含まない水
蒸気中、または水蒸気−不活性ガス中の雰囲気焼成であ
るが、バインダーの焼却除去を有効に行うだめには30
0℃以上の焼成が必要であり、またメタライズ性の点で
700℃以下の焼成にとどめることが必要である。
(実施例および発明の効果) 主成分がA1.2O394%で焼結助剤としてSi0.
2゜MgO,Ca0f:)−タルで6%を添加した無機
物に、さらに樹脂、可塑剤、溶剤を加えて混合し、一般
のテープキャスティング法により09履厚のグリ−ンシ
ートを作成した。本実施例における原料粉末の粒径は平
均径12μであり業界の通例に比較してかなり徽細な粉
末である。
このグリーンシー11−140X25の大きさに切断し
バインダー焼却性の評価の試料としだ。またこのグリー
ンシートを100期角の大きさに切断したものにW粉末
からつくったタングステンベーヌトを用いて印刷パター
ンを形成した試料を作成しメタライズ性評価の試料とし
だ。W粉末の粒径は平均径08μである。
これら2種類の試料を用い、本発明による焼成方法と従
来技術による焼成方法および本発明を完成する過程にお
ける種々の焼成方法により、バインダー焼却性とメタラ
イズ性を比較評価した結果を第」表に示す。
注1、第1表の実施例の仮焼成は特記のないものは12
50 ℃X 2時間、本焼成は152(1,X2時間の
条件である。なおセラミックス中の焼結助剤の溶融温度
は約1850 ℃である。
注2、第1表の焼結密度の単位はgX黛。導通抵抗は体
積固有抵抗で評価しており、単位は10−5Ω備でアシ
、またメタライズ強度はタングステンメタワイズとセラ
ミックスの引はがし強度で評価しておシ、単位はkQで
ある。
第1表にみるように、本発明の焼成方法を用いることに
より、メタライズ特性を劣化させないで、焼結密度の向
」−が可能であり、従って実施例の如く、セラミックス
原料粉末が微細な場合にも、其の効果は顕著に発揮され
る。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Al_2O_3を主成分とし、焼結助剤としてS
    iO_2、MgO、CaOのうち1種または2種以上を
    含み、また必要に応じ呈色剤として金属酸化物または水
    酸化物を含むセラミックスグリーンシートに高融点金属
    粉末ペーストで配線を施し、仮焼成として、セラミック
    ス中の上記焼結助剤の溶融温度以下の温度域でH_2/
    H_2O分圧比を0.5〜4.0とした弱還元性雰囲気
    中で焼成し、次いで本焼成として、前記焼結助剤の溶融
    温度以下の温度域からH_2/H_2O分圧比を5以上
    とした強還元性雰囲気中で焼成することを特徴とする同
    時焼成セラミックス配線基板の焼成方法。
  2. (2)Al_2O_3を主成分とし、焼結助剤としてS
    iO_2、MgO、CaOのうち1種または2種以上を
    含み、また必要に応じ呈色剤として金属酸化物または水
    酸化物を含むセラミックスグリーンシートに高融点金属
    粉末ペーストで配線を施し、前焼成として150〜35
    0℃で酸化焼成を行い、次いで仮焼成として、セラミッ
    クス中の上記焼結助剤の溶融温度以下の温度域でH_2
    /H_2O分圧比を0.5〜4.0とした弱酸化性雰囲
    気中で焼成し、さらに本焼成として、前記焼結助剤の溶
    融温度以下の温度域からH_2/H_2O分圧比を5以
    上とした強還元性雰囲気中で焼成することを特徴とする
    同時焼成セラミックス配線基板の焼成方法。
  3. (3)Al_2O_3を主成分とし、焼結助剤としてS
    iO_2、MgO、CaOのうち1種または2種以上を
    含み、また必要に応じ呈色剤として金属酸化物または水
    酸化物を含むセラミックスグリーンシートに高融点金属
    粉末ペーストで配線を施し、前焼成として300〜70
    0℃で水蒸気酸化焼成を行い、次いで仮焼成として、セ
    ラミックス中の上記焼結助剤の溶融温度以下の温度域で
    H_2/H_2O分圧比を0.5〜4.0とした弱酸化
    性雰囲気中で焼成し、さらに本焼成として、前記焼結助
    剤の溶融温度以下の温度域からH_2/H_2O分圧比
    を5以上とした強還元性雰囲気中で焼成することを特徴
    とする同時焼成セラミックス配線基板の焼成方法。
  4. (4)Al_2O_3を主成分とし、焼結助剤としてS
    iO_2、MgO、CaOのうち1種または2種以上を
    含み、また必要に応じ呈色剤として金属酸化物または水
    酸化物を含むセラミックスクリーンシートに高融点金属
    粉末ペーストで配線を施し、前焼成として、150〜3
    50℃で酸化焼成を、続いて300〜700℃で水蒸気
    酸化焼成を行い、次いで仮焼成として、セラミックス中
    の上記焼結助剤の溶融温度以下の温度域でH_2/H_
    2O分圧比を0.5〜4.0とした弱還元性雰囲気中で
    焼成し、さらに本焼成として、前記焼結助剤の溶融温度
    以下の温度域からH_2/H_2O分圧比を5以上とし
    た強還元性雰囲気中で焼成することを特徴とする同時焼
    成セラミックス配線基板の焼成方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013100199A (ja) * 2011-11-09 2013-05-23 Ngk Insulators Ltd 透光性配線基板

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013100199A (ja) * 2011-11-09 2013-05-23 Ngk Insulators Ltd 透光性配線基板

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