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JPS6028790B2 - Metallization method for high alumina ceramics - Google Patents
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JPS6028790B2 - Metallization method for high alumina ceramics - Google Patents

Metallization method for high alumina ceramics

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Publication number
JPS6028790B2
JPS6028790B2 JP9913278A JP9913278A JPS6028790B2 JP S6028790 B2 JPS6028790 B2 JP S6028790B2 JP 9913278 A JP9913278 A JP 9913278A JP 9913278 A JP9913278 A JP 9913278A JP S6028790 B2 JPS6028790 B2 JP S6028790B2
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JP
Japan
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alumina
metallization
weight
alumina ceramics
high alumina
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JP9913278A
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昭雄 高見
勤 斎藤
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルミナグリーンテープの糠結と共にメタライ
ズィンクを同時に焼結・金属化させる同時焼成法、殊に
高アルミナ質セラミックスに高いメタラィズ強度を有す
るメタラィズを形成する方法に係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a co-firing method for simultaneously sintering and metallizing a metallizing ink with alumina green tape, particularly a method for forming metallization having high metallization strength on high alumina ceramics. It depends.

更に詳しくは、本発明は、特に高い絶縁抵抗と熱放散性
を具備し高い実装密度を有する集積回路基板の製造法に
関する。一般にセラミックスのメタラィズ方法としては
、予め焼結されたセラミックス基板上にMo−Mnを主
体とするメタラィズベーストを湿潤水素ガス中で燐付け
る「テレフンケン法」及び、真空中及び不活性ガス中で
Ti又はZrとNi,Cu,Ag等と比較的低融点金属
の合金からなる。
More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing an integrated circuit board having particularly high insulation resistance, heat dissipation properties, and high packaging density. In general, methods for metallizing ceramics include the ``Telefunken method,'' in which a metallization base mainly composed of Mo-Mn is phosphorized on a pre-sintered ceramic substrate in wet hydrogen gas, and the It is made of an alloy of Ti or Zr, Ni, Cu, Ag, etc., and a relatively low melting point metal.

ウ材にて直蚤セラミックスヘロウ付する「活性金属化法
」とがあった。しかしこれらの技術は、単一層のセラミ
ック基板を製造する場合には有効であるが、複数層のセ
ラミック基板を、積層した複雑な電子回路用基板を必要
とする場合には適応できなかった。
There was an ``active metallization method'' in which ceramics were soldered directly using corrugated wood. However, although these techniques are effective when manufacturing a single-layer ceramic substrate, they cannot be applied to a case where a complex electronic circuit board in which multi-layer ceramic substrates are laminated is required.

この場合には、セラミック粉末と有機樹脂と混合し成形
されたフレキシブルなセラミックテープ(グリーンテー
プ)に予めメタラィズ加工をし、これを複数層積属し、
圧着することによりグリーンテープ同士が互いにその中
に含まれる有機樹脂によって接着し一体化することがで
きる。積層化されたセラミック−有機樹脂積層体は、焼
成され、この時、セラミックスとその内部、表面に塗布
されたメタライズも同時に煉結を進行させる(以下「同
時焼結法」と呼ぶ)。この方式の中で、集積回路基板に
供する90一94%Aそ203の高アルミナセラミック
スのメタラィズ法として公知のものは、CaO,Mg○
,Si02等の鉱化剤やTi02,Mo又はMO03,
Fe203,Cr203,Mn02の如き着色剤を含む
高アルミナ磁器のグリーンテープに、No又はW粉末を
主体とし、これにSi02又はSi02含有のフリット
を混合したメタラィズィンクにより所望のパターンを印
刷した後、非酸化雰囲気中において双方の焼結する温度
下で暁結する方法がある(特公昭49一48645 シ
ュワルツ アンドウィルコツクス「積層セラミックス」
〔Schwaれz & Wilcox,〃仏mi岬te
dCeramics〃))近時の電子工業の急速な発展
により、従来より更に高い絶縁抵抗、熱放散性を有し、
実装密度をより高くする必要が生じている。
In this case, a flexible ceramic tape (green tape) made by mixing ceramic powder and organic resin is pre-metalized, and then multiple layers are laminated.
By pressing, the green tapes can be bonded to each other by the organic resin contained therein and can be integrated. The laminated ceramic-organic resin laminate is fired, and at this time, the ceramic and the metallization coated on the inside and surface of the ceramic are simultaneously sintered (hereinafter referred to as "simultaneous sintering method"). Among these methods, the known methods for metallizing high alumina ceramics of 90-94%A and 203 for use in integrated circuit boards include CaO, Mg○
, Si02 and other mineralizers, Ti02, Mo or MO03,
After printing a desired pattern on a high alumina porcelain green tape containing colorants such as Fe203, Cr203, and Mn02 using a metallizing ink consisting mainly of No or W powder mixed with Si02 or Si02-containing frit, non-oxidized There is a method of sintering in an atmosphere at a temperature at which both sinter.
[Schwarez & Wilcox, The Buddha's Cape
dCeramics〃)) Due to the recent rapid development of the electronics industry, it has higher insulation resistance and heat dissipation than before,
There is a need for higher packaging density.

実装密度上昇のためには薄膜素子を具えるために表面平
滑度の特に優れた基板が要求されるに至った。このよう
な基板は、アルミナ磁器の磁化剤をできるだけ減少させ
アルミナ含有量を9$重量%以上にまで高めることによ
り可能となる。熱放散性の向上についてもA夕2039
9%セラミックスは、90%程度の純度のセラミックス
に比して約2倍の熱放散性を有するので高密度素子の搭
載に適する。然し、これに公知のメタラィズ処理を施す
と、メタライズのアルミナへの密着が弱く、更に本発明
に開示の如き同時焼成によるメタラィズ法ではメタラィ
ズを行うことができなかった。即ち、従来の90〜94
%の高アルミナ磁器においては鍵化剤とし配合されるM
g○,Ca0,SiQとメタラィズとが反応して強固な
金属化面を生成する。
In order to increase the packaging density, substrates with particularly excellent surface smoothness have become required for mounting thin film elements. Such a substrate can be made by reducing the magnetizing agent of alumina porcelain as much as possible and increasing the alumina content to 9% by weight or more. Regarding the improvement of heat dissipation, A2039
9% ceramics have about twice the heat dissipation property as ceramics with a purity of about 90%, and are therefore suitable for mounting high-density elements. However, when this is subjected to a known metallization treatment, the adhesion of the metallization to the alumina is weak, and furthermore, metallization cannot be performed by the metallization method using simultaneous firing as disclosed in the present invention. That is, the conventional 90-94
% of high alumina porcelain, M is blended as a locking agent.
g○, Ca0, SiQ and metallization react to form a strong metallized surface.

しかし基板中のアルミナが99%又はそれ以上となると
、元来メタラィズとの反応の主な相手である鍵化剤が極
めて徴量となり、このため基板のメタライズとの反応は
阻害され、従来のメタライズ法では強固なメタラィズは
得られない。逆に従釆のメタラィズィンク中に鉱化剤を
多量に含有させた場合、焼成に際してメタラィズ中の鉢
化剤は焼成過程において基板の磁器中に急速に拡散吸収
されて強いメタラィズ強度は得られないことも明らかと
なった。
However, when the alumina content in the substrate reaches 99% or more, the keying agent, which is originally the main reaction partner with the metallization, becomes extremely concentrated, which inhibits the reaction with the metallization of the substrate, making it difficult to use conventional metallization. A strong metallization cannot be obtained by the method. Conversely, if a large amount of mineralizing agent is contained in the subordinate metallizing sink, the potting agent in the metallizing will be rapidly diffused and absorbed into the porcelain substrate during the firing process, making it impossible to obtain strong metallizing strength. It also became clear.

他方、メタライズィンクの塗布焼結をアルミナ磁器基板
の単独焼成の後に行い、再結合させる方法「テレフンケ
ン法」も公知である(クラェス1へルゲソン、「メタル
とセラミックス間の結合メカニズムの研究」〔CIae
s I Helgesson,〃Investigat
ion of the Bonding Mechan
ism技tweenMe紬sandCeramics〕
)。
On the other hand, the ``Telefunken method'' is also known, which is a method in which metallizing ink is applied and sintered after the individual firing of an alumina porcelain substrate, and then recombined (Klaes 1 Helgeson, ``Study of the bonding mechanism between metals and ceramics'' [ CIae
s I Helgesson, Investigat
ion of the Bonding Mechanism
ism techniques tweenMe Tsumugi sand Ceramics]
).

しかしこの場合は不可避的に生ずる基板の小さなそり、
歪みによってメタライズインクによる回路パターンの精
度が低下する。さらにこれにより実装密度が低下するば
かりでなく、2回焼成を要し、セラミックスの結晶粒径
が粗大化し表面平滑度の劣化となって現れる。加うるに
この方法では多層化も困難であり実装密度の観点からも
不利である。また表面平滑性だけを得るにはセラミック
基板にグレーズ加工する方法もあるが、これは熱放散性
に劣り、またキガヘルツ級の超高周波領域では電気的損
失が非常に大であり使用できなかった。本発明は上述の
従来法の欠点を克服することを目的とし、熱放散性及び
表面平滑性の良く、絶縁抵抗の高い高アルミナ磁器に同
時焼成によるメタラィズ形成を提供せんとする。
However, in this case, the small warpage of the board that inevitably occurs,
The distortion reduces the accuracy of the circuit pattern created by the metallized ink. Furthermore, this not only lowers the packaging density but also requires firing twice, resulting in coarser crystal grains of the ceramic and deterioration of surface smoothness. In addition, this method also makes multilayering difficult and is disadvantageous from the viewpoint of packaging density. Another method to obtain only surface smoothness is to apply a glaze to the ceramic substrate, but this method has poor heat dissipation properties and causes extremely high electrical loss in the gigahertz-level ultra-high frequency range, making it unusable. The present invention aims to overcome the above-mentioned drawbacks of the conventional method and provides metallization formation by co-firing on high alumina porcelain with good heat dissipation, surface smoothness, and high insulation resistance.

即ち、本発明の高アルミナ質セラミックスのメタラィズ
法は、純度99.5重量%以上のAそ203を用いアル
ミナ99重量%以上を含有する高アルミナ質セラミック
スの生素地原料粉末に有機質粘結剤を加えて製作したア
ルミナグリーンテープの表面に、Mo及び/又はWを主
体としAそ203を0.1〜25重量%と、並びにTi
,Ta,Y、又はこれらの化合物の一以上の成分を金属
成分にて全無機物中に計0.1〜2の重量%含有するメ
タラィズィンクにより所望のパターンを印刷した後、温
度1450〜170ぴ○、水蒸気を含む水素雰囲気中に
おいてアルミナセラミックスと共にメタラィズを暁結す
ることを特徴とする。以下、本発明について詳述する。
本発明においては、従釆の90%程度のアルミナ磁器基
板を製造する原料として純度98〜99%の原料アルミ
ナを用いるのと異り、99.5重量%(以下同じ)の高
純度の高アルミナを用いる。使用するアルミナ微粉末が
例えばM蚊,Si02,Ca0の雛化剤の徴量添加によ
る効果を得るために、不純物を含まないA〆20399
.5%以上の純度のアルミナを使用する必要がある。ま
た基板の組成をA〆20399%以上とすることにより
、熱伝導度及び表面平滑度を共に良好に保つことができ
る。
That is, the metallization method for high alumina ceramics of the present invention uses A-203 with a purity of 99.5% by weight or more and adds an organic binder to the raw material powder of high alumina ceramics containing 99% by weight or more of alumina. In addition, the surface of the produced alumina green tape was coated with 0.1 to 25% by weight of A-203, mainly composed of Mo and/or W, and Ti.
, Ta, Y, or one or more of these compounds as metal components in a total amount of 0.1 to 2% by weight based on the total inorganic matter. After printing a desired pattern, the temperature is 1450 to 170 p The method is characterized in that metallization is formed together with alumina ceramics in a hydrogen atmosphere containing water vapor. The present invention will be explained in detail below.
In the present invention, unlike the raw material alumina with a purity of 98 to 99% that is used as a raw material for manufacturing an alumina ceramic substrate that accounts for about 90% of the conventional alumina, high-purity high alumina with a purity of 99.5% by weight (the same applies hereinafter) is used. Use. The alumina fine powder used is A20399, which does not contain any impurities, in order to obtain the effect of adding a brooding agent such as M mosquito, Si02, Ca0.
.. It is necessary to use alumina with a purity of 5% or more. In addition, by setting the composition of the substrate to A20399% or more, both thermal conductivity and surface smoothness can be kept good.

即ち、Aそ203成分の増大と共に熱伝導度は良好にな
るが、これは鉱化剤が少なくなる結果、熱伝導度の小さ
なガラスを含む粒界が減少する反面、熱伝導度の良好な
Q−A夕203結晶が増大することに基〈ことが認めら
れた。またAそ203成分増大と共に平滑度が良好とな
ることは、Q−Aそ203の微結晶が主体として形成さ
れることに基因する。なお使用するアルミナの粒径は、
例えば薄膜回路素子を設ける場合等の如く、高い表面平
滑度の必要なとき等には、1ム以下の粒径が好ましい。
なお高アルミナ磁器基板の鍵化剤としては、一例として
Ca0,Mg○等のアルカリ士類とSi02の配合物を
用いることができる。
That is, as the A-203 component increases, the thermal conductivity improves, but this is because the amount of mineralizing agent decreases, and the grain boundaries containing glass with low thermal conductivity decrease. - It was observed that the number of 203 crystals increased. The reason why the smoothness improves as the A-203 component increases is that microcrystals of the QA-203 are mainly formed. The particle size of the alumina used is
For example, when a high surface smoothness is required, such as when providing a thin film circuit element, a particle size of 1 μm or less is preferable.
As a keying agent for the high alumina ceramic substrate, for example, a mixture of alkali metals such as Ca0 and Mg○ and Si02 can be used.

これらの成分の徴量添加により電気的特性の劣化ないこ
焼結を促進し、A夕203の粒成長を抑制し平滑表面を
確保することができる。これらの鉱化剤は、前述の基板
原料粉末がアルミナ99%以上となる範囲内において添
加される。その他の公知の鉱化剤としてCr203,仏
203,Ta205,Fe203,Ca○,Y203等
を用いることもできる。さらに、上記アルミナ組成の範
囲内で、公知のNi○,Mg○等のアルミナ粒成長抑止
剤を徴量含有せしめることもできる。また、基板のアル
ミナ含有量が99%以上では単に平滑度及び熱伝導度に
おいて優れるのみでなく、施したメタラィズの強度もよ
り上昇する煩向を示す。次に上述の理由から、公知鉱化
剤たるM幻,Si02,Ca0によるガラス質形成によ
るメタラィズ強度は、本願の高アルミナ質セラミックス
基板に対しては期待され得ない。
By adding these components in sufficient quantities, it is possible to promote sintering without deterioration of electrical properties, suppress grain growth of the A-203, and ensure a smooth surface. These mineralizers are added within a range where the aforementioned substrate raw material powder contains 99% or more of alumina. Other known mineralizing agents such as Cr203, Buddha203, Ta205, Fe203, Ca○, Y203, etc. can also be used. Further, within the range of the above alumina composition, a known alumina grain growth inhibitor such as Ni◯ or Mg◯ may be contained in a sufficient amount. Further, when the alumina content of the substrate is 99% or more, not only is the smoothness and thermal conductivity excellent, but also the strength of the applied metallization tends to increase. Next, for the above-mentioned reasons, metallization strength due to glassy formation by known mineralizers such as M, Si02, and Ca0 cannot be expected for the high alumina ceramic substrate of the present application.

本発明はガラス質以外のものによりメタライズとセラミ
ックスの中間層を形成する。即ちTi,Zr,Ta,Y
又はこれらの化合物は基板アルミナの境界部に適度に拡
散し強固なメタラィズを形成する。そのうちTiはアル
ミナに固溶し該境界部にTi成分から成る中間層を形成
し、またZr,Ta,Yもアルミナ中に適度に拡散して
該境界部に強固なメタラィズを形成することが認められ
た。即ち、上記〆タラィズ金属成分は、Aそ2Qに対す
る拡散速度がSi02に比して遅く適度であり、W,M
oの暁結に必要な時間が確保されることが認められた。
特にTaを添加したものは強度面ではTiに比べ少し悪
いが、焼成条件を特に広くとれるため生産面において有
利である。これらの添加金属又はその化合物は単独又は
2以上の組合せにおいて使用でき、いずれの場合におい
ても、含有量は合量で金属成分換算において全無機物中
0.1〜20%とする。
In the present invention, the intermediate layer between metallization and ceramics is formed of a material other than glass. That is, Ti, Zr, Ta, Y
Alternatively, these compounds diffuse appropriately into the boundary between the alumina substrate and form a strong metallization. It was found that Ti dissolves in solid solution in alumina and forms an intermediate layer composed of Ti components at the boundary, and Zr, Ta, and Y also moderately diffuse into alumina and form a strong metallization at the boundary. It was done. That is, the above-mentioned crystallized metal component has a slow diffusion rate with respect to ASO2Q compared to Si02, and has an appropriate diffusion rate with respect to W, M
It was recognized that the time necessary for the dawning of o.
In particular, materials to which Ta is added are a little weaker than Ti in terms of strength, but are advantageous in terms of production because they allow a particularly wide range of firing conditions. These additive metals or compounds thereof can be used alone or in combination of two or more, and in either case, the total content is 0.1 to 20% of the total inorganic substances in terms of metal components.

0.1未満及び20%を越えるとき1ま、メタラィズ強
度が不足し、また20%を越えると拡散現象により表面
絶縁抵抗が低下する。
If it is less than 0.1% or more than 20%, the metallization strength will be insufficient, and if it exceeds 20%, the surface insulation resistance will decrease due to a diffusion phenomenon.

またアルミナ含有は、メタラィズ及びセラミックスの同
時焼成の際に現れる、収縮率の差によるセラミック基板
面とメタラィズ面の境界部におけるマイクロクラックの
防止に有効であることが確認された。
It was also confirmed that the alumina content is effective in preventing microcracks at the boundary between the ceramic substrate surface and the metallized surface due to the difference in shrinkage rate that appears when metallized and ceramic are fired simultaneously.

このマイクロクラックは、たとえ小さな欠陥であっても
、メタラィズの機械的強度に対して大きく作用するので
、これを防止しないと十分な強度が得られない。但し、
本発明では0.1%A夕2Qの添加においてもなおメタ
ライズ強度は大であるが、これは前記のTj,Ta,Y
又はこれらの化合物の添加による。しかし、この場合に
は、マイクロクラックを生ぜしめない所定の狭い焼成条
件に従う必要がある。つまり、A夕203の添加は、マ
イクロクラックを防ぎ、関連して焼成条件の範囲を大き
く広げることに役立つ。更にAその3添加はメタラィズ
中のTi,Ta,Yのセラミック中への異常拡散を抑え
メタラィズの強度を安定に、バラッキがなく保つことが
できる。実施例において開示される如くAI203の含
有量は全メタラィズ金属成分との合量中0.1〜25%
である。
Even if these microcracks are small defects, they have a large effect on the mechanical strength of the metallization, and unless they are prevented, sufficient strength cannot be obtained. however,
In the present invention, the metallization strength is still high even with the addition of 0.1% A and 2Q, but this is due to the above-mentioned Tj, Ta, Y
or by addition of these compounds. However, in this case, it is necessary to follow predetermined narrow firing conditions that do not cause microcracks. In other words, the addition of A203 helps prevent microcracks and, in turn, greatly expands the range of firing conditions. Furthermore, the addition of A No. 3 suppresses the abnormal diffusion of Ti, Ta, and Y in the metallization into the ceramic, making it possible to maintain the strength of the metallization stably and without variation. As disclosed in the examples, the content of AI203 is 0.1 to 25% of the total amount of all metallized metal components.
It is.

メタラィズ強度は一般にA夕2030.1%から約5〜
10%まで増大傾向を示し、それ以上増えると共に減少
傾向を示すが、添加金属成分の組成にも当然依存する。
Aそ20330%含有のときメタラィズ強度低下と共に
その比抵抗が増大しもはや好ましくない。Ti,Zr,
Ta又はYはこれらの化合物即ち、酸化物、水素化物、
炭化物、窒化物等としても用いることができる。
The metallization strength is generally about 5 to 2030.1%.
It shows an increasing tendency up to 10%, and shows a decreasing tendency as it increases beyond that, but it naturally depends on the composition of the added metal component.
When the content of A203 is 30%, the metallization strength decreases and the specific resistance increases, which is no longer preferable. Ti, Zr,
Ta or Y is one of these compounds, i.e. oxide, hydride,
It can also be used as carbide, nitride, etc.

酸化物はアルミナ磁器中に拡散して十分強固なメタラィ
ズを形成する。水素化物はガス分圧比PH2/PH20
30−300の範囲の加湿水素雰囲気下では高温の焼成
温度に至るまでに酸化物となり酸化物と同様に、また炭
化物、窒化物も、焼成時に酸化物に変化し、同機に十分
強固なメタラィズを形成する。例えば、これらの化合物
について1500qOPH2/PH2060で1時間焼
成により、これらは酸化物になっていることがX線回析
により確認された。また金属単体で添加した場合も同様
に金属酸化物に変わることが確められた。但し上記〆タ
ラィズ金属として、それらの化合物を用いる場合、金属
換算成分として添加する。ここに前記含有量は、メタラ
ィズベースト中の全無機質成分中含有量をいう。焼成条
件については、基板アルミナ磁器の焼結範囲1450〜
1700ooにおいて約1時間、水蒸気を含む水素雰囲
気中においてガス分圧比PH2/PH2030〜300
で焼成する必要がある。ガス分圧比PH2/P比○が3
0禾満のときアルミナ磁器の粒成長が生じ表面平滑性が
劣化する。同時に、メタラィズ中のTi,Zr,Ta,
Yの蒸発が著しく大きくなり、これらの雰囲気中及びア
ルミナ基板中へ飛散し、メタラィズ強度が劣化する。P
H2/PH20が300を超えると、メタラィズ成分の
金属添加物が蒸発し金属が基板表面に附着して絶縁抵抗
の低下をもたらす。P弦/P比030〜300で高い絶
縁抵抗と表面平滑性が得られ、好ましくはPH2/PH
2040〜240である。本発明は便宜上、これまで単
層のセラミックグリーンテープ上にメタラィズを施す方
法について説明して来たが、このようにして形成した所
望の回路パターンを印刷した複数枚のセラミックテープ
を種層し、必要に応じスルーホールにより各層の回路パ
タ−ンを接続して、積層基板をも製造可能としている。
The oxide diffuses into the alumina porcelain to form a sufficiently strong metallization. Hydride has gas partial pressure ratio PH2/PH20
In a humidified hydrogen atmosphere in the range of 30-300℃, it becomes an oxide by the time the firing temperature reaches a high temperature. Similarly to oxides, carbides and nitrides also change to oxides during firing, making it possible to form a sufficiently strong metallization on the same machine. Form. For example, it was confirmed by X-ray diffraction that these compounds had become oxides after being calcined at 1500qOPH2/PH2060 for 1 hour. It was also confirmed that when a single metal is added, it turns into a metal oxide in the same way. However, when such a compound is used as the above-mentioned finalizing metal, it is added as a metal equivalent component. The content herein refers to the content in all the inorganic components in the metallized base. Regarding the firing conditions, the sintering range of the substrate alumina porcelain is 1450 ~
Gas partial pressure ratio PH2/PH2030-300 in hydrogen atmosphere containing water vapor for about 1 hour at 1700oo
It needs to be fired. Gas partial pressure ratio PH2/P ratio ○ is 3
When the thickness is 0, grain growth of alumina porcelain occurs and the surface smoothness deteriorates. At the same time, Ti, Zr, Ta,
Evaporation of Y increases significantly and scatters into these atmospheres and into the alumina substrate, deteriorating metallization strength. P
When H2/PH20 exceeds 300, the metal additive of the metallization component evaporates and the metal adheres to the substrate surface, resulting in a decrease in insulation resistance. High insulation resistance and surface smoothness can be obtained with a P string/P ratio of 030 to 300, preferably PH2/PH
It is 2040-240. For the sake of convenience, the present invention has so far described a method of applying metallization on a single layer of ceramic green tape. It is also possible to manufacture a laminated board by connecting the circuit patterns of each layer with through holes as necessary.

本発明は、同時焼成を可能としているので、特に積層基
板の製造にも適している。積層処理は、公知の方法によ
り行うことができ、好ましくは層面に直角方向に加圧圧
着する。またスルーホールにも、本発明によるメタラィ
ズを施すことができる。かくて本発明は、積層された集
積回路基板の製造法を提供するものである。以下実施例
について説明する。実施例 1 純度99.8%、平均粒径0.8ムのQ−A夕203の
粉末100%(重量比、以下同じ)に対して鍵化剤とし
て平均粒径0.5〃のMや,Ca0,Si02を1:1
:1に混合したものを0.5%添加し原料粉末とした。
Since the present invention enables simultaneous firing, it is particularly suitable for manufacturing laminated substrates. The lamination process can be performed by a known method, preferably by pressure bonding in a direction perpendicular to the layer surfaces. Furthermore, the metallization according to the present invention can also be applied to through holes. The present invention thus provides a method of manufacturing a laminated integrated circuit board. Examples will be described below. Example 1 M or M with an average particle size of 0.5 mm was used as a locking agent for 100% powder of Q-A 203 (weight ratio, the same applies hereinafter) with a purity of 99.8% and an average particle size of 0.8 mm. , Ca0, Si02 at 1:1
: 0.5% of the mixture of 1 was added to prepare a raw material powder.

この原料粉末にブチラール樹脂をトリクロールヱチレン
と共に加えてスラリーとし、これからドクターブレード
法により製作した厚さ1肋のテープを5仇舷×4仇吻の
長方形に切断してグリーンテープ基板とした。この主表
面に平均粒径1.3山のW又は同1.0仏のMoにAそ
203を夫々表1に示す割合で配合し、更にTi又はT
i化合物(酸化物)を副成分として3%含有せしめる。
これに有機バインダーと溶剤を加えて混練して得たメタ
ラィズベーストをスクリーン印刷法によって2側x2側
のメタラィズ強度測定用パターンに厚さ20仏で印刷し
、これを水素雰囲気中かつガス分圧比PH2/PH20
60〜80で1500℃にて1時間焼成し、グリーンテ
ープ基板を焼結せしめると共にメタラィズベーストの表
面焼結を行い、金属化面を形成する。かくして得た試料
について諸特性を測定し、その結果を表1に示す。本実
施例は主としてAそ203の含有量の効果を示すもので
ある。メタラィズ形成面とセラミックス基板の自由画と
の境界部に生じ易いマイクロクラツクは本実施例につい
ては認められなかった。表1から明らかな如く、Aそ2
030.1〜20%の間で5%の付近に強度のピ−クが
ある。表面絶縁抵抗は2×1び40〜1×1び30と対
照例のSi02副成分のもの(1びIQのオーダー)よ
りも一段と向上している。なお、Aそ20330%とな
るとメタライズ強度が低下し、メタラィズ比抵抗も増大
する(範囲外)。WについてもMoについてもほゞ同様
な傾向である。W及びMo併用のときは夫々の単独時よ
りもや)メタラィズ強度が低下するが、全体的懐向は同
じである。実施例 2 A〆203を実施例1でメタラィズ強度のピークを示し
た値5%と、また最低値0.1%に固定して実施例1と
同様な方法で製作した試料につき、同様にして測定した
結果を表2に示す。
Butyral resin was added to this raw material powder together with trichlorethylene to form a slurry, and a tape with a thickness of 1 rib was produced using the doctor blade method and cut into a rectangular shape measuring 5 m x 4 m to form a green tape substrate. On this main surface, W or Mo with an average particle diameter of 1.3 mounds was blended with Aso203 in the proportions shown in Table 1, and further Ti or T
Contain 3% of compound i (oxide) as a subcomponent.
The metallized base obtained by adding an organic binder and a solvent to this and kneading it was printed with a thickness of 20 mm on a 2 side x 2 side metallized strength measurement pattern using a screen printing method, and this was printed in a hydrogen atmosphere and with a gas content. Pressure ratio PH2/PH20
The green tape substrate is sintered and the surface of the metallized base is sintered to form a metallized surface. Various properties of the sample thus obtained were measured, and the results are shown in Table 1. This example mainly shows the effect of the content of A-203. Microcracks that tend to occur at the boundary between the metallized surface and the free image of the ceramic substrate were not observed in this example. As is clear from Table 1, A-2
There is an intensity peak around 5% between 030.1 and 20%. The surface insulation resistance is 2×1 and 40 to 1×1 and 30, which is much higher than that of the control example with the Si02 subcomponent (on the order of 1 and IQ). It should be noted that when the A thickness reaches 20330%, the metallization strength decreases and the metallization specific resistance also increases (outside the range). The tendency is almost the same for both W and Mo. When W and Mo are used in combination, the metallization strength is lower than when each is used alone, but the overall effect is the same. Example 2 Samples manufactured in the same manner as in Example 1 with A〆203 fixed at 5%, the value at which the metallization strength peaked in Example 1, and at the lowest value, 0.1%, were similarly prepared. The measured results are shown in Table 2.

ここではTiの量的効果を示す。A〆2030.1%と
5%ではTiの量的変化に対する各特性値は同機な煩向
を示している。Tiの上限は約20%、下限は約0.1
%のところにある。またAど2030.1%に対して5
%の方が一般により安定した値を示す。ここでA夕20
3はアルミナセラミック中へ拡散したチタンによるセラ
ミック粒の異常粒成長を抑止している結果、マイクロク
ラックの原因の一である異常粒成長による異万性の発生
も抑止しているからである。A〆203を含有するもの
はセラミックの異常粒成長の粒径を2割程度小さくし異
常粒成長層を薄くする効果が見られるためマイクロクラ
ックを抑制している。またA之203を5%程度入れた
ものは0.1%に比べ異常粒成長部の粒径を更に小さく
し、また異常粒成長層を更に薄くする効果が見られるた
めマイクロクラツクは全く生じていない。実施例 3 メタラィズの副成分をTiに代えTaとして、実施例1
と同様にして試料を製作し、試験を行い、その結果を表
3に示す。
Here, the quantitative effect of Ti is shown. At A〆2030.1% and 5%, each characteristic value with respect to the quantitative change of Ti shows the same tendency. The upper limit of Ti is about 20%, the lower limit is about 0.1
It's in %. Also, 5% for A and 2030.1%.
% generally shows a more stable value. Here A evening 20
3 is because titanium diffused into the alumina ceramic suppresses abnormal grain growth of ceramic grains, and as a result, the occurrence of heterogeneity due to abnormal grain growth, which is one of the causes of microcracks, is also suppressed. Those containing A〆203 have the effect of reducing the grain size of abnormal grain growth in the ceramic by about 20% and making the abnormal grain growth layer thinner, thereby suppressing microcracks. In addition, when A-203 is added at about 5%, compared to 0.1%, it has the effect of further reducing the grain size in the abnormal grain growth area and making the abnormal grain growth layer even thinner, so no microcracks occur. Not yet. Example 3 The subcomponent of metallization was replaced with Ti and Ta was used in Example 1.
Samples were prepared and tested in the same manner as above, and the results are shown in Table 3.

TaはTiとほゞ同様な性質を示した。実施例 4 メタラィズ副成分のTiをYに代えて、その他は実施例
1と同様にして得た試料についての試験結果を表4に示
す。
Ta exhibited properties almost similar to Ti. Example 4 Table 4 shows the test results for a sample obtained in the same manner as in Example 1 except that Ti as a metallization subcomponent was replaced with Y.

Ti,Taに比べてや)低目ではあるがYO.1〜20
%、Aそ2030.1〜25%において安定した値を示
した。実施例 5 実施例1における副成分Tiに代えて、Ti,Ta,Z
r及びYの4成分のうち2種づつの組合せとして用い、
その他は実施例1と同機にして得た試料について測定し
た結果を表5〜表7に示す。
Although it is low (compared to Ti and Ta), YO. 1-20
%, A-203 showed stable values in the range of 0.1 to 25%. Example 5 In place of the subcomponent Ti in Example 1, Ti, Ta, Z
Used as a combination of two of the four components r and Y,
Other measurements are shown in Tables 5 to 7 for samples obtained using the same machine as in Example 1.

各組合せとも1成分単独の副成分に比べてメタラィズ強
度がや)低下しているが合計0.1〜20%の範囲で有
効であることを示した。またA〆203も各副成分単独
時と同様にこれらの組合せに対して0.1〜25%に範
囲で有効であることを示した。実施例 6Ti,Ta及
びYの中からの2種の組合せ及び3種の組合せを副成分
として用いる外は実施例1と同様にして得た試料を測定
し、その結果を表8〜表10に示す。
Although the metallization strength of each combination was slightly lower than that of one component alone as a subcomponent, it was shown to be effective within a total range of 0.1 to 20%. In addition, A〆203 was also shown to be effective in the range of 0.1 to 25% for the combination of these subcomponents as well as when each subcomponent was used alone. Example 6 Samples obtained in the same manner as in Example 1 except that two and three combinations of Ti, Ta, and Y were used as subcomponents were measured, and the results are shown in Tables 8 to 10. show.

この場合も、上記3種の副成分の合計が0.1〜20%
のとき有効であることを示した。Aそ夕3についてもこ
れらの組合せに対し、0.1〜25%の範囲で効果を示
した。なお実施例1〜6を通じてW,Moの間にはわず
かの差が認められ、W及びMoの1:1配合のときは大
抵両者単独の場合のはゞ中間値を示した。
In this case as well, the total of the above three types of subcomponents is 0.1 to 20%
It was shown that it is effective when A-Soyu 3 also showed effects in the range of 0.1 to 25% for these combinations. In Examples 1 to 6, there was a slight difference between W and Mo, and when W and Mo were mixed in a 1:1 ratio, the value was almost the same as when they were used alone.

以上の実施例1〜7においては、Ti,Ta,Yの金属
は単体として添加されたが、更に、本発明はこれらの金
属の酸化物について、金属換算として、同一の合計含有
量の範囲において、ほゞ同様の結果を生ずることが認め
られた。
In the above Examples 1 to 7, the metals Ti, Ta, and Y were added as simple substances, but the present invention further provides for the addition of oxides of these metals within the same total content range in terms of metals. , it was found that almost the same results were produced.

以下にその実施例を示す。実施例 7 実施例1のTiを、Ti02におきかえて、添加量は金
属換算として、実施例1と同様にして得た試料につき測
定の結果を表11に示す。
Examples are shown below. Example 7 Table 11 shows the measurement results for a sample obtained in the same manner as in Example 1, except that Ti in Example 1 was replaced with Ti02 and the amount added was expressed as metal.

その結果明らかな如く、酸化物添加の場合においても、
金属襖表 1註※表面絶縁抵抗 グリーンテ‐フ。
As is clear from the results, even in the case of oxide addition,
Metal fusuma table 1 note *Surface insulation resistance Green tape.

基板を50物×40肌の長方形に切断し、この主表面に
長さ30物x中3物×厚さ約20仏の一対の帯状メタラ
イズ層を25の双の間隔で平行に印刷燐結し、上記一対
のメタライズ間の絶縁抵抗を250Vの超絶緑計により
測定した。※比抵抗 上記帯状メタライズ面の両端面の
比抵抗をブリッジにより測定した。※メヌライズ強度測
定試験 正方形メヌライズ強度測定用パターンの金属化
面上に厚さ3〜5仏のNiメッキを施した後コバールリ
ボンの端部を1.8側×1.8物の寸法に切断して銀。
ゥ着し、ロゥ着面と直角方向に張力を加え、剥離時の荷
重を測定した。表 2表 3 表 4 表 4 表 5 表 6 表 7 表 8 表 9 表 10 表 11 表 13 算同一量の金属単体を添加した場合と実質上大差は見ら
れない。
The substrate was cut into a rectangle of 50 pieces x 40 pieces, and a pair of belt-shaped metallized layers of length 30 pieces x 3 pieces in length x about 20 pieces thick were printed and phosphorized in parallel at a spacing of 25 pieces on the main surface. The insulation resistance between the pair of metallizations was measured using a 250V supermeter. *Specific resistance The specific resistance of both end faces of the above band-shaped metallized surface was measured using a bridge. *Menurise strength measurement test After applying Ni plating to a thickness of 3 to 5 mm on the metallized surface of the square menurise strength measurement pattern, the end of the Kovar ribbon was cut into a size of 1.8 side x 1.8 inch. Silver.
The solder was applied with tension in a direction perpendicular to the waxed surface, and the load at the time of peeling was measured. Table 2 Table 3 Table 4 Table 4 Table 5 Table 6 Table 7 Table 8 Table 9 Table 10 Table 11 Table 13 There is virtually no significant difference from the case where the same amount of metal alone is added.

このことは、窒化物、水素化物、炭化物として該副成分
を添加した場合にも確かめられたが、理論的にも本発明
の焼成条件下においては例えばこれらの金属窒化物は、
最終的には酸化物の形をとることがそのフリーェネルキ
ーの値から裏付けられている(参照「電気化学便覧一丸
善、「製鉄製鋼における酸化物の相平衡」A・ムアン、
E・F・オスボーン共著、宗官重行訳P9一10)。そ
の他、炭化物、水素化物についても同様である。なお、
第5〜1項歳こはZrを含む場合も併記したが、本発明
は、Ti,Ta,Yと共にZrを併用することもできる
。対照例 1 メタラィズの公知の副成分としてSi02のみを用いた
実施例1と同様にして得た試料について測定した結果を
表13に示す。
This was also confirmed when the subcomponents were added as nitrides, hydrides, and carbides, but theoretically, under the firing conditions of the present invention, for example, these metal nitrides
The fact that it ultimately takes the form of an oxide is supported by its Frienersky value (see "Electrochemistry Handbook Ichimaruzen,""Phase Equilibrium of Oxides in Iron and Steel Manufacturing" by A. Muan,
Co-authored by E.F. Osborne, translated by Shigeyuki Sokan, pages 9-10). The same applies to other carbides and hydrides. In addition,
Items 5 to 1 have also been described where Zr is included, but in the present invention, Zr can also be used in combination with Ti, Ta, and Y. Control Example 1 Table 13 shows the results of measurements on a sample obtained in the same manner as in Example 1 using only Si02 as a known subcomponent of metallization.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 純度99.5重量%以上のアルミナを用いアルミナ
99重量%以上を含有する高アルミナ質セラミツクスの
生素地原料粉末に有機質粘結剤を加えて製作したアルミ
ナグリーンテープの表面に、Mo及び/又はWを主体と
しAl_2O_30.1〜25重量%と、並びにTi,
Ta,Y又はこれらの化合物の一以上の成分を金属成分
にて全無機物中に計0.1〜20重量%含有するメタラ
イズインクにより所望のパターンを印刷した後、温度1
450〜1700℃、水蒸気を含む水素雰囲気中におい
てアルミナセラミツクスと共にメタライズを焼結するこ
とを特徴とする高アルミナ質セラミツクスのメタライズ
法。 2 前記Ti,Ta,Yの化合物として、これらの金属
の酸化物、水素化物、窒化物又は炭化物の1以上を用い
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の高アル
ミナ質セラミツクスのメタライズ法。 3 純度99.5重量%以上のアルミナを用いアルミナ
99重量%以上を含有する高アルミナ質セラミツクスの
生素地原料粉末に有機質粘結剤を加えて製作したアルミ
ナグリーンテープの表面にMo及び/又はWを主体とし
Al_2O_30.1〜25重量%と、並びにTi,T
a,Y、又はこれらの化合物の一以上の成分を金属成分
にて全無機物中に計0.2〜20重量%含有するメタラ
イズインクにより所望のパターンを印刷した後、該印刷
基板を積層して圧着し、温度1450〜1700℃、水
蒸気を含む水素雰囲気中においてアルミナセラミツクス
と共にメタライズを焼結することを特徴とする高アルミ
ナ質セラミツクスのメタライズ法。 4 前記Ti,Ta,Yの化合物として、これらの金属
の酸化物、水素化物、窒化物又は炭化物の1以上を用い
ることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の高アル
ミナ質セラミツクスのメタライズ法。
[Scope of Claims] 1. The surface of an alumina green tape manufactured by using alumina with a purity of 99.5% by weight or more and adding an organic binder to a raw material powder of high alumina ceramics containing 99% by weight or more of alumina. , mainly composed of Mo and/or W, and Al_2O_30.1 to 25% by weight, and Ti,
After printing a desired pattern with a metallizing ink containing 0.1 to 20% by weight of one or more of Ta, Y, or one or more of these compounds as a metal component in total inorganic matter, the temperature is 1.
A method for metallizing high alumina ceramics, characterized by sintering metallization together with alumina ceramics at 450 to 1700°C in a hydrogen atmosphere containing water vapor. 2. Metallization of high alumina ceramics according to claim 1, characterized in that one or more of oxides, hydrides, nitrides, or carbides of these metals is used as the compound of Ti, Ta, and Y. Law. 3 Mo and/or W are added to the surface of alumina green tape produced by adding an organic binder to the raw material powder of high alumina ceramics containing 99% by weight or more of alumina using alumina with a purity of 99.5% by weight or more. Mainly contains Al_2O_30.1 to 25% by weight, and Ti, T
After printing a desired pattern with a metallizing ink containing a total of 0.2 to 20% by weight of one or more components of a, Y, or these compounds in total inorganic substances as a metal component, the printed substrates are laminated. A method for metallizing high alumina ceramics, which comprises press-bonding and sintering the metallization together with alumina ceramics at a temperature of 1450 to 1700° C. in a hydrogen atmosphere containing water vapor. 4. Metallization of high alumina ceramics according to claim 3, wherein one or more of oxides, hydrides, nitrides, or carbides of these metals is used as the compound of Ti, Ta, and Y. Law.
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FR2643364B1 (en) * 1989-02-22 1993-08-13 Air Liquide PROCESS FOR PREPARING CERAMIC-METAL MULTILAYER COMPONENTS AND APPARATUS FOR IMPLEMENTING SAME
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