(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発可能な有機結合剤中に分散した、高い焼結温度を有する無機固体粒子と、前記無機固体粒子の焼結温度を下回る低い焼結温度を有する無機結合剤とからなる混合物を含有し、高い焼結温度を有する無機固体粒子が、少なくとも部分的に繊維の形で存在する、支持体基板、特にセラミック支持体基板上の電気構造体のスクリーン印刷用ペーストにおいて、繊維の長さが１５〜１００μｍであることを特徴とする支持体基板上の電気構造体のスクリーン印刷用ペースト。
【請求項２】
繊維の長さが繊維の直径を少なくとも５倍上回る、請求項１記載のペースト。
【請求項３】
繊維がセラミック繊維である、請求項１又は２記載のペースト。
【請求項４】
セラミック繊維がＡｌ2Ｏ3セラミックから製造されている、請求項３記載のペースト。
【請求項５】
繊維が、無機結合剤の焼結温度を上回る軟化点を有する高焼結性ガラスから製造されているガラス繊維である、請求項１又は２記載のペースト。
【請求項６】
ガラス繊維がホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス又はシリカガラスから製造されている、請求項５記載のペースト。
【請求項７】
ペーストが、高い焼結温度を有する繊維の他にさらに、高い焼結温度を有する非繊維状のセラミック粒子を有する、請求項６記載のペースト。
【請求項８】
ペースト中の繊維の体積割合は、２〜１０％である、請求項１記載のペースト。
【請求項９】
ペーストが導電材添加物を含有する、請求項１から８までのいずれか１項記載のペースト。
【請求項１０】
導電材が金属酸化物である、請求項９記載のペースト。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載のペーストを用いて支持体基板上にスクリーン印刷し、引き続き焼結することにより製造された電気構造体を有する支持体基板において、前記構造体が電気抵抗を形成する支持体基板。
【請求項１２】
請求項１から８までのいずれか１項記載のペーストを用いて支持体基板上にスクリーン印刷し、引き続き焼結することにより製造された電気構造体を有する支持体基板において、前記支持体基板上の構造体がカバー層又は絶縁層を形成する支持体基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
先行技術
本発明は、独立形式請求項１の上位概念中に示された特徴を有するセラミック支持体基板上の電気構造体のスクリーン印刷用ペーストに関する。
【０００２】
この種のペーストは、セラミック支持体基板上に電子部材、例えば抵抗、キャパシタ層、並びにセラミック支持体基板上に設置された電子回路を外部から絶縁するカバー層又は保護層を作成するために、厚膜技術において使用される。公知の厚膜ペーストの組成は、例えばHerbert Reichl; Hybridintegration: Technologie u. Entwurf von Dickschichtschaltungen; Huethig Verlag, Heidelberg, 1988, 37 - 63頁に記載されている。この厚膜ペーストはスクリーン印刷法でセラミック基板上に印刷される。この公知のペーストは高い軟化点を有するかもしくは高い焼結温度を有する小さな固体粒子と、無機結合剤、例えば低い焼結温度を有するガラスの混合物からなり、この混合物は蒸発可能な有機結合剤中に分散されている。この固体粒子は一般に約０．１〜３μｍの直径を有する。この分散物はペーストのコンシステンシーを示し、かつ前記ペーストがスクリーン印刷用に適当となるレオロジーを有する。有機結合剤は多様な添加物、例えばペーストの印刷適正を向上させる溶剤及び流動化剤を含有する。抵抗の印刷の場合ペーストにはさらに抵抗部材の導電性を決定する金属酸化物を混合する。印刷後に印刷された構造体は焼結工程で焼成され、その際、有機結合剤はペーストから完全に蒸発もしくは熱分解する。固体物質粒子の焼結温度を下回るが、無機結合剤の焼結温度を上回る温度で無機結合剤が軟化し、焼結しない固体物質粒子を取り囲む。冷却後に完成した電気構造体は、支持体基板とは異なる熱膨張挙動を有する。従って、温度変動の際には頻繁に抵抗構造体に亀裂が生じ、それにより電気構造体は不利な影響を及ぼされる。極端な場合抵抗は完全に作動しなくなる。印刷された被覆層又は絶縁層内での亀裂は有害物質の不利な侵入もしくは条導体の短絡を引き起こす。
【０００３】
本発明の利点
セラミック支持体基板上に電気構造体をスクリーン印刷するための本発明によるペーストを用いた場合、有利に印刷された構造体の引っ張り強度は１０倍高められ、構造体の亀裂形成又は破断の危険は減少する。支持体基板上に作成された回路の欠損の確率は、それにより明らかに減少し、このことは特に、印刷された構造体を備えた支持体基板が運転の際に著しい温度変化負荷にさらされるか又は著しい加速力にさらされる場合に、例えば自動車の電子装置中の場合に重要である。構造体の破壊安定性及び強度はスクリーン印刷ペーストの高焼結性の固体成分を形成する繊維により高められる。焼成された構造体（抵抗又は絶縁層）中に導入された繊維はこの場合、形成された構造体の強度を高める。この繊維は無機結合剤の焼結温度で焼結しない材料から形成されている。例えばセラミック繊維又は高い軟化温度もしくは高い焼結温度を有するＨＴ−ガラスからなる繊維が挙げられる。繊維の長さは少なくともその直径の５倍である。繊維含有ペーストはスクリーン印刷挙動において良好な印刷適性を示すため、公知のスクリーン印刷技術を用いて構造体を支持体基板上に設置することができる。
【０００４】
実施例の記載
本発明の実施例は次の記載において詳説される。電気構造体を支持体基板上にスクリーン印刷するために使用されるペーストは少なくとも次の成分を有する：
ａ）  高い焼結温度を有する無機繊維粒子、
ｂ）  無機結合剤
ｃ）  蒸発可能な有機結合剤。
【０００５】
ペースト中に含まれる無機繊維粒子は、無機結合剤の焼結温度を明らかに上回る焼結温度を有し、かつ焼成プロセスの間に焼結しない。このために挙げられる材料は、セラミック固体物質又は高い軟化点を有するＨＴ−ガラスからなる繊維である。例えば、この繊維はＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＣａＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＣａＳｎＯ３、ＢａＳｎＯ３、金属炭化物又は金属窒化物、二酸化ジルコニウム又は二酸化ケイ素から製造することができる。ＨＴ−ガラスとしては石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、シリカガラス及び他のガラスが挙げられる。有利な実施例において、繊維はＡｌ２Ｏ３セラミックから製造される。この種の繊維は例えば切削工具における使用のために市販されている。繊維の直径は３〜１０マイクロメータであるのが好ましく、繊維の長さは１５〜１００マイクロメータであるのが好ましい。繊維の長さは直径の５倍を上回るのが好ましい。良好な結果は直径の５〜１０倍の長さの繊維を用いて達成された。スクリーン印刷ペースト中の繊維の充填量は約２〜１０体積％である。場合によりこのペーストはさらなる高焼結性、非繊維状のセラミック粒子又は異なる形状を有するＨＴガラスからなる粒子を含有することができる。
【０００６】
無機結合剤として、印刷された構造体の焼成時に粘性の相焼結が行われる繊維の焼結温度を明らかに下回る焼結温度の公知のガラスが使用される。この粒度は０．５〜２０マイクロメータである。アモルファスのガラス化可能な又はアモルファスの結晶可能なガラスが挙げられ、これは一般に無機結合剤として厚膜ペースト中に使用される。
【０００７】
有機結合剤は印刷支持体及び多様な添加物、例えば軟化剤、例えばグリセリン及び溶剤、例えばエチルセルロース又はテルピネオールである。先行技術において公知の厚膜ペースト用のポリマー結合剤が挙げられる。
【０００８】
ペーストのスクリーン印刷のために、ウェブ幅及び開口直径約２０〜１２０マイクロメータを有するスクリーンが使用される。もちろん印刷ステンシルを使用することもできる。支持体基板として例えばＡｌ２Ｏ３セラミックからなるセラミック支持体基板又は多層基板が使用される。
【０００９】
支持体基板上の抵抗の印刷のために、前記したペーストは導電材を混入される。これについては例えばルテニウム酸鉛Ｐｂ２Ｒｕ２Ｏ６を使用することができる。しかしながら他の導電材も挙げられる。例えば二酸化ルテニウム又は酸化イリジウム／白金及び酸化パラジウム／銀の混入。
【００１０】
この構造体を５〜５０マイクロメータの厚さでセラミック支持体基板上に設置し、乾燥し、引き続き焼結炉中で焼成する。４００〜６００℃の温度でペーストから有機成分を蒸発又は熱分解させる。７５０〜１００℃の温度で無機結合剤の軟化及び焼結が始まり、それにより１０００℃を明らかに上回る軟化点を有する焼結されない繊維粒子はより緻密に配列される。
【００１１】
スクリーン印刷ペーストの上記の組成を用いて、多様な電気構造体を支持体基板上に設置することができる。例えばセラミック支持体基板の上面にカバー層を設置することができる。同様に条導体上に絶縁層を印刷し、これを引き続き別の条導体で覆うことも可能である。特別な添加物、例えば上記の導電材料添加物を使用することにより、抵抗素子を印刷することもできる。さらに特別なペースト添加物により支持体基板上にここに挙げられたペーストを用いてキャパシタ層を印刷することも可能である。焼結された構造体中の繊維の体積割合は、冷却後に６〜２０％である。焼結した構造体中に含まれる繊維はいわば内部骨格を形成し、それにより構造体の強度は高まる。