CN1040921C - 导电聚合组合物 - Google Patents

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Abstract

一导电厚膜树脂组合物包含导体金属的微细分散颗粒导电金属(1)它分散在一种液体有机介质中，该介质包含(2)丙烯酸聚合物基本粘合剂和(3)具有热降解温度不低于300℃的溶于(4)挥发性有机溶剂中的网状树脂助粘合剂。

Description

导电聚合组合物
本发明涉及对用于制造微电路元件的导电聚合组合物。
导电聚合组合物是由导电金属如银或银合金的微小分散颗粒分散在一种由通常的固体有机聚合物溶解在有机溶剂所构成的有机介质中组成的。组合物通常是稠状糊，这样它们就能利用丝网印刷到合适的基材上。为此，可使用各种合成聚合物，而最常使用的是丙烯酸聚合物，这类组合物常使用1-40％(重量)的有机聚合物固体，相对于100％重量的有机介质(聚合物加溶剂)来说。
含有丙烯酸聚合物的导电聚合组合物对焊接元件提供了良好的粘合性，尽管如此，当在更高的焊接温度如240℃和更高时，它们还是有从它们的基材上脱层的趋向。
本发明的目的是克服上述组合物制品的脱层问题。本发明在它的原始组成中指明了一导电聚合组合物包含选自导电金属，合金及其它们混合物的导电固体的微细分散颗粒(1)分散在一有机介质，此介质包含(2)一丙烯聚合物或共聚物和(3)具有一高于300℃的热降解温度溶于(4)挥发性有机溶剂中的网状聚合物。
在优选组成中，本发明指出了上述组合物另外还包含软化点不低于290℃的以金属氧化物为基体材料的微小分散颗粒。
附图由两张图组成，两张图图解说明了本发明组合物当在其中包含一定的含金属氧化物材料的量时的焊接能力和抗焊接渗漏性的相关性。
A.本发明的详细说明
导电树脂组合物膜脱层的原因之一是当其暴露在200℃或更高的温度时在液化的丙烯酸树脂的粘度会急剧下降，因此在焊接时，很不希望看到当加入颗粒状主要是金属氧化物的材料结合以更高的耐热性聚合物时所导致的聚合物的流动抑制。考虑到丙烯酸树脂的玻璃化转变通常为110℃或更低的温度的这个事实，就特别不希望发生这种现象，假定本发明的含金属氧化物的无机材料和耐高温聚合物组份能改善耐焊性，当树脂温度提高到一高温的同时覆盖在导电填料，如银粉等的表面，因而就减少了银粉等与焊锡的接触面积。已知的焊接步骤包括一些银粉的迁移，当银粉与焊锡接触时，这种迁移是发生在导电聚合物组份膜到膜表面之间，而银粉的迁移同样会导致聚合物本身向膜表面的迁移，因此，银粉表面的覆盖就减少了能迁移到膜表面并与焊锡接触的银粉量，因而同样抑制了树脂的迁移，故可以想象这也延缓了膜从基体材料上的脱层，这点是很明显地，丙烯酸或网状树脂必须液化到某种程度以容许银粉移动并与焊锡接触，以便使焊锡粘着在导电树脂组合物膜上，因此，加入的无机或有机材料的量要限制在能使树脂在高温下能液化到某种程度的范围内，下面将详细描述这些无机和有机材料。B.丙烯酸聚合物组份
各种烯不饱和丙烯酸单体的均聚物和共聚物都可用来作为本发明组合物的基本粘合剂树脂。如这里所使用的，术语“丙烯酸的”包括甲基丙烯酸以及丙烯酸树脂和术语“聚合物”包括共聚物和(多)共聚物。无论是丙烯酸聚合物或是网状聚合物都可作为本发明的聚合物组份。合适的丙烯酸聚合物包括甲基丙烯酸酯的聚合物和共聚物。虽然不一定要丙烯酸聚合物具有高的热降解温度，但若能如此就相当理想。
在本发明组合物中基本粘合剂的量应至少为6份(重量)，基于100份的导电金属，以便能很好地粘合颗粒固体。但是，所使用的基本粘合剂不应超过30份(重量)以免导电组合物的过分减少。C.耐热聚合物组份
本发明组合物较佳的耐热聚合物组份是每个分子中含12-200个碳原子，并且此聚合物必须在高达300℃，较佳为350℃时的温度时也不会发生热降解，450℃或更高温度的热降解仍可进一步优选。网状聚合物在这种性能方面是特别有用的，它包括可溶可熔酚醛清漆聚合物，苯氧树脂和改性的松香聚合物。环氧树脂和密胺树脂同样可应用于此用途。
用于本发明组合物的这些聚合物，优选的量为每100份(重量)的导电填料中有2-40份(重量)。小于这个范围时就不能充分改善抗焊性，大于此范围时就会产生粘合焊接或阻抗值的问题。所使用的网状树脂的优选量相当于3-10份(重量)，基于100份(重量)的导电金属颗粒，所使用的有机材料的量以使用在按导电树脂组合物应用的上述范围内有机材料的类型来选择最佳值。
按在此处所使用的，术语“聚合物”和“树脂”可互换。D.以金属氧化物为基体的材料
用于本发明以金属氧化物为基体的无机材料是金属氧化物如TiO2，Al2O3，NiO，云母和金属氧化物玻璃如硼硅酸铅，这些无机材料也可以一混合物来使用。无机材料较佳是具有平均颗粒尺寸不超过10μm的颗粒状材料。具有较大尺寸的材料将会产生膜表面的粗糙问题。加入的无机材料的量较佳为每100份(重量)的导电填料中含有3-50份(重量)，小于3份(重量)时就会导致不充分的抗焊性，大于50份(重量)时就会产生很差的焊接粘合性。碱金属和镉的氧化物是不包括在内的。碱土金属氧化物可用于本发明中，只要它们的熔点高于290℃。按100份(重量)的导电金属颗粒，优选使用的以金属氧化物为基体的颗粒的量相当于10-40份(重量)。以金属氧化物为基体的颗粒尺寸应在0.1-20微米的范围内，较佳为0.5-10微米。E.导电金属
多种导体材料包括Au，Ag，Pd，Cu，Ni和合金以及它们的混合物都可用于本发明。导体金属颗粒的粒子尺寸应在0.1-20微米的范围内，较佳为0.5-10微米。F.溶剂
用在本发明组合物液体介质的溶剂同样是那些常用的粘稠膜状糊，这就是说，大量的惰性液体溶剂可作为液体有机介质来使用，例举这样的液体有：脂族醇，这种醇的酯，萜烯和溶剂如乙二醇一乙酸酯的一丁醚。
本发明分散体系中液体有机介质与固体的比率随着所使用的分散方式和有机物种类而可以有相当大的变化，通常要达到良好的覆盖厚度分散体系必须包含补充的60-95％的固体和40-5％总量的液体介质，当然，用于本发明的有机介质可通过加入第二添加剂材料来改性，如触变剂，增塑剂，表面活性剂等，只要上述原材料的基本性质能保持不变。
本发明组合物可通过惯用的粘稠膜糊掺合无机颗粒和液体介质组份，然后研磨此混合物而得到适合于丝网印刷的稠度和流变性能的固体微细分散体系的方法制备而得。
实施例实施例1-5
一组五种导电树脂组合物是通过加入无机材料，TiO2来制备的银丙烯酸型导电组合物TiO2加入的各种量在表1中给出。表1中指出的TiO2的量是指每100份(重量)的银粉中所含的份数(重量)。实施例1-5是使用甲基丙烯酸树脂作为丙烯酸树脂组份，用丁基乙酸溶纤剂作为溶剂，所使用的甲基丙烯酸树脂的量为每100份(重量)的银粉中为6.7份(重量)；所使用的丁基乙酸溶纤剂的量为每100份(重量)的银粉中为13.3份(重量)。
通过下述步骤来评定这些组合物的焊接粘合性和抗焊性。首先，将导电树脂组合物印到氧化铝基材上(Al2O3，96％)，产生厚度为10-30μm的干膜，在150℃时干燥60分钟，然后和基材一起在一Pb/Sn低共熔焊锡(Pb/Sn＝40/60)中浸渍2秒钟，接着测量基材上的残留膜的面积和粘合在膜上的焊锡面积。焊接粘合性是通过(粘合在膜上的焊锡面积)/(基材上的残留膜的面积)×100来评价的，抗焊性是通过(基材上的残留膜的面积)/(焊接中浸渍前在基材上的膜面积)×100来评价的，所得结果由图1给出，在图1中，曲线1代表焊接粘合性的变化，曲线2代表抗焊性的变化。
               表1
实施例编号   加入的TiO2的量每100份(重量)的银
    12345      0.0份(重量)7.6份(重量)17.2份(重量)29.6份(重量)68.8份(重量)
实施例6-10
将在实施例1-5中使用的同样的银丙烯酸导电树脂组合物按表2所列混合不同数量的可溶可熔性酚醛清漆树脂作为有有机材料组份来制备导电树脂组份样品6-10，表2中，所加入的可溶可熔性酚醛清漆树脂的量基于每100份(重量)的银粉中占有的份数(重量)与实施例1-5相似，同样对这些组合物评价其焊接粘合性和抗焊性，结果在图2中给出，在图2中，曲线1代表焊接粘合性的变化，曲线2代表抗焊性的变化。
           表2
实施例编号    加入的TiO2的量每100份(重量)的银
    678910      0.0份(重量)2.5份(重量)5.0份(重量)7.5份(重量)10.0份(重量)
图1和图2中列出的结果说明了恰当选择所加入的无机材料和有机材料的数量就可能制得具有改善了的抗焊性而仍能保持良好焊接粘合性的导电树脂组合物膜。

Claims (5)

1.一种导电厚膜树脂组合物，它包含微细分散的颗粒(1)某种分散在液体有机介质中的导电金属，以100份重量导电金属为基准，(2)6-30份丙烯酸聚合物基本粘合剂，和(3)2-40份具有一热降解温度不低于300℃的溶于(4)挥发性有机溶剂中的网状树脂辅助粘合剂，所述组合物中还分散有3-50份具有软化点不低于290℃的以金属氧化物为基体的材料微细分散颗粒。
2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于以金属氧化物为基体的材料选自以金属氧化物为基体的玻璃，非碱金属氧化物及其混合物。
3.如权利要求2所述的组合物，其特征在于以金属氧化物为基体的材料是选自TiO2，Al2O3，NiO和它们的混合物的某种金属氧化物。
4.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述辅助粘合剂选自，可熔性酚醛清漆树脂，苯氧树脂，改性松香树脂，环氧树脂，密胺树脂和它们的混合物。
5.将权利要求1所述的糊状组合物的线路用丝网印刷法印刷到一基材上并在升高的温度下加热此组合物，加热的时间足以使挥发性溶剂通过蒸发而得以完全去除而制得导电线路。
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