CN1270494A - 形成导电图案和制备陶瓷多层基材的方法 - Google Patents

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Abstract

揭示了一种形成导电图案的方法,它包括:将光敏性导电浆料施涂到载体1上,形成膜2,所述浆料包含具有酸性官能团的有机粘合剂、光敏性有机组分、多价金属粉末,以及沸点约为178℃或更高的一元醇化合物、阴离子吸附用材料和/或触变剂;对膜2进行曝光和显影,由此形成导电图案3a和3b;将形成于载体1上的导电图案3a和3b转印到陶瓷生坯片6上。本发明还揭示了制备陶瓷多层基材的方法。

Description

形成导电图案和制备陶瓷多层基材的方法
本发明涉及使用光敏性导电浆料形成导电图案的方法和制备陶瓷多层基材的方法。
近年来，日益要求用于移动通信设备、卫星广播接收设备、计算机等的高频电子元件具有小体积和高性能。同时，要求高频电子元件的布线图案提高密度和信号速度。为了提高布线图案中的密度和信号速度，导电图案(如布线和电极)必须制成较精细，从而形成较稠密的膜。
形成高频电子元件的导电图案的常规方法包括先使用导电浆料在绝缘底材上形成图案，所述导电浆料包含多价金属(如铜)粉末和有机载体(含有有机粘合剂和有机溶剂)。接着，干燥并烧制所得图案。在该方法中，通常通过丝网印刷形成导电图案，如此形成的导电图案的宽度和间距下限约为50微米。
日本专利申请公开(kokai)No.99596/1998揭示了一种转印方法，其中导电图案形成于多个载体上，将这些图案再转印到生坯片上。与通过丝网印刷在生坯片上形成的导电图案相比，通过该转印方法可以抑制溢剂和模糊，以高精确度形成精密的导电图案。然而，在该转印方法中，导电图案是通过丝网印刷形成在载体上的，因此导电图案的宽度和间距的下限如所述常规方法一样，约为50微米。
另外，日本专利申请公开(kokai)75039/1998和200260/1998和209334/1998揭示了一种方法，该方法使用上述转印方法，用光敏性导电浆料通过光刻法在载体上形成导电图案，将所得图案转印到陶瓷生坯片上。通过该方法，可以抑制导电图案的溢剂和模糊，并形成非常精细的图案，其宽度和间距为50微米或更小。
近来考虑到环境问题，要求开发使用水和碱的光刻法。因此，光敏性有机粘合剂包含具有释放质子性能的酸性官能团，如羧基。
在将该光敏性有机粘合剂用于上述转印方法的情况下，尤其是当多价金属(如铜)的粉末用作导电材料时，多价金属的离子会与有机粘合剂的阴离子反应，这些阴离子形成于释放质子之后，由此通过离子交联形成三维网络。此外，光敏性导电浆料会变成凝胶。
当光敏性导电浆料成为凝胶时，浆料具有高粘度，变得难以施涂在载体上。即使在胶凝作用之前将浆料施涂到载体上，在曝光和显影过程中浆料中未曝光的部分会不溶解于显影剂。此外，转印到陶瓷生坯片上的能力下降了。
为了防止光敏性导电浆料的胶凝作用，日本专利申请公开(kokai)218509/1997揭示了一种向浆料中混入含磷化合物(如磷酸)的方法，日本专利申请公开(kokai)218508/1997和209334/1998揭示了一种向浆料中混入具有吡咯结构的化合物(如苯并三唑)的方法。然而，这些方法在实践中只能稍微阻止浆料的胶凝作用，用上述转印方法难以形成精细的导电图案。
此外，为了有效地防止光敏性浆料的胶凝作用，日本专利申请公开(kokai)171107/1998揭示了一种向浆料中加入3-甲基-3-甲氧基丁醇的方法。然而，3-甲基-3-甲氧基丁醇的沸点低至174℃，因此当将形成于载体上的膜干燥时，3-甲基-3-甲氧基丁醇会从膜中汽化，阻止胶凝作用的效果会大大地降低。如上所述，当涂膜在干燥后变成凝胶时，该膜的未曝光部分可能不溶于显影剂，由此转印到陶瓷生坯片上的能力可能下降。
为了克服上述问题，本发明的较佳实施方案提供了一种形成导电图案的方法，该方法能够充分地抑制光敏性导电涂料和经干燥膜的胶凝作用，能够以高精确度形成精细的导电图案。
此外，本发明的较佳实施方案提供了一种陶瓷多层基材，它通过在陶瓷生坯片上以高精确度形成精细的导电图案而具有充分提高的信号速度和布线密度。
因此，本发明提供一种形成导电图案的方法，该方法包括以下步骤：
在载体上施涂光敏性导电浆料，所述光敏性导电浆料包含具有酸性官能团的有机粘合剂、光敏性有机组分、多价金属粉末和沸点约为178℃或更高的一元醇(mono-ol)化合物；
通过光敏性导电浆料的曝光和显影形成预定的导电图案；和
将形成于载体上的导电图案转印到基材上。下文中本方法将被称为本发明形成导电图案的第一种方法。
本发明还提供了一种形成导电图案的方法，该方法包括以下步骤：
在载体上施涂光敏性导电浆料，所述光敏性导电浆料包含具有酸性官能团的有机粘合剂、光敏性有机组分、多价金属粉末和能够吸附有机粘合剂中的阴离子的阴离子吸附用物质；
通过光敏性导电浆料的曝光和显影形成预定的导电图案；和
将形成于载体上的导电图案转印到基材上。下文中本方法将被称为本发明形成导电图案的第二种方法。
本发明还提供了一种形成导电图案的方法，该方法包括以下步骤：
在载体上施涂光敏性导电浆料，所述光敏性导电浆料包含具有酸性官能团的有机粘合剂、光敏性有机组分、多价金属粉末和触变剂；
通过光敏性导电浆料的曝光和显影形成预定的导电图案；和
将形成于载体上的导电图案转印到基材上。下文中本方法将被称为本发明形成导电图案的第三种方法。
本发明还提供了一种制备陶瓷多层基材的方法，该方法包括以下步骤：
在载体上施涂光敏性导电浆料，所述光敏性导电浆料包含具有酸性官能团的有机粘合剂、光敏性有机组分、多价金属粉末和沸点约为178℃或更高的一元醇化合物；
通过光敏性导电浆料的曝光和显影形成预定的导电图案；
将形成于载体上的导电图案转印到陶瓷生坯片上；和
将多块具有导电图案的陶瓷生坯片叠放起来，烧制所得的叠层件。下文中本方法被称为本发明制备陶瓷多层基材的第一种方法。
本发明还提供了一种制备陶瓷多层基材的方法，该方法包括以下步骤：
在载体上施涂光敏性导电浆料，所述光敏性导电浆料包含具有酸性官能团的有机粘合剂、光敏性有机组分、多价金属粉末和能够吸附有机粘合剂中的阴离子的阴离子吸附用物质；
通过光敏性导电浆料的曝光和显影形成预定的导电图案；
将形成于载体上的导电图案转印到陶瓷生坯片上；和
将多块具有导电图案的陶瓷生坯片叠放起来，烧制所得的叠层件。下文中本方法被称为本发明制备陶瓷多层基材的第二种方法。
本发明还提供了一种制备陶瓷多层基材的方法，该方法包括以下步骤：
在载体上施涂光敏性导电浆料，所述光敏性导电浆料包含具有酸性官能团的有机粘合剂、光敏性有机组分、多价金属粉末和触变剂；
通过光敏性导电浆料的曝光和显影形成预定的导电图案；
将形成于载体上的导电图案转印到陶瓷生坯片上；和
将多块具有导电图案的陶瓷生坯片叠放起来，烧制所得的叠层件。下文中本方法被称为本发明制备陶瓷多层基材的第三种方法。
在本发明形成导电图案的第一种方法中，光敏性导电浆料包含一种或多种沸点约为178℃或更高的一元醇化合物，由此能够充分地抑制浆料和经干燥膜的胶凝作用，以高精确度形成精细的导电图案。
在本发明制备陶瓷多层基材的第一种方法中，光敏性导电浆料包含沸点约为178℃或更高的一元醇化合物，由此能够充分地抑制浆料和经干燥膜的胶凝作用，以高精确度在陶瓷生坯片上形成精细的导电图案。结果，能够制得具有充分提高的信号速度和布线密度的陶瓷多层基材。
与有机粘合剂的酸性官能团(特别是羧基)相比，一元醇化合物中的羟基具有非常强的与多价金属离子结合的能力。因此，一元醇化合物与多价金属离子之间的反应优先于有机粘合剂与离子间的反应，因此阻碍了有机粘合剂和多价金属离子间的离子交联和三维网络的形成。由于一元醇化合物只具有一个羟基，因此当它与多价金属离子结合时不会由离子交联形成三维网络。此外，该一元醇化合物的沸点约为178℃或更高，因此即使在施涂并干燥光敏性导电浆料之后，该化合物还大量地保留在经干燥的组合物中，显示充足的阻止胶凝作用的能力。由此可以进行稳定的显影处理。
在本发明形成导电图案的第二种方法中，光敏性导电浆料包含一种或多种阴离子吸附用物质，如羟基磷灰石，由此能够充分地抑制浆料和经干燥膜的胶凝作用，以高精确度形成精细的导电图案。
在本发明制备陶瓷多层基材的第二种方法中，光敏性导电浆料包含阴离子吸附用物质，如羟基磷灰石，由此能够充分地抑制浆料和经干燥膜的胶凝作用，以高精确度在陶瓷生坯片上形成精细的导电图案。结果，能够制得具有充分提高的信号速度和布线密度的陶瓷多层基材。
能形成精细的导电图案的原因在于：当具有吸附阴离子性能的阴离子吸附用物质与含有能够释放质子的酸性官能团(如羧基)的有机粘合剂混合时，阴离子吸附用物质吸附有机粘合剂释放质子后产生的阴离子，由此在所得混合物中形成微结构，如微相分离的物质。结果，该混合物在宏观上是均匀的，尽管在微观上不均匀，难以由离子交联形成三维网络。
在本发明形成导电图案的第三种方法中，光敏性导电浆料包含一种或多种触变剂(触变调节剂)，由此能够充分地抑制浆料和经干燥膜的胶凝作用，以高精确度形成精细的导电图案。
在本发明制备陶瓷多层基材的第三种方法中，光敏性导电浆料包含触变剂，由此能够充分地抑制浆料和经干燥膜的胶凝作用，以高精确度在陶瓷生坯片上形成精细的导电图案。结果，能够制得具有充分提高的信号速度和布线密度的陶瓷多层基材。
能形成精细的导电图案的原因在于：当触变剂混入含有光敏性有机粘合剂的光敏性导电浆料时，触变剂与有机粘合剂的聚合物链发生缠结，由此形成所谓的网络结构。光敏性导电浆料和膜的胶凝作用是通过有机粘合剂的阴离子和多价金属离子间的离子结合来进行。然而，阴离子和金属离子必须足够靠近以使得这些离子的库仑力互相作用而形成离子键。此外，当通过混入触变剂形成网络结构时，需要额外的能量来打破该结构并形成离子键。因此，难以通过离子交联形成多价金属的三维网络，能够抑制光敏性导电浆料和膜的胶凝作用。
图1A至1E示出了本发明形成导电图案的方法的一个实施方案的进程图；
图2是用本发明方法制得的陶瓷多层基材的剖面示意图。
以下说明本发明的形成导电图案的第一种方法和制备陶瓷多层基材的第一种方法。
在本发明的形成导电图案的第一种方法和制备陶瓷多层基材的第一种方法中，沸点约为178℃或更高的一元醇化合物的例子包括1-辛醇、2-辛醇、壬醇、癸醇、1-甲基环己醇、三甲基环己醇、乙二醇单醋酸酯、二甘醇一丁醚、二甘醇一乙醚、二甘醇一己醚、二甘醇一甲醚、二甘醇一甲醚、二甘醇一乙烯基醚、双丙甘醇一甲醚、双丙甘醇一乙醚、双丙甘醇一丁醚、乙二醇异戊醚、乙二醇苯基醚、乙二醇苄基醚、三甲基己醇、四氢糠醇、甲酚、乳酸丁酯、苄醇、丙烯酸羟乙酯、苯乙醇、巯基丁醇、甲基丙烯酸羟乙酯、羟乙基哌嗪、环己酮肟、羟基甲氧基烯丙基苯、羟基甲氧基苯甲醛、羟基甲基哌嗪、羟基丙腈、羟基乙酰萘、羟基苯甲醛、羟基乙酰苯、羟基苯并咪唑、苯基苯酚、羟基苯甲酸、羟基二苯甲酮、苯偶姻、百里酚、羟基甲氧基苯甲酸、羟基甲基苯甲酸、羟基甲基吡喃酮、羟基萘甲酸、羟基萘醌、羟基降冰片烯二羧酰亚胺、羟基苯乙酸、羟基苯基甘氨酸、羟基邻苯二甲酰亚胺、羟基新戊酸新戊二醇酯、羟基苯基乙基甲酮、羟基硬脂酸、羟基丁二酸酰亚胺、羟基甲苯甲酸、季戊四醇二丙烯酸酯—硬脂酸酯，以及它们的混合物。
一元醇化合物的摩尔量较好是光敏性导电浆料中释放于溶液部分的多价金属离子量的至少两倍。当一元醇化合物的摩尔量少于两倍时，难以充分地阻止浆料的胶凝作用。释放的多价金属离子的摩尔量可以用已知技术进行测量，例如在通过离心和过滤将浆料的固相部分和溶液部分彼此分离之后，用原子吸收分光光度法ICP和ICP-MS进行测量。
当光敏性导电浆料包含有机溶剂时，该浆料的一元醇化合物含量较好约为10-92％(重量)，以一元醇化合物和有机溶剂的总量计。当一元醇化合物的量低于约10％(重量)时，难以充分地抑制浆料的胶凝作用；而当其含量高于约92％(重量)时，浆料的粘度显著下降，浆料的可涂覆性能变差。一元醇化合物可用作光敏性导电浆料中的有机溶剂。
接着说明形成导电图案的第二种方法和制备陶瓷多层基材的第二种方法。
在形成导电图案的第二种方法和制备陶瓷多层基材的第二种方法中，上述阴离子吸附用物质是平均粒度较好约为0.01-50微米的微粒形式。具有如此粒度的微粒形式的阴离子吸附用物质能有效地吸附有机粘合剂的阴离子。
上述阴离子吸附用物质可以是无机微粒或有机微粒形式。合适的无机微粒材料的例子包括羟基磷灰石、水滑石、磷酸锆和水合氧化锑。有机微粒材料的例子包括阴离子交换树脂。具体例子包括：
(1)二乙烯基苯与丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或丙烯腈的共聚物，其中引入了伯、仲、叔或季氨基作为离子交换基团；
(2)三乙烯基苯与丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或丙烯腈的共聚物，其中引入了伯、仲、叔或季氨基作为离子交换基团；
(3)三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯与丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或丙烯腈的共聚物，其中引入了伯、仲、叔或季氨基作为离子交换基团；和
(4)乙二醇二甲基丙烯酸酯与丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或丙烯腈的共聚物，其中引入了伯、仲、叔或季氨基作为离子交换基团。
接着说明形成导电图案的第三种方法和制备陶瓷多层基材的第三种方法。
在形成导电图案的第三种方法和制备陶瓷多层基材的第三种方法中，光敏性导电浆料包含用量约为0.001-30％(重量)的上述触变剂，以浆料的总量计，较好约为0.1-10％(重量)。当该用量低于约0.001％(重量)时，难以充分地阻止胶凝作用，而当该用量超过约30％(重量)时，浆料由于粘度过高而难以处理。
一般来说，任何用于增稠、阻止流动和阻止沉降的试剂，用于阻止流动和阻止沉降的试剂，用于润湿和分散颜料并阻止沉降的试剂都可以用作上述触变剂。用于增稠、阻止流动和阻止沉降的试剂的例子包括聚合的植物油、聚醚酯表面活性剂、氢化蓖麻油、氢化蓖麻油/酰胺的混合物和脂肪酸酰胺蜡。可以使用的用于阻止流动和阻止沉降的试剂的例子包括特定脂肪酸、硫酸酯型阴离子表面活性剂、聚环氧乙烷和聚环氧乙烷/酰胺的混合物。可以使用的用于润湿和分散颜料并阻止沉降的试剂的例子包括脂族多价羧酸、高分子量聚酯的胺盐、聚醚酯阴离子表面活性剂、高分子量聚羧酸的长链胺盐、长链聚氨基酰胺和高分子量聚酯酸的盐、长链聚氨基酰胺和磷酸的盐、特定的改性聚酰胺、磷酸酯表面活性剂、高分子量聚酯酸的酰氨基胺盐。
在本发明中，已知的可光聚合化合物或可光转变化合物可用作上述光敏性有机组分。例子包括：
(1)具有反应性官能团(如不饱和基团)的单体或低聚物与光自由基引发剂(如芳族羰基化合物)的混合物；
(2)重氮树脂，如芳族双叠氮化物(bisazide)和甲醛的缩合物；
(3)可加成聚合的化合物(如环氧化合物)与光致成酸剂(photo-acid-generator)(如二芳基碘鎓盐)的混合物；和
(4)萘醌二叠氮化物(naphthoquinonediazide)。其中，特别好的是具有反应性官能团(如不饱和基团)的单体或低聚物与光自由基引发剂(如芳族羰基化合物)的混合物。
具有反应性官能团的单体或低聚物的例子包括：己二醇三丙烯酸酯、三丙二醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸十三烷基酯、丙烯酰己内酯、乙氧基化壬基苯酚丙烯酸酯、1，3-丁二醇丙烯酸酯、1，4-丁二醇丙烯酸酯、1，9-壬二醇二丙烯酸酯、二甘醇二丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、三(2-羟基乙基)异氰脲酸酯三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙烯酸季戊四醇酯、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化甘油三丙烯酸酯、四丙烯酸季戊四醇酯、二三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、羟基五丙烯酸二季戊四醇酯、乙氧基化四丙烯酸季戊四醇酯、甲基丙烯酸四氢糠酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸月桂酯、三甘醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、四甘醇二甲基丙烯酸酯、1，4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、二甘醇二甲基丙烯酸酯、1，6-己二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、1，3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、EO改性的异氰脲酸二丙烯酸酯、乙氧基化对枯基苯酚丙烯酸酯、乙基己基卡必醇丙烯酸酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、丙烯酸异冰片酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、五丙烯酸二季戊四醇酯和六丙烯酸二季戊四醇酯。
上述光自由基生成剂的例子包括：偶苯酰、苯偶姻乙醚、苯偶姻异丁醚、苯偶姻异丙醚、二苯甲酮、苯甲酰苯甲酸、苯甲酰苯甲酸甲酯、4-苯甲酰-4′-甲基二苯硫、苄基二甲基缩酮、2-正丁氧基-4-二甲基氨基苯甲酸酯、2-氯噻吨酮、2，4-二乙基噻吨酮、2，4-二异丙基噻吨酮、异丙基噻吨酮、苯甲酸2-二甲基氨基乙酯、对二甲基氨基苯甲酸乙酯、对二甲基氨基苯甲酸异戊酯、3，3′-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮、2，4-二甲基噻吨酮、1-(4-十二烷基苯基)-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮、2，2-二甲氧基-1，2-二苯基乙烷-1-酮、羟基环己基苯基酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、1-[4-(2-羟基乙氧基)-苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基丙烷-1-酮、甲基苯甲酰甲酸酯、1-苯基-1，2-丙二酮-2-(o-乙氧基羰基)肟、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮、二(2，6-二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基氧化膦和二(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦。
在本发明中，上述具有酸性官能团(如羧基)的有机粘合剂可以是具有羧酸侧链(carboxylic side chain)的丙烯酸类共聚物。上述多价金属粉末的材料可以是选自铜、铝、钯、镍和铁中的至少一种。术语“多价金属”是指化合价至少为2的金属。
用于制备导电浆料的常用导电材料包括Cu、Al、Pd、Ni、Fe、Pt、Au、Ag、Mo、W，以及它们的合金。尤其是当导电金属粉末混入光敏性导电浆料中时，由Cu、Al、Pd、Ni和Fe，或者它们的合金形成的多价金属粉末在浆料或浆料涂膜中释放相应的离子，而这些被释放的离子与含有具备释放质子性能的酸性官能团(如羧基)的有机粘合剂反应，从而导致胶凝。然而，当根据本发明采取措施阻止胶凝时，胶凝可以被有效地阻止，并可以得到优良的性能，例如对载体的可施涂性、显影时的溶解性和向生坯片的可转印性。
具体而言，当上述有机粘合剂是具有羧酸侧链的丙烯酸类共聚物，上述导电金属粉末是多价金属(如铜、铝、钯、镍或铁)粉末时，往往特别容易形成由离子交联产生的三维网络结构。上述一元醇化合物、阴离子吸附用化合物和/或触变剂可加入该体系中以显著地阻止该体系的胶凝作用。
上述丙烯酸类共聚物可以通过共聚不饱和羧酸和烯键式不饱和化合物来制得。不饱和羧酸的例子包括：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸、乙酸乙烯酯，以及它们的酐。烯键式不饱和化合物的例子包括丙烯酸酯类，如丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯；甲基丙烯酸酯类，如甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯；富马酸酯类，如富马酸一乙酯。或者，也可以使用引入了如下形式不饱和键的上述丙烯酸类共聚物：
(1)通过具有能与上述丙烯酸类共聚物的侧链中的羧基反应的官能团(如环氧基)的丙烯酸类单体的加成得到的丙烯酸类共聚物，和
(2)通过使不饱和一元羧酸与侧链上具有环氧基而不是羧基的丙烯酸类共聚物反应，再加入饱和或不饱和的多元羧酸酐得到的丙烯酸类共聚物。
本发明的光敏性导电浆料可含有任选的添加剂，包括贮存稳定剂(如阻聚剂)；抗氧化剂；染料；颜料；消泡剂和表面活性剂。上述有机溶剂可选自已知的有机溶剂。
参照图1A-1E具体说明本发明形成导电图案的方法的一种模式。
如图1A所示，通过旋转涂布、丝网印刷或刮刀涂布将光敏性导电浆料施涂到载体1上，该浆料于50-150℃干燥10分钟至2小时，由此形成浆料膜2。
接着，如图1B所示，将来自曝光量为20-5,000mJ/cm2的高压汞灯的激活光束通过具有所需图案的掩膜(mask)5射向形成于载体1上的膜2，如此膜2曝光于预定的图案。结果，该膜被光束射到的部分(曝光部分)3a和3b被固化，这些部分在随后的显影处理中变成不被显影的区域。
接着，如图1C所示，通过喷淋器向具有曝光部分3a和3b与未曝光部分2a、2b和2c的膜喷洒被广泛应用的碱水溶液(如碳酸钠水溶液)。结果，未曝光的部分2a、2b和2c溶解在碱水溶液中(发生显影)，在载体1上形成导电图案3a和3b。
随后，如图1D所示，使用典型的热压仪器于1-200MPa和50-150℃热压5秒种至5分钟，将形成于载体1上的导电图案3a和3b热转印到陶瓷生坯片6上。
然后，如图1E所示，将载体1从陶瓷生坯片6上剥离，由此以高精确度在生坯片6上形成精细的导电图案3a和3b。
因此，在本发明形成导电图案的方法中，可以抑制光敏性导电浆料的胶凝作用，因此将浆料施涂到载体上可以平稳地进行。此外，可以充分地抑制经干燥的浆料膜的胶凝作用，从而可以稳定地进行曝光和显影。因此，可以以高精确度在任意基材上形成精细的导电图案。
适合用作转印用载体1的典型的膜型载体包括聚酯膜、聚丙烯膜和尼龙膜。为了增强导电图案的可转印性，可以对膜型载体进行模剥离处理，如施涂硅涂层、蜡涂层或蜜胺涂层。然而，本发明的光敏性导电浆料显示特别优良的可转印性，因此载体很少需要该剥离处理。载体和陶瓷生坯片之间的可剥离性会变小，这取决于用于生坯片的有机粘合剂类型。在这种情况下，载体可以适当地进行已知的表面处理。
在上述方法中，陶瓷生坯片可用作导电图案形成于其上的基材，但是本发明形成导电图案的方法不限于在陶瓷生坯片上形成导电图案。该方法可应用于多种基材，包括在绝缘陶瓷层、介电陶瓷层和印刷基材上形成导电图案。此外，光敏性导电浆料可以是负像浆料或正像浆料。
参见图2说明用本发明制备陶瓷多层基材的方法制得的陶瓷多层基材。
如图2所示，陶瓷多层基材11是多层电路基材，它包含绝缘层12a、12b、12c、12d、12e和12f，以及介电层13a和13b。在陶瓷多层基材11中，使用内层导电图案15和通孔16形成电容器图案、线圈图案和条线。此外，在陶瓷多层基材11的主要表面上放置着片形元件20(如片形电容器)、厚膜电阻器21和半导体集成电路22，这些元件与表层导电图案17和内层导电图案15相连。
陶瓷多层基材11可以用例如以下方法制得。
混合玻璃粉末、陶瓷粉末和有机载体，制备用于绝缘陶瓷生坯片的浆料。用同样的方法制备用于介电陶瓷生坯片的浆料。用刮刀方法将如此制备的各浆料形成片，于50-150℃干燥，如此形成绝缘陶瓷生坯片和介电陶瓷生坯片。
在如此形成的各陶瓷生坯片上形成用作电容器图案、线圈图案等的导电图案。根据需要，在各生坯片上形成通孔。在这种情况下，用图1A-1E所示的本发明形成导电图案的方法形成导电图案。
随后，将形成有导电图案和通孔的陶瓷生坯片叠放起来，加压并于预定的温度进行烧制。用同样的方法(即本发明形成导电图案的方法)在表面层上形成导电图案。此后，将片形元件20和半导体集成电路22放在表面层上，将厚膜电阻器21印刷在表面层上。
在本发明制备陶瓷多层基材的方法中，可以抑制光敏性导电浆料的胶凝作用，因此将浆料施涂到载体上可以平稳地进行。此外，可以充分地抑制经干燥的浆料膜的胶凝作用，从而可以稳定地进行曝光和显影。因此，可以以高精确度在用作基材的陶瓷生坯片上形成精细的导电图案。结果，可以制得具有充分提高的信号速度和布线密度的陶瓷多层基材。
上述陶瓷多层基材可以用作多层基材，用于高频片形电子元件(如片形电感器和片形层状电容器)，高频模块(如PLL模块和电压控制振荡器)，或者用于混合集成电路。
接着通过实施例说明本发明。
实施例1
混合下述各组成材料，用三辊磨机捏合所得混合物，由此制备光敏性导电浆料。有机粘合剂
甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的共聚物，其中甲基丙烯酸与甲基丙烯酸甲酯的重量比为25/75(重均分子量＝50,000)∶2.0克导电材料
铜粉末：9.0克含反应性官能团的单体
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯：1.0克光聚合引发剂
2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基丙烷-1-酮：0.4克
2，4-二乙基噻吨酮：0.1克有机溶剂
二甘醇一乙醚乙酸酯：4.0克一元醇化合物
双丙甘醇一甲醚：4.0克
随后，用旋转涂布装置将如此制得的光敏性导电浆料施涂到聚酯膜上，于50℃干燥1小时，由此形成厚度为20微米的膜。此后，将高压汞灯光束以250mJ/cm2通过具有线宽/间距(line/space，L/S)＝20/20(μm)的图案的掩膜射到如此形成的膜上。用碳酸钠水溶液对所得膜进行显影，在聚酯膜上形成L/S＝20/20(μm)的导电图案。使其静置200个小时，将聚酯膜叠放在陶瓷生坯片上，于10MPa和60℃热压该叠层件1分钟。随后，剥去聚酯膜，导电图案热转印到陶瓷生坯片上。此后，对该生坯片进行脱脂处理，于900℃在空气中烧制，由此形成L/S＝15/20(μm)、厚度为8微米的导电图案。
实施例2
重复实施例1的方法，不同的是用1-庚醇代替双丙甘醇一甲醚来制备光敏性导电浆料。此外，使用由此制得的浆料重复实施例1的过程，由此在陶瓷生坯片上形成导电图案。
实施例3
重复实施例1的方法，不同的是用2-辛醇代替双丙甘醇一甲醚来制备光敏性导电浆料。此外，使用由此制得的浆料重复实施例1的过程，由此在陶瓷生坯片上形成导电图案。
实施例4
重复实施例1的方法，不同的是用乳酸丁酯代替双丙甘醇一甲醚来制备光敏性导电浆料。此外，使用由此制得的浆料重复实施例1的过程，由此在陶瓷生坯片上形成导电图案。
比较例1
重复实施例1的方法，不同的是用3-甲氧基-3-甲基丁醇代替双丙甘醇一甲醚来制备光敏性导电浆料。此外，使用由此制得的浆料重复实施例1的过程，由此在陶瓷生坯片上形成导电图案。
比较例2
重复实施例1的方法，不同的是用4-甲基环己醇代替双丙甘醇一甲醚来制备光敏性导电浆料。此外，使用由此制得的浆料重复实施例1的过程，由此在陶瓷生坯片上形成导电图案。
测量实施例1-4和比较例1-2中形成的导电图案的在陶瓷生坯片上的转印百分率。结果示于表1。各一元醇化合物的沸点也示于表1。术语“转印百分率(percenttransfer)”是指转印后在陶瓷生坯片上的导电图案面积与转印前在聚酯膜上的导电图案面积的比。在这种情况下，转印百分率小意味着导电图案留在了聚酯膜上。
                                         表1
    一元醇化合物     沸点   转印百分率
    实施例1     双丙甘醇一甲醚     189-190℃     100％
    实施例2     1-庚醇     176℃     70％
    实施例3     2-辛醇     178-179℃     97％
    实施例4     乳酸丁酯     185-187℃     100％
    比较例1     3-甲氧基-3-甲基丁醇     173-175℃     25％
    比较例2     4-甲基环己醇     172-175℃     30％
由表1可见，实施例1-4将包含沸点约为178℃或更高的一元醇化合物的光敏性导电浆料用于形成导电图案，图案在陶瓷生坯片上的转印百分率非常高。结果表明，通过上述转印方法以高精确度在陶瓷生坯片上形成精细的导电图案。于此相反，在比较例1和2的情况下，使用的浆料所含的一元醇化合物的沸点低于约178℃，图案在陶瓷生坯片上的转印百分率非常低。结果表明，在聚酯膜上可能发生了膜或导电图案的胶凝作用。
将实施例1制得的光敏性导电浆料于20℃在空气中贮存，以评定其贮存稳定性。结果是该浆料在刚制备后未胶凝，在制备后1天、3天、1周和1个月也未胶凝。在上述每段时间之后，该浆料能够用旋转涂覆装置施涂到聚酯膜上，可以用该浆料通过光刻法形成导电图案。
实施例5
混合下述各组成材料，用三辊磨机捏合所得混合物，由此制备光敏性导电浆料。有机粘合剂
甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的共聚物，其中甲基丙烯酸与甲基丙烯酸甲酯的重量比为25/75(重均分子量＝50,000)∶2.0克阴离子吸附用微粒
羟基磷灰石(平均粒度：5微米)：0.1克导电材料
铜粉末：9.0克含反应性官能团的单体
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯：1.0克光聚合引发剂
2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基丙烷-1-酮：0.4克
2，4-二乙基噻吨酮：0.1克有机溶剂
二甘醇一乙醚乙酸酯：4.0克
丙二醇一甲醚乙酸酯：1.0克
随后，用旋转涂布装置将如此制得的光敏性导电浆料施涂到聚酯膜上，于50℃干燥1小时，由此形成厚度为20微米的膜。此后，将高压汞灯光束以250mJ/cm2通过具有线宽/间距(L/S)＝20/20(μm)的图案的掩膜射到如此形成的膜上。用碳酸钠水溶液对所得膜进行显影，在聚酯膜上形成L/S＝20/20(μm)的导电图案。使其静置200个小时，将聚酯膜叠放在陶瓷生坯片上，于10MPa和60℃热压该叠层件1分钟。随后，剥去聚酯膜，导电图案热转印到陶瓷生坯片上。此后，对该生坯片进行脱脂处理，于900℃在空气中烧制，由此形成L/S＝15/20(μm)、厚度为8微米的导电图案。
实施例6
重复实施例5的方法，不同的是用触变剂(Disparlon 305，Kusumoto Chemicals，Ltd.的产品：氢化蓖麻油型)(0.1克)代替羟基磷灰石来制备光敏性导电浆料。此外，使用由此制得的浆料重复实施例5的过程，由此在陶瓷生坯片上形成导电图案。
比较例3
重复实施例5的方法，不同的是不加入羟基磷灰石，制备光敏性导电浆料。此外，使用由此制得的浆料重复实施例5的过程，由此在陶瓷生坯片上形成导电图案。
比较例4
重复实施例5的方法，不同的是用磷酸(0.1克)代替羟基磷灰石来制备光敏性导电浆料。此外，使用由此制得的浆料重复实施例5的过程，由此在陶瓷生坯片上形成导电图案。
比较例5
重复实施例5的方法，不同的是用苯并三唑(0.02克)代替羟基磷灰石来制备光敏性导电浆料。此外，使用由此制得的浆料重复实施例5的过程，由此在陶瓷生坯片上形成导电图案。
评定实施例5和6以及比较例3-5中形成的导电图案在陶瓷生坯片上的转印百分率，结果示于表2。
                      表2
    添加剂     转印百分率
    实施例5     羟基磷灰石     100％
    实施例6     Disparlon 305     100％
    比较例3     无     ………
    比较例4     磷酸     70％
    比较例5     苯并三唑     72％
由表2可见，实施例5将含有作为阴离子吸附用物质的羟基磷灰石的光敏性导电浆料用于形成导电图案，在陶瓷生坯片上的图案转印百分率非常高。同样，实施例6使用了含有触变剂的光敏性导电浆料，在陶瓷生坯片上的图案转印百分率非常高。结果表明，通过上述转印方法能以高精确度在陶瓷生坯片上形成精细的导电图案。于此相反，比较例3-5中的在陶瓷生坯片上的图案转印百分率非常低。结果表明，在聚酯膜上可能发生了膜的胶凝作用。
将实施例5和6制得的光敏性导电浆料于20℃在空气中贮存，以评定其贮存稳定性。结果是该浆料在刚制备后未胶凝，在制备后1天、3天、1周和1个月也未胶凝。在上述每段时间之后，任一种浆料都能用旋转涂覆装置施涂到聚酯膜上，可以用每种浆料通过光刻法形成导电图案。用与这些浆料所用相同的方法，评定比较例3制得的光敏性导电浆料的贮存稳定性。然而，该浆料在制备后24个小时就发生胶凝，不能用该浆料在聚酯膜上形成导电图案。
如上所述，当使用所述转印方法时，能够阻止光敏性导电浆料的胶凝，在陶瓷生坯片上以高精确度形成精细的导电图案。
在本发明形成导电图案的方法中，光敏性导电浆料含有沸点约为178℃或更高的一元醇化合物，阴离子吸附用物质(如羟基磷灰石)和/或触变剂，因此充分地抑制了浆料和经干燥膜的胶凝作用，可以以高精确度形成精细的导电图案。
在本发明制备陶瓷多层基材的方法中，光敏性导电浆料含有沸点约为178℃或更高的一元醇化合物，阴离子吸附用物质(如羟基磷灰石)和/或触变剂，因此充分地抑制了浆料和经干燥膜的胶凝作用，可以在陶瓷生坯片上以高精确度形成精细的导电图案。结果，可以制得具有充分提高的信号速度和布线密度的陶瓷多层基材。

Claims (18)

1.一种形成导电图案的方法，该方法包括以下步骤：
在载体上施涂光敏性导电浆料，所述光敏性导电浆料包含具有酸性官能团的有机粘合剂、光敏性有机组分、多价金属粉末和选自以下物质组中的至少一种物质：(a)沸点约为178℃或更高的一元醇化合物；(b)能够吸附有机粘合剂中的阴离子的阴离子吸附用物质和(c)触变剂；
通过光敏性导电浆料的曝光和显影形成预定的导电图案；和
将形成于载体上的导电图案转印到基材上。
2.如权利要求1所述的形成导电图案的方法，其中选自所述物质组中的物质是所述一元醇。
3.如权利要求2所述的形成导电图案的方法，其中所述一元醇选自双丙甘醇一甲醚、庚醇和辛醇。
4.如权利要求1所述的形成导电图案的方法，其中选自所述物质组中的物质是所述阴离子吸附用物质。
5.如权利要求4所述的形成导电图案的方法，其中所述阴离子吸附用物质是羟基磷灰石。
6.如权利要求1所述的形成导电图案的方法，其中选自所述物质组中的物质是所述触变剂。
7.如权利要求6所述的形成导电图案的方法，其中所述触变剂是以平均粒度约为0.01-50微米的微粒形式存在。
8.如权利要求7所述的形成导电图案的方法，其中所述触变剂是氢化蓖麻油。
9.如权利要求1所述的形成导电图案的方法，其中多价金属粉末是选自铜、铝、钯、镍和铁中的至少一种金属或者它们的合金的粉末。
10.一种制备陶瓷多层基材的方法，该方法包括以下步骤：
在载体上施涂光敏性导电浆料，所述光敏性导电浆料包含具有酸性官能团的有机粘合剂、光敏性有机组分、多价金属粉末和选自以下物质组中的至少一种物质：(a)沸点约为178℃或更高的一元醇化合物；(b)能够吸附有机粘合剂中的阴离子的阴离子吸附用物质和(c)触变剂；
通过光敏性导电浆料的曝光和显影形成预定的导电图案；
将形成于载体上的导电图案转印到陶瓷生坯片上；和
将多块具有导电图案的陶瓷生坯片叠放起来，烧制所得的叠层件。
11.如权利要求10所述的制备陶瓷多层基材的方法，其中选自所述物质组中的物质是所述一元醇。
12.如权利要求11所述的制备陶瓷多层基材的方法，其中所述一元醇选自双丙甘醇-甲醚、庚醇和辛醇。
13.如权利要求10所述的制备陶瓷多层基材的方法，其中选自所述物质组中的物质是所述阴离子吸附用物质。
14.如权利要求13所述的制备陶瓷多层基材的方法，其中所述阴离子吸附用物质是羟基磷灰石。
15.如权利要求10所述的制备陶瓷多层基材的方法，其中选自所述物质组中的物质是所述触变剂。
16.如权利要求15所述的制备陶瓷多层基材的方法，其中所述触变剂是以平均粒度约为0.01-50微米的微粒形式存在。
17.如权利要求16所述的制备陶瓷多层基材的方法，其中所述触变剂是氢化蓖麻油。
18.如权利要求10所述的制备陶瓷多层基材的方法，其中多价金属粉末是选自铜、铝、钯、镍和铁中的至少一种金属或者它们的合金的粉末。
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