CN1839000A - 包覆金属颗粒 - Google Patents

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Abstract

一种制备带有电荷的颗粒以使所述颗粒变为静电或动电可移动的方法。所述方法包括以下步骤：用容易附着电荷导向物材料的包覆介质包覆所述颗粒，以及使其上具有所述包覆介质的所述颗粒与电荷导向物介质接触，以将正或负电荷赋予所述颗粒，从而使所述颗粒变为静电或动电可移动。一种用于静电或动电沉积方法的静电或动电可移动的颗粒。所述颗粒包括在颗粒主体上的包覆介质和电荷导向物。

Description

包覆金属颗粒
技术领域
本发明涉及一种制备包括粉末的颗粒的方法以及较大颗粒，用于通过静电或动电方法构图，例如电子器件制造中金属颗粒的构图。
背景技术
在各种应用中，希望以预定图形对衬底施加有机或无机颗粒，例如金属颗粒和金属粉末。一种这样的应用是在印刷线路板领域，其中通过限定图形的不锈钢或电铸模板，或者通过丝网印刷，对衬底施加包括金属粉末的焊膏。
室温下较长时间后，许多工业焊料和其它金属粉末不稳定，因为它们容易发生氧化。
发明内容
本发明的多个方面之一是提供用于在衬底上的图形中静电或动电沉积的颗粒。另一方面是提供抗氧化且在室温下长存储时间内稳定的金属颗粒。
因此，简而言之，本发明旨在一种制备带有电荷的颗粒以使所述颗粒变为静电或动电可移动的方法。所述方法包括以下步骤：用容易附着电荷导向物材料的包覆介质包覆所述颗粒，其中所述包覆介质选自阴离子类、非离子类、阳离子类、酸、碱及其混合物，以得到其上具有所述包覆介质的颗粒；以及使其上具有所述包覆介质的所述颗粒与电荷导向物介质接触，以将正或负电荷赋予所述颗粒，从而使所述颗粒变为静电或动电可移动。
另一方面，本发明旨在一种用于静电或动电沉积方法的静电或动电可移动的颗粒。所述颗粒包括：颗粒主体；在所述颗粒主体上的包覆介质，容易附着电荷导向物材料，其中所述包覆介质选自阴离子类、非离子类、阳离子类、酸、碱及其混合物；以及在所述包覆介质上的电荷导向物材料，其中所述电荷导向物材料带有正或负电荷，从而使所述颗粒主体变为静电或动电可移动。
下面将部分示出并部分说明本发明的其它方面和特征。
具体实施方式
根据本发明，对有机或无机颗粒进行包覆，以使其适于用电荷导向物进行处理，从而使颗粒变为动电或静电可移动。在一个优选实施例中，该颗粒是选自金属/合金Sn、Sn/Pb、Sn/Ag/Cu、Sn/Ag、Cu、Sn/Ag/Bi、Sn/Bi、Sn/Pb/Bi等的粉末。
颗粒尺寸典型地在约0.5微米与1mm之间。在一个实施例中，颗粒是平均直径在约0.5与约50微米之间的粉末颗粒。在另一个实施例中，颗粒是平均直径在约1与约100微米之间的粉末颗粒。一种优选的粉末是6型粉末，其尺寸主要分布在约10与约20微米之间。可选地，颗粒是中等尺寸的颗粒，其平均颗粒尺寸在约50与约500微米之间。在另一种可选方案中，颗粒是无机材料的较大球体，其平均尺寸大于约100微米，例如在100微米与1mm之间。这些颗粒是例如焊料金属球体。对于特定的应用，可以采用有机金属颗粒。
在实施本发明时，用选自离子表面活性剂材料、例如非离子聚合物的非离子材料、有机酸和/或碱，及其混合物的材料包覆颗粒。根据物理上如何进行包覆，包覆介质也可包括溶剂。也就是说，如果通过浸入溶液、用溶液喷涂或暴露于流化床中的溶液实现包覆，则需要溶剂。另一方面，如果通过等离子体包覆方法等实现包覆，则不需要溶剂。
适于根据本发明的包覆颗粒的表面活性剂材料为以下阳离子材料：
商品名为Lexamine 22，从Inolex Chemical Co.可得的硬脂酰胺基丙基二乙醇胺；
商品名为Armeen HT，从Akzo Noel可得的C16-C18单烷基胺，例如氢化牛油烷基胺；
商品名为Hamposyl M，从Hampshire Chemical Corporation可得的N-肉豆蔻酰肌氨酸；
商品名为Hamposyl S，从Hampshire Chemical Corporation可得的N-硬脂酰肌氨酸；
商品名为Hamposyl MS，从Hampshire Chemical Corporation可得的N-肉豆蔻酰肌氨酸和N-硬脂酰肌氨酸的混合物；
商品名为Flexzone 7F，从Crompton Corporation可得的N-(1，3-二甲基丁基)-N-苯二胺(抗氧化剂4020)；
商品名为Irganox 1098，从Ciba可得的N，N’-己烷-1，6-二基双(3-3(3，5-0二叔丁基-4-羟基苯基丙酰胺))；
商品名为Lambent Amine PD，从Lambent可得的基于氨基的硅氧烷共聚醇(copolyol)表面活性剂；
商品名为Lexamine 22，从Inolex Chemical Co.可得的硬脂酰胺基丙基二乙醇胺；以及
从Cognis可得的酰胺、聚酰胺和聚酰胺树脂，例如Versamid 940聚酰胺树脂。
适于根据本发明的包覆颗粒的表面活性剂材料为以下阴离子材料：
商品名为LED3A Acid，从Hampshire Chemical Corporation可得的N-月桂基乙二胺三乙酸；
包括钾和游离甘油的甘油硬脂酸酯SE；
商品名为Crodacid B，从Croda可得的山萮酸(二十二烷酸)；以及
商品名为Crodaphos CES，从Croda可得的脂肪醇/磷酸酯/乙氧基化物混合物[C16-18醇/磷酸氢(1-十六烷醇)酯/聚氧乙烯(1)十六烷基醚磷酸酯]。
其它合适的材料包括以下聚合材料：
商品名为Joncryl，从S.C.Johnson Co.可得的苯乙烯丙烯酸共聚物；
从Allied Signal Corporation可得的乙烯丙烯酸共聚物A-C 540、540A、580、5120、5180；
棕榈酸、硬脂酸和其它脂肪酸及其混合物；
丙烯丙烯酸共聚物；以及
松香和改性松香，例如脂松香、氢化松香、松香的反丁烯二酸和顺丁烯二酸加合物等。
上述包覆材料使被包覆的颗粒适于用电荷导向物进行处理，从而可用电荷导向物处理颗粒，以使颗粒变为动电或静电可移动。该包覆提供了以例如强碱性表面或强酸性表面为特征的表面，随后施加的电荷导向物可与该表面反应。
在选择包覆材料时，如果颗粒是将用作焊料的金属颗粒，优选选择一种用作焊料时在最终的粉末中提供助熔作用的包覆材料。
根据本发明，适于包覆颗粒的有机酸为脂族酸及芳族酸、单羧酸、双羧酸、三羧酸，以及氨基酸、磺酸、氨基磺酸、次膦酸、膦酸等，包括：C主链长度介于C1与C20之间的单羧酸和双羧酸，例如己二酸、柠檬酸、抗坏血酸、丁二酸、苹果酸和丙二酸。
根据本发明，适于包覆颗粒的有机碱包括：饱和及不饱和的脂族胺和芳族胺，例如伯胺、仲胺、叔胺、乙胺、叔丁胺、丙胺、链烷醇胺、烷基胺、甲氧基苯胺、N-苯基苄胺、N-苯基二乙醇胺、二苯胍和2-氨基三氟甲苯等。
使用时，极性有机溶剂选自可在其中溶解包覆成分的溶剂。这些溶剂包括芳族和脂族成分；例如，醇类例如甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、其它醇类、酮、乙二醇、乙二醇醚、酯、甲苯、苯及其混合物。
在制备表面活性剂溶液时，在一个实施例中表面活性剂或聚合物含量在约0.05与约10重量％之间，优选在约0.1与约1重量％之间。有机溶剂含量在约99.95与约90重量％之间，优选在约99.9与约99重量％之间。
在制备有机酸或有机碱溶液时，在一个实施例中酸或碱含量在约0.05与约10重量％之间，优选在约0.5与约2重量％之间。有机溶剂含量在约99.95与约90重量％之间，优选在约99.5与约98重量％之间。
以最高可达约99.9重量％的量将颗粒引入包覆混合物。在优选实施例中，以约85到约99重量％的量引入颗粒。引入方法选自超声破碎、流化床包覆、低剪切叶轮式混合、球磨以及珠磨。
包覆颗粒后，倒出上层清液，至少冲洗颗粒一次。在一个实施例中，用中性高介电的有机液体，例如商品名为Isopar，由Exxon Chemical ofHouston，Taxas提供的异链烷烃，冲洗颗粒两至五次。这得到了为用于构图准备的制备好的焊料颗粒。并且，由于通过包覆产生的氧扩散阻挡层，该颗粒抗氧化且在室温下长存储时间内稳定。
除了如上所述的对颗粒的浸入包覆，还可通过其它方法包覆颗粒，例如流化床包覆、喷雾包覆、平盘(pan)包覆、旋转包覆、滚动包覆、等离子体包覆或溶液包覆。
上述方法得到的颗粒具有电绝缘包覆，且能够保持静电荷。对于焊料粉末而言，该包覆能够在焊接温度下消融，且在某些情况下，该包覆在焊接期间起助熔作用。
如上所述，包覆介质可包括两种或多种提及的混合物。在一个实例中，主要的包覆介质是阴离子或阳离子类，具有用于控制总电荷的相反的类(阳离子或阴离子)。
上述范围内的一个尤其优选的实施例采用接合到金属颗粒表面的多种离子类(阴离子或阳离子类)中的一种。选择该离子类以补充将要随后施加的电荷导向物，以使颗粒变为静电或动电可移动。
为将颗粒用于例如在2004年7月9日提交的名称为DEPOSITIONAND PATTERNING PROCESS的美国专利申请中公开的静电或动电方法，将颗粒引入包括电解质或聚合电解质的溶液，也称为电荷导向物中，在此特别引入该专利申请的整个内容作为参考。适合的电解质/聚合电解质包括但并不限于：
从HP Compaq可得的聚乙烯卵磷脂溶液；
商品名为NPHOS，可得的磷酸化一元酸甘油二酯；
十二烷基硫酸钠(SDS)；
月桂基硫酸钠；
硝酸钴；
全氟戊酸、辛酸、癸酸及类似物；
全氟羧酸(全氟癸二酸、辛二酸、丁二酸)；
脂肪酸的钠盐和脂肪酸的钙盐；
乙氧基醇的硫酸盐；
月桂基硫酸铵；
烯丙基硫酸钠和磺酸钠；
石油磺酸钡(barium petronate)，可选地通过用蒸馏水灌注进行改性；以及
季铵电解质和聚合电解质，例如烯丙基甲基氯化铵，十六烷基氯化铵和十二烷基三甲基氯化铵。
这由此产生了用于静电或动电沉积方法中的静电或动电可移动的颗粒。该颗粒包括：颗粒主体；在颗粒主体上的上述包覆介质，容易附着电荷导向物材料，其中该包覆介质选自阴离子类、非离子类、阳离子类、酸、碱及其混合物；以及在包覆介质上的上述电荷导向物材料，其中电荷导向物材料带有正或负电荷，从而使颗粒主体变为静电或动电可移动。
此后，通过平盘干燥、喷雾干燥或其它合适的方法干燥颗粒。电解质和聚合电解质的作用是便于保持电荷，以在存在电场时以希望的方式使颗粒作出反应。
在准备印刷时，用具有合适介电性能的液体结合和浸湿颗粒。该液体的一个实例是Isopar产品。另一个例子是商品名为Fluorinert，从3-MCorporation可得的产品。结合的颗粒和液体中颗粒的含量从约2重量％到约90重量％。基于体积时，颗粒构成了混合物的约2％到约60％。
当介绍本发明的要素或其优选实施例时，冠词“一个”、“该”和“所述”旨在表示该要素具有一个或多个。术语“包括”和“具有”旨在包括，且表示除了所列出的要素外还可具有其它要素。
由于只要不脱离本发明的范围，可以对以上进行各种修改，旨在将在上述说明书中包括并在附图中示出的所有内容解释为是示例性的而非限制性的。上述内容涉及仅仅为了示例的目的而提供的有限数量的实施例。旨在通过所附的权利要求书限定发明范围，并且可对上述实施例进行不脱离本发明的范围的修改。

Claims (39)

1.一种制备带有电荷的颗粒以使所述颗粒变为静电或动电可移动的方法，所述方法包括以下步骤：
用容易附着电荷导向物材料的包覆介质包覆所述颗粒，其中所述包覆介质选自阴离子类、非离子类、阳离子类、酸、碱及其混合物，以得到其上具有所述包覆介质的颗粒；以及
使其上具有所述包覆介质的所述颗粒与电荷导向物介质接触，以将正或负电荷赋予所述颗粒，从而使所述颗粒变为静电或动电可移动。
2.根据权利要求1的方法，其中所述颗粒是焊料金属颗粒。
3.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用阳离子材料包覆所述颗粒。
4.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用选自以下的材料包覆所述颗粒：a)硬脂酰胺基丙基二乙醇胺，b)C16-C18单烷基胺，c)氢化牛油烷基胺，d)N-肉豆蔻酰肌氨酸，e)N-硬脂酰肌氨酸，f)N-(1，3-二甲基丁基)-N-苯二胺，g)N，N’-己烷-1，6-二基双(3-3(3，5-0二叔丁基-4-羟基苯基丙酰胺))，h)基于氨基的硅氧烷共聚醇表面活性剂，以及i)它们的混合物。
5.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用选自酰胺、聚酰胺和聚酰胺树脂的材料包覆所述颗粒。
6.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用阴离子材料包覆所述颗粒。
7.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用选自以下的材料包覆所述颗粒：a)N-月桂基乙二胺三乙酸，b)包括钾和游离甘油的甘油硬脂酸酯SE，c)硬脂酰胺基丙基二乙醇胺，d)山萮酸(二十二烷酸)，e)脂肪醇/磷酸酯/乙氧基化物混合物，以及f)它们的混合物。
8.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用聚合材料包覆所述颗粒。
9.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用选自以下的材料包覆所述颗粒：a)苯乙烯丙烯酸共聚物，b)乙烯丙烯酸共聚物，c)棕榈酸，d)硬脂酸，e)丙烯丙烯酸共聚物，以及f)它们的混合物。
10.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用选自松香和改性松香的材料包覆所述颗粒。
11.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用选自脂松香、氢化松香、松香的反丁烯二酸加合物以及松香的顺丁烯二酸加合物的材料包覆所述颗粒。
12.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用有机酸材料包覆所述颗粒。
13.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用选自以下的材料包覆所述颗粒：a)脂族酸，b)芳族酸，c)单羧酸，d)双羧酸，e)三羧酸，f)氨基酸，g)磺酸，h)氨基磺酸，i)次膦酸，j)膦酸，以及k)它们的混合物。
14.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用选自C主链长度介于C1与C20之间的单羧酸和双羧酸的材料包覆所述颗粒。
15.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用选自己二酸、柠檬酸、抗坏血酸、丁二酸、苹果酸、丙二酸及其混合物的材料包覆所述颗粒。
16.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用有机碱材料包覆所述颗粒。
17.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用选自脂族胺和芳族胺的材料包覆所述颗粒。
18.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用选自以下的材料包覆所述颗粒：a)伯胺，b)仲胺，c)叔胺，以及d)它们的混合物。
19.根据权利要求1的方法，其中：
所述颗粒是焊料金属颗粒；以及
用包覆介质包覆所述颗粒包括用选自以下的材料包覆所述颗粒：a)乙胺，b)叔丁胺，c)丙胺，d)链烷醇胺，e)烷基胺，f)甲氧基苯胺，g)N-苯基苄胺，h)N-i)苯基二乙醇胺，j)二苯胍，k)2-氨基三氟甲苯，以及l)它们的混合物。
20.一种用于静电或动电沉积方法的静电或动电可移动的颗粒，所述颗粒包括：
颗粒主体；
在所述颗粒主体上的包覆介质，容易附着电荷导向物材料，其中所述包覆介质选自阴离子类、非离子类、阳离子类、酸、碱及其混合物；以及
在所述包覆介质上的电荷导向物材料，其中所述电荷导向物材料带有正或负电荷，从而使所述颗粒主体变为静电或动电可移动。
21.根据权利要求20的颗粒，其中所述颗粒主体是焊料金属颗粒主体。
22.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括阳离子材料。
23.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括选自以下的材料：a)硬脂酰胺基丙基二乙醇胺，b)C16-C18单烷基胺，c)氢化牛油烷基胺，d)N-肉豆蔻酰肌氨酸，e)N-硬脂酰肌氨酸，f)N-(1，3-二甲基丁基)-N-苯二胺，g)N，N’-己烷-1，6-二基双(3-3(3，5-0二叔丁基-4-羟基苯基丙酰胺))，h)基于氨基的硅氧烷共聚醇表面活性剂，以及i)它们的混合物。
24.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括选自酰胺、聚酰胺和聚酰胺树脂的材料。
25.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括阴离子材料。
26.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括选自以下的材料：a)N-月桂基乙二胺三乙酸，b)包括钾和游离甘油的甘油硬脂酸酯SE，c)硬脂酰胺基丙基二乙醇胺，d)山萮酸(二十二烷酸)，e)脂肪醇/磷酸酯/乙氧基化物混合物，以及f)它们的混合物。
27.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括聚合材料。
28.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括选自以下的材料：a)苯乙烯丙烯酸共聚物，b)乙烯丙烯酸共聚物，c)棕榈酸，d)硬脂酸，e)丙烯丙烯酸共聚物，以及f)它们的混合物。
29.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括选自松香和改性松香的材料。
30.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括选自脂松香、氢化松香、松香的反丁烯二酸加合物以及松香的顺丁烯二酸加合物的材料。
31.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括有机酸材料。
32.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括从以下各项所构成的组中选出的任一材料：a)脂族酸，b)芳族酸，c)单羧酸，d)双羧酸，e)三羧酸，f)氨基酸，g)磺酸，h)氨基磺酸，i)次膦酸，j)膦酸，以及k)它们的混合物。
33.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括选自C主链长度介于C1与C20之间的单羧酸和双羧酸的材料。
34.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括选自己二酸、柠檬酸、抗坏血酸、丁二酸、苹果酸、丙二酸及其混合物的材料。
35.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括有机碱材料。
36.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括选自脂族胺和芳族胺的材料。
37.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括选自以下的材料：a)伯胺，b)仲胺，c)叔胺，以及d)它们的混合物。
38.根据权利要求20的颗粒，其中所述包覆介质包括选自以下的材料：a)乙胺，b)叔丁胺，c)丙胺，d)链烷醇胺，e)烷基胺，f)甲氧基苯胺，g)N-苯基苄胺，h)N-i)苯基二乙醇胺，j)二苯胍，k)2-氨基三氟甲苯，以及l)它们的混合物。
39.根据权利要求22至38中任何一项的颗粒，其中所述颗粒主体包括焊料金属颗粒主体。
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