DE102014204729A1

DE102014204729A1 - Dickschicht-Leitfähigkeitstinten für Elektronikvorrichtungen

Info

Publication number: DE102014204729A1
Application number: DE201410204729
Authority: DE
Inventors: Lisa M. Albaugh; David A. Smith; Timothy J. Guse
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2034-03-15
Also published as: CN104103340A; US20140302333A1; US9351398B2; DE102014204729B4

Abstract

Hierin werden Dickschicht-Leitfähigkeitstinten für Elektronikvorrichtungen, Verfahren zur Herstellung von Elektronikvorrichtungen unter Verwendung von Dickschicht-Leitfähigkeitstinten, und mittels solcher Verfahren hergestellter Elektronikvorrichtungen bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst eine Dickschicht-Leitfähigkeitstinte einen organischen Anteil und einen anorganischen Anteil. Der anorganische Anteil ist in dem organischen Anteil zur Definition einer Paste dispergiert. Der anorganische Anteil umfasst ein metallisches Kupferpulver, Kupferoxid und elementares Bor. Die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte umfasst im Wesentlichen kein Glas.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Das technische Gebiet betrifft allgemein Elektronikvorrichtungen, und insbesondere Dickschicht-Leitfähigkeitstinten für Elektronikvorrichtungen, Verfahren zur Herstellung von Elektronikvorrichtungen unter Verwendung von Dickschicht-Leitfähigkeitstinten, und mittels solcher Verfahren hergestellter Elektronikvorrichtungen.
HINTERGRUND
Dickschicht-Leitfähigkeitsschichten werden üblicherweise in der Elektronikindustrie verwendet und besitzen mit zunehmender Bedeutung hin zu kleineren und noch kleineren Schaltkreisen eine wachsende Bedeutung. Dickschicht-Leitfähigkeitsschichten können beispielsweise durch Siebdruck einer Dickschicht-Leitfähigkeitstinte gebildet werden, welche aus einem pulverförmigen Basismetall auf einem nicht-leitfähigen Substrat, wie zum Beispiel 96% Aluminiumoxid, besteht. Die Dickschicht-Leitfähigkeitsschichttinte wird dann getrocknet, so dass sich Trägersubstanzen verflüchtigen, und annealed, um für eine Verbindung (Bonding) der Schicht mit dem Substrat das pulverförmige Basismetall und andere verbleibende Bestandteile zu sintern bzw. zu verschmelzen.
Herkömmlicherweise beinhalteten Dickschicht-Leitfähigkeitstinten typischerweise kostbare Metalle, wie zum Beispiel Gold, Silber, Platin und Palladium als das pulverförmige Basismetall. Zur Kostenreduzierung wurden Dickschicht-Leitfähigkeitstinten mit Kupfer-Pulver kürzlich auf diesem Bereich eingeführt. Solche Dickschicht-Leitfähigkeitstinten enthalten ebenso Glas als ein Verbindungsbeschleuniger, welcher bzw. welches bei Temperaturen erreicht, welche zum Sintern des Kupferpulvers geeignet sind, zum Beispiel 675°C oder höher, um die Dickschicht-Leitfähigkeitsschicht mit dem Substrat zu verschmelzen (zu fusionieren). Dabei ist von Nachteil, dass Glas einen höheren Widerstand besitzt und Blei enthalten kann, welches hinsichtlich der Umwelt bedenklich ist.
Dementsprechend ist es wünschenswert, für Elektronikvorrichtungen Dickschicht-Leitfähigkeitstinten ohne Glas bereitzustellen, beispielsweise um das Vorhandensein von Blei in der Schicht bzw. dem Film zu eliminieren oder den Widerstand der Tinte geringer zu machen, Verfahren zur Herstellung von Elektronikvorrichtungen unter Verwendung solcher Dickschicht-Leitfähigkeitstinten bereitzustellen und mittels solcher Verfahren hergestellte Elektronikvorrichtungen bereitzustellen. Überdies ist es wünschenswert, Dickschicht-Leitfähigkeitstinten mit geringeren Kosten für Elektronikvorrichtungen bereitzustellen, Verfahren zur Herstellung von Elektronikvorrichtungen unter Verwendung solcher Dickschicht-Leitfähigkeitstinten, und mittels solcher Verfahren hergestellter Elektronikvorrichtungen bereitzustellen. Weiterhin werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und dem vorangegangenen technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Im Folgenden wird eine Dickschicht-Leitfähigkeitstinte für eine Elektronikvorrichtung bereitgestellt. In einer Ausführungsform umfasst die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte einen organischen Anteil und einen anorganischen Anteil. Der anorganische Anteil ist zur Definition einer Paste in den organischen Anteil dispergiert. Der anorganische Anteil umfasst ein metallisches Kupferpulver (Cu), Kupferoxid (CuO) und elementares Bor. Die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte umfasst im Wesentlichen kein Glas.
Im Folgenden wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikvorrichtung bereitgestellt. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Abscheiden einer Dickschicht-Leitfähigkeitstinte in überdeckender Weise auf einem Substrat. Die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte umfasst einen organischen Anteil und einen anorganischen Anteil. Der anorganische Anteil ist zur Definition einer Paste in dem organischen Anteil aufgelöst bzw. dispergiert. Der anorganische Anteil umfasst ein metallisches Kupferpulver, Kupferoxid und elementares Bor. Die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte umfasst im Wesentlichen kein Glas. Die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte ist zur Bildung einer das Substrat überdeckenden Leiterschicht annealed.
Im Folgenden wird auch eine Elektronikvorrichtung bereitgestellt. In einer Ausführungsform umfasst die Elektronikvorrichtung ein Substrat und eine das Substrat überdeckende Leiterschicht. Die Leiterschicht umfasst geschmolzenes/gesintertes metallisches Kupfer, Kupferoxid, Bortrioxid und im Wesentlichen kein Glas.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beispielhaften Ausführungsformen werden hiernach in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
1–3 Querschnittsansichten einer Elektronikvorrichtung während verschiedener Herstellungsvorgänge bzw. -schritte und ein Verfahren zur Herstellung der Elektronikvorrichtung in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform sind; und
4 eine perspektivische Ansicht einer Elektronikvorrichtung in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die Anwendung und Verwendungen nicht beschränken. Weiterhin soll es keine Beschränkung durch irgendeine in dem vorangegangenen technischen Gebiet, Hintergrund, kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellte Theorie geben.
Verschiedene hierin erörterte Ausführungsformen betreffen Dickschicht-Leitfähigkeitstinten für Elektronikvorrichtungen, Verfahren zur Herstellung von Elektronikvorrichtungen unter Verwendung von Dickschicht-Leitfähigkeitstinten und mittels solcher Verfahren hergestellter Elektronikvorrichtungen. Die hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen stellen eine Dickschicht-Leitfähigkeitstinte bereit, welche einen organischen Anteil und einen anorganischen Anteil umfassen. Der anorganische Anteil umfasst metallisches Kupferpulver, Kupferoxid, elementares Bor und im Wesentlichen kein Glas. Der Ausdruck „im Wesentlichen kein Glas”, wie er hierin verwendet wird, bedeutet, dass Glas, falls vorhanden, nicht in einer Menge verwendet wird, welche in messbarer Weise eine Verbindung des Films bzw. der Schicht mit einem Substrat beschleunigt (zum Beispiel während und/oder infolge auf ein Annealen der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte). Der organische Anteil ist beispielsweise eine organische Flüssigkeit, wobei der anorganische Anteil zur Bildung einer Paste in dem organischen Anteil dispergiert bzw. aufgelöst ist. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte beispielsweise mittels eines Siebdruckverfahrens bzw. -druckens in überdeckender Weise auf einem Substrat abgeschieden. Die Dickschichtfilm-Leitfähigkeitstinte wird getrocknet, und dann beispielsweise in einem Ofen annealed, um eine das Substrat überdeckende Leitfähigkeitsschicht zu bilden. Die Leitfähigkeitsschicht umfasst geschmolzenes/gesintertes metallisches Kupfer, Kupferoxid, Bortrioxid und im Wesentlichen kein Glas. Es wurde festgestellt, dass während des Annealens das elementare Boron, welches in der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorhanden ist, mit vorhandenem Sauerstoff reagiert, und zwar zum Beispiel von dem Kupferoxid und/oder dem Rest-Sauerstoff in der Ofen-Atmosphäre, um Bortrioxid zu bilden. Bortrioxid beschleunigt eine Verbindung der Schicht/Lage mit dem Substrat. Somit enthält die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte und die nachfolgend gebildete Leitfähigkeitsschicht Kupfer als ein relativ kostengünstiges Ausgangsmetall ohne Vorhandensein von Glas oder Blei.
1 zeigt in einer Querschnittsansicht die Elektronikvorrichtung 10 während eines frühen Herstellungsvorganges in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform. In der Darstellung umfasst die Elektronikvorrichtung 10 ein Substrat 12. Das Substrat 12 kann beispielsweise ein Keramiksubstrat mit Aluminiumoxid mit etwa 94 bis etwa 96 Gew.-% Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid oder alternativ einem metallischen Substrat mit beispielsweise Edelstahl oder anderen Metallen mit einem relativ hohen Schmelzpunkt bzw. einer relativ hohen Schmelztemperatur sein. Weitere Substrate für Elektronikvorrichtungen können ebenso verwendet werden, wie sie dem Fachmann bekannt sind.
Das Substrat 12 ist auf einer Befestigungseinrichtung 14 positioniert, welche unterhalb eines Maschensiebes 16 angeordnet ist. Eine strukturierte Emulsion 18 ist zur Definition eines gemusterten Siebes 20 zum Siebdrucken angeordnet. Eine Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22 ist in überdeckender Weise auf dem gemusterten Sieb 20 angeordnet. Die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22 weist einen organischen Anteil auf, wie zum Beispiel eine organische Flüssigkeit, und einen anorganischen Anteil, welcher in dem organischen Anteil zur Definition einer Paste dispergiert bzw. aufgelöst ist.
Der anorganische Anteil umfasst ein metallisches Kupferpulver, Kupferoxid, elementares Bor und im Wesentlichen kein Glas. In einer beispielhaften Ausführungsform besteht der anorganische Anteil im Wesentlichen aus metallischen Kupferpulver, Kupferoxid und elementarem Bor. Somit umfasst der anorganische Anteil im Wesentlichen kein Blei. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das metallische Kupferpulver in einer Menge von etwa 65 bis etwa 85 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22 vorhanden, das Kupferoxid in einer Menge von etwa 3 bis etwa 23 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22 und das elementare Bor in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte.
In einer Ausführungsform weist das metallische Kupferpulver eine mittlere Partikelgröße von etwa 0,01 bis etwa 10,5 μm und einen Oberflächenbereich von etwa 0,4 bis etwa 2,5 m²/g auf. In einem Beispiel umfasst das metallische Kupferpulver eine oder mehrere unterschiedliche Arten von Kupferpulvern einschließlich: Kupferpulver aus nicht-zusammenhängenden beschichteten kleinteiligen Partikeln mit einem Oberflächenbereich von etwa 0,4 bis etwa 0,75 m²/g, wie zum Beispiel weniger als etwa 6,65 μm; Kupferpulver aus Submikron-kristallinen Partikeln mit einem Oberflächenbereich von etwa 1,5 bis etwa 2,5 m²/g, wie zum Beispiel weniger als etwa 1,85 m²/g, und einer mittleren Partikelgröße von etwa 0,5 bis etwa 0,9 μm, wie zum Beispiel weniger als etwa 0,65 μm; Kupferpulver aus mono-dispergierten Partikeln mit einem Oberflächenbereich von etwa 0,3 bis etwa 0,8 m²/g, wie zum Beispiel weniger als etwa 0,5 m²/g, und einer mittleren Partikelgröße von etwa 0,01 bis etwa 2 μm, wie zum Beispiel weniger als etwa 2 μm; und/oder Kupferpulver mit einem Oberflächenbereich von etwa 0,8 bis etwa 1,5 m²/g, wie zum Beispiel weniger als etwa 1 m²/g, und einer mittleren Partikelgröße von etwa 1 bis etwa 2 μm, wie zum Beispiel etwa 1,5 μm.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der organische Anteil der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22 in einer Menge von etwa 10 bis etwa 30 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22 vorhanden. Somit ist der anorganische Anteil in einer Menge von etwa 70 bis 90 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22 vorhanden.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der organische Anteil der Dickschicht-Leitfähigkeitsschicht 22 eine organische Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von etwa 220 bis etwa 300°C, wie zum Beispiel von 240 bis etwa 260°C bei einem Atmosphärendruck. Nicht-beschränkende Beispiele von geeigneten organischen Flüssigkeiten umfassen 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol-monoisobutyrat (zum Beispiel Texanol^TM), Diethylphthalat, α-Terpineol, Butyl-Diglym, oder Kombinationen davon. Zusätzlich kann der organische Anteil zur Erhöhung der rheologischen Eigenschaften der organischen Flüssigkeit ein rheologisches Additiv umfassen. In einem Beispiel umfasst der organische Anteil Ethyl-Zellulose als ein rheologisches Additiv. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der organische Anteil der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol-monoisobutyrat, welches in einer Menge von etwa 8 bis etwa 25 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22 vorhanden ist, Ethyl-Zellulose in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 3 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22 und Butyl-Diglym in einer Menge von etwa 1 bis etwa 4 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22. Der organische Anteil der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22 kann weitere dem Fachmann bekannte Additive umfassen.
Mit Bezug auf 1 bis 2 wird ein Rakel 26 entlang einer oberen Fläche 28 des gemusterten Siebes 20 geführt, um die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22 zur Ablagerung der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22 in überdeckender Weise auf dem Substrat 12 zu drücken. In der Darstellung bildet die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22, welche auf dem Substrat 12 aufgetragen ist, eine Leitfähigkeitspaste-Schicht 30, welche bestimmte Leitfähigkeitspastenmerkmale 32 definiert. Die bestimmten Leitfähigkeitspastenmerkmale 32 können derart ausgebildet sein, um eine Dickschicht-Spur bzw. -Spuren zu bilden, Dickschicht-Wärmeableiter (auch Plural), ein Elektronikvorrichtung-Merkmal bzw. -Merkmale und/oder dergleichen.
3 zeigt in einer Querschnittsansicht die Elektronikvorrichtung 10 während eines weiter fortgeschrittenen Herstellungsschrittes in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform. Nach Führen der Rakel 26 entlang der oberen Fläche 28 des gemusterten Siebes 20 wird beispielsweise in einem einzigen Durchgang die Leitfähigkeitspastenlage 30 getrocknet, um flüchtige Bestandteile zu entfernen, zum Beispiel den organischen Anteil der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte 22. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Leitfähigkeitspastenlage 30 durch Exponieren der Elektronikvorrichtung 10 an einer Temperatur von etwa 100 bis etwa 150°C für eine Dauer von etwa 15 bis etwa 30 Minuten getrocknet, um wenigstens eine wesentliche Menge der flüchtigen Bestandteile zu entfernen.
Die Leitfähigkeitspastenlage 30 wird dann annealt (Schritt 36), beispielsweise durch Positionieren der Elektronikvorrichtung 10 in einem Ofen und Aussetzen der Elektronikvorrichtung 10 an einer Ofentemperatur für eine vorbestimmte Zeit. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Ofentemperatur etwa 675°C oder mehr, wie zum Beispiel von etwa 800 bis etwa 900°C, beispielsweise von etwa 850 bis etwa 875°C, wobei die vorbestimmte Zeitdauer von etwa 30 bis etwa 60 Minuten beträgt.
Nunmehr mit Bezug auf 4 wird die Leitfähigkeitspastenlage 30 während des Annealens 36 zur Bildung einer Leiterschicht bzw. Leiterschichten 38 gesintert bzw. zusammen verschmolzen und mit dem Substrat 12 befestigt bzw. verbunden. Insbesondere wirkt das elementare Bor als ein Oxidationshemmer und reagiert mit Rest-Sauerstoff aus der Ofen-Atmosphäre und/oder dem Kupferoxid, und zwar zur Bildung von Bortrioxid. Das metallische Kupferpulver, Kupferoxid und das Bortrioxid werden zur Bildung der Leitfähigkeitsschicht 38 verschmolzen bzw. zusammen gesintert. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Leitfähigkeitsschicht 38 verschmolzenes/gesintertes metallisches Kupfer, Kupferoxid, Bortrioxid und insbesondere kein Glas. Zusätzlich beschleunigt die Umwandlung von elementarem Bor in Bortrioxid die Haftung zwischen der Leitfähigkeitsschicht 38 und dem Substrat 12. In einer beispielhaften Ausführungsform besteht die Ofen-Atmosphäre aus einer sauerstoffreichen Atmosphäre mit etwa 5 bis etwa 10 ppm Sauerstoff.
In der Darstellung in 4 kann bzw. können die Leitfähigkeitsschicht- bzw. Leitfähigkeitsschichten 38 als Dickschicht-Spuren ausgebildet sein, Wärmeableiter oder dergleichen, welche in direktem Kontakt mit anderen Merkmalen 40 und/oder beispielsweise dem Substrat 12, und/oder über eine dielektrische Schicht 42 vom Substrat 12 beabstandet sein. In einer beispielhaften Ausführungsform weist bzw. weisen die Leitfähigkeitsschicht bzw. Leitfähigkeitsschichten eine Dicke von etwa 0,02542 bis etwa 0,1524 mm auf, was beispielsweise ein Ergebnis des Annealens 36 der einzelnen Leitfähigkeitspastenlage 30 ist (siehe 3).

Im Folgenden werden Beispiele von Dickschicht-Leitfähigkeitstinten in Übereinstimmung mit verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen gegeben. Die Beispiele werden lediglich zu Darstellungszwecken bereitgestellt und sollen die verschiedenen Ausführungsformen der Dickschicht-Leitfähigkeitstinten in keiner Weise beschränken. Alle Materialien sind in Gewichtsprozent angegeben. BEISPIELE – DICKSCHICHT-LEITFÄHIGKEITSTINTEN – ZUSAMMENSETZUNGEN Dickschicht-Leitfähigkeitstinte – Zusammensetzung 1 (Theoretischer Ertrag)

Inhaltsstoff	Gew.-%
Anorganischer Anteil
Kupfer(Cu)-Pulver –	50 bis 85 (z. B., etwa 68)
(Basis, #1, #2, oder #3**)
CuO	3 bis 23 (z. B., etwa 7,69)
Elementares Bor	0,5 bis 5 (z. B., etwa 1,15)
Organischer Anteil
Texanol^TM	8 bis 25 (z. B., etwa 19,62)
Butyl Diglyme	1 bis 4 (z. B., etwa 2,31)
Ethyl Zellulose	0,5 bis 3 (z. B., 1,15)
Gesamt	100,0

* Cu-Pulver (Basis) – nicht-verklumpte beschichtete feine Partikel; Oberflächenbereich von etwa 0,4 bis etwa 0,75 m²/g, wie z. B. weniger als etwa 0,64 m²/g; mittlere Partikelgröße von etwa 4,5 bis etwa 10,5 μm, wie z. B. weniger als etwa 6,65 μm.
** Cu-Pulver (Option #1) – Submikrone kristalline Partikel; Oberflächenbereich von etwa 1,5 bis etwa 2,5 m²/g, wie z. B. weniger als etwa 1,85 m²/g; mittlere Partikelgröße von etwa 0,01 bis etwa 2 μm, wie z. B. weniger als etwa 2 μm.
*** Cu-Pulver (Option #2) – mono-dispergierte Partikel; Oberflächenbereich von etwa 0,3 bis etwa 2,5 m²/g, wie z. B. weniger als etwa 1,85 m²/g; mittlere Partikelgröße von etwa 0,5 bis etwa 0,9 μm, wie z. B. weniger als etwa 0,65 μm.
**** Cu-Pulver (Option #3) – Oberflächenbereich von etwa 0,8 bis etwa 1,5 m²/g, wie z. B. weniger als etwa 1 m²/g; mittlere Partikelgröße von etwa 1 bis etwa 2 μm, wie z. B. etwa 1,5 μm. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte – Zusammensetzung 2 (Theoretischer Ertrag)

Inhaltsstoff	Gew.-%
Anorganischer Anteil
Cu-Pulver (Basis*)	25 bis 50 (z. B., 38)
Cu-Pulver #3****	25 bis 50 (z. B., 38)
CuO	3 bis 23 (z. B., etwa 4,9)
Elementares Bor	0,5 bis 5 (z. B., etwa 1,2)
Organischer Anteil	10 bis 30 (z. B., etwa 17,9)
Gesamt	100,0

Dickschicht-Leitfähigkeitstinte – Zusammensetzung 3 (Theoretischer Ertrag)

Inhaltsstoff	Gew.-%
Anorganischer Anteil
Cu-Pulver (Basis*)	40 bis 65 (z. B., 58,2)
Cu-Pulver #2***	10 bis 20 (z. B., 14,7)
CuO	3 bis 23 (z. B., etwa 8,2)
Elementares Bor	0,5 bis 5 (z. B., etwa 1,3)
Organischer Anteil	10 bis 30 (z. B., etwa 17,6)
Gesamt	100,0

Dickschicht-Leitfähigkeitstinte – Zusammensetzung 4 (Theoretischer Ertrag)

Inhaltsstoff	Gew.-%
Anorganischer Anteil
Cu-Pulver (Basis*)	45 bis 65 (z. B., 53,9)
Cu-Pulver #1**	5 bis 20 (z. B., 9,8)
CuO	3 bis 23 (z. B., etwa 15,2)
Elementares Bor	0.5 bis 5 (z. B., etwa 3,1)
Organischer Anteil	10 bis 30 (z. B., etwa 18)
Gesamt	100,0

Dementsprechend wurden Dickschicht-Leitfähigkeitstinten für Elektronikvorrichtungen, Verfahren zur Herstellung von Elektronikvorrichtungen unter Verwendung von Dickschicht-Leitfähigkeitstinten sowie mittels solcher Verfahren hergestellter Elektronikvorrichtungen beschrieben. Die hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen stellen eine Dickschicht-Leitfähigkeitstinte bereit, welche einen organischen Anteil und einen anorganischen Anteil umfasst. Der anorganische Anteil umfasst metallisches Kupferpulver, Kupferoxid, elementares Bor und im Wesentlichen kein Glas. Der anorganische Anteil ist zur Bildung einer Paste in dem organischen Anteil dispergiert bzw. aufgelöst. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte in überdeckender Weise auf einem Substrat abgeschieden. Die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte wird getrocknet, sodann annealed, zum Beispiel in einem Ofen, um eine das Substrat überdeckende Leitfähigkeitsschicht zu bilden. Die Leitfähigkeitsschicht umfasst geschmolzenes/gesintertes metallisches Kupfer, Kupferoxid, Bortrioxid und im Wesentlichen kein Glas.
Während wenigstens einer Ausführungsform in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung dargestellt wurde, wird bevorzugt, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es wird außerdem bevorzugt, dass die beispielhafte Ausführungsform bzw. beispielhaften Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und in keiner Weise den Umfang, die Anwendbarkeit bzw. Konfiguration der Offenbarung beschränken sollen. Vielmehr soll die vorangegangene detaillierte Beschreibung dem Fachmann eine nützliche Anleitung zur Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform bzw. beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es wird davon ausgegangen, dass hinsichtlich der Funktion und Anordnung der Elemente verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Offenbarung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlicher Äquivalente definiert ist.
WEITERE AUSFÜHRUNGSFORMEN

1. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte für eine Elektronikvorrichtung, wobei die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte umfasst: einen organischen Anteil; und einen anorganischen Anteil, welcher in dem organischen Anteil dispergiert ist und eine Paste definiert, wobei der anorganische Anteil ein metallisches Kupferpulver, Kupferoxid und elementares Bor umfasst, und wobei die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte im Wesentlichen kein Glas umfasst.
2. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 1, wobei der anorganische Anteil im Wesentlichen kein Blei umfasst.
3. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 1, wobei der anorganische Anteil im Wesentlichen aus dem metallischen Kupferpulver, Oxid und dem elementaren Bor besteht.
4. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 1, wobei der organische Anteil in einer Menge von etwa 10 bis etwa 30 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorliegt.
5. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 1, wobei der organische Anteil in einer Menge von etwa 70 bis etwa 90 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorliegt.
6. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 1, wobei das metallische Kupferpulver in einer Menge von etwa 50 bis etwa 85 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorliegt.
7. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 1, wobei das Kupferoxid in einer Menge von etwa 3 bis etwa 23 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorliegt.
8. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 1, wobei das elementare Bor in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorliegt.
9. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 1, wobei der organische Anteil eine organische Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von etwa 220 bis etwa 300°C bei einem Atmosphärendruck aufweist.
10. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 1, wobei der organische Anteil 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol-monoisobutyrat umfasst.
11. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 1, wobei 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol-monoisobutyrat in einer Menge von etwa 8 bis 25 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorhanden ist.
12. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 1, wobei der organische Anteil Ethylzellulose umfasst.
13. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 12, wobei Ethylzellulose in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 3 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorhanden ist.
14. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 1, wobei der organische Anteil Butyldiglyme umfasst.
15. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 14, wobei Butyldiglyme in einer Menge von etwa 1 bis 4 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorhanden ist.
16. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 1, wobei das metallische Kupferpulver eine mittlere Partikelgröße von etwa 0,01 bis etwa 10,5 μm aufweist.
17. Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Ausführungsform 1, wobei das metallische Kupferpulver ein erstes Kupferpulver, ein zweites Kupferpulver aufweist, und/oder ein drittes Kupferpulver aufweist, und wobei das erste Kupferpulver einen ersten durchschnittlichen Oberflächenbereich von etwa 0,3 bis etwa 0,8 m²/g aufweist, das zweite Kupferpulver einen zweiten durchschnittlichen Oberflächenbereich von etwa 0,8 bis etwa 1,5 m²/g aufweist, und das dritte Kupferpulver einen dritten durchschnittlichen Oberflächenbereich von etwa 1,5 bis etwa 2,5 m²/g aufweist.
18. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Einrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Abscheiden einer Dickschicht-Leitfähigkeitstinte in überlagernder Weise auf einem Substrat, wobei die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte umfasst: einen organischen Anteil; und einen anorganischen Anteil, welcher in dem organischen Anteil dispergiert ist und eine Paste definiert, wobei der anorganische Anteil ein metallisches Kupferpulver, Kupferoxid und elementares Bor umfasst, und wobei die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte im Wesentlichen kein Glas umfasst; und Annealen der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte zur Bildung einer das Substrat überdeckenden Leitschicht.
19. Verfahren nach Ausführungsform 18, wobei das Abscheiden ein Abscheiden der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte in einem einzigen Aufdruck zur Bildung einer ersten Leitfähigkeitspastenschicht bzw. -lage umfasst, und wobei das Annealen ein Annealen der ersten Leitfähigkeitspastenschicht zur Bildung der Leitfähigkeitsschicht mit einem einzelnen Aufdruck bzw. Aufbringen mit einer annealten Dicke von etwa 0,0254 bis etwa 0,1524 mm umfasst.
20. Elektronikvorrichtung, umfassend: ein Substrat; und eine das Substrat überdeckende Leitfähigkeitsschicht, welche geschmolzenes/gesintertes metallisches Kupfer, Kupferoxid, Bor-Trioxid und im Wesentlichen kein Glas umfasst.

Claims

Dickschicht-Leitfähigkeitstinte für eine Elektronikvorrichtung, wobei die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte umfasst: einen organischen Anteil; und einen anorganischen Anteil, welcher in dem organischen Anteil dispergiert ist und eine Paste definiert, wobei der anorganische Anteil ein metallisches Kupferpulver, Kupferoxid und elementares Bor umfasst, und wobei die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte im Wesentlichen kein Glas umfasst.
Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Anspruch 1, wobei der anorganische Anteil im Wesentlichen kein Blei umfasst, und/oder hauptsächlich aus dem metallischen Kupferpulver, Oxid und dem elementaren Bor besteht.
Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Anspruch 1 oder 2, wobei der organische Anteil in einer Menge von etwa 10 bis etwa 30 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorliegt, und/oder wobei der anorganische Anteil in einer Menge von etwa 70 bis etwa 90 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorliegt, und/oder wobei das metallische Kupferpulver in einer Menge von etwa 50 bis etwa 85 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorliegt, und/oder wobei das Kupferoxid in einer Menge von etwa 3 bis etwa 23 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorliegt, und/oder wobei das elementare Bor in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorliegt.
Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der organische Anteil eine organische Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von etwa 220 bis etwa 300°C bei einem Atmosphärendruck aufweist, insbesondere 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol-monoisobutyrat.
Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach Anspruch 4, wobei 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol-monoisobutyrat in einer Menge von etwa 8 bis etwa 25 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte vorhanden ist.
Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der organische Anteil Ethylzellulose umfasst, insbesondere in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 3 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte, und/oder wobei der organische Anteil Butyldiglyme umfasst, insbesondere in einer Menge von etwa 1 bis 4 Gew.-% der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte.
Dickschicht-Leitfähigkeitstinte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das metallische Kupferpulver eine mittlere Partikelgröße von etwa 0,01 bis etwa 10,5 μm aufweist, und/oder wobei das metallische Kupferpulver ein erstes Kupferpulver aufweist, ein zweites Kupferpulver aufweist, und/oder ein drittes Kupferpulver aufweist, und wobei das erste Kupferpulver einen ersten durchschnittlichen Oberflächenbereich von etwa 0,3 bis etwa 0,8 m²/g aufweist, das zweite Kupferpulver einen zweiten durchschnittlichen Oberflächenbereich von etwa 0,8 bis etwa 1,5 m²/g aufweist, und das dritte Kupferpulver einen dritten durchschnittlichen Oberflächenbereich von etwa 1,5 bis etwa 2,5 m²/g aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Einrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Abscheiden einer Dickschicht-Leitfähigkeitstinte in überlagernder Weise auf einem Substrat, wobei die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte umfasst: einen organischen Anteil; und einen anorganischen Anteil, welcher in dem organischen Anteil dispergiert ist und eine Paste definiert, wobei der anorganische Anteil ein metallisches Kupferpulver, Kupferoxid und elementares Bor umfasst, und wobei die Dickschicht-Leitfähigkeitstinte im Wesentlichen kein Glas umfasst; und Annealen der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte zur Bildung einer das Substrat überdeckenden Leitschicht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Abscheiden ein Abscheiden der Dickschicht-Leitfähigkeitstinte in einem einzigen Aufdruck zur Bildung einer ersten Leitfähigkeitspastenschicht bzw. -lage umfasst, und wobei das Annealen ein Annealen der ersten Leitfähigkeitspastenschicht zur Bildung der Leitfähigkeitsschicht mit einem einzelnen Aufdruck bzw. Aufbringen mit einer annealten Dicke von etwa 0,0254 bis etwa 0,1524 mm umfasst.
Elektronikvorrichtung, umfassend: ein Substrat; und eine das Substrat überdeckende Leitfähigkeitsschicht, welche geschmolzenes/gesintertes metallisches Kupfer, Kupferoxid, Bor-Trioxid und im Wesentlichen kein Glas umfasst.