JP2013506295A - メッキリンクとしての使用のためのポリマー厚膜銀電極組成物 - Google Patents

Abstract

本発明は、
（ａ）導電性銀フレークならびに（ｂ）（１）アクリル有機ポリマーバインダー；および（２）有機溶媒を含む有機媒体を含むポリマー厚膜銀組成物に関する。組成物は、すべての溶媒を取り除くのに十分な時間およびエネルギーで処理され得る。本発明はさらに、プリント配線板構築物上の回路形成の新規な方法に関する。

Description

本発明は、メッキリンク（ｐｌａｔｉｎｇ ｌｉｎｋ）としての使用のためのポリマー厚膜（ＰＴＦ）銀導体組成物に関する。一実施形態では、ＰＴＦ銀組成物は、銅積層プリント配線板（ＰＷＢ）の上のスクリーン印刷パターンとして使用され、および標準的なホトレジストと組み合わせて、ＰＷＢ上の回路のビルドアップの電気メッキにおけるプロセス工程を減少させるために使用され得る。

従来、プリント回路板の製作者は、回路を選択的に電気メッキするためにいくつかの技術を用いてきた。より一般的な実施の１つは、最初の導体パターニングプロセス後に電気的に接続された回路を残すことであった。いったん選択的回路が電気メッキされると、さらなるマスキングおよびエッチング工程が、電気的接続を取り除くために必要とされた。電気的接続は、完成電気回路の機能部分ではない埋込み導体を用いて作られることもあった。この埋込み導体は、しばしば、機能回路の経路設定に利用できる領域を制限し、高周波用途で信号障害について問題を引き起こした。

プリント配線回路板の電気メッキ適用のための除去可能な導電性リンクを形成するために使用され得る組成物は、引き続き必要性がある。

本発明は、
（ａ）６０から９２重量％の銀フレークと、
（ｂ）ｉ）１から６重量％のアクリル樹脂；および
ｉｉ）有機溶媒
を含む８から４０重量％の有機媒体と
を含むポリマー厚膜銀組成物であって、アクリル樹脂は、有機溶媒に溶解しており、銀フレークは、有機媒体に分散しており、重量パーセントは、組成物の全重量に基づく組成物に関する。

本発明は、銅積層回路板上の電極形成のためのこのような組成物の使用、およびそのように行う方法、ならびにこのような方法および組成物から形成される物品に関する。

このような組成物の使用により、バスバーおよび他の銅への接続部の必要性がなくなる可能性がある。

本発明は、銅積層プリント配線板回路上のメッキリンクとしての、すなわち、電気メッキプロセスにおける使用のための電極を形成するべく使用のためのポリマー厚膜銀組成物を提供する。それは、典型的には、プリント配線板構築物の層の構築の効率性を改善するために使用される。銀のパターンは、印刷され、銅積層基板の上で乾燥されて、電極として機能する。この生成物により、バスバーおよび他の銅への接続部に対する必要性がなくなる。このメッキリンクは、一時的な銀接続をもたらし、その後に取り除くことができる。

したがって、これにより、電気メッキプロセスにおいて工程をなくすことによって回路積層の費用が低減される。メッキリンク銀組成物およびＰＷＢ回路は、ＰＷＢ回路で使用されうる基板が高温に耐えることができないので、２００℃未満で処理されなければならない。メッキリンクとしてのＰＴＦ Ａｇ組成物の使用は、ＰＴＦ組成物それ自体が、約２００℃まで安定であるだけであるので、この要件に合っている。

一般に、厚膜組成物は、この組成物に適切な電気的機能特性を与える機能相を含む。機能相は、機能相にとってキャリアとして作用する有機媒体中に分散した電気的機能粉末を含む。一般に、この組成物は、有機物を燃やし尽くし、電気機能特性を与えるために焼成される。しかし、ポリマー厚膜の場合、ポリマーまたは樹脂成分は、乾燥後に組成物の一体部分として残り、溶媒のみが除去される。

厚膜導体組成物の主成分は、ポリマー樹脂および溶媒を含む、有機媒体に分散した導電性粉末である。

Ａ．導電性粉末
本厚膜組成物中の導電性粉末は、Ａｇ導体粉末であり、Ａｇ金属粉末、Ａｇの合金金属粉末、またはこれらの混合物を含み得る。金属粉末粒子の様々な粒径および形状が企図される。ある実施形態では、導電性粉末は、球状粒子、薄片、棒状のもの、円錐状のもの、板状のものおよびこれらの混合物を含めて、任意の形状の銀粉末を含み得る。一実施形態では、導電性粉末は、銀フレークを含む。ある実施形態では、フレークは、フレークの２つの横寸法が、それぞれ、少なくとも厚さの１０倍である薄く、平らな粒子として意味される。開示される粒子サイズは、横寸法のものである。

一実施形態では、銀粉末の粒度分布は、１から１００μｍ；さらなる実施形態では、２から１２μｍ、なおさらなる実施形態では、２から１０μｍである。一実施形態では、銀粒子の表面積／重量比は、０．１〜１．０ｍ²／ｇの範囲である。

さらに、導体の特性を改善するために、少量の他の金属が銅導体組成物に添加され得る。このような金属の一部の例には、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、白金、パラジウム、モリブデン、タングステン、タンタル、スズ、インジウム、ランタン、ガドリニウム、ホウ素、ルテニウム、コバルト、チタン、イットリウム、ユウロピウム、ガリウム、硫黄、亜鉛、ケイ素、マグネシウム、バリウム、セリウム、ストロンチウム、鉛、アンチモン、導電性カーボン、およびこれらの組合せ、ならびに厚膜組成物の技術分野で一般的な他のものが含まれる。さらなる金属は、全組成物の約１．０重量％までを構成し得る。

様々な実施形態では、銀フレーク含有量は、６０から９２重量％、７２から９０重量％、または７５から８７重量％であり、ここで、重量パーセント（ｗｔ％）は、組成物の全重量に基づく。

Ｂ．有機媒体
粉末は通常、有機媒体（ビヒクル）と、機械的混合によって混合されて、印刷のための適切な粘稠度およびレオロジーを有する「ペースト」と呼ばれる、ペースト様組成物を形成する。有機媒体は、有機溶媒に分散したポリマー樹脂から構成される。有機媒体は、その中で固体が適当な安定度を有して分散性であるものでなければならない。この媒体のレオロジー特性は、それらが、組成物に良好な利用特性を与えるようでなければならない。このような特性には、適度な安定度を有する固体の分散性、組成物の良好な適用性、適当な粘度、チクソトロピー、基板および固体の適切な湿潤性、良好な乾燥速度、および粗雑な取扱いに耐えるために十分な乾燥フィルム強度が含まれる。

様々な実施形態では、有機媒体含有量は、組成物の全重量に基づいて、８から４０重量％、１０から２８重量％、または１３から２５重量％である。

ポリマー樹脂は、アクリル樹脂の群から選択されるが、その理由は、これらのアクリル樹脂は、銀フレークの高重量負荷を可能にし、したがって、メッキリンク用途における銀電極の２つの重要な特性である、メッキプロセスの間のＦＲ４基板などのＰＷＢ基板への良好な接着性および低い抵抗の両方を達成するのを助けるからである。ＦＲ−４は、Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ ４の略語であり、プリント配線板（ＰＷＢ）を製造するために使用される材料の１つのタイプである。それは、ボードの基板を表現し、銅層を含まない。さらに、この組成物は、ｐＨ＞１０の通常のホトレジスト液を用いて剥離可能または除去可能でなければならない。様々な実施形態では、アクリル樹脂含有量は、組成物の全重量に基づいて、１から６重量％、１．４から５．６重量％、または１．５から２．５重量％である。さらに別の実施形態では、全樹脂含有量は、組成物の全重量に基づいて、１．６から２．２重量％である。

多種多様な不活性液体が、溶媒として使用され得る。ポリマー厚膜組成物における使用に適した溶媒は、当業者によって理解され、アセテート、およびアルファーもしくはベータ−テルピネオールなどのテルペン、または他の溶媒（例えば、ケロシン、フタル酸ジブチル、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ヘキシレングリコールならびに高沸点のアルコールおよびアルコールエステル）とのそれらの混合物が含まれる。さらに、基板上に適用後の迅速な硬化を促進するための揮発性液体が、ビヒクル中に含められ得る。本発明の多くの実施形態では、溶媒、例えば、グリコールエーテル、ケトン、エステルおよび他の同様の沸点、すなわち１８０℃から２５０℃の範囲の溶媒、ならびにこれらの混合物が使用され得る。好ましい有機媒体は、グリコールエーテル、ベータ−テルピオネールおよびアルコールエステルを含む。これらおよび他の溶媒の様々な組合せが配合されて、所望の粘度および揮発度の要件を得る。可塑剤も、有機媒体の一部として使用され得る。

スクリーン印刷が、ポリマー厚膜銀組成物の析出のための一般的な方法であると思われるが、ステンシル印刷、シリンジ分注または他の析出もしくはコーティング技術を含む他の従来の方法も用いることができる。

厚膜の適用
「ペースト」としても知られているポリマー厚膜銀組成物は典型的には、気体または水分に対して不透過性である、銅積層ＦＲ−４ボードなどの基板上に析出される。基板は、フレキシブル材料、すなわち、ポリエステル、例えば、ポリエチレンテレフタレートなどの不透過性プラスチック、またはプラスチックシートと場合によるその上に析出された金属または誘電体層との組合せからできている複合材料のシートであり得る。一実施形態では、基板は、金属化銅表面ＦＲ−４ボード、続いてポリマー厚膜銀導体層（これは、望まれる領域に析出され、次いで、乾燥させて、電極を形成する）を有する層からビルドアップされる。ポリマー厚膜銀組成物は、乾燥させて、溶媒を除去する。ホトレジストが塗布され、画像化され、現像されて、メッキを受ける基板の領域を露出する。メッキを受けるべきでない銅表面の領域およびメッキリンク電極は、残存するホトレジストによって完全に被覆され続ける。次いで、基板は、回路のビルドアップが望まれる露出された銅表面領域で電気メッキを施される。次いで、残存するホトレジストおよびメッキリンクＰＴＦ銀は、単一の溶液で剥離される。一実施形態では、この溶液は、ｐＨ＞１０の塩基性溶液、例えば、炭酸ナトリウム溶液である。結果は、特定の回路上の所望のパターンに対応する回路のビルドアップである。

ポリマー膜厚銀組成物の析出は、好ましくはスクリーン印刷によって行われるが、ステンシル印刷、シリンジ分注またはコーティング技術などの他の析出技術も用いることができる。スクリーン印刷の場合、スクリーンメッシュの大きさにより、析出される厚膜の厚さが調節される。

析出した厚膜は、通常８０〜９０℃で１０〜１５分間の熱への曝露によって乾燥される。本発明は、実施例を示すことによってさらに詳細に検討される。しかし、本発明の範囲は、実施例によって決して限定されない。

実施例１
銀フレークを有機溶媒中アクリル樹脂の溶液からなる有機媒体と混合することによって、ＰＴＦ銀電極ペーストを調製した。

２種のアクリル樹脂、Ａｃｒｙｌｉｃ Ｃｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒ ＸＰＤ１２３４（Ｎｏｖｅｏｎ，Ｉｎｃ．から入手できる）およびＥｌｖａｃｉｔｅ（登録商標）２０５１（ポリメチルメタクリレート、Ｌｕｃｉｔｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．から入手できる）を、ベータ−テルピネオール（ＪＴ Ｂａｋｅｒから入手できる）溶媒中に溶解させ、有機媒体を形成した。この最初の樹脂の分子量は約６，０００であったが、２番目のものは約４００，０００であった。平均粒子サイズ５μｍおよび粒子サイズ範囲２〜１２μｍを有する銀フレークを、有機媒体と混合した。次いで、他の成分を添加した。メッキリンク銀導体の組成を以下に示す：
重量％
８３．０ Ａｇフレーク
１１．３６ ベータ−テルピネオール溶媒
３．５０ Ｓａｎｔｉｃｉｚｅｒ １６０、ブチルベンジルフタレート（Ｆｅｒｒｏ Ｃｏｒｐ．）
１．７４ Ａｃｒｙｌｉｃ Ｃｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒ ＸＰＤ１２３４
０．２０ Ｅｌｖａｃｉｔｅ（登録商標）Ｒｅｓｉｎ ２０５１
０．１７ シリコーンフロー剤
０．０３ シュウ酸

この組成物を、遊星型ミキサーで３０分間混合した。次いで、組成物を三本ロール練り機に移し、ここで、１００および２００ｐｓｉで２回通過させた。この時点で、組成物を使用して、銅積層ＦＲ４ボード基板の上に銀パターンをスクリーン印刷した。一連の線を、３２５メッシュのステンレススチールスクリーンを用いて印刷し、銀ペーストを強制空気ボックスオーブン中９０℃で１０分間乾燥させた。次いで、シート抵抗は、６０ｍΩ／ｓｑ／ｍｉｌとして測定された。Ｒｉｓｔｏｎ（Ｄｕｐｏｎｔ Ｃｏ．）ホトレジストを塗布し、画像化し、析出メッキリンク銀の空スペースに対応させた。このホトレジストを塗布し、画像化し、現像して、メッキを受ける基板の区域を露出させた。この時点で、電気メッキが行われる。ｐＨ＞１０の炭酸ナトリウムの剥離液を用い、ホトレジストおよびメッキリンク銀導体を完全に取り除き、残留物の痕跡を残さなかった。

実施例２
銀フレークを有機溶媒中アクリル樹脂の溶液からなる有機媒体と混合することによって、ＰＴＦ銀電極ペーストを調製した。

２種のアクリル樹脂、Ａｃｒｙｌｉｃ Ｃｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒ ＸＰＤ１２３４（Ｎｏｖｅｏｎ，Ｉｎｃ．から入手できる）およびＥｌｖａｃｉｔｅ（登録商標）２０５１（ポリメチルメタクリレート、Ｌｕｃｉｔｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．から入手できる）を、Ｅａｓｔｍａｎ Ｔｅｘａｎｏｌ（商標）エステルアルコール（Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手できる）溶媒中に溶解させ、有機媒体を形成した。最初の樹脂の分子量は約６，０００であったが、２番目のものは約４００，０００であった。平均粒子サイズ５μｍおよび粒子サイズ範囲２〜１２μｍを有する銀フレークを、有機媒体と混合した。次いで、他の成分を添加した。メッキリンク銀導体の組成を以下に示す：
重量％
７９．７ Ａｇフレーク
１８．２８ Ｅａｓｔｍａｎ Ｔｅｘａｎｏｌ（商標）エステルアルコール
１．６２ Ａｃｒｙｌｉｃ Ｃｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒ ＸＰＤ１２３４
０．２０ Ｅｌｖａｃｉｔｅ（登録商標）Ｒｅｓｉｎ ２０５１
０．１７ シリコーンフロー剤
０．０３ シュウ酸

次いで、この組成物を、遊星型ミキサーで３０分間混合した。次いで、組成物を三本ロール練り機に移し、ここで、１００および２００ｐｓｉで２回通過させた。この時点で、組成物を使用して、銅積層ＦＲ４ボード基板の上に銀パターンをスクリーン印刷した。一連の線を、３２５メッシュのステンレススチールスクリーンを用いて印刷し、銀ペーストを強制空気ボックスオーブン中９０℃で１０分間乾燥させた。次いで、シート抵抗は、６０ｍΩ／ｓｑ／ｍｉｌとして測定された。Ｒｉｓｔｏｎ（Ｄｕｐｏｎｔ Ｃｏ．）ホトレジストを塗布し、画像化し、析出メッキリンク銀の空スペースに対応させた。このホトレジストを塗布し、画像化し、現像して、メッキを受ける基板の区域を露出させた。この時点で、電気メッキが行われる。ｐＨ＞１０の炭酸ナトリウムの剥離液を用い、ホトレジストおよびメッキリンク銀導体を完全に取り除き、残留物の痕跡を残さなかった。

Claims (14)

1. （ａ）６０から９２重量％の銀フレークと、
   （ｂ）ｉ）１から６重量％のアクリル樹脂、および
   ｉｉ）有機溶媒
   を含む８から４０重量％の有機媒体と
   を含むポリマー厚膜銀組成物であって、
   前記アクリル樹脂は、前記有機溶媒に溶解しており、前記銀フレークは、前記有機媒体に分散しており、前記重量パーセントは、前記組成物の全重量に基づく、組成物。
2. 前記組成物が、７２から９０重量％の銀フレーク、１０から２８重量％の有機媒体および１．５から２．５重量％のアクリル樹脂を含む、請求項１に記載の組成物。
3. 前記組成物が、７５から８７重量％の銀フレーク、１３から２５重量％の有機媒体および１．６から２．２重量％のアクリル樹脂を含む、請求項２に記載の組成物。
4. 前記有機溶媒が、グリコールエーテル、エステルアルコール、ベータ−テルピネオール、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の組成物。
5. 前記銀フレークが、１から１００μｍの粒度分布を有する、請求項１に記載の組成物。
6. 前記銀フレークが、２から１２μｍの粒度分布を有する、請求項５に記載の組成物。
7. 前記銀フレークが、０．１〜１．０ｍ²／ｇの範囲の表面積／重量比を有する、請求項１に記載の組成物。
8. 前記組成物が、乾燥後、ｐＨ＞１０の剥離液を用いて、銅積層基板から完全に取り除かれる、請求項１に記載の組成物。
9. 前記ｐＨ＞１０の剥離液が、炭酸ナトリウム溶液である、請求項９に記載の組成物。
10. プリント配線回路板のための改善された電気メッキ方法であって、前記電気メッキ方法に使用するための電極を形成するメッキリンクとして、ポリマー厚膜銀組成物を使用することを含み、前記ポリマー厚膜銀組成物は、
    （ａ）６０から９２重量％の銀フレークと、
    （ｂ）ｉ）１から６重量％のアクリル樹脂；および
    ｉｉ）有機溶媒
    を含む８から４０重量％の有機媒体と
    を含み、
    前記アクリル樹脂は、前記有機溶媒に溶解しており、前記銀フレークは、前記有機媒体に分散しており、前記重量パーセントは、前記組成物の全重量に基づく、改善された方法。
11. 前記プリント配線回路板が、銅積層である、請求項１０に記載の改善された方法。
12. 前記組成物が、７２から９０重量％の銀フレーク、１０から２８重量％の有機媒体および１．５から２．５重量％のアクリル樹脂を含む、請求項１０に記載の改善された方法。
13. 前記組成物が、７５から８７重量％の銀フレーク、１３から２５重量％の有機媒体および１．６から２．２重量％のアクリル樹脂を含む、請求項１２に記載の改善された方法。
14. 前記有機溶媒が、グリコールエーテル、エステルアルコール、ベータ−テルピネオール、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１０に記載の改善された方法。