JP2018529001A - はんだ付け可能ポリマー厚膜銅導体組成物の光焼結 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)0.2〜10μmの平均粒度および0.2〜3.0m2/gの範囲の表面積/質量比を有する粒子を有する銅粉末60〜95wt%と、それが分散された
(b)(1)2〜7wt%のポリイミド樹脂と、それが溶解された
(2)有機溶剤と、を含む有機媒体4〜35wt%と、
(c)カルボン酸含有化合物を含む粘度安定剤0.0〜1wt%とを、
還元剤の非存在下で含むポリマー厚膜銅導体組成物を提供し、銅粉末の重量のポリイミド樹脂の重量に対する比が少なくとも13であり、wt%がポリマー厚膜銅導体組成物の全重量に基づいている。
a)基材を提供する工程と、
b)本発明のポリマー厚膜銅導体組成物を提供する工程と、
c)前記ポリマー厚膜銅導体組成物を前記基材上に適用する工程と、
d)前記ポリマー厚膜銅導体組成物を光焼結に供して前記電気導体を形成する工程とを含む、電気回路に電気導体を形成するための方法を提供する。
A.銅導体粉末
ポリマー厚膜銅導体組成物中の電気的機能性粉末は、銅導体粉末である。
銅粉末を典型的に、機械混合によって有機媒体(ビヒクル)と混合して、印刷のために適した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状組成物を形成する。有機媒体は、固形分が十分な安定度を有して分散し得る有機媒体でなければならない。有機媒体のレオロジー性質は、それらが組成物に良好な適用性を与えるものでなければならない。このような性質には、十分な安定度を有する固形分の分散、組成物の良好な適用、適切な粘度、チキソトロピー、基材および固形分の適切な湿潤性、良好な乾燥速度、および荒っぽい取扱いに耐えるために十分な乾燥膜強度などが含まれる。
Yがジアミン成分であるかまたはm−フェニレンジアミン(MPD)、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル(3,4’−ODA)、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル(TFMB)、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン(3,3’−DDS)、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ビス(2−アミノフェノール)(6F−AP)、ビス−(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)スルホン(BAPS)、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン(FDA);2,3,5,6−テトラメチル−1,4−フェニレンジアミン(DAM)、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシフェニル)]プロパン(BAPP)、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシフェニル)]ヘキサフルオロプロパン(HFBAPP)、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)、2,2−ビス(3−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(ビス−A−AF)、4,4’−ビス(4−アミノ−2−トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル、4,4’−[1,3−フェニレンビス(1−メチル−エチリデン)]、およびビスアニリン(ビスアニリン−M)からなる群から選択されるジアミン成分の混合物であり、ただし、
i.XがOである場合、Yがm−フェニレンジアミン(MPD)、ビス−(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)スルホン(BAPS)および3,4’−ジアミノジフェニルエーテル(3,4’−ODA);BAPP、APB−133、またはビスアニリン−Mでなく;
ii.XがS(O)2である場合、Yが3,3’−ジアミノジフェニルスルホン(3,3’−DDS)でなく;
iii.XがC(CF3)2である場合、Yがm−フェニレンジアミン(MPD)、ビス−(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)スルホン(BAPS)、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン(FDA)、または3,3’−ジアミノジフェニルスルホン(3,3’−DDS)でなく;および
iv.XがO−Ph−C(CH3)2−Ph−OまたはO−Ph−O−である場合、Yがm−フェニレンジアミン(MPD)、FDA、3,4’−ODA、DAM、BAPP、APB−133、またはビスアニリン−Mでない]によって表される。
ポリマー厚膜銅導体組成物は、カルボン酸含有化合物を含む粘度安定剤0.0〜1wt%からなる。一実施形態において粘度安定剤は脂肪酸である。実施形態において、脂肪酸は、オレイン酸、ステアリン酸およびそれらの混合物からなる群から選択される。このような一実施形態において、脂肪酸はオレイン酸である。
ポリマー厚膜ペースト組成物は、電気デバイスにおいて使用される基材に典型的な基材上に堆積される。典型的な実施形態において、基材はガスおよび湿分に対して不透過性である。基材は一枚の可撓性材料であり得る。可撓性材料は、ポリイミドフィルム、例えばKapton(登録商標)などの不透過性材料であり得る。また、材料はポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレートであるかまたはプラスチックシートとその上に堆積される任意選択の金属層または誘電体層との組合せから構成される複合材料であり得る。基材はアルミナ、アルミニウムまたは加工温度に耐えることができる任意の材料であり得る。
光焼結は、光を使用して高温焼結をもたらす。典型的に、光源を提供するためにフラッシュランプが使用され、短いオン時間の高出力および数ヘルツ〜数十ヘルツの範囲のデューティ・サイクルで運転される。光焼結工程は短く、典型的にI分未満である。また、光焼結は、光硬化と称されてもよい。光焼結装置の商業製造元の例には、NovaCentrix Corp. (Austin,TX)およびXenon Corp.(Wilmington,MA)が含まれる。
基材Kapton(登録商標)(500HPP−ST)および無被覆FR−4基材はDuPont(登録商標)から得られ、2.5インチ×3.5インチのサイズに切断後に受入れたまま使用された。
4ミクロンの平均粒度を有する銅フレークを使用してスクリーン印刷可能なPTFCu組成物が調製された。有機媒体を調製するため、約135,000の数平均分子量を有するポリイミド#1を溶剤、ブチルカルビトールアセテート、二塩基性エステル(DBE−3)およびジエチルアジペートの混合物中に溶解した。有機媒体は27wt%の樹脂、31wt%のブチルカルビトールアセテート、11wt%の二塩基性エステル(DBE−3)および31wt%のジエチルアジペートを含有し、wt%は有機媒体の全重量に基づいている。次に、銅粉末を有機媒体中に分散させた。
73.5wt% 銅粉末
17.3wt% 有機媒体
1.7wt% グリセロール
3% ブチルカルビトールアセテート
1.5wt% 二塩基性エステル(DBE−3)
3wt% ジエチルアジペート
であり、wt%は組成物の全重量に基づいている。銅の重量のポリイミドの重量に対する比は15.7である。
4ミクロンの平均粒度を有する銅フレークを使用して、スクリーン印刷可能なCu組成物を調製した。ポリイミド有機媒体を調製するため、溶剤、ブチルカルビトールアセテート(31wt%)、二塩基性エステル(DBE−3、11wt%)およびジエチルアジペート(31wt%)の混合物中に約135,000の数平均分子量を有するポリイミド#1(27wt%)を溶解した。フェノキシ有機媒体を調製するため、フェノキシ樹脂(InChemCorp製のPKHH(登録商標)樹脂、20wt%)をDowanol(登録商標)DPM(80%)に溶解したが、そこでwt%は有機媒体の全重量に基づいている。次に、銅粉末を有機媒体中に分散させた。
73.5wt% 銅粉末
13.8wt% ポリイミド有機媒体
3.5wt%フェノキシ有機媒体
1.7wt% グリセロール
2.4% ブチルカルビトールアセテート
1.2wt% 二塩基性エステル(DBE−3)
2.4wt% ジエチルアジペート
1.5wt% Dowanol(登録商標)DPM
であり、wt%は組成物の全重量に基づいている。銅の重量のポリイミドの重量に対する比は19.4である。
4ミクロンの平均粒度を有する銅フレークを使用して、スクリーン印刷可能なCu組成物を調製した。有機媒体を調製するため、約40,000の数平均分子量を有するポリイミド#2を溶剤、ブチルカルビトールアセテート、二塩基性エステル(DBE−3)およびジエチルアジペートの混合物中に溶解した。有機媒体は26wt%の樹脂、31.3wt%のブチルカルビトールアセテート、11.4wt%の二塩基性エステル(DBE−3)および31.3wt%のジエチルアジペートを含有し、wt%は有機媒体の全重量に基づいている。次に、銅粉末を有機媒体中に分散させた。
66wt% 銅粉末
26wt% 有機媒体
4wt% ブチルカルビトールアセテート
4wt% 二塩基性エステル(DBE−3)
であり、wt%は組成物の全重量に基づいている。銅の重量のポリイミドの重量に対する比は9.8である。
4ミクロンの平均粒度を有する銅フレークを使用して、スクリーン印刷可能なCu組成物を調製した。有機媒体を調製するため、約40,000の数平均分子量を有するポリイミド#2を溶剤、ブチルカルビトールアセテート、二塩基性エステル(DBE−3)およびジエチルアジペートの混合物中に溶解した。有機媒体は26wt%の樹脂、31.3wt%のブチルカルビトールアセテート、11.4wt%の二塩基性エステル(DBE−3)および31.3wt%のジエチルアジペートを含有し、wt%は有機媒体の全重量に基づいている。次に、銅粉末を有機媒体中に分散させた。
69.8wt% 銅粉末
21.75wt% 有機媒体
4.23wt% ブチルカルビトールアセテート
4.23wt% 二塩基性エステル(DBE−3)
であり、wt%は組成物の全重量に基づいている。銅の重量のポリイミドの重量に対する比は12.3である。
4ミクロンの平均粒度を有する銅フレークを使用して、スクリーン印刷可能なCu組成物を調製した。有機媒体を調製するため、約40,000の数平均分子量を有するポリイミド#2を溶剤、ブチルカルビトールアセテート、二塩基性エステル(DBE−3)およびジエチルアジペートの混合物中に溶解した。有機媒体は26wt%の樹脂、31.3wt%のブチルカルビトールアセテート、11.4wt%の二塩基性エステル(DBE−3)および31.3wt%のジエチルアジペートを含有し、wt%は有機媒体の全重量に基づいている。次に、銅粉末を有機媒体中に分散させた。
73.6wt% 銅粉末
17.5wt% 有機媒体
4.45wt% ブチルカルビトールアセテート
4.45wt% 二塩基性エステル(DBE−3)
であり、wt%は組成物の全重量に基づいている。銅の重量のポリイミドの重量に対する比は16.2である。
接着性は良かった。
4ミクロンの平均粒度を有する銅フレークを使用して、スクリーン印刷可能なCu組成物を調製した。有機媒体を調製するため、約40,000の数平均分子量を有するポリイミド#2を溶剤、ブチルカルビトールアセテート、二塩基性エステル(DBE−3)およびジエチルアジペートの混合物中に溶解した。有機媒体は26wt%の樹脂、31.3wt%のブチルカルビトールアセテート、11.4wt%の二塩基性エステル(DBE−3)および31.3wt%のジエチルアジペートを含有し、wt%は有機媒体の全重量に基づいている。次に、銅粉末を有機媒体中に分散させた。
77.57wt% 銅粉末
8.97wt% 有機媒体
6.6wt% ブチルカルビトールアセテート
6.86wt% 二塩基性エステル(DBE−3)
であり、wt%は組成物の全重量に基づいている。銅の重量のポリイミドの重量に対する比は33.3である。
接着性は良かった。
4ミクロンの平均粒度を有する銅フレークを使用して、スクリーン印刷可能なCu組成物を調製した。有機媒体を調製するため、約32,000の数平均分子量を有するポリイミド#1を溶剤、ブチルカルビトールアセテート、二塩基性エステル(DBE−3)およびジエチルアジペートの混合物中に溶解した。有機媒体は37.8wt%の樹脂、26.4wt%のブチルカルビトールアセテート、9.4wt%の二塩基性エステル(DBE−3)および26.4wt%のジエチルアジペートを含有し、wt%は有機媒体の全重量に基づいている。次に、銅粉末を有機媒体中に分散させた。
75.34wt% 銅粉末
12.26wt% 有機媒体
6.2wt% ブチルカルビトールアセテート
6.2wt% 二塩基性エステル(DBE−3)
であり、wt%は組成物の全重量に基づいている。銅の重量のポリイミドの重量に対する比は16.3である。
接着性は良かった。
4ミクロンの平均粒度を有する銅フレークを使用して、スクリーン印刷可能なCu組成物を調製した。有機媒体を調製するため、約135,000の数平均分子量を有するポリイミド#1を溶剤、ブチルカルビトールアセテート、二塩基性エステル(DBE−3)およびジエチルアジペートの混合物中に溶解した。有機媒体は27wt%の樹脂、31wt%のブチルカルビトールアセテート、11wt%の二塩基性エステル(DBE−3)および31wt%のジエチルアジペートを含有し、wt%は有機媒体の全重量に基づいている。次に、銅粉末を有機媒体中に分散させた。
71.78wt% 銅粉末
16.5wt% 有機媒体
5.86wt% ブチルカルビトールアセテート
5.86wt% 二塩基性エステル(DBE−3)
であり、wt%は組成物の全重量に基づいている。銅の重量のポリイミドの重量に対する比は16.1である。
接着性は良かった。
4ミクロンの平均粒度を有する銅フレークを使用して、スクリーン印刷可能なCu組成物を調製した。有機媒体を調製するため、約40,000の数平均分子量を有するポリイミド#2を溶剤、ブチルカルビトールアセテート、二塩基性エステル(DBE−3)およびジエチルアジペートの混合物中に溶解した。有機媒体は26wt%の樹脂、31.3wt%のブチルカルビトールアセテート、11.4wt%の二塩基性エステル(DBE−3)および31.3wt%のジエチルアジペートを含有し、wt%は有機媒体の全重量に基づいている。次に、銅粉末を有機媒体中に分散させた。
73.5wt% 銅粉末
17.5wt% 有機媒体
4.4wt% ブチルカルビトールアセテート
4.4wt% 二塩基性エステル(DBE−3)
0.2wt% オレイン酸
であり、wt%は組成物の全重量に基づいている。銅の重量のポリイミドの重量に対する比は16.2である。
接着性は良かった。
4ミクロンの平均粒度を有する銅フレークを使用して、スクリーン印刷可能なCu組成物を調製した。有機媒体を調製するため、約40,000の数平均分子量を有するポリイミド#2を溶剤、ブチルカルビトールアセテート、二塩基性エステル(DBE−3)およびジエチルアジペートの混合物中に溶解した。有機媒体は26wt%の樹脂、31.3wt%のブチルカルビトールアセテート、11.4wt%の二塩基性エステル(DBE−3)および31.3wt%のジエチルアジペートを含有し、wt%は有機媒体の全重量に基づいている。次に、銅粉末を有機媒体中に分散させた。
73.1wt% 銅粉末
17.4wt% 有機媒体
4.4wt% ブチルカルビトールアセテート
4.4wt% 二塩基性エステル(DBE−3)
0.7wt% オレイン酸
であり、wt%は組成物の全重量に基づいている。銅の重量のポリイミドの重量に対する比は16.2である。
接着性は良かった。
Claims (10)
- ポリマー厚膜銅導体組成物であって、
(a)0.2〜10μmの平均粒度および0.2〜3.0m2/gの範囲の表面積/質量比を有する粒子を有する銅粉末60〜95wt%と、それが分散された
(b)4〜35wt%の有機媒体であって、
(1)2〜7wt%のポリイミド樹脂と、それが溶解された
(2)有機溶剤と、を含む有機媒体と、
(c)カルボン酸含有化合物を含む粘度安定剤0.0〜1wt%とを、
還元剤の非存在下で含み、前記銅粉末の重量の前記ポリイミド樹脂の重量に対する比が少なくとも13であり、前記wt%がポリマー厚膜銅導体組成物の全重量に基づいている、ポリマー厚膜銅導体組成物。 - 前記粘度安定剤が脂肪酸である、請求項1に記載のポリマー厚膜銅導体組成物。
- 前記粘度安定剤が、オレイン酸、ステアリン酸およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項2に記載のポリマー厚膜銅導体組成物。
- 前記粘度安定剤がオレイン酸である、請求項3に記載のポリマー厚膜銅導体組成物。
- 電気回路に電気導体を形成するための方法であって、
a)基材を提供する工程と、
b)請求項1に記載のポリマー厚膜銅導体組成物を提供する工程と、
c)前記ポリマー厚膜銅導体組成物を前記基材上に適用する工程と、
d)前記ポリマー厚膜銅導体組成物を光焼結に供して前記電気導体を形成する工程とを含む、方法。 - 前記ポリマー厚膜導体組成物を乾燥させる工程をさらに含み、前記乾燥させる工程が工程(c)の後で工程(d)の前に行われる、請求項5に記載の方法。
- 前記粘度安定剤が脂肪酸である、請求項5に記載の方法。
- 前記粘度安定剤が、オレイン酸、ステアリン酸およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項7に記載の方法。
- 請求項1に記載のポリマー厚膜銅導体組成物から形成される電気導体を含む電気デバイス。
- 請求項5に記載の方法によって形成される電気導体を含む電気デバイス。
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