JP2021536676A - 窒化ケイ素及び他の基板用の導電性厚膜ペースト - Google Patents
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Abstract
Description
第1の導電性厚膜は、9ミクロン未満のD50を有するフレーク形状の銀(Ag)粉末を含む。比表面積(SSA)の範囲は0.65〜1.35m2/gである。Ag粉末は、Silver Flake SF−4で販売されており、エイムズ社(Ames Corporation)から入手可能である。チタン(Ti)粉末は、20ミクロン未満のD100を有し、Ti−101で販売されており、AEE社(AEE Corporation)から入手可能である。市販の酸化第一銅(Cu2O)は、第1及び第2の導電性厚膜の両方の形成に使用される。
本発明の厚膜ペースト、ペーストA、ペーストB、及びペーストCの組成を表3に記載する。窒化ケイ素及び窒化アルミニウムを基板として使用した。ペーストA又はペーストBのいずれかを接着層として基板上に直接形成する。ペーストA又はペーストBのいずれかを乾燥させた後、ペーストCをペーストA又はペーストBのいずれかの上に形成する。ペーストA及びペーストBの詳細な組成は、基板上のCu厚膜の接着性を調整するために互いにわずかに異なることに留意する。ペーストCを乾燥させた後、乾燥した導電性厚膜スタックをN2雰囲気において900℃で焼成した。焼成後窒化ケイ素及び窒化アルミニウム上の、ペーストA上のペーストCを含むスタックの選択された電気的及び機械的特性を表4に示す。一般的に、少なくとも3ポンドの力の経時接着性が基板上に形成された厚膜に許容できると考えられる。経時接着性は許容レベルを上回り、5〜6ポンドの力の範囲であり、長期間の使用が見込まれている。焼成された導電性厚膜のシート抵抗率は、2.1〜3.1ミリオーム/sqの範囲であった。一般的に1〜5ミリオーム/sqが良好な導体であると考えられていることを考慮すると、本主題に係る導電性厚膜は窒化ケイ素及び窒化アルミニウム上の厚膜回路構成要素として機能することが期待される。
表3の本発明の厚膜ペーストB及びCを選択して、厚膜スタックを形成した。窒化ケイ素、窒化アルミニウム、及びアルミナを基板として使用した。厚膜ペーストB及びCは、ペーストBが基板と直接接触するように各基板上に形成する。ペーストBを実施例1のペーストAと同様の温度で乾燥させた後、ペーストCをペーストB上に形成し、乾燥させる。厚膜スタックは、N2雰囲気において900℃で焼成した。焼成導電性厚膜スタックの選択された電気的及び機械的特性を表5に示す。焼成導電性厚膜のシート抵抗率は、使用した基板に関係なく、3.0〜3.1ミリオーム/sqの範囲であり、導電性回路要素として許容範囲内であった。また、初期接着力と経時接着力の両方が、少なくとも3ポンドの力という一般的な基準をはるかに上回っていることも測定された。特に、本主題に係る導電性厚膜スタックは、窒化アルミニウム及びアルミナを含む他の基板よりも窒化ケイ素基板上での改善された接着性(初期及び経時の両方)を示した。
(a)約20〜約49%の第1のCu、
(b)約20〜約34%の第2のCu、
(c)約3〜約12%のCu2O、
(d)約8〜約25%のAg、並びに
(e)約8〜約25%の、Ti、V、Zr、Mn、Cr、Co、及びSnから選択される少なくとも1つの金属元素、
を重量%(wt.%)で含み、
前記第1のCuは、約0.1〜8ミクロン、好ましくは0.5〜5ミクロンのD50を有し、
前記第2のCuは、約10〜20ミクロン、好ましくは12〜20ミクロンのD50を有する、鉛フリー及びカドミウムフリーの導電性厚膜ペースト。
前記厚膜ペーストが:
(a)約21〜約36%の前記第1のCu、
(b)約20〜約30の前記第2のCu、
(c)約3〜約12%のCu2O、
(d)約8〜約20%のAg、及び
(e)約8〜約20%の、Ti、V、Zr、Cr、及びSnから選択される少なくとも1つの金属元素を含む、項A−1の厚膜ペースト。
前記厚膜ペーストが:
(a)約23〜約29%の第1のCu、
(b)約20〜約25%の第2のCu、
(c)約4〜約9%のCu2O、
(d)約8〜約17%のAg、並びに
(e)約10〜約16%の、Ti及びSnから選択される少なくとも1つの金属元素
を含む、項A−1又は項A2の厚膜ペースト。
有機成分部分をさらに含み、
前記ペーストが約10〜約20重量%の有機成分部分を含む、
項A−1又はA−2又はA−3のいずれかの厚膜ペースト。
ガラス成分と、銅(Cu)成分と、を含み、
前記ガラス成分は、重量%で:
(a)約10〜約70%、好ましくは約15〜約65%、より好ましくは約20〜約60%の少なくとも1つのアルカリ土類酸化物、
(b)約0.01〜約10%、好ましくは約0.1〜約8%、より好ましくは約1〜約8%の少なくとも1つのアルカリ酸化物、
(c)約22〜約70%、好ましくは約25〜約65%、より好ましくは約25〜約65%の(B2O3+SiO2)、及び
(d)約0.01〜約15%、好ましくは約0.1〜約13%、より好ましくは約0.5〜約12%のAl2O3、
を含み、
前記アルカリ土類酸化物は、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOからなる群から選択され;
前記アルカリ酸化物は、Li2O、Na2O、K2O、及びRb2Oからなる群から選択され、
前記Cu成分は、重量%で:
(a)約14〜約23%の第1のCu、
(b)約20〜約28%の第2のCu、
(c)約15〜約24%の第3のCu、及び
(d)約5〜約11%のCu2O、
を含み、
前記第1のCuのD50は約5ミクロンであり、前記第2のCuのD50は約1.5ミクロンであり、前記第3のCuのD50は約10ミクロンであり、
前記ガラス成分及び前記Cu成分は、約1:15〜約1:30の重量比で存在する、
鉛フリー及びカドミウムフリーの導電性厚膜ペースト。
前記アルカリ土類酸化物がMgO、CaO、及びZnOから選択される、項B−1の厚膜ペースト。
前記アルカリ土類酸化物がCaO及びZnOから選択される、項B−2又は項B−2の厚膜ペースト。
前記ガラス成分のD50が約0.5〜約20ミクロンである、項B−1、B−2又はB−3のいずれかの厚膜ペースト。
前記Cuが、重量%で:
(a)約15〜約23%の前記第1のCu、
(b)約22〜約28%の前記第2のCu、
(c)約17〜約24%の前記第3のCu、及び
(d)約6〜約10%のCu2O
を含む、項B−1、B−2、B−3、又はB−4のいずれかの厚膜ペースト。
前記Cuが、重量%で:
(a)約17〜約22%の前記第1のCu、
(b)約23〜約26%の前記第2のCu、
(c)約18〜約24%の前記第3のCu、及び
(d)約7〜約10%のCu2O
を含む、項B−1の厚膜ペースト。
有機成分部分をさらに含み、
前記ペーストが約10〜約30重量%の有機成分部分を含む、項B−1の厚膜ペースト。
(a)項A−1〜A−4のいずれかの前記導電性厚膜ペースト及び項B−1〜B−7のいずれかの前記導電性厚膜ペーストのうちの少なくとも1つを塗布して、基板上に導電性厚膜を形成する工程と、
(b)項A−1〜A−4のいずれかの前記導電性厚膜ペースト、及び項B−1〜B−7のいずれかの導電性厚膜ペーストを乾燥させる工程と、
(c)項A−1〜A−4のいずれかの前記乾燥導電性厚膜ペースト、及び項B−1〜B−7のいずれかの前記導電性厚膜ペーストを焼成して、基板上に焼成導電性厚膜を形成する工程であり、焼成はN2雰囲気で行われる工程と、
を含み、
基板は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及び窒化ケイ素からなる群から選択される、基板上に焼成導電性厚膜を形成する方法。
項A−1〜A−4のいずれかの前記導電性厚膜ペースト、及び項B−1〜B−7のいずれかの前記導電性厚膜ペーストのうちの少なくとも1つが、積層造形加工(アディティブマニュファクチャリング)、スクリーン印刷、シリンジ堆積、及びデジタル印刷技術からなる群から選択される1つによって塗布される、項C−1の方法。
前記焼成が約850〜約1050℃の温度で行われる、項C−1又はC−2の方法。
前記焼成が約850〜約900℃の温度で行われる、項C−1〜C−3のいずれかの方法。
前記雰囲気が10ppm未満の酸素を含む、項C−1〜C−4のいずれかの方法。
前記焼成が還元性雰囲気中で行われる、項C−1〜C−4のいずれかの方法。
前記還元性雰囲気が窒素(N2)を含む、項C−1〜C−6のいずれかの方法。
(a)基板、及び
(b)前記基板の少なくとも一部に配された鉛フリー及びカドミウムフリーの導電性厚膜
を備え、
前記鉛フリー及びカドミウムフリーの導電性厚膜は、少なくとも第1の導電性厚膜及び第2の導電性厚膜を含み、
前記基板は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及び窒化ケイ素からなる群から選択され、
前記第1の導電性厚膜は、項A−1の導電性厚膜ペーストを含み、前記第2の導電性厚膜は、項A−1〜A−4又は項B−1〜B−7のいずれかの導電性厚膜ペーストを含む、電子デバイス。
窒素を含む界面が、前記基板と前記鉛フリー及びカドミウムフリーの導電性厚膜との間に形成される、項D−1の電子デバイス。
前記界面がさらにTiを含む、項D−1又は項D−2の電子デバイス。
前記第1の導電性厚膜が前記基板上に直接配されている、項D−1〜D−3のいずれかの電子デバイス。
前記第2の導電性厚膜が前記第1の導電性厚膜上に配されている、項D−1〜D−4のいずれかの電子デバイス。
前記鉛フリー及びカドミウムフリーの導電性厚膜が、約850〜約1050℃の温度で焼成されることによって形成される、項D−1〜D−5のいずれかの電子デバイス。
Claims (20)
- (a)約20〜約49%の第1のCu、
(b)約20〜約34%の第2のCu、
(c)約3〜約12%のCu2O、
(d)約8〜約25%のAg、並びに
(e)約8〜約25%の、Ti、V、Zr、Mn、Cr、Co、及びSnから選択される少なくとも1つの金属元素
を重量%で含み、並びに、
(f)鉛を含まず、かつカドミウムを含まず、
前記第1のCuは、約0.1〜8ミクロン、好ましくは0.5〜5ミクロンのD50を有し、
前記第2のCuは、約10〜20ミクロン、好ましくは12〜20ミクロンのD50を有する、厚膜ペースト。 - 前記厚膜ペーストが
(a)約21〜約36%の前記第1のCu、
(b)約20〜約30の前記第2のCu、
(c)約3〜約12%のCu2O、
(d)約8〜約20%のAg、並びに
(e)約8〜約20%の、Ti、V、Zr、Cr、及びSnから選択される少なくとも1つの金属元素を含む、請求項1に記載の厚膜ペースト。 - 前記厚膜ペーストが
(a)約23〜約29%の第1のCu、
(b)約20〜約25%の第2のCu、
(c)約4〜約9%のCu2O、
(d)約8〜約17%のAg、並びに
(e)約10〜約16%の、Ti及びSnから選択される少なくとも1つの金属元素
を含む、請求項1に記載の厚膜ペースト。 - 約10〜約20%の有機成分部分をさらに含む、請求項1に記載の厚膜ペースト。
- ガラス成分と、銅成分と、を含み、
前記ガラス成分は、重量%で:
(a)約10〜約70%、好ましくは約15〜約65%、より好ましくは約20〜約60%の少なくとも1つのアルカリ土類酸化物、
(b)約0.01〜約10%、好ましくは約0.1〜約8%、より好ましくは約1〜約8%の少なくとも1つのアルカリ酸化物、
(c)約22〜約70%、好ましくは約25〜約65%、より好ましくは約25〜約65%の(B2O3+SiO2)、及び
(d)約0.01〜約15%、好ましくは約0.1〜約13%、より好ましくは約0.5〜約12%のAl2O3、
を含み、
前記アルカリ土類酸化物は、MgO、CaO、SrO、BaO、及びZnOからなる群から選択され;
前記アルカリ酸化物は、Li2O、Na2O、K2O、及びRb2Oからなる群から選択され、
前記Cu成分は、重量%で:
(a)約14〜約23%の第1のCu、
(b)約20〜約28%の第2のCu、
(c)約15〜約24%の第3のCu、及び
(d)約5〜約11%のCu2O、
を含み、
前記第1のCuのD50は約5ミクロンであり、前記第2のCuのD50は約1.5ミクロンであり、前記第3のCuのD50は約10ミクロンであり、
前記ガラス成分及び前記Cu成分は、約1:15〜約1:30の重量比で存在する、
鉛フリー及びカドミウムフリーの導電性厚膜ペースト。 - 前記アルカリ土類酸化物がMgO、CaO、及びZnOから選択される、請求項5に記載の厚膜ペースト。
- 前記アルカリ土類酸化物がCaO及びZnOから選択される、請求項5に記載の厚膜ペースト。
- 前記ガラス成分のD50が約0.5〜約20ミクロンである、請求項5に記載の厚膜ペースト。
- 前記Cuが、重量%で:
(a)約15〜約23%の前記第1のCu、
(b)約22〜約28%の前記第2のCu、
(c)約17〜約24%の前記第3のCu、及び
(d)約6〜約10%のCu2O
を含む、請求項5に記載の厚膜ペースト。 - 前記Cuが、重量%で:
(a)約17〜約22%の前記第1のCu、
(b)約23〜約26%の前記第2のCu、
(c)約18〜約24%の前記第3のCu、及び
(d)約7〜約10%のCu2O
を含む、請求項5に記載の厚膜ペースト。 - 約10〜約30重量%の有機成分部分をさらに含む、請求項5に記載の厚膜ペースト。
- (a)請求項1に記載の少なくとも1つの厚膜ペーストを基板に塗布して、前記基板上に厚膜を形成する工程と、
(b)前記厚膜を乾燥して乾燥導電性厚膜を形成する工程と、
(c)前記乾燥導電性厚膜を焼成して、前記基板上に焼成導電性厚膜を形成する工程であり、焼成はN2雰囲気で行う工程と、
を含み、
前記基板は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及び窒化ケイ素からなる群から選択される、基板上に焼成導電性厚膜を形成する方法。 - 請求項1に記載の前記導電性厚膜ペースト、及び請求項5に記載の前記導電性厚膜ペーストのうちの少なくとも1つが、積層造形加工、スクリーン印刷、シリンジ堆積、及びデジタル印刷技術からなる群から選択される1つによって塗布される、請求項12に記載の方法。
- 焼成が約850〜約1050℃の温度で行われる、請求項12に記載の方法。
- 焼成が約850〜約900℃の温度で行われる、請求項12に記載の方法。
- 前記雰囲気が10ppm未満のO2を含む、請求項12に記載の方法。
- 焼成が還元性雰囲気で行われる、請求項12に記載の方法。
- 前記還元性雰囲気がN2を含む、請求項12に記載の方法。
- (a)基板と、
(b)前記基板の少なくとも一部に配された鉛フリー及びカドミウムフリーの導電性厚膜と、
を備え、
前記鉛フリー及びカドミウムフリーの導電性厚膜は、少なくとも第1の導電性厚膜及び第2の導電性厚膜を備え、
前記基板は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及び窒化ケイ素からなる群から選択され、
前記第1の導電性厚膜は、請求項1に記載の前記導電性厚膜ペーストを含み、前記第2の導電性厚膜は、請求項1に記載の前記導電性厚膜ペーストを含む、電子デバイス。 - 窒素を含む界面が、前記基板と前記鉛フリー及びカドミウムフリーの導電性厚膜との間に形成される、請求項19に記載の電子デバイス。
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