JPH11153857A - 熱に補助された光感受性組成物およびそれについての方法 - Google Patents

熱に補助された光感受性組成物およびそれについての方法

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JPH11153857A JP10265205A JP26520598A JPH11153857A JP H11153857 A JPH11153857 A JP H11153857A JP 10265205 A JP10265205 A JP 10265205A JP 26520598 A JP26520598 A JP 26520598A JP H11153857 A JPH11153857 A JP H11153857A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッジ・カールを減少あるいは除去し、一方
微細な線の達成できる高さを12マイクロメートル以上
とすることができる熱補助された感光性組成物およびそ
の使用法の提供。 【解決手段】 (a)微細に分割された電気導電性また
は誘電性粒子であり、その粒子が、(b)(1)少なく
とも1つのアクリル系モノマーと、(2)光開始系と、
(3)熱補助触媒と、(4)酸性アクリル系ポリマーと
を含み、有機媒質中に分散されている混合物を有する感
光性厚膜組成物。本発明はその使用のための単一印刷プ
ロセスにさらに関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱に補助された触
媒を有する改善された感光性厚膜組成物に関する。本発
明はさらに前記組成物を利用する単一の印刷プロセスに
関する。
【0002】
【従来の技術】厚膜導電体組成物を光パターン形成する
ことは、高密度回路に見いだされる非常に微細な線(3
mil以下の線/間隔ピッチ)を達成するために長い間
用いられてきた。残念ながら、光パターン形成法で実現
される線の厚さすなわち高さはむしろ現在まで低いまま
である。感光方法に用いられる組成物中に見いだされる
金属粉末は不透明であるので、その表面の真下で架橋を
達成するためには表面は過剰露光でなければならない。
その過剰露光がアンダーカット(undercut)およびエッジ
・カール(edge curl) の現象をもたらす。露光時に、パ
ターン形成された印刷物の頂部表面の幅が下にある領域
よりも大きく、その結果、現像中にパターン形成された
エッジにアンダーカットが生じ、そしてパターン形成さ
れた印刷物が高温において焼結されるときに引き続いて
エッジ・カールが生じる。
【0003】さらに説明すると、エッジ・カールおよび
アンダーカットの問題は強度の表面重合に起因し、その
重合はUV光を強く吸収する微粒子相を有する光パター
ン形成されるフィルムにおいて発生する。アクリルモノ
マーが重合の間に数パーセント以上(18%ほど)収縮
するので、頂部表面のみが重合するフィルムは2つのこ
とを行うようになる。第1に、その表面においてモノマ
ーが強く架橋することになる。第2に、重合した層の直
下にあるモノマーが重合した層の境界へ移動し、そこで
移動したモノマーは境界において部分的に重合した材料
と反応する。したがって、重合した領域の直下の領域が
モノマーが消耗されるようになり、フィルムの重合の前
面の直下にある領域が現像中により迅速に洗い流される
原因となる。しかし、架橋した頂部領域およびモノマー
が消耗されなかった境界より下のフィルムの領域の双方
はよりゆっくり洗い流される。これにより、パターン形
成された造作のエッジにおいて、重合境界とフィルムの
重合しなかったより深い部分との間の点において、洗い
流される空隙が生じる。実際、フィルムエッジの頂部お
よび基部領域がこの折り目すなわち空隙によって切り離
されているので、焼成の間に2つの領域が別個に焼結
し、頂部領域を上方に引き離すことを可能にする。エッ
ジ・カールが上方を向くのは、フィルムの表面領域が最
も密に重合されており、かつ最も濃厚な濃度のモノマー
を有しているからであると信じられる。フィルムの頂部
層の有機物の含有率がより高いので、それはより低い金
属含有率を有し、および焼成中に表面より下のより高い
金属含有率の領域よりも大きく収縮する。これは、バイ
メタル板すなわちサーモスタットに類似した状況を与え
る。1つの層が他方より大きく収縮すれば、フィルムは
その方向、たとえば上方、にカールする。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】もし露光されたフィル
ムの表面の近くでの過剰な架橋を充分に減少させること
ができれば、原理的には、露光されたフィルムの真下の
弱い領域が無くなり、したがってアンダーカットあるい
はエッジ・カールも無くなる。たとえば、UV光に対す
るより少ない露光量を有する金フィルムにおいて、より
大量に露光されるフィルムに比較して、エッジ・カール
が減少することが実証されている。より少ない露光量を
用いることの問題点はより微細な造作が失われて、それ
により、露光量が減少するつれて解像度およびエッジ精
細度の双方ともに劣化する。本発明はこの問題に対する
解決策を提供する。それゆえ、本発明はエッジ・カール
を減少あるいは除去し、一方、同時に微細な線の達成可
能な高さを焼成後に12マイクロメートルより大きく増
大させ、かつ高品質のパターンを生成するのに必要な紫
外光に対する露光の強度を実質的に減少させる。これは
新規の組成物およびプロセスによって達成され、そこで
は組成物中の熱補助触媒の使用により光に印刷される層
を完全に貫通させる必要が無い。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は感光性厚膜組成
物に関し、前記組成物が: (a) 微細に分割された導電性または誘電性粒子と; (b) (1) 少なくとも1つのアクリル系モノマー
と; (2) 光開始剤系と; (3) 熱補助触媒と; (4) 酸性アクリル系ポリマーとを含む有機媒質との
混合物を含み、前記微粒子を前記有機媒質に分散させ
る。
【0006】本発明は、基板上の微細な線の形成のため
の単一印刷プロセスにさらに関して、前記プロセスは: a.基板上のパターン形成される区域を覆うために、4
から20マイクロメートルの厚さを有する焼結したパタ
ーンを生成するのに充分な量だけ、請求項3に記載のペ
ーストを付着する工程と; b.部分的な熱誘起重合を発生させ、および同時に溶媒
を除去するのに充分な温度において、前記ペーストを乾
燥する工程と; c.化学線に対してパターン状に前記乾燥されたペース
トを画像に沿ってさらして潜像を形成する工程と; d.前記パターン形成されたペーストを熱処理し、印刷
物の露光区域に架橋をもたらすさらなる重合を誘起し
て、その露光区域が現像液に不溶性になるようにする工
程と; e.前記パターン形成されたペーストを適当な現像液中
で現像して、前記パターン形成されたペーストの未露光
区域を洗い落とす工程と; f.前記パターン形成されたペーストを焼結する工程と
をこの順に具える。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の方法と組合わされた新規
組成物は、エッジ・カールおよびアンダーカットを減少
あるいは除去する。本発明の一つの形態は、実質的に微
粒子の充填を改善しかつ光の貫通を高める改良された粒
子サイズの選択にあるとされる。最適化された粒子サイ
ズのさらなる恩恵は、パターン形成する前のフィルムの
必要な厚さの減少である。産業において今日用いられる
好ましい粒子サイズ分布(PSD)は平均2から3マイ
クロメートルの単一のモード(monomodal) であり;単一
のモードを有するPSDを有するより小さな粒子は光を
過剰に吸収し、そして光重合を妨害する。2から3マイ
クロメートルのPSDに対してさえ、フィルムを貫通し
そしてフィルム中のモノマーの適切な重合を達成するた
めに、強度の露光が必要である。これは完成した線の厚
さが6マイクロメートル以下の場合に、高い解像度およ
び良好なエッジ精細度を与える。本発明に必要な金属粉
末により形成されるフィルムの不透明性が、厚さの増加
にしたがってより迅速に増大するエッジ・カールをもた
らし、8から9マイクロメートルの焼成された厚さにお
いて亀裂の発生を伴う。所望の厚さが5から6マイクロ
メートルより大きいフィルムは、フィルム全体にわたる
光重合に依存できない。本発明は単一のモードを有する
サイズ分布を好まない。多くの種類の金または銀の粉
末、あるいは他の電導性または誘電性固体、好ましくは
球状粒子、が本発明を実施する際に用いられる。多くの
種類が混合されて好ましい粒子サイズ分布を達成しても
よい。実際、記載されるアプローチは任意の固体系に利
用可能であり、組成物の光重合を妨害する程度まで光を
吸収する有機レジストの固体充填剤を提供する。好まし
い組成物は3つのモード(trimodal)の粉末の電気伝導性
配合物の使用を含み、ここで粒子サイズは注意深く選択
される。すなわち、組成物中に見いだされる最も大きな
粒子の平均粒子サイズは8マイクロメートルまでである
とともに、好ましいサイズは少なくとも3マイクロメー
トルである。次に大きなサイズは好ましくは最も大きな
もののサイズの2分の1から8分の1までであるととも
に、最も小さな分画は好ましくは第2の分画の大きさの
2分の1から8分の1である。各分画(大:中:小)の
体積の関係は好ましくは体積で10:3:1から4:
2:1の範囲である。粉末粒子サイズの別の選択肢は、
2つのモード(bimodal) の粒子サイズ分布を有する組成
物であり、大きな粒子(3から8マイクロメートルのP
SD)および小さな粒子(0.4から4マイクロメート
ルPSD)の混合物のようなものである。本発明の2つ
のモードを有する組成物の好ましい範囲は4:1から
1:1の範囲にあるが、より好ましくは2つのモードを
有する混合物のより小さな粒子はより大きなもののサイ
ズの約3分の1の体積である。たとえば5マイクロメー
トルの大きさの粒子が用いられたならば、そのときのよ
り小さな粒子は好ましくは0.6から2.5マイクロメ
ートルである。2つのモードを有するアプローチを用い
ることの利益は、より高い固体の充填およびより良好な
レオロジー的制御の点に関して、3つのモードを有する
粒子サイズ分布の利益ほどには大きくない。しかし全体
的な性能に関して、単一のモードを有する粒子サイズ分
布よりは2つのモードを有するアプローチが好ましい。
無機固体と呼ばれる微細に分割された電気伝導性または
誘電性固体は組成物の50から88重量%を構成し、好
ましい範囲は誘電性固体については50〜60重量%で
あり、銀粒子については65〜78重量%であり、およ
び金粒子については78〜88重量%である。
【0008】線の形成に対して満足のいくパターンを形
成するために、フィルム全体にわたって重合する必要は
ない。標準的なフォトレジストが下にある銅ホイルを保
護してエッチングされた銅回路を形成するのとほぼ同じ
方法で、露光された物質の安定な最上層が下にある未重
合のフィルムを保護する。さらに、多重モード(multimo
dal)を有する粒子サイズ分布が意外な量の光がフィルム
を貫通することを可能にすることを計算が示した。これ
は、より小さな粒子をより大きな粒子の間の空隙を充填
するのに用い、主要な分画としてより大きなPSD材料
を用いることを基盤とする。より小さな粒子は、より大
きな粒子の上方および下方の別な方法では占拠されない
空間を占拠する傾向があり;これらの粒子は有効な光吸
収に寄与しない。なぜなら、事実上、それらより小さな
粒子はより大きな粒子の影を占拠するからである。より
高い固体充填も同様に発生して、それが所定の金属含有
量のために必要な厚さを減少させる。次に下にある層を
光から隠すより大きな粒子の不透明性によって光に対し
て暴露されない下にある層を、組成物中の熱触媒を用い
てさらに硬化させる。熱触媒はフィルムの全体にわたっ
て実行される反応をもたらし、それによってフォトレジ
ストは部分的に架橋されるが依然としてアルカリ性洗浄
溶液に可溶性のままである。フィルムを紫外光に対して
さらすプロセスにおいて、紫外光エネルギーのかなりの
部分はモノマー分子が他のモノマー分子と反応して2量
体または比較的に低分子量のオリゴマーになることをも
たらすことに用いられる。残存の紫外光エネルギーの多
くは2量体が他の分子と反応して3量体およびオリゴマ
ーになることに用いられる。この時点において、フィル
ムは依然として炭酸塩に可溶であるが、少量のさらなる
重合がフィルムを有意の程度まで架橋し、そして不溶性
になることをもたらす。ここに記載されるプロセスにお
いて、モノマーを含有するポリマーフィルムのこの性質
は、過度に表面層を重合させしたがって過度のエッジ・
カール/アンダーカットをもたらす大量の紫外光を用い
ることなしに、高解像度を生成するための適切な架橋を
可能にするために用いられる。架橋の作業の大部分が熱
的に行われるので、比較的少量の紫外光暴露が露光区域
を不溶化するために必要である。これが大量のモノマー
のフィルム表面に対して移動することを防止し、それに
よって、フィルムがモノマーを消耗させた表面の真下の
区域におけるエッジにおけるアンダーカットと同様にエ
ッジの変形(“エッジ・カール”)を減少する。熱補助
触媒は、好ましくは数分から半時間にわたって高温にお
けるエージングにより活性モノマー部位の70%までの
反応を可能にするのに充分な濃度のフリーラジカル触媒
である。典型的には組成物の有機媒質部分の0.3から
1.2重量%が触媒であり、0.4から1.0重量%が
好ましい。熱補助触媒の例は、Vazo(登録商標)8
8(1,1’−アゾビスシクロヘキサンカルボニトリ
ル)、Vazo(登録商標)64(2−メチル、2,
2′−アゾビスプロパンニトリル)およびVazo(登
録商標)52(2,4−ジメチル、2,2’−アゾビス
ペンタンニトリル)であり、すべての製品はイー・アイ
・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー(E.
I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, DE)
から入手可能である。
【0009】10から33重量%および好ましくは15
から30重量%の組成物の全有機物部分(15から25
重量%が好ましい)が、“モノマー類”すなわち低分子
量のアクリル酸エステル(典型的には3000原子質量
単位(A.U.)未満、好ましくは1000原子質量単
位(A.U.)未満)で構成され、前記エステルは通
常、4官能性、2官能性または単官能性モノマーと組合
わされてもよい3官能性である。ここで規定される“3
官能性”は3個のアクリレートまたはメタクリレート基
を含有するエステルである。たとえば、“TEOTA
1000”は単一の純粋な組成物ではないが、アクリレ
ートとトリメチロールプロパンの間に数個のエチレンオ
キシド部分を有するトリメチロールプロパンのアクリレ
ートエステルである。“TEOTA 1000”はエチ
レンオキシド、トリメチロールプロパンおよびアクリル
酸を反応させることにより生産され、1000の平均分
子量を有する。同様に“TMPTA”は3グラム分子の
アクリル酸によりエステル化された1分子のトリメチロ
ールプロパンで構成され、トリメチロールプロパントリ
アクリレート(エチレンオキシドが付加されていない)
を形成する。ラウリルアルコールとメタクリル酸とのエ
ステル(ラウリルメタクリレート)をモノマーへの付加
物として用いてもよい。この付加物が架橋を減少し、そ
して分子量を限定する(唯一の官能基、それゆえ架橋が
それほど広範囲でない)ので、フィルム表面の有機物の
量が減少することが期待される。
【0010】乾燥したフィルムを結合させるのに用いら
れ、および厚膜ペーストに粘性を添加するポリマー成分
はメタクリル酸メチルおよび遊離のメタクリル酸の共重
合体である。メタクリル酸メチルに対するメタクリル酸
の好ましい比は5:1と3:1の間である。典型的に
は、もしポリマーのモノマー単位の15%未満がメタク
リル酸ならば、そのポリマーは炭酸塩溶液中での現像を
可能にするためには不充分な水溶性となるであろう。も
し30%超がメタクリル酸ならば、そのポリマーは水溶
性が高くなりすぎて、そして非常に容易に洗い落とされ
る傾向がある。分子量(MW)に関しては、スクリーン
印刷される光パターン形成可能なペーストにおいては低
分子量が有利である。なぜならそれが低粘性の溶液を形
成するからである。これらの組成物は高い樹脂含有量が
必要であり、そして低分子量が樹脂および無機固体双方
の高度の固体充填を含む印刷可能な組成物を容易に可能
にする。低MW樹脂を用いるフィルムは高MWポリマー
を用いるフィルムよりも脆い傾向があるので、テープ・
オン・サブストレート(tape-on-substrate) (TOS)
組成物はB.F.Goodrich XPD−1034
のような高MW樹脂を用いる傾向がある。これらの材料
は低固体スリップからキャストされるので、レオロジー
的特性に関する高度の固体充填の効果は適用されない。
より高いMWは、より脆くなく、およびXPD−123
4よりも容易に曲げることに耐えることができるフィル
ムを与える。
【0011】メタクリル酸メチルは焼損される必要のあ
る厚膜中で使用される組成物において好ましい。その理
由はメタクリル酸メチルはきれいにかつ比較的低温度に
おいて焼損するからである。特に窒素焼成において、メ
タクリレート製のフィルム対アクリレート製フィルムの
焼損における差を見ることができる。実際問題として、
アクリレートは、より速い露光時間のために用いられ
る。
【0012】本発明における使用に対して適切な光開始
系は、熱的には不活性であるが185℃以下で化学線に
対する暴露時にフリーラジカルを生成するものである。
典型的には、光開始系は有機媒質の約3から9重量%、
好ましくは5から7重量%を構成する。これら光開始系
は、共役した炭素環系中に2つの環内炭素原子を有する
化合物である置換または無置換の多核キノン類、たとえ
ば9,10−アントラキノン、2−メチルアントラキノ
ン、2−エチルアントラキノン、2−tert−ブチル
アントラキノン、オクタメチルアントラキノン、1,4
−ナフトキノン、9,10−フェナントレンキノン、ベ
ンズ(a)アントラセン−7,12−ジオン、ナフタセ
ン−5,12−ジオン、2−メチル−1,4−ナフトキ
ノン、1,4−ジメチルアントラキノン、2,3−ジメ
チルアントラキノン、2−フェニルアントラキノン、
2,3−ジフェニルアントラキノン、レテンキノン、
7,8,9,10−テトラヒドロナフタセン−5,12
−ジオン、および1,2,3,4−テトラヒドロベンズ
(a)アントラセン−7,12−ジオンを含む。同様に
有用な他の光開始剤は、いくつかは85℃位に低い温度
において熱的に活性ではあるが、米国特許第2,76
0,863号に記載され、そしてベンゾイン、ピバロイ
ン、アシロインエーテル(たとえばベンゾインメチルエ
ーテルおよびベンゾインエチルエーテルなど)のような
ビシナルケトアルドニルアルコール;α−メチルベンゾ
イン、α−アリルベンゾインおよびα−フェニルベンゾ
インを含むα−炭化水素置換芳香族アシロインを含む。
米国特許第3,427,161号、米国特許第3,47
9,185号および米国特許第3,549,367号に
おいて開示されているようなフェナジン、オキサジンお
よびキノン類の染料、ミヒラーズケトン(Michler's ket
one)、ベンゾフェノン、ロイコ染料を含む水素供与体を
伴う2,4,5−トリフェニルイミダゾール二量体、お
よびそれらの混合物と同様に、米国特許第2,850,
445号、米国特許第2,875,047号、米国特許
第3,097,096号、米国特許第3,074,97
4号、米国特許第3,097,097号、および米国特
許第3,145,104号に開示されている光還元可能
な染料および還元剤を開始剤として用いることができ
る。光開始剤および光抑制剤に対して同様に有用なもの
は米国特許第4,162,162号に開示されている増
感剤である。
【0013】本発明において用いることのできるガラス
フリットは無機結晶製微粒子の焼結を助け、そしてセラ
ミック固体の融点温度より低い融点温度を有する任意の
よく知られている組成物であってもよい。しかしなが
ら、デバイスの適切な気密性を得るために無機結合剤の
ガラス転移温度(Tg)は550〜825℃であること
が好ましく、さらにより好ましくは575〜750℃で
ある。もし550℃の下で溶融が行われるならば、おそ
らく有機物が封入されて、そして有機物の分解により誘
電性層においてブリスター(blister) を形成する傾向に
なるであろう。一方、825℃を越えるガラス転移温度
は、銅メタライゼーション(metallization) と一致する
焼結温度(たとえば900℃)が用いられたときに、多
孔性誘電体を生成する傾向がある。
【0014】最も好適に使用されるガラスフリットは、
ホウケイ酸鉛フリット、ビスマス、カドミウム、バリウ
ム、カルシウムおよび他のアルカリ土類のホウケイ酸塩
フリットのようなホウケイ酸フリットである。そのよう
なガラスフリットの調製はよく知られており、そしてた
とえば、構成成分の酸化物の形態のガラスの構成成分を
一緒に溶融する工程、および前述の溶融組成物を水に注
ぐことあるいは他の方法で速やかに冷却して、さらに粉
砕することによってフリットを形成する高度に歪みのか
かった粒子を生成する工程で構成される。もちろん、バ
ッチ成分はフリット製造の通常の条件下で望む酸化物を
与える任意の化合物であってもよい。たとえば、3酸化
2ホウ素はホウ酸から得られるし、酸化バリウムは炭酸
バリウムから生産される、などである。ガラスは好まし
くは振動ミル(スゥエコ・カンパニー(Sweco Co.) )中
で水で粉砕されて、フリットの粒子サイズを縮小させ、
そして実質的に均一なサイズのフリットを得ることが好
ましい。
【0015】その後、そのフリットは好ましくはセラミ
ック固体と類似の方法にて加工される。フリットは微細
なメッシュのスクリーンを通過させられ、より大きな粒
子を除去する。なぜなら固体組成物は凝集物がない必要
があるからである。セラミック固体のような無機結合剤
は10m2 /g以下の表面積対重量比を有する必要があ
り、および好ましくは少なくとも90重量%の粒子が1
〜10マイクロメートルの粒子サイズを有する。
【0016】無機結合剤のd50(より大きな粒子およ
びより小さい粒子の双方の重量部が等しいとして規定さ
れる)がセラミック固体のそれ以下であることが好まし
い。所定の粒子サイズのセラミック固体について、気密
性を達成するために必要とされる無機結合剤/セラミッ
ク固体比は無機結合剤のサイズが減少するにつれて減少
する。所定のセラミック固体−無機結合剤系に対して、
もし無機結合剤のセラミック固体に対する比が気密性を
達成するために必要とされるそれよりも著しく高いなら
ば、誘電性層は焼成中にブリスターを形成する傾向があ
る。もしその比が著しく低ければ、焼成された誘電体は
多孔性になり、したがって気密性がない。
【0017】分散剤を、有機ポリマーおよびモノマーに
よる無機物の効率的ぬれを保証するために用いてもよ
い。分散剤は、ポリマー結合剤が無機固体と会合するす
なわちぬらすことを可能にして、凝集物のないシステム
を与える。うまく用いられている分散剤は、“非水塗布
系におけるABブロックポリマーの分散剤としての利用
(Use of AB Block Polymers as Dispersants for Non-a
queous Coating Systems) ”エイチ・シー・ジャクバウ
スカス(H. C. Jakubauskas) 、ジャーナル・オブ・コー
ティング・テクノロジー、58巻、736号、71−8
2頁に一般的に記載されている、A−B分散剤である。
有用なA−B分散剤は、それぞれが参照によって本明細
書の一部をなすものとする、米国特許第3,684,7
71号;第3,788,996号;第4,070,38
8号;および第4,032,698号および英国特許第
1,339,930号に開示されている。好ましい種類
のA−B分散剤は上の米国特許第4,032,698号
に開示されているポリマー材料であり以下の構造で表わ
される:
【0018】
【化1】
【0019】ここで、Qは: a. アクリル酸またはメタクリル酸の1〜18個の炭
素原子を有するアルカノールとのエステル;あるいは b. スチレンまたはアクリロニトリル;あるいは c. エステル部分が2〜18個の炭素原子を有するビ
ニルエステル;のセグメントを有する重合体または共重
合体であり;Xは連鎖移動剤の残基であり;Yはジ、ト
リまたはテトライソシアナート遊離基のイソシアナート
基の除去後の残基であり;Aは、反応前の存在として5
〜14のpKa値を有する塩基性遊離基またはそれらの
塩の残基であり;およびmおよびnは1、2または3で
あり、その合計は4を越えない。nが2または3である
ときという条件下では、Aのみが定義されたようである
必要がある。
【0020】この種類の特に好ましい要素は、以後A−
B分散剤Iと識別されるポリマー材料であり、以下にそ
の構造を示す。
【0021】
【化2】
【0022】ここで、Qは6000ないし8000の重
量平均分子量を有するメタクリル酸メチルのポリマーセ
グメントである。同様に特に好ましいのは、下式に示さ
れるポリマー材料の種類の要素である。
【0023】
【化3】
【0024】ここで、Qは約20単位のメタクリル酸ブ
チルを含有するアルキルメタクリレートのポリマーセグ
メントであり、nは20、mは8から12、およびRは
連鎖停止剤の残基である。この分散剤をこれ以後A−B
分散剤IIと識別する。
【0025】溶媒、モノマー、ポリマー、開始剤、必要
に応じて安定剤、分散剤、可塑剤および少量の他の成分
の組み合わせを有機媒質と呼ぶ。有機媒質は厚膜組成物
の約12から50重量%を構成する。有機媒質はまず何
よりもその中で適切な安定度で固体を分散されるもので
なければならない。第2に、有機媒質のレオロジー的性
質は、分散物に良好な塗布的性を与えるようなものでな
ければならない。感光性厚膜組成物は典型的には希薄炭
酸塩水性溶液に可溶のアクリル樹脂を用いる。溶媒の混
合物であってもよい有機媒質中の溶媒成分が選択され
て、そこでポリマーの完全な溶液を得るようにし、かつ
大気圧において比較的低いレベルの熱を適用することに
よって分散液から溶媒が蒸発することを可能にするのに
充分な揮発性を有するようにする。加えて、溶媒は、熱
触媒を除く有機媒質中に含有される他のいかなる添加物
の沸点および分解温度より低い温度で蒸発しなければな
らない。したがって、100℃より低い温度で容易に蒸
発することができる溶媒が、最も頻繁に用いられる。そ
のような溶媒は2,2,4−トリエチルペンタン−1,
3−ジオール モノ−イソブチレートおよびエチレング
リコールモノ−n−プロピルエーテルのようなエチレン
グリコールのモノアルキルおよびジアルキルエーテルを
含む。たとえばイーストマン・ケミカル(Eastman Chemi
cal)製のTEXANOL(登録商標)は光パターン形成
可能な組成物中の溶媒として好結果で用いられてきた。
キャストするフィルムについては、塩化メチレンのよう
な溶媒がそれらの揮発性のために好まれる。厚膜ペース
トの代替物であるグリーンテープの形成においては、完
成されたテープの組成は、結合剤ポリマーのTgを低下
させるためにより多くの可塑剤が添加されている、印刷
されそして乾燥されたペーストの組成と類似している。
可塑剤はセラミック基板との良好な積層を保証するのを
援助し、そして組成物の非露光区域の現像可能性を高め
る。可塑剤の選択は、もちろん、主として改質されるべ
きポリマーによって決定される。種々の結合剤系におい
て用いられてきた可塑剤の中のひとつは、フタル酸ジエ
チル、フタル酸ジブチル、フタル酸ブチルベンジル、フ
タル酸ジベンジル、アルキルホスフェート、ポリアルキ
レングリコール、グリセロール、ポリ(エチレンオキシ
ド)、ヒドロキシエチル化されたアルキルフェノール、
トリクレジルホスフェート、トリエチレングリコールジ
アセテートおよびポリエステル可塑剤である。フタル酸
ジブチルがアクリルポリマーに対して頻繁に用いられ
る。その理由は、フタル酸ジブチルは比較的低い濃度に
おいて有効に用いることができるからである。
【0026】支持体フィルム上に塗布されたときに、本
発明の感光性組成物は、“テープ”と呼ばれる。これら
のテープにおいて、ロール形態で保存されたときに感光
性層と支持体の反対側の表面との間の粘着を防止するた
めに、除去可能なカバーシートにより感光性層を保護す
ることが必要であるか、あるいは非常に望ましい。画像
を形成する露光の間、基板に積層した層を除去可能な支
持体フィルムを用いて保護して、その層と光ツールの間
の粘着を防止することもまた望ましい。
【0027】光重合可能な組成物は約0.001から
0.010インチ(約25から250マイクロメート
ル)以上の乾燥塗膜厚さにおいて支持体フィルム上に塗
布される。好ましくは温度変化に対して高度の寸法安定
性を有する好適な剥離可能な支持体が高分子材料(たと
えばポリアミド、ポリオレフィン、ポリエステル、ビニ
ルポリマー、およびセルロースエステル)で構成される
広範なフィルムから選択され、その支持体は0.000
5インチ(13マイクロメートル)から0.008イン
チ(〜200マイクロメートル)以上までの厚さを有し
てもよい。もし露光が剥離可能な支持体を除去する前に
行われることになっているならば、それ支持体は、もち
ろん、その上から入射する化学線のかなりの部分を透過
させなければならない。もし剥離可能な支持体が露光よ
り先に除去されるならば、前述の制限は適用されない。
特に好適な支持体は、約0.001インチ(〜25マイ
クロメートル)の厚さを有する透明なポリエチレンテレ
フタレートのフィルムである。
【0028】組成物が除去可能な保護カバーシートを含
有せず、しかもロール形態で保存されることになってい
るときには、剥離可能な支持体の反対側はそこにワック
スまたはシリコーンのような材料の薄い剥離層を塗布し
て、光重合可能な層との粘着を防止することが好まし
い。あるいはまた、塗布された光重合可能な層に対する
粘着力を、塗布されるべき表面を炎処理することまたは
電気放電処理することにより優先的に増加させてもよ
い。
【0029】好適な除去可能な保護カバーシートは、使
用されるときには、上述の高分子物質フィルムと同一の
群から選択されてもよく、および同一の広範な厚さを有
してもよい。厚さ0.001インチ(〜25マイクロメ
ートル)のポリエチレン製カバーシートが本質的に好適
である。上述のような支持体およびカバーシートは、使
用に先立つ保存の間、光重合可能なレジスト層に対する
良好な保護を提供する。有機物に対する無機固体の比
は、無機固体の粒子サイズ、有機成分および無機固体の
表面の前処理に依存する。粒子が有機シランカップリン
グ剤で処理されてときには、有機物に対する無機固体の
比を増大させることができる。より低いレベルの有機物
を使用して焼成の欠陥を最小化することが好ましい。有
機物に対する無機物の比を可能な限り高くすることが特
に重要である。本発明における使用に好適な有機シラン
は、一般式RSi(OR’)3 に該当するものであり、
ここでR’はメチルまたはエチルであり、Rはアルキ
ル、メタクリルオキシプロピル、ポリアルキレンオキシ
ドまたはフィルムの有機マトリックスと相互作用できる
他の有機官能基から選択される。
【0030】一方、分散物が厚膜ペーストとして付着さ
れるときには、好適なレオロジー的調整およびより低い
揮発製の溶媒の使用をともなって慣用の厚膜有機媒質を
用いることができる。
【0031】本発明の組成物が厚膜フィルム組成物とし
て調合されるときには、それらは通常スクリーン印刷を
用いて基板に付着される。したがって、それら組成物は
適切な粘性を有して、容易にスクリーンを通過できるよ
うにしなければならない。レオロジー的特性が第1に重
要なものであるとはいえ、有機媒質は好ましくは基板に
対する固形分の好適なぬれ性、良好な乾燥速度、乱暴な
取り扱いに耐えるのに充分な乾燥フィルムの強度および
良好な焼成特性を与えるように調合される。焼成された
組成物の満足のいく外観もまた重要である。
【0032】分散物中の無機固形物に対する有機媒質の
比は大きく変化することができ、および分散物が付着さ
れることになっている態様および用いられる有機媒質の
種類に依存する。通常良好な付着量を達成するために
は、分散物は50〜90重量%の固体および50〜10
重量%の有機媒質を相補的に含有する。前記分散物は通
常半流動体の稠度であり、一般に“ペースト”と呼ばれ
る。
【0033】ペーストは3本ロール練り機により慣用的
に調製される。ペーストの粘度は典型的には25〜20
0パスカル−秒の範囲内である。用いられる有機媒質
(ビヒクル)の量と種類は主として最終的に望まれる調
合物の粘度および印刷の厚さにより決定される。
【0034】光重合可能な組成物がその本質的特性を保
持する限りにおいて、たとえば、顔料、染料、熱重合抑
制剤、定着剤、有機シランカップリング剤のようなも
の、可塑剤、ポリエチレンオキシドのような塗布助剤な
どの、少量の他の成分が光重合可能な組成物中に存在で
きる。有機シランは、無機粒子の重量を基準として3重
量%以下の量において特に有用である。処理された粒子
は有機物に対するより低い要求量を有する。したがっ
て、塗膜中の有機物の濃度を減少させることができ、そ
れは焼成時のより容易な焼損をもたらす。有機シランは
分散特性をも改善することができ、そして同等の気密性
におけるより低い無機結合剤/セラミック固体比を可能
にする。
【0035】感光性塗膜組成物は、たとえば基板に付着
されたフィルムの形態における層、あるいはたとえばシ
ルクスクリーン印刷により付着されたペーストの形態に
おける層の形成において、サーメットフィルムに適した
基板に対して慣用的に付着される。ペーストとして付着
されたときには充分な層が形成され、パターン形成され
るべき区域を覆い、そして4〜20マイクロメートルの
完成した焼結された層を与える。その層は次にいくらか
の熱誘起される重合をもたらすのに、および同時にいか
なる溶媒(もし存在すれば)をも除去するのに充分な温
度(典型的には80〜120℃)において熱処理され
る。組成物がテープとして付着されるときには、上記の
熱処理は最終用途の必要性に依存して必要であっても必
要でなくてもよい。残るステップはペーストとしてある
いはテープとしてもたらされる層に対して同一であるの
で、溶媒を除いて、ペーストまたはテープをプロセス記
載の残りの間“層”と呼ぶことにする。それ以後、層は
化学線に対して画像に沿ってさらされ、化学線に対して
さらされた区域および化学線に対してさらされなかった
区域を得る。
【0036】層は再び、現像液中で不溶性になる点のち
ょうど手前の点まで熱硬化される。このプロセスによっ
て、比較的少ない量の化学線の暴露、たとえば紫外線露
光、のみが充分にモノマーを重合して層を不溶化するの
に必要であり−−熱補助がないときに必要な量の3分の
1以下が必要である。この性能増加は露光前および露光
後に層を部分的に熱硬化することにより最大化される。
露光前には、層は主としてダイマーおよびオリゴマーを
形成すると推定される。分子量がモノマーよりも高いこ
れらはそれほど容易に表面に向かって移動しないと推定
される。これは、アンダーカットおよびエッジ・カール
を与える層の表面へのモノマーの過剰な拡散をもたらす
ことなく紫外線のより高い線量を可能にするように思わ
れる。第2の露光後硬化が表面の真下のわずかに露光さ
れた区域においてさえ不溶化する点まで層を架橋する。
これはアンダーカットを減少することにおいていっそう
大きな利益を与える。後硬化温度(80から120℃)
が境界層において部分的に重合した材料およびモノマー
の相互移動および架橋をもたらし、層の最上部および底
部とを密着させると推測される。これが残留する下にあ
る層を保護する層の不溶性部分を深くする。層の露光さ
れなかった区域は現像として知られる工程において除去
される。水性現像の間に、0.3重量%から3.0重量
%の炭酸ナトリウムを含有する全体として水性の溶液の
ような液体による典型的な現像時間以内の現像の間に、
層は放射にさらされなかったそれらの区域において除去
されるが、さらされた部分は実質的に影響されない。現
像は通常0.25から2分以内に行われる。露光されな
かった領域は、熱硬化工程により部分的に重合している
が、全体として洗浄溶媒に可溶性のままであるのに充分
に非架橋のまま残存しており、それゆえ現像の間に洗い
落とされる。現像されパターン形成された層は次に典型
的には500℃より高い温度において焼成される。
【0037】実施例を与えることにより本発明をさらに
詳細に述べる。しかし、本発明の範囲はこれらの実施例
によりいかなる面においても限定されるものではない。
【0038】
【実施例】以下の例において用いられる無機粉末は、ペ
ースト調製の当該技術において熟練した調合者に知られ
ていると期待される。処方における成分の精度はTAO
BNを除いて+/−0.1%であり、それは全重量の
0.001%までであり;したがって示される実際の総
計は100.014%である。ペーストはペースト調製
の当業者によく知られている技術を用いて調製された。
スクリーン印刷は当業者によく知られている方法で行わ
れた。
【0039】(実施例1)以下の調合物は、9マイクロ
メートルの高さまで印刷し焼成することができる2つの
モードを有する金組成物に対するものである。わずかな
銀粉末の添加はアルミニウムのワイヤ・ボンディング性
能のために必要とされる。
【0040】
【表1】 組成 割合(重量) Ektasolve DE アセテート 6.00% ポリマーXPD−1234 6.06 (PMMA/MAA共重合体) Irgacure 0.36 Quantacure ITX 0.30 Quantacure EPD 0.30 ベンゾトリアゾール 0.35 TAOBN 0.003 トリエチレンオキシドトリアクリレート 3.40 (TEOTA−1000) トリメチロールプロパントリアクリレート 0.70 (TMPTA) 粉砕されたCdO粉末 0.40 ガラス粉末、ホウケイ酸塩、無機結合剤 1.30 銀粉末、不規則な約6〜9μm直径 0.70 金粉末、3から4μmの不規則な回転楕円状 40.00 金粉末、2.4μmの球状 40.00 Vazo−88フリーラジカル源 0.13 その金ペーストは、直交軸から22度離して取りつけら
れた1.1直径のワイヤを有する270メッシュのスク
リーンを用いて印刷された。初期乾燥は100〜110
℃において15分間であって、150から450ミリジ
ュール/平方センチメートルにおける露光がそれに続い
た。これ以後、実施例1について、溶媒を除く金ペース
トを“フィルム”と呼ぶ。露光後に、第2の熱硬化(1
10〜124℃において10から15分間)が用いられ
た。架橋の最適な程度は、未露光区域が現像する流体に
可溶のままであるが、層が不溶性になる点に接近するよ
うなものである。その点が層が不溶性になる点に接近す
るにしたがってフィルムの露光速度が増加し、かつアン
ダーカットおよびエッジ・カールの程度が減少する。現
像はコンベア化されたスプレー装置内で行われ、そこで
は露光され後硬化されたフィルムが水性炭酸塩溶液を噴
霧され、水によるすすぎおよび高圧エアジェットによる
風乾がそれに続いた。
【0041】試験結果は表2に要約され、それは露光前
および露光後の双方の熱補助を用いて処理された部分の
外観を要約する。
【0042】
【表2】
【0043】表の凡例: エッジの鮮明度:1は非常に鮮明、5は激しく侵食され
ている; エッジ・カール:おおよそマイクロメートル単位で1か
ら5; 解像度:1は20マイクロメートルの線を分離する、お
よび5は60マイクロメートルの線を不充分に分離す
る。
【0044】解像度の低下は大部分は線状の洗浄のため
である。
【0045】(実施例2−5)これはハンダ可能なPt
/Ag系列であり;実施例2は2つのモードを有する粒
子サイズ分布を有し、および3−5は本質的に3つのモ
ードを有するものである。痕跡量の白金が添加されハン
ダの滲出を防止し、アルミニウムワイヤの結合を援助す
る。3つのモードを有するPSDはビヒクル含有量の減
少を可能にする。
【0046】
【表3】
【0047】
【表4】 ビヒクル成分 重量部 Texanol溶媒 52.2 ポリビニルプロパノール/酢酸ビニル乳化物 1.65 BFG XPD−1234 38.8 Irgacure 2.75 Quantacure ITX 2.3 Quantacure EPD 2.3 上記の材料はペースト調合の当業者によく知られている
技術を用いて加工されて、ペーストを生産した。ビヒク
ルは以下のように調製された。溶媒および樹脂が添加さ
れ、そして樹脂中の水蒸気内容物を排出するために窒素
被覆の下で30分間で110度まで加熱した。樹脂/溶
媒溶液は次に70度まで冷却され、そして残りの成分を
添加した。
【0048】光重合可能なペーストは以下のように作成
した。有機成分を一緒に混合し、その後に無機成分を連
続的に混合しながら、銀粉末を最後に添加することを用
いて添加した。成分を一緒に充分に混合した後に、得ら
れた混合物はロール練りされて条件のあった分散物を生
産した(それの15/8より良好なヘグマン(Hegman)粒
ゲージによって証明される)。
【0049】そのペーストは325、280、230ま
たは200メッシュのスクリーンを用いた印刷された。
325メッシュの印刷は焼成後に8〜9マイクロメート
ルの厚さであり;280および230メッシュの印刷は
9〜11マイクロメートルの焼成されたフィルムを生成
し;200メッシュの印刷は厚さ12マイクロメートル
の焼成されたフィルムを生成した。印刷後の乾燥は10
0度において15分間であった。露光は15ミリジュー
ル/平方センチメートルにおいて15から30秒間およ
び30mj/平方センチメートルにおいてその約半分の
時間であった。焼成は850℃のピークにおける10分
間を含む30分の炉プロフィール(炉の間接加熱室の加
熱される部分において30分)にもとづくものであっ
た。
【0050】用語集 Ektasolve DE アセテート:イーストマン
・ケミカル(Eastman Chemical)製の溶媒/可塑剤 ポリマーXPD−1234:ビー・エフ・グッドリッチ
(B. F. Goodrich)製のPMMA/MAA共重合体 Irgacure(登録商標):デュポン(Dupont)から
入手できる置換アセトフェノン Quantacure ITX:デュポン(Dupont)から
入手できるイソプロピル−イソキサントン Quantacure EPD:デュポン(Dupont)から
入手できる4−ジメチルアミノ安息香酸エチル TAOBN:デュポン(Dupont)から入手できるフリーラ
ジカル遮断剤 TEOTA−100:ポリエトキシル化されたトリメチ
ロールプロパントリアクリレート、重量平均分子量11
62 TMPTMA:サルトマー・カンパニー(Sartomer Co.,
West Chester, PA)から入手できるトリメチロールプロ
パントリメタクリレート、重量平均分子量338 粉砕されたCdO粉末:3マイクロメートル未満のd5
0粒子サイズまで粉砕された酸化カドミウム VAZO−88:イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムー
ル・アンド・カンパニー(E. I. du Pont de Nemours an
d Company)から入手できる1,1′−アゾビスシクロヘ
キサンカルボニトリル Texanol(登録商標):イーストマン・ケミカル
(Eastman Chemical)から入手できるアルコール/エーテ
ル/エステル溶媒 実施例2、3および4において用いられるガラスフリッ
トはBi23 77.5重量%、PbO7.5重量%お
よびSiO2 15重量%である。
【0051】サブミクロンの銀:商標つきのプロセスに
よる1マイクロメートル未満の粒子サイズの銀沈殿物 Thixatol ST:ベイカー(Baker) から入手可
能な水素化されたひまし油微結晶 P3011:直径約3.75マイクロメートルの球形の

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 感光性厚膜組成物であって、前記組成物
    が、 (a)微細に分割された電気伝導性または誘電性粒子
    と; (b)(1)少なくとも1つのアクリル系モノマーと; (2)光開始系と; (3)熱補助触媒と; (4)酸性アクリル系ポリマーとを含む有機媒質との混
    合物を含み、前記粒子を前記有機媒質中に分散させるこ
    とを特徴とする感光性厚膜組成物。
  2. 【請求項2】 有機溶媒をさらに含むことを特徴とする
    請求項1に記載の組成物。
  3. 【請求項3】 スクリーン印刷に好適なペースト稠度を
    有することを特徴とする請求項2に記載の組成物。
  4. 【請求項4】 請求項2に記載の組成物から蒸発により
    前記有機溶媒が除去された層を有することを特徴とする
    感光性導電性テープ。
  5. 【請求項5】 前記導電性または誘電性粒子が3つのモ
    ードを有する粒子の組合わせであることを特徴とする請
    求項1に記載の組成物。
  6. 【請求項6】 前記3つのモードを有する導電性粒子
    が、約10:3:1から4:2:1の範囲にある、最も
    大きなものから最も小さなものまでの体積比を有するこ
    とを特徴とする請求項5に記載の組成物。
  7. 【請求項7】 前記導電性または誘電性粒子が粒子の2
    つのモードを有する組合わせであることを特徴とする請
    求項1に記載の組成物。
  8. 【請求項8】 前記2つのモードを有する導電性粒子
    が、約4:1から1:1の範囲にある大きなものから小
    さなものまでの体積比を有することを特徴とする請求項
    5に記載の組成物。
  9. 【請求項9】 前記導電性粒子が金または銀であること
    を特徴とする請求項1に記載の組成物。
  10. 【請求項10】 組成物全体を基準として50〜88重
    量%の微細に分割された電気伝導性または誘電性粒子、
    および12〜50重量%の有機媒質を含むことを特徴と
    する請求項1に記載の組成物。
  11. 【請求項11】 金属酸化物またはガラスあるいはそれ
    らの混合物で構成される無機結合剤をさらに含むことを
    特徴とする請求項1に記載の組成物。
  12. 【請求項12】 可塑剤をさらに含むことを特徴とする
    請求項1に記載の組成物。
  13. 【請求項13】 無機結合剤をさらに含むことを特徴と
    する請求項1に記載の組成物。
  14. 【請求項14】 分散剤をさらに含むことを特徴とする
    請求項1に記載の組成物。
  15. 【請求項15】 前記熱補助触媒が1,1′−アゾビス
    シクロヘキサンカルボニトリルであることを特徴とする
    請求項1に記載の組成物。
  16. 【請求項16】 基板上の微細の導電体線の形成のため
    の単一印刷プロセスであって: a. 基板上のパターン形成される区域を覆うために、
    請求項3に記載のペーストを、4から20マイクロメー
    トルの厚さを有する焼結されたパターンを生成するのに
    充分な量だけ、付着させる工程と; b. 熱誘起された部分的な重合を発生させ、および同
    時に前記溶媒を除去するのに充分な温度においてペース
    トを乾燥する工程と; c. 化学線に対してパターン状に前記乾燥されたペー
    ストを画像に沿ってさらして潜像を形成する工程と; d. 前記パターン形成されたペーストを熱処理して、
    プリントの露光領域において架橋することをもたらすさ
    らなる重合を誘起して、露光領域が現像液中で不溶性に
    なる工程と; e. 好適な現像液中で前記パターン形成されたペース
    トを現像して、前記パターン形成されたペーストの未露
    光領域を洗い流す工程と; f. 前記パターン形成されたペーストを焼結する工程
    とをこの順序に具えたことを特徴とする印刷プロセス。
  17. 【請求項17】 基板状に微細な導電体の線の形成のた
    めのプロセスであって、前記プロセスが: a. 請求項4に記載のテープを付着して基板上のパタ
    ーン形成される区域を覆う工程と; b. 化学線に対してパターン状に前記テープを画像に
    沿ってさらして、潜像を形成する工程と; c.前記テープを熱処理して前記テープの露光領域にお
    いて架橋することをもたらすさらなる重合を誘起して、
    露光領域が現像液中で不溶性になる工程と; d. 好適な現像液中で前記テープを現像して、前記テ
    ープの未露光領域を洗い流す工程と; e. 前記テープを焼結する工程とをこの順序に具えた
    ことを特徴とするプロセス。
  18. 【請求項18】 工程a.の後に前記テープが熱誘起さ
    れる部分的な重合をもたらすのに充分な温度において熱
    処理されることを特徴とする請求項17に記載のプロセ
    ス。
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