KR20040055737A - 전도체 제조를 위한 합성물과 그 저온제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반응유기매체(ROM)에 명시된 특성을 갖는 분말로 이루어진 물질의 합성물에 관한 것이다. 상기 합성물은 감온도성의 전자기판상에 전도체의 패턴을 형성하도록 소정의 편리한 인쇄공정을 적용할 수 있다. 상기 패턴은 기판의 손상을 방지하기에 충분히 낮은 온도에서 순수금속도체를 형성하도록 순식간에 열경화된다.

Description

전도체 제조를 위한 합성물과 그 저온제조방법{LOW TEMPERATURE METHOD AND COMPOSITIONS FOR PRODUCING ELECTRICAL CONDUCTORS}
일반적인 인쇄회로 제조방법은 도체가 결함있는 구리의 에칭에 의해 형성되는 제감 또는 반-추가공정이 있다. 완전추가공정은 상기 제감 또는 반-추가공정에 비해 많은 이점을 가진다. 인쇄회로 제조시 완전추가공정의 가장 큰 문제점은 폴리머-기반의 회로기판에 호환될 수 있도록 충분히 낮은 경화온도에 의한 고전도성이 요구되는 것이다. 다른 주 문제점은 종래의 납땜에 의해 추가 트레이스(trace)에 연결부를 만드는 것이다. 현재의 기술은 저경화온도 전도성 에폭시와, 저질의 전도성 트레이스를 형성하는 단기성액상물질과, 양호한 전도성과 양호한 용접성을 갖지만 세라믹기판에 대해서는 제한적일 수 밖에 없는 트레이스를 형성하는 저질 용접성 혹은 고온의 두꺼운 필름잉크를 포함한다. 상기 작고, 비싸며 특정화된 기판들은 650℃ 이상, 통상 850℃ 이상의 발화온도를 견딜 수 있는 두꺼운 필름잉크가 요구된다. 250-350℃에서 폴리머-기반의 기판 위에 두꺼운 필름잉크의 작업을 복제하는 방법은, 270억불 규모의 경식회로기판산업 및 2억5천만불 규모의 연식회로산업 등 본 기술분야에서는 전세계적으로 널리 알려진 내용이다.
"두꺼운 필름" 기술은 세라믹기판 위에 하이브리드회로를 제조하도록 정해진 대로 실시된다. 알.더블유,베스트, "전자 세라믹", 알.브렉큰릿지, 개정판.,1991. 도체 패턴은 금속에 대한 금속-함유잉크가 감소되도록 세라믹기판 위에 실크스크리닝 또는 스텐실인쇄용 두꺼운 필름 페이스트(paste)나 잉크, 및 850-1100℃에서의 발화에 의해 제조된다. 이와 같은 잉크의 예로 왕,더거티,휴브너 및 페핀,제이.암. 세라믹. 소사이어티의 77(12), 3051-72(1994)에 의해 최근 검토된 실버-파라듐 합성물이 있다. 일반적으로 두꺼운 필름잉크는 금속분말, 무기유리결합제 및 폴리머결합제와 용매로 구성된 용액을 포함한다. 상기 용액은 스크린인쇄를 위해 정확한 농도를 제공하고, 통상 에틸 셀룰로즈, 수소화 로진 또는 저휘발성 용매로 용해된 폴리아크릴과 같은 폴리머로 구성된다. 일반적인 용매는 테르피놀, 디부틸 카르비톨, 그리고 다양한 글리콜 에테르 및 에스테르로 이루어진다. 상기 잉크는 스크린인쇄에 의해 세라믹기판에 적용되고, 용매를 제거하도록 열처리에 의해 건조되며, 폴리머 결합제를 분해하고 금속 및 무기유리 결합제를 용해하기 위해 일반적으로 용광로 내에서 가열처리된다. 상기 유리상(phase)은 일반적으로 알루미나로 형성된 기판에 접착력을 제공하고, 상기 금속은 전도성을 제공한다. 일반적으로 도체는 금속층에 교차하는 유리층과 함께 줄무늬교차부를 가진다. 상기 유리는 세라믹접점(interface)에서 응축되고, 상기 금속은 공기접점(interface)에서 응축되는 경향이 있다. 전도성은 통상 벌크금속의 1/2 내지는 1/4이 된다.
다수의 두꺼운 필름 합성물에는 금속분말분산의 스크린성 및 안정성을 향상시키도록 계면활성제가 포함된다. 종종 상기 계면활성제는 카르복시기산 소프(soap)와 같은 메탈로-유기화합물로 이루어진다. 상기 계면활성제는 발화된 도체에 유용한 기능을 실행할 수 있도록 금속 또는 그 산화물에 침전되는 비교적 저온에서 분해되므로 편리하다.
제이.티.앤더슨, 브이.케이.나게스트 및 알.씨.루비의 1991년 12월 10일자 미국특허 5,071,826 및 1994년 8월 16일자 5,338,507에는 초전도 산소혼합물에 은 네오데카노아테를 추가하는 내용이 개시되어 있으며, 상기 네오데카노아테는 은으로 초전도 조직을 코팅하기 위해 300℃에서 금속으로 분해된다. 상기 코팅조직은 향상된 전력 및 임계전류을 갖는 산화 초전도체를 제조하도록 600-800℃에서 소결되고 산화된다.
유기-금속 티탄산염을 분해함으로써 두꺼운 필름 도체에 티탄산염을 추가하는 것은 케이.엠.나이르의 1983년 5월 3일자 미국특허 4,381,945에 개시된 내용이다.
제이.엠.부라운로우의 1986년 7월 8일자 미국특허 4,599,277에는 850-950℃에서 세라믹기판에 적합한 금속의 밀도상승온도를 증가시키기 위해 두꺼운 필름잉크에 유기-금속화합물을 추가하는 것이 개시되어 있고, 상기 공정의 반대의 경우엔 저온에서 폴리머 회로에 도체를 적용하는 것이 필요하다.
종래의 두꺼운 필름 페이스트(paste) 합성물은 엠.엔.느구엔 및 그 협력자의 1991년 12월 24일자 미국특허 5,075,262와 1993년 2월 2일자 미국특허 5,183,784에기재된 트리톤 엑스 100과 같은 계면활성제 뿐만 아니라 카르복시기산 소프로 이루어진 은 파편, 백옥유 및 은 수지산염을 포함한다. 상기 특허의 목적은 인쇄 후의 예비건조단계를 없애고, 상기 수지산염의 접착력은 향상시키되, 350-450℃에서 세라믹기판에 재치된 반도체 접합의 크랙과 틈을 최소화하는 것이다. 브이.케이.나게쉬 및 알.엠.풀라쓰의 1978년 12월 19일자 미국특허 4,130,671에는 상기 앤더슨의 반도체와 유사한 은-코팅 유리입자를 제공하도록 저온에서 분해되는 백옥유와 수지산염의 유사 합성물이 개시되어 있다. 상기 입자들은 수지산염 분해 전후 기판에 적용되고, 금속-코팅된 유리입자의 도체를 제공하도록 500-700℃에서 산화된 대기중에 발화된다.
수지산염이 없는 유기용액에서의 또 다른 종래의 유리와 금속분말의 두꺼운 필름합성물이 미국특허 5,250,229 및 5,378,408에 개시되어 있다.
두꺼운 필름공정으로 저온 아날로그를 제조하기 위해, 대부분의 폴리머가 견딜 수 있는 최상온도한계인 450℃ 이하에서 작동하는 침전된 금속의 접착 및 점착을 달성하는 신 메카니즘을 찾을 필요가 있다. 상기 결합제 전부가 충분히 낮은 온도에서도 녹지 않고, 유리는 금속 또는 폴리머 기판에 접착되지 않으므로, 본 출원에서는 종래의 두꺼운 필름잉크를 보편적으로 사용하는 무기유리분말 결합제의 이용이 불가능하다.
이러한 목적의 다른 시도가 개시되어 있다. 일반적인 예는 금속분말, 통상의 은분말을 "두꺼운 폴리머 필름" 물질로 불리우는 유기주형 내에 혼합하여 전도성잉크나 페이스트를 제조하는 것이다. 이것은 그 중에서도 특히 아브레스틱,에이아이티,호쿠리카,엠-테크,써모셋,에폭시 테크놀로지 및 페로로부터 이용 가능한 제품으로 유용될 수 있는 주산업이다. 상기 물질들은 회로기판 위에 인쇄되고, 우수한 점착력을 갖는다. 본 기술의 적용예가 케이.드레이팩의 전자 52(17), 2이-4이, 1979, 경식 및 연식회로 상에 소사이어티 데스 프로듀잇 인더스트리엘스 아이티티(Societie des Produits Industrielles ITT's) 실크 스크리닝 은 및 아연-기반의 도체라는 문서에 개시되어 있다. 본 시도의 한 가지 문제점은 잉크가 유기조형 내에서 분말조직 사이에 무작위적으로 접촉함으로써 전도되어 그 전도성이 낮다는 것이다. 전도성에 상응하는 일반적인 저항률은 1.59 마이크로옴·cm에서의 벌크은 및 3-6 마이크로옴·cm에서의 고온의 두꺼운 필름 도선에 비교되는 40-60 마이크로옴·cm가 된다. 여전히 전도성이 지속적이지 못한 문제점이 남게 된다. 상기 전도성은 트레이스가 가열 및 냉각되고, 습기 및 타 환경원인에 노출될 때, 무작위적으로 제조되고 부서지는 경향이 있는 개별적 금속조직 사이에서의 우연한 접촉에 의존한다. 두꺼운 폴리머 필름물질의 다른 주 문제점은 유기함유량으로 인해 납땜이 불가능한 것이다.
전형적인 수지-접합 구리분말 도체가 1977년 6월자 일본특허출원 52-68507에 개시되어 있으며, 알.이.시거, 엔.에이치.모건의 1988년 10월 4일자 미국특허 4,775,439에는 보다 많은 정교한 두꺼운 폴리머 필름을 제조하기 위한 시도가 개시되어 있다. 이러한 구성의 금속분말 및 결합제는 기판에 적용되어 건조된다. 트레이스는 폴리머 필름에 의해 커버되어 적소에 도체를 고정시키도록 기판 위에 끈끈하게 라미네이팅된다. 이것은 벌크금속에 필적하는 전도성 획득의 문제점을 제기하지는 않는다.
벌크 전도성은 다양한 기판위에 메탈로-유기화합물을 분해함으로써 저온에서 달성된다. 이때, 알.더블유.베스트, 이.피.트위델, 알.씨.부카난, 하이브리드 마이크로일렉트로닉스 6의 인터내셔널.제이, 261-267, 1983에 개시된 바와 같이 잉크젯인쇄를 적용할 수 있다. 베스트 등은 수년간 MOD(메탈로-유기분해)라 불리우는 기술을 연구하였다. 이 연구의 주요 관점은 "하이브리드 마이크로써키트용 MOD 잉크를 이용한 액상 잉크젯인쇄", 텡,케이.에프., 베스트.알.더블유., 부품상의 IEEE 트랜잭션, 혼성 및 제조기술, 12(4), 545-549, 1987에 논평되어 있다. 작자는 유전체와 저항기뿐만 아니라 은, 금 도체 인쇄에 관한 그들의 연구도 기술하였다. MOD 화합물은 금속 및 대기에 의존하여 금속원소 또는 산소로 금속을 침전하도록 저온에서 깨끗이 분해되는 순수합성 메탈로-유기화합물이다. 귀금속인 은, 금 및 백금 등은 공기 중에서 금속필름으로 분해된다. 상기 유기화합물의 일부는 저온에서 분해가 용이하도록 묽은 잉크를 제공하는 헤테로-원자를 통해 금속에 접합된다. 카르복시기산-금속소프와 같은 산소접합은 금과 백금의 아민접합과 같이 만족스런 결과를 낳는다.
베스트 등은 은 네오데카노에이트 및 금 아민 2-에틸헥사노에이트와 같은 소프의 크실렌용액의 잉크젯인쇄에 의한 세라믹 기판과 실리콘의 금속화를 연구하였다. 만족스런 용액의 이미지(0.003인치 또는 75마이크론)를 달성하였으나, 전도성은, 마이크론 이하로 분해된 후, 층의 매우 얇은 두께로 인해 저조해지는 문제점이 있었다. 은 네오데카노에이트 용액을 이용하여 에폭시-유리회로기판을 제작하는 협력회사에 의한 예비실험을 통해 화학결합이 우수한 도체가 폴리머 기판 위에 생산 가능하다는 것이 증명되었다. 또한, 상기 도체는 매우 얇고 부적절한 전도성을 갖는 문제점이 발견되었다. 더 많은 MOD 화합물의 추가는 더 넓은 트레이스를 얻을 수는 있으나 두께를 두껍게 하지는 못한다. 상기 MOD 화합물은 분해 전에 용해되며, 표면으로의 살포를 제어할 수 없다. 잘 통합된 금속을 제공하는 용해가 원하는 대로 분해된 후 침전되면, 일부 MOD 화합물이 실제로 실온에서 액체가 되는 것은 불가피한 문제점이다. 상기 문제점의 해결방법으로 베스트 등의 실리콘 태양전지 금속화와 같은 다수 개의 층을 인쇄하여 두께를 증가시키는 방법이 있으나, 이는 원래 목적인 회로의 단일통로제조를 손상시키게 된다.
유사한 물질과 기술이 얇은 필름 금속화에 적용되고, 납땜 또는 전자판(electroplating)으로 제작된 코팅에 도입되도록 사용되었다. 비.디.가렛거의 1987년 5월 17일자 미국특허 4,650,108; 1989년 2월 28일자 피.에이치.느구엔의 미국특허 4,808,274; 엠,쥐,펌스톤과 에이.린들리의 1991년 10월 22일자 미국특허 5,059,242; 및 티.아사노, 에스.미주쿠찌와 티.이시카와의 1992년 12월 22일자 미국특허 5,173,330이 그 예이다. 얇은 필름은 단독으로 적절한 전도성을 제공할 수 없다.
저항문제를 해소하기 위한 창조적 시도가 씨.더블유.에이첼버거의 1984년 12월 11일자 미국특허 4,487,811에 개시되어 있다. 상기 특허에는 예를 들어, 구리에 의한 철의 반환과 같이 용액 내에서 더 많은 귀금속에 의해 침전된 금속의 반환작용에 의해 전도성이 증가한다고 기재되어 있다. 이러한 방법에 있어서, 입자 사이의 접촉은 보다 큰 반환부피와 진성전도성에 의해 증진된다. 7.5 마이크로옴·cm의 저항력이 달성되고, 이는 은박 에폭시보다는 대체로 더 우수하나, 두꺼운 필름잉크보다는 그 효율이 떨어진다.
반환반응은 물질이 납땜 가능하여 폴리머잉크의 다른 문제점을 해결하나, 일반적으로 전도성 에폭시는 그렇지가 않다. 용접성에 대한 또 다른 시도가 에프.세인트.존 및 더블유.마틴의 1985년 10월 22일자 미국특허 4,548,879에 개시되어 있다. 니켈분말은 10개 또는 그 이상의 탄소원자를 갖는 포화 모노카르복시기산에 코팅된다. 상기 코팅된 분말은 부틸카비톨 아세테이트용액 내의 노보락 에폭시수지와 혼합되고, 에폭시 유리판 위에 실크스크린된다. 165℃에서 경화된 후, 전도성 트레이스는 주조한 납땜 내의 융제 및 담금에 의해 납땜-코팅되고, 비코팅된 니켈분말로 형성된 트레이스는 납땜되지 않는다. 상기 방법에는 전도성에 대한 이점이 전혀 개시되어 있지 않다.
은분말은 알.제이.데피예스, 및 에이치.더블유.암스트롱의 1980년 1월 29일자 미국특허 4,186,244, "새로운 은분말 합성물", 및 1984년 7월 31일자 미국특허 4,463,030에 개시되어 있다. 상기 은분말은 포화되거나(스테아르산, 팔미트산) 비포화된(올레산, 리올레산) 긴 체인 카르복시기산 전면에 건조된 은수산염을 분해함으로써 형성된다. 상기 산은 표면에 보호코팅을 제공하고, 마이크론 이하의 크기로 입자를 제한하도록 금속분말과 반응한다. 상기 입자는 초과된 산을 제거하도록 세척되고, 에틸 셀룰로즈 폴리머 결합제 및 소나무유 용제로 구성된 종래의 두꺼운 필름 용액과 동일한 중량으로 혼합된다. 상기 결과로 생긴 잉크는 세라믹 또는 폴리이미드 기판 위에 코팅되고, 스퀘어당 1옴의 정해진 전도성을 갖는 은도선으로 상기 코팅된 분말을 변환시키도록 30-90초간 공기 중에서 250℃로 가열되며, 수백 또는 수천 평방길이의 트레이스를 갖는 실제회로에는 적합하지 않다. 상기 코팅은 잔여산이 융제로 작용한다는 가정하에 융제 없이도 납땜될 수 있다고 서술되어있다. 이는 주조한 납의 용액 내에서 여과되도록 방염제가 된다고 나타나 있으며, 납땜에 의한 은의 용해성은 공지된 바와는 다른 것이다.
다소 유사한 은파편물질이 그룬디 오브 존슨 및 매튀의 1989년 8월 22일자 미국특허 4,859,241에 특허되어 있다. 상기 파편은 안정성이 우수한 유리가 채워진 잉크합성물을 제공하도록 은 스테아르산염이 코팅된 은파편을 생산하기 위해 유기용매 내의 은 스테아르산염 계면활성제를 갖는 은분말을 깍아 제조된다. 이것은 안정적으로 은분말 및 은파편을 제조하는 일반방법이다.
더 많은 정교한 시도가 1984년 9월 21일자 일본공개특허출원 소화59-167,906호의 발명자 아키라 아카마추에 의해 개시되었으나 이 사건은 마쯔시타 일렉트릭 인더스트리얼 코, 엘티디에 의해 포기되었다. 상기 사건에 따르면, 분말은 예를 들어, 포르말린 또는 히도로퀴논을 갖는 젖산용액 내의 은 유산염과 같이 은의 유기산염을 부분적으로 감소시켜 얻어진다. 이러한 예비감소는 바람직하게는 20-30%의 소금을 수반한다. 추가 은분말 또는 은파편은 그 관점에서 추가될 수 있다. 상기 혼합물은 스크린인쇄되고, UV 방사의 동시적용에 의해 경화되며, 바람직하게는 30-60분간 300-350℃에서 가열된다. UV 없이는 경화가 저온에서 발생할 수 없고, 가열 없이는 코팅이 대략 10마이크론 두께를 통해서는 경화될 방법이 없다.
본 발명의 혼합물은 미세분말요소가 개별적으로 준비되어 순수분말조성물 및 최종혼합물에 타 요구조건을 관련시키지 않고 나노분말의 최적조제를 허용함으로써 아카마추의 것과는 두드러진 차이가 나타난다. 또한, 본 발명의 반응유기매체는 아카마추에 개시된 것보다 더 짧은 시간과 저온으로 단독 가열되어 경화되는 혼합물을 얻을 수 있다.
추가적인 전자회로를 생산하기 위해 사용되는 또 다른 물질종류는 "Ormet"란 상표로 토로나가 테크놀로지에 의해 개발된 단기액상물질이다. 상기 물질과 이 물질의 이용이 피.간드히 회로월드 23 (1), 1996년 10월, p. 43-46, 및 로버트,이.; 네프콘 웨스트 공정 '96, 3, 1748-1752, 1996년에 개시되어 있다. 상기 물질은 분말화된 납땜 및 폴리머 결합제를 갖는 분말화된 은 또는 구리 도체의 혼합물로 구성된다. 상기 물질은 가열시 전도성 에폭시처럼 인쇄되고, 납땜은 용해된 금속의 회로망을 제조하기 위해 도체에 용해되고 합금된다. 게다가, 10분간 약 220℃로 가열하면 폴리머 기판에 도체의 점착력을 제공하도록 폴리머 결합제가 경화된다. 다른 방도는 엠.에이.카포테 및 엠.쥐.토드 오브 토라나가 기술에 개시된 바와 같이 기판 위에 점착층을 제공하는 것이다.
일반적으로 오르메트(Ormet) 합성물은 20-30마이크로옴·cm 내의 전자저항력을 야기하고, 폴리머 결합제의 존재로 인해 용접성에 문제를 나타낸다.
상기 물질 또는 혼합물 중 어떤 것도 350℃ 이하, 바람직하게는 300℃ 이하, 더 바람직하게는 275℃ 이하의 경화온도를 갖는 것을 제외하고는 종래의 두꺼운 필름과 거의 동등한 전도성을 갖는 적절히-접합되고, 적절히-통합된 금속도선에 경화될 수 있는 합성물을 제공하는 상기의 목적을 달성할 수 없다. 상기 물질들 중 어떤 것도 위험한 무용지물의 생산 없이 단순공정에 의한 신속한 생산을 위해 새로운 기술로 채택되어 회로기판산업에 영향을 줄 수 없다. 이러한 저온 성능을 제공하는 새로운 시도가 필요하다.
본 발명은 도체를 인쇄회로기판 및 반도체와 같은 전자부품에 적용하기 위해 사용되는 합성물에 관한 것으로, 특히 450℃ 이하의 온도에서 적용되어 고체도체로 변환되는 합성물에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 의한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1A는 본 발명의 은합성물에 대한 시간대 전기저항력을 나타낸 좌표.
도 1B는 본 발명의 구리합성물에 대한 시간대 전기저항력을 나타낸 좌표.
도 2는 경화대기의 산소함유량대 본 발명의 구리 트레이스의 전기저항력을 나타낸 좌표.
도 3은 경화대기의 수분함유량대 본 발명의 구리 트레이스의 전기저항력을 나타낸 좌표.
도 4A는 연식회로 위에 패치(patch)를 제조하기 위한 본 발명의 합성물의 적용과 방법을 나타낸 개략도.
도 4B는 회로 트레이스를 제작함과 동시에 납땜 대신에 상기 회로 트레이스를 부품에 부착하는 본 발명에 의한 합성물의 적용 및 그 방법을 도시한 개략도.
도 4C는 포토디파인된 유전체물질 내에 현상된 도체 트레이스를 간단하고 빠르게 금속화하는 혼성기술에 대한 본 발명에 의한 합성물의 적용 및 그 방법을 도시한 개략도.
도 5A는 본 발명의 합성물 및 방법에 의한 내부층 제조방법을 도시한 개략도.
도 5B는 본 발명의 합성물 및 방법에 의한 완성된 다층회로 제조방법을 도시한 개략도.
본 발명은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인쇄용 합성물 및 감온도성 기판에 상기 합성물을 적용하고, 상기 기판이 견딜 수 있는 온도 내에서 고전도성의 트레이스를 기판에 경화하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기 합성물의 필수요소는 금속분말 혼합물과 고체도체의 통합이 일어나는 반응유기매체(ROM)에 명시된 특성의 금속분말 혼합물이다.
상기 금속분말 혼합물은 하나 또는 다수 종류의 금속분말; 1) 바람직하게는 50 마이크로미터 이하의 직경과 그 직경보다 2비율 작은 두께를 갖는 금속분말; 및 2) 어떤 큰 차이가 합산되지 않은 약 600 나노미터 이하의 평균직경을 갖는 콜로이드 또는 반콜로이드 금속분말로 구성된다.
상기 ROM은 관련 금속에 쉽게 분해 가능한 메탈로-유기화합물로 구성되거나, 상기 메탈로-유기화합물을 제조하도록 금속에 반응하는 유기화합물로 구성된다. 그 예로, 금속소프 및 이와 관련된 지방산이 있다. 다른 예로는 금속아민 및 금속메르캅토 화합물과 이와 관련된 아미노 및 황화물 프리커서(precursor)가 있다.
이러한 합성물의 구성요소는 적절한 비율로 가중치를 주고, 적절한 농도를 제공할 필요가 있을 경우 추가적인 계면활성제 또는 점도변경제에 혼합되며, 동질의 인쇄 가능한 합성물을 제공하도록 삼롤분쇄기에서 서로 분쇄된다.
상기 합성물은 소정의 편리한 인쇄기술을 이용하여 기판 위에 인쇄된다. 스크린인쇄 및 스텐실은 고선명도를 갖는 상대적으로 적은 수의 딱딱한 기판에 적합하다. 그라비어인쇄, 활판인쇄 및 오프셋인쇄는 연식기판 위에 고생산율이 필요한 경우 적합하다. 잉크젯인쇄 및 정전기인쇄는 인쇄된 이미지의 직접적인 컴퓨터 제어에 추가적인 이점을 제공한다. 이는 컴퓨터 원용 디자인(CAD) 파일로부터 회로를 직접 인쇄할 수 있도록 하고, 특별한 도구를 필요로 하지 않는다. 각 회로는 원하는 경우 코딩 및 견본을 위해 상이해질 수 있다. 동일한 단부는 디스펜싱 장비를 제어하는 컴퓨터를 이용하여 더 낮은 생산율에서 달성될 수 있다. 상기 장비는 펌프 또는 압력펌프에 의해 공급된 표면 및 디스펜싱 인쇄합성물에 바늘을 움직여 점 또는 선을 만들어낸다.
상기 합성물의 기판은 경식 유리강화 에폭시 라미네이트, 연식회로용 폴리이미드 필름, 타 폴리머-기반의 전자부품, 금속패드 및 반도체부품을 포함 적용된다. 상기 합성물은 2000년 11월 7일자 미국특허 6,153,348에 기재된 바와 같이 장벽/점착 코팅임에도 불구하고 일부 에폭시 표면에 자연스레 점착되는 이점이 있다. 폴리이미드 필름의 우수한 점착력은 코팅 전에 필요하다. 에프이피 테프론(알)() 및 저유리 변환점 폴리이미드 코팅이 만족스런 결과를 낳는다.
금속에 점착시 납땜과 유사하게 금속표면을 깨끗하게 처리해야 한다. ROM 내의 산 요소는 접착력이 향상되도록 융매 역할을 한다. 금도금 또는 주석도금된 금속패드 또한 효과적이다. 구리패드에 유기납땜 예방보호제를 사용하는 것도 효과적이다. 반도체에 점착시엔 호환되는 합성물의 금속화가 필요하다.
상기 합성물은 단시간 내에 가열되도록 노출에 의해 경화된다. 이 시간은 기판이 노출되어도 안전할 수 있는 온도에 의해 다양해지나, 합성물이 가능할 수 있는 전기 전도성의 대부분을 얻는 시간보다는 몇 분 짧으며, 일부는 그 온도에서 10초 정도가 짧다.
은과 금은 공기 중에서 경화된다. 구리 및 다른 비고가의 금속은 보호대기를 필요로 한다. 산소보다 백만분의 10파트가 적은 질소는 구리합성물 공정에 적합하다. 경화과정 중 그 전후를 제외하고 수증기를 추가하는 것은 구리합성물 경화에 효과적이다.
본 발명의 합성물은 소정의 편리한 인쇄기술에 의해 감온도성의 기판에 따라 선택적으로 적용된다. 상기 인쇄기술은 스크린인쇄, 스텐실, 그라비어인쇄, 활판(플렉소)인쇄, 오프셋인쇄, 잉크젯인쇄 및 정전기인쇄 및 복사를 포함한다. 뜻밖에도, 가열시 상기 합성물은 종래의 야금공정에 요구되는 것보다 100℃가 낮은 온도에서 잘-통합되고, 잘-접착된 순수 금속의 전도성 트레이스에 순식간에 경화된다는 것을 알아냈다. 이것은 종래의 기술에 비해 비용도 낮고, 더 빠른 속도로 인쇄회로를 제조할 수 있는 성능을 제공한다. 종래의 사진석판술, 금도금 및 에칭공정의 위험하고 무용지물의 생산적 특징이 모두 해결된다.
본 발명의 합성물은 금속분말 혼합물 및 반응유기매체(ROM)로 구성된다. 상기 합성물은 감온도성 기판에 적용되고, 기판이 손상되지 않는 온도에서 열처리에 의해 적절히-통합되고, 적절히-접합된 회로 트레이스로 경화된다. 본 발명의 합성물은 문제의 금속 벌크저항보다 2-3배의 저항력을 갖는 적절히 통합된 전도체에 변형을 견디는 온도 이상의 임계온도를 나타낸다. 상기 전도성은 세라믹기판 위에 종래의 두꺼운 필름 합성물에 있어서 기존의 고온금속분말 소결물로부터 얻어지는 것과 동일하며, 두드러지게 상기 통합공정은 두꺼운 필름 기술에서 흔히 사용되는 것보다 낮은 400-500℃에서 수행되고, 이는 소결에 필요한 것보다 짧은 크기이다.
적합한 금속으로는 구리, 은, 금, 아연, 카드뮴, 팔라듐, 이리듐, 루테늄, 오스뮴, 로듐, 백금, 망간, 바나듐, 니오브, 철, 코발트, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 레늄, 인듐, 주석, 안티몬, 납, 창연 및 그 혼합물이 있다.
실시예에 있어서, 금속분말 혼합물은 하나 또는 그 이상의 금속분말과 콜로이드 또는 반-콜로이드 금속분말을 포함한다. 이때, 합성물은 70-90중량%의 금속분말 혼합물을 포함하며, 나머지 부분은 적합한 인쇄특성을 얻는데 필요한 반응유기매체 및 유동변경체로 이루어진다.
예상외로 우리는 1999년 3월 16일자로 특허된 미국특허 5,882,722(및 PCT 특허출원 WO 98/37133,27, 1998년. 8월)에 바람직한 요소로 기재된 금속파편 혼합물 없이도 수용가능한 전도체에 통합되는 대체로 구형의 금속분말이 포함된 혼합물을 발견하였다. 상기 금속분말은 0.1-10 마이크론의 대면적과, 바람직하게는 대략 0.05-0.5 마이크로미터, 0.5-2 마이크로미터, 2-10 마이크로미터의 하나 또는 그이상의 크기범위를 가지며, 바람직하게는 형태가 본질적으로 구형을 이루게 된다. 개시분말은 원하는 입자의 크기 및 순도를 얻을 수 있도록 화학침전에 의해 생산된다.
본 발명의 합성물에 있어서, 상기 금속분말은 다양한 기능을 수행한다. 더 큰 입자는 혼합물이 경화되기 위해 가열될 때, 선명도의 손실을 방지하고 타 성분을 함유하도록 인쇄된 이미지의 골조를 형성한다.
본 발명의 또 다른 금속분말 혼합물성분은 300 나노미터(나노분말) 이하의 직경을 갖는 콜로이드 또는 반-콜로이드분말이다. 상기 콜로이드 또는 반-콜로이드분말은 현재 10-50중량%을 가지며, 바람직하게는 금속분말 혼합물의 전체 중량의 25-40%가 되게 한다. 이러한 분말의 1차 기능은 합성물이 근접한 고체순수금속도체에 통합되도록 온도를 낮추는 것이다. 금속나노분말의 존재는 은을 갖는 상기 저온공정에 유용하게 쓰이며 구리혼합물의 통합에 필수적이다. 상기 나노분말이 개별적인 입자로 존재한다는 것은 중요하다. 이러한 작은 금속분말은 개방골조를 갖는 골재에 집적되는 경향이 강하다.
콜로이드금속의 바람직한 확산각도를 얻고 보존하기 위해서 그들이 모일 수 없게 입자를 안정시키는 것이 필요하다. 은입자의 경우 입자표면에 코팅된 계면활성제에 의해 고정되고 금속간의 접촉이 방지된다. 이것은 분말이 조립부터 최종통합에 이르기까지 안정성을 향상하는 환경에 노출되도록 분말을 제조하는 수단으로서 화학침전을 촉진한다.
상기 반응유기매체(ROM)는 금속분말 혼합물이 적절히-통합된 도체를 형성하도록 서로 접합된 환경을 제공한다. 많은 종류의 유기화합물이 ROM으로서의 기능을 수행할 수 있다. 통상적인 특성은 가지고 있거나 형성할 수 있거나 헤테로-원자를 통해 금속에 접합하도록 공유되고 효과적으로 정제되는 것이다. 상기 헤테로-원자는 산소, 질소, 황, 인, 비소, 셀레늄 및 타 비금속원소이고, 특히 산소, 질소, 황이다. 상기 접합은 유기체 절반에 고정된 접합보다 약하고, 금속에 침전되도록 열 손상된다. 대부분의 경우 반응은 아래 나타난 바와 같이 산 또는 타 유기잔기가 메탈로-유기화합물을 재형성하기 위해 금속과 반응하도록 역으로 이뤄진다.
R - M ⇔ R + M
상기 R은 반응적 유기화합물이고, M은 금속을 나타낸다.
이와 같은 화합물의 실시예로 카르복시기산의 소프가 있으며, 상기 헤테로-원자는 산소; 아미노 화합물이고, 상기 헤테로-원자는 질소; 및 메르캅토 화합물이며, 상기 헤테로-원자는 황이다.
바람직한 ROM 성분의 특정예는 카르복시기산과,
,
이때는 C9H19인 구조식으로 도시된 은 네오데카노에이트 및,
의 구조식으로 도시된 2-에틸 헥사노에이트와 같이 은과 구리를 갖는 네오데카노익산 및 2-에틸 헥사노익산과 관련된 금속소프로 이루어진다.
상기 관련된 구리 화합물은 구리가 2가이므로 몰당 2산 그룹을 갖는다는 것을 제외하고는 유사하다.
상기 ROM 합성물은 본 기술분야에서 공지된 방법에 의해 제조할 수 있다. 상기 합성물은 전부 비교적 저온에서 각각의 금속에 분해될 능력을 가지고 있다. 은 네오데카노에이트 및 은 2-에틸 헥사노에이트(은 옥토에이트)를 위한 분해온도는 200-250℃이다. 이와 유사한 구리합성물의 분해온도는 구리 ROM과 나노분말의 상호작용이 본 예에서 대체로 경화온도를 더 낮출 수 있음에도 불구하고 300-315℃가 된다. 상기 구리 및 은 화합물은 상기 언급한 바와 같이, 반응이 가역되도록 같은 온도에서 관련된 산으로부터 재형성될 수 있다.
일부 경우에 있어서, 본 발명의 합성물의 인쇄특성을 향상하도록 종래의 공지된 유동학-향상 화합물을 추가하는 것이 용이하다. 알파-테르피네올은 스크린인쇄가 용이하도록 구리 및 은 합성물의 점도를 감소하는데 사용된다. 알파-테르피네올은 또한 불포화 환에 접합된 OH 그룹의 산성효력으로 통합반응에 관여한다. 구성물과 첨가물을 선택함으로써, 고형분말에 점도 15 센티푸아즈를 갖는 유체잉크로부터 인쇄 가능한 합성물의 범위를 생산하는 것이 가능해진다.
본 발명의 합성물은 스크리닝, 스텐실, 그라비어인쇄, 디스펜싱, 잉크젯인쇄와, 건조분말 합성물 및 토너를 갖는 점착성의 패턴을 코팅함으로써 적용되고, 종래의 두꺼운 필름 페이스트를 적용하는데 사용되는 스크린인쇄는 평가를 위한 샘플을 준비하도록 아주 광범위하게 사용된다. 대략 500 푸아즈(poise)의 점도를 갖는 합성물은 고무롤러에 의해 그 안에 원하는 도체패턴의 포토디파인된 오픈이미지를 갖는 정교한 스크린을 통해 가압된다. 제조 스크린 프린터가 50 마이크론의 정교한 패턴을 획득할 수 있음에도 상기 방법에 의해 얻을 수 있는 선명도는 대략 125 마이크론(5밀)의 선과 공간이다. 50 마이크론보다 두꺼운 전도성 트레이스가 인쇄된다. 시험패턴의 대부분이 대략 12마이크론의 두께일지라도 스퀘어당 0.37 온스의 구리와 동량이 된다.
회로기판
바람직한 회로기판은 배선기판에 인쇄된 경식용 에폭시 적층물을 강화하고, 연식회로용 폴리이미드 필름을 코팅하는 FR-4 유리와 같은 폴리머-기반의 기판을 포함한다. 대부분의 경우 응착경계층은 양질의 응착력을 얻고, 경화과정시 기판의 구성물에 의한 간섭을 방지하기 위해 기판 위에 사용된다. 이와 같은 응착경계층 및 그 적용이 2000년 11월 7일자 미국특허 6,143,356호와 참증자료(2001년 2월 15일자, WO01/10572)에 의해 보강된 전체내용에 개시되어 있다. 상기 유기점착제는 열가소성 및 열경화성 물질 양쪽 다 될 수 있다. 듀퐁, 캅톤(알)케이제이() 필름은 220-350℃에서 본 합성물에 접합되기 위해 연화되는 저유리 변환점 폴리이미드가 코팅된 표면을 갖는다. 폴리이미드산 코팅은 상기 합성물로 금속화되고, 이와 같이 형성된 도체를 절연 및 접합하도록 폴리이미드 유전체로 경화될 수 있다. 듀퐁의 피라린과 같은 포토이미지를 형성하는 폴리이미드는 구리에 우수한 응착력을 제공하고, 본 발명의 구리혼합물에 정확하게 부합되는 경화조건을 갖는다.
단지 메탈로 유기분해화합물을 포함한 은합성물은 은이나 주석이 도금된 표면 또는 벤조트리아진과 같은 유기땜납 예방보호제에 의해 보호되는 표면에 응착될 것이다. 네오데카노익산이나 다른 산을 포함한 은합성물 또한 구리가 드러나도록 부착될 것이다. 산을 포함한 구리화합물은 구리가 드러나도록 적절히 접합될 것이다.
경화공정 및 통합임계온도
메탈로-유기분해화합물 또는 상기 화합물로부터 형성된 산이 금속분말 또는 파편 및 상기 기재된 콜로이드 금속분말조성물에 혼합되면, 적절한 기판 위에 비교적 얇은 층으로 인쇄되고, 메탈로-유기화합물의 분해온도 이상인 임계온도에서 가열되며, 헐거운 돌발통합을 야기하도록 발생된 반응은 크게 감소된 전기저항력을 갖는 근처의 고형금속 트레이스 내로 금속조성물을 모으게 된다. 상기 트레이스가 임계온도 이상에서 가열되면, 매우 빠른 전기저항력의 감소와, 침전물의 기계적 점착력 및 침전물 변화 발생의 극적 상승이 이루어진다.
다양한 시간으로 임계온도 이상에서 가열된 트레이스의 전기저항력이 파라미터로 도달한 최고온도와 함께 도 1A의 은과 도 1B의 구리에 대해 각각 도시되어 있다. 상기 도면에는 고온에서 수 초안에 발생된 저항력의 극적인 감소가 나타나 있다. 벌크금속 융해점의 절반보다 낮은 온도에서 근처의 고형금속입자를 불충분하게 통합하는 상기 매우 빠른 변환이 본 발명의 특징이 된다. 상기 반응은 구리보다 은에서 더 낮은 온도로 일어난다. 상기 은의 점근저항력은 벌크은의 대략 2배가 된다. 구리의 경우 벌크에 비해 대략 3배가 된다.
금속분말에서의 메탈로-유기분해의 화학적 성질
ROM과 본 발명의 합성물의 금속분말조성물 사이에서 발생되는 색다른 반응은 통합성을 향상시킨다.
이를 뒷받침하는 2개의 증거자료이다:
1) 고형 금속도체와 금속분말의 통합은 극도로 빨리 이루어진다.
2) 고형 금속도체와 금속분말의 통합은 분말금속산업 및 두꺼운-필름 전자산업에서 실시되는 것과 같은 금속분말로부터 고형 금속물체를 제조하는 종래의 소결에 비해 매우 낮은 저온에서 일어난다.
도 1A 및 1B에 도시된 결과는 종래의 소결 또는 종래의 두꺼운 필름기술에 의해서는 산출될 수 없다. 소결은 최초의 입자콤팩트가 고형금속체로 변형될 때까지 접촉된 입자들 사이에서 형성되는 넥(neck)이 벌크고형확산에 의해 성장하는 시간-온도공정이다. 구리, 은 및 금의 경우, 벌크확산의 활성화 에너지는 대략 45-60 Kcal/mole(180-250 J/mole)이 된다. 통상 구리는 650-900℃에서 소결되며, 소결시간은 평방인치당 톤의 압력하에 수 분에서 수 시간까지의 범위를 갖는다.(파우더 메탈러기의 핸드북, 헨리 에이치. 하우스너, 이디., 케미컬 퍼블리슁 코, 아이엔씨. NY, NY, p 164-167, 1973), 칠천만(7×107)팩터에 의해 325℃에서의 소결율이 통상의 두꺼운 필름 소결온도인 850℃에서 보다 더 낮아진다는 것을 예측할 수 있다. 850℃에서의 공정 10분은 325℃에서의 1300년과 같다.
미세하게 나눠진 금속분말은 벌크메탈보다 높은 표면에너지를 가지며, ROM 환경에서 화학적으로 가공 처리되고, 금속간의 접촉 및 통합을 억제하도록 표면층에 자유롭게 구성된다.
귀금속의 표면에너지는 다음과 같다;
구리 : 1670 ergs·cm2@ 1047℃
은 : 1140 ergs·cm2@ 907℃
금 : 1410 ergs·cm2@ 1027℃
(평면화학, 쥐.에이. 소모르자이, 코넬대학출판부, (1981))
구리의 경우, 벌크고체에 비해 10 나노미터 입자가 초과된 표면에너지는 벌크확산의 활성화 에너지인 250,000 J/mole과 비교해 볼 때 겨우 6800 J/mole에 불과하다. 심지어 콜로이드 금속조차 벌크확산에 의해 통합될 만큼의 충분한 표면에너지를 가지진 않는다.
표면확산이 벌크확산에 비해 현저히 낮은 온도에서 일어난다는 것은 공지된내용이다. 전이온도는 표면확산이 빠르다는 기초하에 존재하고, 상기 온도는 대략 융해점(K)의 1/3이 된다는 것을 실험적으로 찾아내었다.(얇은 필름 침전; 이론과 실기, 디.엘.스미스, 맥그로우 힐, 1995 p 170). 은의 경우 상기 변화온도는 통합의 발생이 관측되는 온도에서 표면확산의 일부가 작용하는 138℃가 된다. 본 발명의 합성물에 있어서, 금속벌크를 구성하는 비교적 큰 입자에 표면프로세스를 접합하는 방법을 예측하기란 쉽지 않다.
상기 결과에 대한 다른 해석은 ROM-금속분말 혼합물에 있어서 메탈로-유기화합물이 신규한 금속입자의 침전 및 집합에 의해서라기 보다는
AgCOOC9H19+ Ag 금속 ⇒ 더 많은 Ag 금속↓ + 유기물↑에 의해 서로 접합하는 기존재하는 금속입자에 직접 분해된다는 것이다. 메탈로-유기분해를 응집하기 위해 적절한 영역을 제공하기엔 충분히 크나 이용 가능한 메탈로-유기화합물을 갖는 고체침전 내에 금속입자 접합을 허용하기엔 충분히 작은 볼륨비율에 금속표면이 최적화되는 것과 같다. 이미 존재하는 금속은 의문의 여지없이 경식프레임워크를 제공하여 분해가 이뤄지는 동안 침전된 금속의 수축을 방지하고, 주조된 ROM의 확산을 방지하는 반면, 열등한 선명도, 열등한 점착력, 트레이스의 손상을 초래하게 된다.
본 발명의 합성물에 추가된 콜로이드입자는 ROM이 "화학적접합"공정에 의해 금속입자를 통합하도록 고표면에너지 입자 및 엣지로부터 저표면구역 균열 및 표면까지 금속을 수송하는 메카니즘을 제공하도록
Ag 콜로이드 + HCOOC9H19⇒ AgCOOC9H19에 의해 스스로 추가의 메탈로-유기 소스가 된다.
인쇄회로기판 위에 우수한 품질의 고체금속회로 트레이스를 인쇄하는 능력은 해당분야의 당업자에 의해 수년간 추구되어왔다. 이러한 경험이 상기에 요약되어있다. 오르메트 단기액상기술이 하나의 시도이다. 가장 널리 알려진 것은 은과 탄소가 장착된 에폭시 기반의 두꺼운 폴리머 필름기술이라 불리는 것이다. 상기 방법중 어떤 것도 단순하고, 본 발명의 방법에 의해 제공되는 빠른 인쇄-가열주기를 갖는 종래의 두꺼운 고온 필름물질 기반의 그것과 동일한 트레이스를 제조할 수 없다. 금, 은 혼합물 양쪽 모두는 원소금속이 메탈로-유기성분 분해온도에서 안정성을 형성할 때 공기 중에서 가열된다. 구리는 공기 중의 분해 안정 생산품인 구리산화 형성이 방지되도록 보호대기의 사용이 필요하다. 산소량을 대략 50이하 가장 바람직하게는 10ppm 이하를 포함하는 질소대기가 도 2에 도시된 바와 같이 적합함을 알 수 있다. 대략 3%의 수증기 추가가 도 3에 도시된 바와 같이 침전결과의 전도성을 향상하는데 유용하다.
본 발명의 합성물을 사용한 인쇄방법
두꺼운 폴리머 필름 및 폴리머 금속화
두꺼운 폴리머 필름기술은 인쇄 가능한 혼합물을 제조하도록 폴리머 점착, 우선적으로는 에폭시에서의 탄소혼합물 또는 금속분말이나 파편에 사용된다. 이것은 폴리머 기판에 적용되어 두꺼운 필름잉크와 페이스트가 더 높은 온도에서 세라믹 및 유리기판에 적용되는 것과 동일한 방법으로 도선패턴을 제조하도록 176℃ 이상에서 경화된다.
폴리머 금속화는 일반적으로 전자차폐용인 데스크탑 컴퓨터의 하우징과 같은 폴리머파트 위 전도층을 제공하는데 사용된다. 또한, 탄소 또는 금속입자는 페인트 또는 타 유기코팅물질에 부유된다.
실질적으로 탄소코팅은 금속기반의 코팅보다 전기전도성이 낮다. 가장 좋은 것은 50-60마이크로옴-cm만큼 낮은 저항성을 갖는 은파편-로딩에폭시이다.
금속 로딩에폭시에 의해 전도성 달성이 부적합하다는 것은 다수응용분야에 존재한다. 더구나, 종래의 두꺼운 폴리머 필름물질의 전도성은 그 전도성을 부여하는 각각의 은파편 사이에 우연히 접촉된 저항성을 변경하기 위한 것으로 시간 대비 안정적이지 않다. 기계적 스트레스, 열팽창 및 침식은 악영향을 미치는 모든 역할을 수행한다.
본 발명은 폴리머-기반의 기판이 견딜 수 있는 온도에서 경화되도록 종래의 두꺼운 폴리머 필름의 대체물을 제공하며, 이는 순수금속에 필적할만한 전기전도성과 최상의 두꺼운 폴리머 필름보다 적어도 열배 정도 큰 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 합성물은 소정의 편리한 인쇄방법에 의해 점착성-코팅된 폴리머기판에 적용된다.
인쇄 가능한 금속화 화합물의 이점은 금박이 불가능하고, 튀거나 증발된 금속에 매우 어려운 3차원 물체가 금속화 될 수 있는 것이다.
연식회로패치
대부분의 경우, 존재하는 인쇄회로에 소수의 회로 트레이스를 추가하고, 잘못된 부분을 수정하며, 완성된 다층회로를 생산하는 비용없이 디자인을 완성하고 변경하는 것이 바람직하다. 이것은 종래의 수단에 의해서는 실시하기가 곤란하고, 특히 늘상 해오듯이 트레이스가 타 트레이스를 가로지르는 경우 더욱 심각하다. 본 발명은 대부분의 연식 및 경식인쇄회로의 최종코트로서 사용되는 폴리머 커버레이 또는 납땜마스크에 단순하고 비싸지 않은 추가의 트레이스 인쇄방법을 제공한다. 노출된 금속연결패드에 연결되는 추가의 회로 트레이스는 폴리머 표면 위에 인쇄되고, 상기 폴리머부품이 견딜 수 있는 온도로 가열되어 고체금속으로 경화된다. 상기 방법은 또한 회로조립을 완성하기 위해 존재하는 패드에 새로운 금속패드를 제조하고, 부품을 접합하는데 사용된다. 하이브리드기술은 포토레지스트가 고해상도의 도체 트레이스를 규정하는데 적용되며, 도체 자체가 본 발명의 혼합물 인쇄 및 가열에 의해 설치된다. 상기 방법은 도 4A에 개략적으로 도시되어 있다.
열처리공정은 납땜과 매우 유사한 상태하에서 유사장비로 이루어진다. 추가적인 비용절감은 교차 트레이스의 경화 및 부품부착의 조합에 의해 실현화된다. 이것은 도 4B에 도시한 바와 같이 회로상에 장착되도록 부품접착패스상에 추가물질을 인쇄하고, 인쇄 혹은 디핑에 의해 부품에 대한 추가물질을 선택적으로 추가하여 비경화된 물질상에 부품을 재치시키고, 추가 트레이스를 동시에 통합 접착하도록 조립체를 열처리하고, 부품들을 회로에 접착하는 방법에 의해 성취된다.
궁극적으로 고해상도의 회로 트레이스를 얻기 위해서는 현재 개시된 기술은도 4C에 도시한 바와 같이 혼성기술을 창안하여 감광성물질에 결합시키게 된다. 감광성레지스트 또는 납땜 마스크는 매우 우수해질 수 있는 회로표면에 적용되어 도체 트레이스의 원하는 패턴을 노출시킨다. 쓸모없는 이미지는 비중합의 비노출된 물질의 세척이란 통상의 작업에 의해 침전된다. 본 명세서의 혼합물은 인쇄 또는 닥터브레이딩에 의해 회로 트레이스에 적용된다. 부품들은 회로 트레이스의 제작과 동시에 회로조립이 이루어지도록 본 단계에서 설치된다. 상기 회로는 불용성 유전체 내에 저항 또는 납땜마스크를 혼합물을 통합하고 완전히 중합되도록 오븐에서 열처리된다. 추가의 납땜마스크층 또는 팟팅(potting)화합물은 통상적인 방법에 의해 완성된 회로를 보호하도록 적용된다.
인쇄회로 내층
대부분의 인쇄회로는 두 표면의 부품용 부착패드 및 얇은 내층의 회로연결 벌크를 갖는 다층으로 구성된다. 상기 내층은 완성된 다층회로를 제조하도록 두 표면층 사이에 라미네이트된다. 내층은 외층, 종래의 단면 및 양면 인쇄배선기판과 동일한 기술에 의해 제조된다. 상기 내층기판은 상당히 얇은 것을 제외하고 종래의 유리강화 에폭시 FR-4 물질과 유사하다. 최소두께는 약 0.004인치로써, 일측에서 일측으로 향하는 단일 유리가닥을 피하고 잠재적으로 짧은 회로경로로 작용하도록 종래의 유리직물 두개 층을 사용하는 사실에 의해 제한된다. 상기 에폭시-유리는 에칭 및/또는 도금에 의해 현상되는 전도체를 제공하도록 단면 또는 양면 위의 구리박에 라미네이팅된다.
마감된 내층을 제조하기 위해, 구리를 입힌 기판은 건조필름도료에 라미네이팅 되거나 액상레지스트로 코팅된다. 통상 아크릴-에폭시 혼합물로 된 레지스트를 부분적으로 중합하기 위해 자외선 불빛에 노출된다. 비노출된 레지스트는 음 이미지의 현상을 씻어내는 약 부식제 또는 용매에 의해 제거된다. 상기 이미지는 강부식제에 의해 벗겨지는 방염제에 의해 보호되는 회로 트레이스를 남기도록 노출된 구리에 에칭됨으로써 회로로 변환된다. 다른 방법은 노출된 구리 위에 주석-리드 에칭 레지스트가 더해진 구리를 전기도금 하고, 폴리머 레지스트를 벗겨내며, 비보호된 최초의 구리박을 에칭하는 것이다.
상기 최종 내층은 적층(stack) 외측의 외층 및 B-단계 에폭시수지로 포화된 유리천의 두개 층인 "수지침투 가공제(prepreg)"의 인터리빙 시트에 적층된다. 상기 적층은 통상 400psi, 350℉에서 1시간 동안 라미네이팅 압착으로 경화된다. 종종 동반된 공기를 제거하고 품질을 향상시키기 위해서 진공압착이 사용된다.
내층을 제조하는 것은 시간-소비 및 비용이 필요한 공정이다. 상기 레지스트의 가격은 대략 스퀘어당 $1.00이고, 라미네이팅 공정은 노출공정처럼 정확하다. 기판에 라미네이팅되는 구리박의 가격은 스퀘어당 약 $3 정도이고, 대부분 그것은 에칭된다. 현상단계는 시간-소비 및 위험한 쓰레기가 발생하는 단계이다. 에칭단계는 레지스트 제거단계와 동일한 문제점을 가지고 있다. 다수의 중간 헹굼과 세척은 별도의 비용이 추가되지는 않는다. 미국 내에서 산업화된 평균 층수는 대략 7개이다. 20개 또는 그 이상의 층을 갖는 많은 다층회로가 있다. 내층생산이 대부분의 비용을 수반한다는 것을 알 수 있다. 미국 내 전체생산량은 1년에 대략 10억 스퀘어이다.
본 발명의 합성물 및 공정은 매우 빠르고 경제적으로 내층을 제조하는 간단한 인쇄-가열기술을 이용하여 이러한 복잡성을 해결할 수 있다. 상기 내층물질은 간단히 세척되고, 인쇄되며, 회로도체에 대한 이미지로 변환되도록 오븐에서 열처리된다. 이후 상기 인쇄층은 통상적인 방법으로 라미네이팅된다.
더욱 경제적이고 고생산율을 위해 도 5a에 도시한 바와 같이 더욱 미세한 해상도를 갖지만 신문을 인쇄한 것과 매우 흡사한 로터리압착에 의해 기판의 연속웹(web)에 도체패턴이 적용될 수 있다. 그라비어인쇄는 본 출원에 사용될 수 있다. 오프셋인쇄는 또한 상당한 고해상도를 달성할 수 있다. 빠른 속도의 잉크젯인쇄 및 정전기인쇄도 고려대상이다. 인쇄단계에 따라 상기 회로는 여전히 웹으로서 오븐에서 경화될 것이다. 순식간에 고체금속으로 경화되는 상기 혼합물의 성능은 본 개념을 이해하는데 결정적이다. 더 긴 공정시간은 압착에 비교해 반비례적으로 큰 오븐을 제작하여야 하고 고속인쇄의 이점인 속도를 잃게 된다.
개개의 층은 개별적으로 절단된 후 통상의 방법으로 라미네이팅된다. 고생산성을 위해 긴 시간이 필요하며, 신문기술은 다이가 적절한 크기로 절단되기 전에는 동시에 하나의 오븐에서 경화되어 아마도 플라이상에서 라미네이트되도록 내층을 뒤집는 다수의 로터리압착과정이 더 필요하다. 상기 라미네이팅은 뜨거운 수지침투 가공재로 가열경화된 내층을 인터리빙하고, 층 사이의 공기를 방출하기 위한 롤 사이에 내층을 압착하여 적층을 접착하는 방법으로 이루어진다. 냉각 후, 상기 적층은 개개의 회로를 제조하도록 절단된다. 더욱 저비용을 위해서는 수지침투 가공재를 사용하지 않고 적층을 라미네이팅하도록 단면 내층의 후면 위에 점착제를 사용하는 방법이 있다. 상기 공정이 도 5B에 개략적으로 도시되어 있다.
직접적인 칩 부착 및 TAB 접합
전자패키징 기술의 시초는 인쇄배선기판(PWBs)에 대해 집적회로(ICs)를 직접 부착하는 것이다. 종래의 ICs 패키징 방법은 세라믹 또는 플라스틱 칩 캐리어 내부에 IC를 결합하고, 배선을 금속리드프레임상 개개의 핀에 연결된 IC 상의 개개의 입력/출력 패드에 접합하는 것이다. 상기 IC는 플라스틱 또는 세라믹에 삽입되고, 보호뚜껑으로 커버된다. 상기 리드는 프레임으로부터 분리되고, 소켓 삽입 또는 PWB 위의 패드에 직접 납땜되기 위해 굽은 형태가 된다.(표면장착기술)
상기 패키징과 배선접합작업은 비싸고, 패키징된 반도체는 IC의 룸 숫자만큼 여러개의 공간을 차지한다. 보다 소형인 장치와 저렴한 가격을 위해 강압을 이용하면 패키징작업을 없애고, PWB에 IC를 직접 접합할 수 있는 이점을 갖게 된다. 중간단계는 PWB에 접합되는 리드프레임에 IC를 접합하여 패키징 및 배선접합작업을 대체하는 것이다. 문제의 리드프레임이 연속적인 폴리이미드 테잎 위에 금속라미네이팅을 에칭하여 생산되므로, 본 기술은 테잎 자동화 접합(TAB)이라 명명된다.
부착물에 직접 연결되는 일부 기판 위의 칩(COB)은 PWB 위의 패드에 IC를 배선접합하여 실시되나, 이것은 재래식으로 값이 비싸고 시간소모가 크다. TAB 접합 및 보다 진보된 COB 적용 모두는 테잎 또는 PWB의 가열패드에 부딪치는 추가 금속과 납땜되는 IC 패드의 "범핑(bumping)"에 의해 한 벌로 접합된다. 상기 충돌공정자체는 사진석판술이 사용되는 진공하에서 다수의 금속층을 침전하여 실시되므로 시간소모가 크고 비용이 많이 든다. 테잎 또는 회로패드 준비는 50 마이크론(0.002인치)의 선과 공간을 갖는 종래의 제감에칭기술의 분해력에 한계가 있어 비용이 비싸다. 상기 테잎은 패드에 각각 접합되는 IC에 대해 매우 순수하고 깨지기 쉬운 금속핑거가 남아있는 중앙부에서 폴리머를 제거하도록 진행된다. 상기 IC에 관한 기술은 주된 단순화 및 비용절감을 달성할 수 있는 단일공정으로 PWB 또는 폴리이미드 테잎 위에 트레이스를 한 벌 접합한다. 본 발명의 합성물은 모든 전자연결을 동시에 확실하게 하여 기판에 IC를 단단하게 고정하는 접합작용제의 역할을 하도록 IC 및/또는 폴리머-기반의 기판에 적용된다.
IC의 패드는 보통 우수한 전도체이며 증발 혹은 스퍼터링(sputtering)에 의해 쉽고 경제적으로 적용되는 것으로써, 실리콘 반도체에 호환되는 알루미늄으로 제조된다. 알루미늄은 산화와 부식으로부터 표면을 보호하는 매우 강한 천연산화물이어서 접합이 쉽지 않다. 배선접합 및 칩범프는 확실한 접합을 얻기 위해 상기 문제점을 극복해야 한다. 배선접합의 경우, 연결은 알루미늄에 대한 용접 흔히, 산화필름을 기계적으로 분쇄하는 초음파 진동에 의해 0.001인치 직경의 금선 단부상에 형성된 볼을 만들며 알루미늄에 대해 금을 용접한다. 칩범프(bump)의 경우, 티타늄-텅스텐합금과 같은 접합금속의 중간층이 알루미늄과의 접촉을 만들고, 실리콘에 해로운 범프의 물질로부터 분리되도록 스퍼터링에 의해 침전된다. 다른 층은 구리 또는 납땜범프물질과 함께 추가된다. 사진석판 마스킹이 필요한 상기 모든 공정은 매우 비싸다. 폴리이미드 절연층은 패드를 제외한 모든 것을 커버하여 연속되는 공정으로부터 칩을 보호하도록 종종 칩 표면에 적용된다.
보다 최근의 구리 금속화는 IBM 1997, IBM 리서치 매거진, 볼륨.35, 넘버.4(1997)의 내용에 따라 칩에 대한 최종금속화에 대한 사용을 증가시켰다. 본 적용에서의 구리의 이점은 알루미늄보다 전도성이 좋을 뿐만 아니라, 저렴한 가격으로 쉽게 범프되고 접합하도록 본 발명의 혼합물을 사용하는 것이 가능하다는 것이다.
칩에 본 발명의 합성물을 적용하는 두 가지 방법은 다음과 같다:
방법 1
1) 구리 패드의 굵은 부분에 합성물을 인쇄하여 경화 후 원하는 범프높이를 생산한다.
2) 고체금속범프를 생산하도록 합성물을 경화한다.
방법 2
1) 칩표면에 포토 패턴된 폴리이미드 또는 다른 유전절연층을 첨가한다.
2) 범프를 제조하도록 합성물을 롤러질 또는 인쇄한다.
3) 방법1과 동일하게 경화한다.
4) 평탄화 및 과다금속을 제거하도록 표면을 화학적-기계적으로 매끄럽게 한다.
본 발명의 합성물은 소정의 편리한 인쇄방법에 의해 IC에 적용된다. 테스트는 스크린인쇄 전도성이미지에 의해 실시되었다. 혼합물은 또한 스텐실 및 잉크젯인쇄에 의해 적용된다. 그라비어인쇄는 직접 및 오프셋 양쪽 모두가 우수한 선 이미지를 생산하는데 사용된다. 오프셋인쇄 및 석판술 방법도 사용된다.
본 발명의 범프된 칩은 금속회로 트레이스에 적합한 폴리이미드 테잎 또는 PWB 양쪽 모두에 부착된다. 이와 같은 트레이스는 고선명도를 갖는 간단한 인쇄-가열공정에 의한 본 발명의 방법에 의해 생산된다. 추가의 인쇄방법은 IC에 적용할 수 없는 폴리머 필름에 적용된다. 특히 정전기방법(건식인쇄)이 가능하며, 잉크젯인쇄와 함께 CAD 파일로부터 직접 도체패턴을 생성할 수 있는 능력을 제공한다. 이것은 디자인, 소량생산, 및 발명성 제어에 있어서 우수한 융통성을 제공한다.
가능한 최상의 선명도는 유전체가 세밀하게 패턴되고, 본 발명의 합성물이 아주 확실하고, TAB용의 매우 정교한 전도성패턴을 생성하도록 프로미싱하고 직접 부착되는 홈 안으로 인쇄 또는 닥터 브레이딩되는 사진석판술 및 혼성기술에 의해 제공된다.
그 다음으로 높은 선명도는 마이크론 직경의 입자를 갖는 액상토너부유물을 이용한 정전기인쇄에 의해 제공된다. 에스.피.스크미트, "이메이진 메터리얼의 핸드북", 챕터 5, pp. 227-252, 에이.에스.다이몬드, 개정판.(마르셀 데커, 뉴옥).
IC와 기판의 인쇄, 다양한 방법으로 진행되는 접합공정은 다음과 같다.
1) 접촉 세트 양쪽이 경화되고, 추가 합성물이 그 위에 인쇄되며, 납땜과 유사하게 재가열된다.(납땜은 또한 기존과 동일하게 사용된다. 그러나 본 발명의 합성물은 융제제거단계가 필요없고, 민감성 반도체 접촉에 외부금속을 도입할 필요가없는 이점에 의해 보다 우수한 답을 제시한다.)
2) 접촉 세트 중 하나는 열처리되고, 다른 하나는 인쇄되며, 접합력을 획득하도록 재가열되기 전에 먼저 점착된다.
3) 접촉 세트 중 하나는 오직 인쇄만 되고, 다른 부품들은 적용 및 접합을 동시에 달성할 수 있도록 열처리되어 상기 세트 앞에 점착된다.
인쇄에 따르면, 이미지는 오븐에서의 가열에 의해 금속으로 변환된다.
실시예
원하는 결과를 제공하도록 본 합성물의 각각의 구성물 및 기능을 적용하는 상태가 아래에 실시예로 기재되어 있다. 본 실시예는 본 발명의 예시로서, 근원적인 성질을 추가로 제공할 수 있으나 그 범위를 한정하는 것은 아니며, 그 범위는 오직 클레임에서 규정된다.
실시예 1
325중량을 갖는 52%의 망사구형 구리분말(세락 씨-1241, 2-3 마이크로미터의 30중량%의 구형 구리분말(세락 씨-1229), 히드라진 수산화물을 갖는 에틸렌 그리콜의 구리아세테이트를 감소하여 제조되는 대략 0.1마이크로미터의 평균직경을 갖는 8중량%의 콜로이드 구리분말(잘 알려진 그리콜 합성), 10중량%의 네오데카노익산(엑슨 케미컬 프라임 그레이드)로 구성된 혼합물이 준비되었다. 상기 혼합물은 질소 글러브박스에서 수작업으로 결합 및 혼합되었다. 상기 혼합물은 균등질의 잉크를생산하도록 공기 중에서 롤링되었다. 상기 잉크는 공기 중에서 실온으로 듀퐁 캅톤(R)이엘제이() 유전체기판에 스크린인쇄되었다. 트레이스는 N2-H2O-H2대기의 열구역에서 6-10분동안 330℃의 용광로 내에서 열처리되었다.
가열된 후, 구성부품은 완전히 제거된 유기구성물이 접촉할 수 있도록 건조되었다. 선명한 구리회로 트레이스의 전기저항력은 IPC 시험방법 2.5.13에 의해 측정된 것으로 0.15g-ohms/cm2인 벌크구리에 비교되는 0.41g-ohms/cm2이었다. 스카치 테잎이 회로 트레이스에 적용되고, 기판에 대한 동의 접합력을 결정하기 위해 90°도 각도로 즉시 제거되었다. 어떠한 금속도 테이프에 의해 제거되지 않았다.
실시예 2
직경2-3마이크로미터의 구형 구리분말 72%(세락 씨-1229, 히드라진 수산화물을 갖는 에틸렌 그리콜의 구리아세테이트를 감소하여 제조되는 대략 0.1마이크로미터의 평균직경을 갖는 16중량%의 콜로이드 구리분말, 12중량%의 네오데카노익산(엑슨 케미컬 프라임 그레이드)로 구성된 혼합물이 준비되었다. 상기 혼합물은 글러브박스에서 수작업으로 결합 및 혼합되었다. 상기 혼합물은 균등질의 잉크를 생산하도록 공기 중에서 롤링되었다. 상기 잉크는 공기 중에서 실온으로 듀퐁 캅톤(R)이엘제이 유전체기판에 스크린인쇄되었다. 트레이스는 N2-H2O-H2대기의 열구역에서 6-10분동안 330℃의 용광로 내에서 열처리되었다.
가열된 후, 구성부품은 완전히 제거된 유기구성물이 접촉할 수 있도록 건조되었다. 선명한 구리회로 트레이스의 전기저항력은 IPC 시험방법 2.5.13에 의해 측정된 것으로 0.47g-ohms/cm2이었다. 스카치 테잎이 회로 트레이스에 적용되고, 기판에 대한 동의 결합력을 결정하기 위해 90°도 각도로 즉시 제거되었다. 어떠한 금속도 테이프에 의해 제거되지 않았다.
실시예 3
직경 0.5마이크로미터의 구형 구리분말 57%(캐너디안 일렉트릭 파우더 코포레이션 세인트. 로렌 큐벡, 캐나다, Cu-0500), 히드라진 수산화물을 갖는 에틸렌 그리콜의 구리아세테이트를 감소하여 제조되는 대략 0.1마이크로미터의 평균직경을 갖는 23중량%의 콜로이드 구리분말, 20중량%의 네오데카노익산(엑슨 케미컬 프라임 그레이드)으로 구성된 혼합물이 준비되었다. 상기 혼합물은 글러브박스에서 수작업으로 결합 및 혼합되었다. 상기 혼합물은 균등질의 잉크를 생산하도록 공기 중에서 롤링되었다. 상기 잉크는 공기 중에서 실온으로 듀퐁 캅톤(R)이엘제이() 유전체기판에 스크린인쇄되었다. 트레이스는 N2-H2O-H2대기의 열구역에서 6-10분동안 330℃의 용광로 내에서 열처리되었다.
가열된 후, 구성부품은 완전히 제거된 유기구성물이 접촉할 수 있도록 건조되었다. 선명한 구리회로 트레이스의 전기저항력은 IPC 시험방법 2.5.13에 의해 측정된 것으로 0.47g-ohms/cm2이었다. 스카치 테잎이 회로 트레이스에 적용되고, 기판에 대한 동의 접합력을 결정하기 위해 90°도 각도로 즉시 제거되었다. 어떠한 금속도 테이프에 의해 제거되지 않았다.
실시예 4
325중량을 갖는 11%의 망사구형 구리분말(세락 씨-1241), 2-3 마이크로미터의 31중량%의 구형 구리분말(세락 씨-1229), 12중량% 0.5마이크로미터의 구형 구리분말(캐너디안 일렉트릭 파우더 코포레이션 세인트. 로렌 큐벡, 캐나다, Cu-0500), 히드라진 수산화물을 갖는 에틸렌 그리콜의 구리아세테이트를 감소하여 제조되는 대략 0.1마이크로미터의 평균직경을 갖는 26중량%의 콜로이드 구리분말, 20중량%의 네오데카노익산(엑슨 케미컬 프라임 그레이드)으로 구성된 혼합물이 준비되었다.
상기 혼합물은 질소 글러브박스에서 수작업으로 결합 및 혼합되었다. 상기 혼합물은 균등질의 잉크를 생산하도록 공기 중에서 롤링되었다. 상기 잉크는 공기 중에서 실온으로 듀퐁 캅톤(R)이엘제이() 유전체기판에 스크린인쇄되었다. 트레이스는 N2-H2O-H2대기의 열구역에서 6-10분동안 330℃의 용광로 내에서 열처리되었다.
가열된 후, 구성부품은 완전히 제거된 유기구성물이 접촉할 수 있도록 건조되었다. 선명한 구리회로 트레이스의 전기저항력은 IPC 시험방법 2.5.13에 의해 측정된 것으로 0.45g-ohms/cm2이었다. 스카치 테잎이 회로 트레이스에 적용되고, 기판에 대한 동의 접합력을 결정하기 위해 90°도 각도로 즉시 제거되었다. 어떠한 금속도 테이프에 의해 제거되지 않았다.
실시예 5
25.0g의 구형 은분말(테크닉, 인코포레이션., 평균직경 0.6마이크로미터), 암모늄 네오데카노에이트 및 은 질산염으로 합성된 3.1g 은 네오데카노에이트, 및 5.4g 네오데카노익산(엑슨 케미컬 프라임 그레이드)으로 구성된 혼합물을 30분간 2개의 롤분쇄기에서 분쇄하였다.
이 같은 결과물인 은잉크는 듀퐁 캅톤(R)에이치() 폴리이미드 기판에 600스퀘어의 꾸불꾸불한 테스트패턴을 스크린인쇄하는데 사용된다. 상기 샘플은 공기대기에서 용광로에 재유입되어 실행되고, 18분동안 240℃로 가열되었다. 결과적으로 23.7cm 길이의 은 트레이스는 2.35Ω의 저항력을 갖는다. 트레이스의 교차 영역은 덱탁 IIA 프로필로미터를 사용하여 1×10-4cm2로 결정되었다. 상기 전기저항력은 벌크은의 1.59마이크로옴-cm와 비교되는 9.9μΩ-cm 또는 3.9 mΩ/sq/mil로 계산되었다.

Claims (22)

  1. 반응유기매체 및 금속분말 혼합물로 구성되며, 기판 위에 적용되어 약 450℃ 이하에서 고형순수 금속도체에 통합되도록 오븐에서 가열되는 것을 특징으로 하는 물질의 합성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응유기매체는 메탈로-유기 분해화합물과, 상기 메탈로-유기 분해화합물을 제조하도록 상기 금속분말 혼합물에 반응하는 유기적 화합물과, 그 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 합성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반응유기매체는 각각 다른 분해온도를 갖는 하나 또는 그 이상의 반응적 유기화합물로 구성되며, 상기 반응유기매체는 각각의 상기 반응유기화합물과 다른 분해온도를 갖는 것을 특징으로 하는 합성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속분말 혼합물은 약 0.3마이크로미터 이하의 평균직경을 갖는 콜로이드 금속입자로 구성된 것을 특징으로 하는 합성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속분말 혼합물은 0.3-1.0마이크로미터 사이의 평균입자크기를 갖는 미세한 금속분말로 구성된 것을 특징으로 하는 합성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속분말 혼합물은 약 0.3-1.0마이크로미터의 직경을 갖는 50-85중량%의 금속분말; 및
    약 0.3마이크로미터 이하의 평균직경을 갖는 15-50중량%의 콜로이드 금속입자로 구성된 것을 특징으로 하는 합성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속분말 혼합물은 1-10마이크로미터의 직경을 갖는 50-85중량%의 금속분말; 및
    0.3마이크로미터 이하의 평균직경을 갖는 15-50중량%의 콜로이드 금속입자로 구성된 것을 특징으로 하는 합성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속분말 혼합물은 2-50마이크로미터의 직경을 갖는 50-85중량%의 금속분말; 및
    0.3마이크로미터 이하의 평균직경을 갖는 15-50중량%의 콜로이드 금속입자로 구성된 것을 특징으로 하는 합성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 금속분말 혼합물은 1-10마이크로미터의 직경을 갖는 대략 50중량%의 금속분말;
    0.3-1.0마이크로미터의 직경을 갖는 대략 30중량%의 금속분말; 및
    0.3마이크로미터 이하의 평균직경을 갖는 대략 20중량%의 콜로이드 금속입자로 구성된 것을 특징으로 하는 합성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 금속분말 혼합물은 2-50마이크로미터의 직경을 갖는 대략 50중량%의 금속분말;
    1-10마이크로미터의 직경을 갖는 대략 30중량%의 금속분말; 및
    0.6마이크로미터 이하의 평균직경을 갖는 대략 20중량%의 콜로이드 금속입자로 구성된 것을 특징으로 하는 합성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 금속분말 혼합물은 2-50마이크로미터의 직경을 갖는 대략 15중량%의 금속분말;
    1-10마이크로미터의 직경을 갖는 대략 40중량%의 금속분말;
    0.3-1.0마이크로미터의 직경을 갖는 대략 15중량%의 금속분말; 및
    0.3마이크로미터 이하의 평균직경을 갖는 대략 30중량%의 콜로이드 금속입자로 구성된 것을 특징으로 하는 합성물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 금속은 구리, 은, 금, 아연, 카드뮴, 팔라듐, 이리듐, 루테늄, 오스뮴, 로듐, 백금, 망간, 바나듐, 니오브, 철, 코발트, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 레늄, 인듐, 주석, 안티몬, 납, 창연 및 그 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 합성물.
  13. A) 기판 위의 패턴에 도체 프리커서(precursor)를 적용하는 단계;
    B) 약 5분 이하의 시간동안 약 450℃ 이하의 임계온도로 오븐에서 상기 기판을 상기 패턴된 프리커서로 가열하는 단계로 구성되며,
    상기 적용된 도체 프리커서 패턴은 경화 및 통합된 순수금속도선으로 변환되고,
    상기 도체 프리커서는 반응유기매체 및 금속분말 혼합물로 구성된 것을 특징으로 하는 기판 위에 고체순수 금속도체를 제조하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 도체 프리커서는 스크린인쇄, 스텐실인쇄, 그라비어인쇄, 활판인쇄, 오프셋인쇄, 석판인쇄, 디스펜싱, 닥터 브레이딩, 잉크젯인쇄, 건식인쇄복사 및 정전기인쇄로 구성된 그룹으로부터 선택된 기술에 의해 상기 기판에 적용된 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 도체 프리커서는 구리-기반의 합성물이며, 상기 오븐의 대기는 산소량보다 100만분의 20파트가 적은 질소인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 B 단계에서 수증기가 상기 도체 선부가 가열되는 동안(가열단계 전후는 제외) 대략 5%몰로 질소에 추가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 기판은 온도감지성 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 기판은 온도감지성 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 도체 프리커서는 도체 간에 전기적 연결이 이루어지도록 금속도체 및 유전절연체로 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 도체 프리커서는 도체가 되는 채널을 규정하기 위해 사진석판술에 의해 패턴된 사진이미지를 형성하는 유전체물질로 단계 A에서 적용되고, 상기 채널은 닥터 브레이딩 또는 인쇄에 의해 상기 도체 프리커서로 채워지며,
    상기 단계 B의 가열은 유전체물질에 교차 결합됨과 동시에, 상기 적용된 도체 프리커서 패턴에 통합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제13항에 있어서, 상기 도체 프리커서는 기판물질의 연속적인 웹으로 단계 A에서 적용되고, 오븐에 연속적인 웹으로서 단계 B에서 경화되며,
    최종 생산품 내에 기판물질의 상기 연속적인 웹을 절단하는 단계 C로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제13항에 있어서, 상기 도체 프리커서는 전도성 트레이스를 만들고, 상기 반도체 표면에 부딪치도록 반도체 장치에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
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