KR20140143714A - 질화 알루미늄 기판들을 위한 후형 프린트 구리 페이스트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 50-90 wt.%의 구리 입자, 0.5-10 wt.%의 유리 프리트, 산화제일구리, 산화 티타늄, 산화 지르코늄, 붕소 수지산염, 지르코늄 수지산염, 비정질 붕소, 리튬 인산염, 산화 비스무트, 산화 알루미늄 및 산화 아연으로 이루어진 그룹으로부터의 적어도 하나의 선택된 부재인 0.1-5% wt.%의 접착 촉진제, 및 5-20 wt.%의 유기 비히클을 포함한 전기전도성 페이스트를 제공한다. 또한 본 발명의 질화 알루미늄 기판 및 전기전도성 페이스트를 포함한 물품이 제공된다. 또한 질화 알루미늄 기판 및 전기전도성 페이스트를 포함하고 있는 전기전도성 회로를 형성하는 방법이 제공된다.
Description
본 출원은 질화 알루미늄 기판과 함께 사용하기에 적합한 후형 프린트 구리 전기전도성 페이스트 조성물들에 관한 것이다. 여기에 설명된 구리 전기전도성 페이스트 조성물은 도금 가능하며 와이어본딩에 적합하다. 그것들은 기본 질화 알루미늄 기판에 우수한 접착력을 가진다. 이러한 응용들에 제한되지 않지만, 여기에 설명된 구리 전기전도성 페이스트 조성물들은 고온, 고 전압 및/또는 고 암페어수 전자 장치 응용들(예로서, 전기 자동차들에)에서 사용될 수 있다.
최근 몇 해에, 고-온 환경들 하에서 사용된 회로 보드들을 위해, 특히 고 전력 애플리케이션들을 위해, 질화 알루미늄(AlN) 기판들을 이용하는 것이 바람직하여 왔다. AlN 기판들은 높은 열 전도성(130-200 Wm-1K-1) 및 낮은 열 팽창 계수(CTE)(4-4.5 ppmK-1)을 포함하여, 그것들의 우수한 속성들로 인해 유망한 후보들이 되어 왔다. 높은 열 전도성 및 낮은 CTE의 조합은 질화 알루미늄에 양호한 열 충격 저항성을 준다. 더욱이, 질화 알루미늄은 알루미나 및 베릴리아의 것을 초과한 굽힘 강도를 갖고, 그것이 쉽게 가공될 수 있게 하는 낮은 경도를 보여주며, 산화 환경에서 900℃를 초과하며 환원 환경에서 최대 1600℃까지의 온도들에서 안정된다.
질화 알루미늄의 가능성에도 불구하고, 질화 알루미늄 또는 질화 알루미늄-함유 기판들 상에서의 후막들의 도포는 이러한 재료들에 충분히 접착되는 호환 가능한 후막 페이스트 조성물들의 부족에 의해 엄격하게 제한된다. 질화 알루미늄 기판들에 금속 도체들을 접착하기 위해, 후막 기술의 사용이 통상적으로 사용되며, 이것은 화학적으로 극히 활성인 금속이 기판의 표면에 존재하는 과잉 산소와 접합하도록 세라믹 기판의 표면에 금속을 원자 형태로 도입함으로써 금속 및 기판 사이에 형성된 도체를 얇은 반응 층(산화 막)을 통해 접착한다.
그러므로, 기본 질화 알루미늄 기판에 대한 우수한 접착 성능들 및 높은 안정성을 보여주는 새로운 금속 전기전도성 페이스트 조성물들에 대한 요구가 있다.
본 발명은 질화 알루미늄 기판으로의 직접 도포에 적합한 기저 층 구리 도체 및 기저 층 구리 도체 또는 이전 도포된 최상부 층 구리 도체의 맨 위에 도포하기에 적합한 최상부 층 구리 도체를 가진 2 부분 구리 도체 시스템에 관한 것이다. 본 발명자들은 여기에 설명된 구리 전기전도성 페이스트 조성물들이 기본 질화 알루미늄 기판에 대한 양호한 도금성, 높은 안정성 및 우수한 접착 성능들을 보여준다는 것을 발견하였다. 따라서, 이러한 응용들에 제한되지 않지만, 여기에 설명된 구리 전기전도성 페이스트 조성물들은 고온, 고 전압 및 고 암페어수 전자 장치 응용들에서 사용될 수 있다.
본 발명은 50-90 wt.%의 구리 입자, 0.5-10 wt.%의 유리 프리트, 0.1-5% wt.%의 접착 촉진제를 포함한 전기전도성 페이스트를 제공하며, 이것은 산화 제일구리, 산화 티타늄, 산화 지르코늄, 붕소 수지산염, 지르코늄 수지산염, 비정질 붕소, 리튬 인산염, 산화 비스무트, 산화 알루미늄 및 산화 아연으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 부재, 및 5-20 wt.%의 유기 비히클이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 구리 입자들은 약 2.0-2.9㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가지는 제 1 구리 입자,약 3.0-3.9㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가지는 제 2 구리 입자; 또는 약 4.0-4.9㎛의 중앙 입자 직경(d50)를 가지는 제 3 구리 입자 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제 1 구리 입자는 약 2.5㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가진다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제 2 구리 입자는 약 3.5㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가진다. 본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따르면, 제 3 구리 입자는 약 4.5㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제 1 구리 입자는 약 0.25-0.50 m2/g의 비표면적(specific surface area)을 가진다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제 2 구리 입자는 약 0.25-0.75 m2/g의 비표면적을 가진다. 본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제 3 구리 입자는 약 0.25-0.50 m2/g의 비표면적을 가진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제 1 구리 입자는 약 45 내지 약 65 wt.%의 전기전도성 페이스트이다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제 2 구리 입자는 약 15 내지 약 30 wt.%의 전기전도성 페이스트이다. 본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제 3 구리 입자는 약 5 내지 약 15 wt.%의 전기전도성 페이스트이다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 유리 프리트는 실질적으로 납이 없는 산화물들을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 유리 프리트는 비스무트, 붕소 및 실리콘 산화물들을 포함한다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 유리 프리트는 약 45-65% Bi2O3, 25-45% SiO2, 및 1-15% B2O3, 바람직하게는 50-60% Bi2O3, 30-40% SiO2, 및 1-10% B2O3, 가장 바람직하게는 55-60% Bi2O3, 35-40% SiO2, 및 5-10% B2O3을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유리 프리트는 약 0.5 내지 약 5 wt.%의 전기전도성 페이스트, 보다 바람직하게는 약 0.5 내지 약 1.5 wt.%의 전기전도성 페이스트이다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 접착 촉진체는 산화 비스무트이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유기 비히클은 결합제 및 유기 용제를 포함한다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 유기 비히클은 아크릴 결합제 및 텍산올을 포함한다. 본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따르면, 유기 비히클은 약 5 내지 약 15 wt.%의 전기전도성 페이스트이다. 본 발명의 부가적인 바람직한 실시예에 따르면, 상기 유기 비히클은 약 5 내지 약 10 wt.%의 전기전도성 페이스트이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기전도성 페이스트는 산화 구리를 더 포함한다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 산화 구리는 약 0.5 내지 약 3 wt.%의 전기전도성 페이스트이다.
본 발명은 또한 (a) 질화 알루미늄 기판 및 이전에 설명된 바와 같이 전기전도성 페이스트를 포함한 (b) 전기전도성 전극을 포함한 물품을 제공한다. 일 실시예에서, 전기전도성 페이스트는 전기전도성 전극을 형성하기 위해 구워진다.
본 발명은 또한 (i) 질화 알루미늄 기판 상에 기저 층 전기전도성 페이스트의 제 1 층을 증착시키는 단계로서, 상기 기저 층 전기전도성 페이스트는 이전에 설명된 바와 같은, 상기 제 1 층 증착 단계, (ii) 약 5 내지 약 10분 동안 약 100℃ 내지 약 125℃ 에서의 온도로 증착된 기저 층 전기전도성 페이스트와 함께 질화 알루미늄 기판을 건조시키는 단계, (iii) 상기 증착된 기저 층 전기전도성 페이스트 및 상기 질화 알루미늄 기판을 약 1에서 약 20 ppm까지의 산소를 포함한 질소 대기에서 약 900℃ 내지 약 1000℃의 온도에 노출(subject)시키는 단계, (iv) 상기 기판 상에 최상부 층 전기전도성 페이스트의 제 2 층을 증착시키는 단계로서, 상기 최상부 층 전기전도성 페이스트는 이전에 설명된 바와 같은 전기전도성 페이스트인, 상기 제 2 층 증착 단계, (v) 증착된 최상부 층 전기전도성 페이스트와 함께 상기 질화 알루미늄 기판을 약 5 내지 약 10 분 동안 약 100℃ 내지 약 125℃ 증착된 최상부 층 전기전도성 페이스트와 함께 상기 질화 알루미늄 기판을 건조시키는 단계, 및 (vi) 상기 증착된 층들 및 상기 질화 알루미늄 기판을 약 1에서 약 20 ppm까지의 산소를 포함한 질소 대기에서 약 900℃ 내지 약 1000℃ 의 온도에 노출시키는 단계를 포함한 전기전도성 회로를 형성하는 방법을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 단계(iv)-단계(vi)는 1-10회 반복될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기저 층 전기전도성 페이스트는 약 1에서 약 5 wt.%까지의 유리 프리트를 포함한다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 최상부 층 전기전도성 페이스트는 약 0.5 에서 약 1.5 wt.%까지의 유리 프리트를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기저 층 전기전도성 페이스트는 약 1에서 약 5 wt.%까지의 접착 촉진제, 바람직하게는 약 2에서 약 4 wt.%까지, 보다 바람직하게는 약 3 wt.%의 접착 촉진제를 포함한다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 최상부 층 전기전도성 페이스트는 약 0.25에서 약 1.25 wt.%까지의 접착 촉진제, 바람직하게는 약 0.75에서 약 1.25 wt.%까지, 보다 바람직하게는 약 1 wt.%의 접착 촉진제를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 접착 촉진제는 산화 비스무트이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 질소 대기는 약 1에서 약 10 ppm까지의 산소를 포함한다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 질소 대기는 약 1에서 약 3 ppm까지의 산소를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 증착된 층들 및 상기 질화 알루미늄 기판을 온도에 노출시키는 단계는 약 5 내지 약 10 분 동안 실온에서 약 950℃ 까지 가열하는 단계, 및 그 후 실온으로 냉각시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 목적들, 이점들 및 가장 중요한 특징들은 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 질화 알루미늄 기판에 도포될 때 우수한 접착 성능들을 보여주는 전기전도성 페이스트 조성물을 제공한다.
본 발명의 보다 완전한 이해 및 그것의 많은 부수적인 이점들은 첨부한 도면들과 관련되어 고려될 때 다음의 상세한 설명을 참조하여 보다 양호하게 이해되는 바와 같이 쉽게 획득될 것이다.
도 1은 질화 알루미늄(A1N) 기판 상에서의 패턴에 프린팅된 대표적인 구리 전기전도성 페이스트의 상면도이다.
도 2는 A1N 기판 상에 프린트되며 구워진 대표적인 구리 전기전도성 페이스트의 다수의 층들의 예시적인 단면도이다.
도 1은 질화 알루미늄(A1N) 기판 상에서의 패턴에 프린팅된 대표적인 구리 전기전도성 페이스트의 상면도이다.
도 2는 A1N 기판 상에 프린트되며 구워진 대표적인 구리 전기전도성 페이스트의 다수의 층들의 예시적인 단면도이다.
본 발명은 질소 대기에서 구워질 때 질화 알루미늄 기판과 함께 사용하기에 적합한 구리의 두꺼운 층들을 형성하기 위해 개발된 구리 도체 시스템에 관한 것이다. 일 양상에서, 본 발명은 질화 알루미늄 기판으로의 직접 도포에 적합한 기저 층 구리 도체 및 기저 층 구리 도체 또는 이전 도포된 최상부 층 구리 도체의 맨 위에 도포하기에 적합한 최상부 층 구리 도체를 가진 2 부분 구리 도체 시스템에 관한 것이다. 본 발명자들은 여기에 설명된 구리 전기전도성 페이스트 조성물들이 기본 질화 알루미늄 기판에 대한 양호한 도금성, 높은 안정성 및 우수한 접착 성능들을 보여준다는 것을 발견하였다. 따라서, 이러한 응용들에 제한되지 않지만, 여기에 설명된 구리 전기전도성 페이스트 조성물들은 고온, 고 전압 및 고 암페어수 전자 장치 응용들(예로서, 전기 자동차들에서)에서 사용될 수 있다.
여기에 사용된 바와 같이, 용어(“약”또는“대략”)는 이 기술분야의 숙련자에 의해 결정된 바와 같은 특정한 값에 대한 수용 가능한 오류 범위 내에 있는 것을 의미하며, 이것은 값이 어떻게 측정되는지 또는 결정되는지,즉.,측정 시스템의 제한들에 부분적으로 의존할 것이다. 예를 들면, “약”은 이 기술분야에서의 실시당, 1 또는 1 이상의 표준 편차들 내를 의미할 수 있다. 대안적으로, 공식들에 대하여 “약”은 더하기 또는 빼기 최대 20%까지, 바람직하게는 10%까지, 보다 바람직하게는 5%까지의 범위를 의미할 수 있다.
구리 입자들
여기에 설명된 페이스트 조성물에 유용한 구리 입자들은 원소 구리, 하나 이상의 구리 유도체들, 또는 그것의 혼합물들로서 존재할 수 있다. 상이한 구리 분말들은 생산 방법, 순도, 입자 크기, 입자 형태, 겉보기 밀도, 전도성, 산소 레벨, 컬러 및 유량에 기초하여 변한다.
구리 입자들은 다양한 형태들, 표면들, 크기들, 표면적 대 볼륨 비들, 산소 함유량 및 산화물 층들을 보여줄 수 있다. 몇몇 예들은, 이제 제한되지 않지만, 구형, 각진, 가늘고 긴(막대 또는 침 형) 및 편평한(시트 형)을 포함한다. 구리 입자들은 또한 상이한 형태들의 입자들의 조합으로서 존재할 수 있다. 생성된 전극의 유리한 소결, 전기적 접촉, 접착 및 전기적 전도성을 지지하는, 형태, 또는 형태들의 조합을 가진 구리 입자들이 선호된다. 표면 특징을 고려하지 않고 이러한 형태들을 특성화하기 위한 하나의 방식은 다음의 파라미터들: 길이, 폭, 및 두께를 통한다. 본 발명의 맥락에서, 입자의 길이는 가장 긴 공간 변위 벡터의 길이에 의해 주어지며, 그것의 양쪽 종점들은 입자 내에 포함된다. 입자의 폭은 상기 정의된 길이 벡터에 수직인 가장 긴 공간 변위 벡터의 길이에 의해 주어지며, 그 양쪽 종점들은 입자 내에 포함된다.
구리 입자들은 통상적으로 불규칙적이지만, 입자 크기는 동일한 측정 결과를 제공할 “등가 구형(equivalent sphere)”의 직경으로서 대략 표현될 수 있다. 통상적으로, 구리 입자들의 임의의 주어진 샘플에서의 입자들은 단일 크기에 존재하지 않지만, 일련의 크기들, 즉 입자 크기 분포에 분포된다. 하나의 파라미터 특성화 입자 크기 분포는 D50이다. D50은 입자 크기 분포의 중앙 직경(median diameter) 또는 중간 값이다. 그것은 누적 분포에서의 50%에서 입자 직경의 값이다. 입자 크기 분포의 다른 파라미터들은 10%누적(0에서 100%까지) 이하 입자 크기 분포에 대응하는 입자 직경을 표현하는 D10, 및90%누적(0에서 100%까지) 이하 입자 크기 분포에 대응하는 입자 직경을 표현하는 D90이다. 입자 크기 분포는 레이저 회절, 동적 광 산란, 상상, 전기 영동 광 산란, 또는 이 기술분야의 숙련자에게 알려진 임의의 다른 방법들을 통해 측정될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 레이저 회절이 사용된다.
일 실시예에서, 구리 입자들은 실질적으로 균일한 형태들을 가진다(즉, 길이, 폭, 및 두께를 관련시킨 비들이 1에 가까우며, 바람직하게는 모든 비들은 약 0.7에서 약 1.5에 이르는 범위에 있고, 보다 바람직하게는 약 0.8에서 약 1.3에 이르는 범위에 및 가장 바람직하게는 약 0.9에서 약 1.2에 이르는 범위에 있는 형태들). 예를 들면, 이 실시예의 구리 입자들은 구형들, 정육면체들, 또는 그것의 조합, 또는 다른 형태들과 그것의 하나 이상의 조합들일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 구리 입자들은 바람직하게는 약 1.5 이상, 보다 바람직하게는 약 3 이상 및 가장 바람직하게는 약 5 이상인 길이, 폭, 및 두께의 치수들을 관련시킨 비들 중 적어도 하나를 갖는, 낮은 균일성의 형태를 가진다. 이 실시예에 따른 형태들은 플레이크 형, 막대 또는 침형, 또는 다른 형태들과 플레이크 형, 막대 또는 침 형의 조합이다. 또 다른 실시예에서, 균일한 형태 및 덜 균일한 형태를 가진 구리 입자들의 조합이 사용될 수 있다. 구체적으로, 상이한 입자 크기들을 가진, 구형 구리 입자들 및 플레이크-형 구리 입자들의 조합이 사용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상이한 입자 크기들의 구리 입자들이 사용될 수 있다. 구체적으로, 구리 입자들은 약 2.0-2.9㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가진 제 1 구리 입자, 약 3.0-3.9㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가진 제 2 구리 입자, 또는 약 4.0-4.9㎛의 중앙 직경(d50)을 가진 제 3 구리 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 보다 바람직한 실시예에서, 구리 입자들은 약 2.0-2.9㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가진 제 1 구리 입자, 약 3.0-3.9㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가진 제 2 구리 입자, 또는 약 4.0-4.9㎛의 중앙 직경(d50)을 가진 제 3 구리 입자 중 적어도 두개를 포함할 수 있다. 보다 바람직한 실시예에서, 구리 입자들은 약 2.0-2.9㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가진 제 1 구리 입자, 약 3.0-3.9㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가진 제 2 구리 입자, 및 약 4.0-4.9㎛의 중앙 직경(d50)을 가진 제 3 구리 입자를 포함할 수 있다. 임의의 입자 이론에 의해 제한되지 않고, 가변적인 중앙 입자 직경들을 가진 구리 입자들의 조합이 페이스트 조성물의 접착 성능을 개선한다고 믿어진다.
가장 바람직한 실시예에서, 제 1 구리 입자는 약 2.5㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 갖고, 제 2 구리 입자는 약 3.5㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가지며, 제 3 구리 입자는 약 4.5㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가진다.
구리 입자들의 다양한 표면 유형들이 이 기술분야에 알려져 있다. 효과적인 소결을 지지하며 생성된 전극들의 유리한 전기적 접촉 및 전도성을 산출하는 표면 유형들은 본 발명에 따라 지지된다.
구리 입자의 형태 및 표면을 특성화하기 위한 또 다른 방식은 그것의 표면적 대 볼륨 비, 즉 비표면적에 의한다. 입자의 표면적 대 볼륨 비에 대한 최저 값은 평활한 표면을 가진 구에 의해 구체화된다. 덜 균일하며 고르지 않은 형태는 그것의 표면적 대 볼륨비가 더 높을 것이다. 일 실시예에서, 구리 입자들은 약 1.0×107 에서 약 1.0×109 m-1까지, 약 5.0×107 에서 약 5.0×108 m-1,또는 약 1.0×108에서 약 5.0×108 m-1까지와 같은, 높은 표면적 대 볼륨비를 가진다. 또 다른 실시예에서, 구리 입자들은 약 6×105에서 약 8.0×106 m-1까지, 약 1.0×106 에서 약 6.0×106 m-1까지 또는 약 2.0×106 에서 약 4.0×106 m-1까지와 같은, 낮은 표면적 대 볼륨비를 가진다. 표면적 대 볼륨비,또는 비표면적은 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 방법에 의해 측정될 수 있으며, 이것은 이 기술분야에 잘 알려져 있다.
구리 입자들은 표면 코팅을 갖고 존재할 수 있다. 이 기술 분야에 잘 알려진 및 본 발명의 맥락에서 적합한 것으로 고려되는 임의의 이러한 코팅은 구리 입자들 상에서 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 코팅은 보다 양호한 입자 분산을 촉진시키며, 이것은 전기전도성 페이스트의 개선된 프린팅 및 소결 특성들을 이끌 수 있다. 특정 실시예들에서, 코팅은 구리 입자들의 100% 총 중량에 기초하여, 약 8 wt.% 미만, 약 5 wt.% 미만, 약 4 wt.% 미만, 약 3 wt.% 미만, 약 2 wt.% 미만, 약 1 wt.% 미만, 또는 약 0.5 wt.% 미만과 같이, 약 10 wt.% 미만에서 존재한다. 일 실시예에서, 코팅은 구리 입자들의 100% 총 중량에 기초하여, 적어도 약 0.01 wt.%의 양에 존재한다.
전기전도성 페이스트 조성물은 바람직하게는, 페이스트 조성물의 100% 총 중량에 기초하여, 약 50-90 wt.% 구리를 포함한다.
유리 프리트
일 실시예에서, 전도성 페이스트는 약 1에서 약 10 wt.%까지(예로서, 약 3 wt.%와 같이, 약 1에서 약 5 wt.%까지, 약 2에서 약 4 wt.%까지)의 유리 프리트를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 전기전도성 페이스트는 약 1에서 약 5 wt.%까지(예로서, 약 1 wt.%와 같이, 약 0.5에서 약 1.5 wt.%까지, 약 0.75에서 약 1.25 wt.%까지)의 유리 프리트를 포함한다.
일 실시예에서, 하나 이상의 유리 프리트가 사용될 수 있다. 유리 프리트(들)는 실질적으로 납이 없는 납일 수 있다(예로서, 약 4 wt.% 미만, 약 3 wt.% 미만, 약 2 wt.% 미만, 약 1 wt.% 미만, 약 0.5 wt.% 미만, 약 0.1 wt.% 미만, 또는 약 0.05 wt.% 미만 또는 약 0.01 wt.% 미만과 같이, 약 5 wt.% 미만을 포함한다). 바람직한 실시예에서, 유리 프리트는 납이 없으며, 즉 임의의 의도적으로 부가된 납 또는 납 화합물이 없으며 단지 미량의 납을 갖는다.
유리 프리트는 실질적으로 비정질일 수 있거나, 또는 부분적으로 결정질 상들 또는 화합물들을 통합할 수 있다. 유리 프리트는 이 기술분야의 숙련자에게 알려진 다양한 산화물들 또는 화합물들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 실리콘, 붕소, 비스무트, 아연, 또는 크롬 화합물들(예로서, 산화물들)이 사용될 수 있다. 산화 게르마늄, 무기인 산화물, 산화 바나듐, 산화 텅스텐, 산화 몰리브덴들, 산화 니오?, 산화 주석, 산화 인듐, 다른 알칼리 및 알칼리 토금속 산화물들(Na, K, Li, Cs, Ca, Sr, Ba, 및 Mg), 중간체들(Al, Ti, 및 Zr과 같은), 및 희토류 산화물들(La2O3 및 세륨 산화물들과 같은)과 같은, 다른 유리 매트릭스 형성자들 또는 수정자들이 또한 유리 조성물의 일부일 수 있다.
바람직한 실시예에서, 유리 프리트의 1차 성분들은 비스무트, 붕소, 및 실리콘 산화물들(Bi2O3-B2O3-SiO2) 및 선택적으로 이전에 언급된 알칼리 및 중간 산화물 계열들로부터의 몇몇 2차 산화물들로 구성된다. 유리 프리트의 1차 성분들은 알칼리 및 중간 산화물 계열들로부터의 몇몇 2차 산화물들과 함께, 아연, 붕소, 및 실리카(ZnO-B2O3-SiO2)로 또한 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 유리 프리트는 다음의 비들로 비스무트, 붕소 및 실리콘 산화물들을 포함한다: 약 45-65% Bi2O3, 25-45% SiO2, 및 1-15% B2O3. 바람직하게는, 제 1 유리 프리트는: 50-60% Bi2O3, 30-40% SiO2, 및 1-10% B2O3. 가장 바람직하게는, 제 1 유리 프리트는: 55-60% Bi2O3, 35-40% SiO2, 및 5-10% B2O3. 유리 프리트는 또한 1-10% 알칼리 산화물들, 바람직하게는, 1-5%의 Na2O, K2O, Li2O, 또는 그것의 혼합물들을 포함할 수 있다. 유리 프리트는 또한 1-10% 중간 산화물들, 바람직하게는 3-8%의 Al2O3, TiO2, ZrO2, 또는 그것의 혼합물들을 포함할 수 있다.
발화 온도에서 언급된 산화물들을 제조할, 임의의 비스무트, 붕소 및 실리콘 화합물(예로서, Bi2O3, B2O3, H3BO3, SiO2)이 사용될 수 있다.
여기에 설명된 유리 프리트들은 이에 제한되지 않지만, 개개의 성분들의 적절한 양들의 분말들을 혼합하는 것, 용해를 형성하기 위해 공기에 또는 산소-함유 대기에 분말 혼합물을 가열하는 것, 상기 용해를 퀀칭하는 것, 상기 퀀칭된 재료를 그라인딩 및 볼 밀링하는 것 및 원하는 입자 크기를 분말에 제공하기 위해 상기 밀링된 재료를 스크리닝하는 것을 포함하는, 이 기술분야에 알려진 임의의 프로세스에 의해 만들어질 수 있다. 예를 들면, 분말 형태에서의 유리 프리트 성분들은 V-빗 블렌더에 함께 혼합될 수 있다. 혼합물은 약 30-60분 동안 약 800-1300℃ (재료들에 의존하여)로 가열된다. 유리가 그 후 퀀칭되어, 샌드-형 일관성을 맡는다. 이러한 굵은 유리 분말은 그 후 미분말이 생길 때까지, 볼 밀 또는 제트 밀에서와 같이, 밀링된다. 통상적으로, 유리 프리트 분말은 약 0.1에서 약 5 ㎛까지와 같이, 약 0.01에서 약 10㎛까지의 평균 입자 크기로 밀링된다.
접착 촉진제
기판(예로서, 질화 알루미늄)으로의 전기전도성 페이스트의 접착을 촉진시키는 임의의 화합물이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 접착 촉진제가 사용될 수 있다. 예를 들면, 접촉 촉진제(들)는 산화제일구리, 산화 티타늄, 산화 지르코늄, 탄화 티타늄, 붕소 수지산염(예로서, 붕소 카르복실레이트), 지르코늄 수지산염(예로서, Zr 카르복실레이트), 비정질 붕소, 리튬 인산염, 산화 비스무트, 산화 알루미늄, 산화 아연 및 그것의 조합들로부터 선택될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 접착 촉진제는 산화 비스무트(예로서, Bi2O3)이다.
일 실시예에서, 접착은 약 1에서 약 5 wt.%까지(예로서, 약 3 wt.%와 같이, 약 2에서 약 4 wt.%까지)의 전기전도성 페이스트를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 접착은 약 0.25에서 약 1.25 wt.%까지(예로서, 약 1 wt.%와 같이, 약 0.75에서 약 1.25 wt.%까지)의 전기전도성 페이스트를 포함한다.
유기 비히클
여기에 설명된 페이스트들에 사용될 수 있는 적절한 유기 비히클들이 이 기술분야에 알려져 있다.
일 실시예에서, 유기 비히클은 결합제 및 용제를 포함한다. 적절한 결합제들은, 이에 제한되지 않지만, 셀룰로오스, 페놀, 아크릴 수지들, 및 그것의 혼합물들을 포함한다. 적절한 용재들은, 이에 제한되지 않지만, 카르비톨, 테르피네올, 헥실 카르비톨, 부틸 카르비톨, 부틸 카르비톨 아세테이트, 또는 디메틸아디페이트 글리콜 에테르들, 및 그것의 혼합물들을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 유기 비히클은 목탄 잔여물의 존재를 감소시키기 위해, 질소/저 산소 함유 환경(10 ppm 산소와 같은)에서 낮은 소진 온도들(대략 350℃이하)을 가진 결합제 및 용제를 포함한다. 결합제와 같은 아크릴 수지 및 텍사놀 용제를 포함한 유기 비히클들은 페이스트의 굽기 동안 최적의 클린 버닝을 지닌 것으로 도시되어 왔다. 적절한 아크릴 수지들은 이에 제한되지 않지만, 이소부틸 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 및 그것의 조합들을 포함한다. 높은 분자량, 약 130,000 - 150,000을 가진 아크릴 수지들이 적절하다. 바람직한 실시예에서, 결합제는 이소부틸 메타크릴레이트 및 n-부틸 메타크릴레이트의 혼합물이다. 이소부틸 메타크릴레이트 대 n-부틸 메타크릴레이트의 비는 약 25:75 내지 75:25, 바람직하게는 약 1:1이다.
일 실시예에서, 유기 비히클들은 약 50에서 약 95 wt.%까지 (예로서, 약 60에서 약 70 wt.%까지)의 용제 및 약 5에서 약 50 wt.%까지 (예로서, 약 30에서 약 40 wt.%까지)의 수지를 포함한다. 특정 예에서, 유기 비히클은 약 17.5%의 이소부틸 메타크릴레이트, 약 17.5%의 n-부틸 메타크릴레이트, 및 약 65%의 텍사놀을 포함한다.
유기 비히클은 또한 선택적으로 계면활성제 및/또는 틱소트로피제를 포함할 수 있다. 적절한 계면활성제들은, 이에 제한되지 않지만, 폴리에칠렌옥사이드, 폴리에칠렌 글리콜, 벤조트리아졸, 폴리(에틸렌글리콜)아세트 산, 라우르 산, 올레 산, 카프르 산, 미리스트 산, 리놀 산, 스테아르 산, 팔미트 산, 스테아레이트 염들, 팔미테이트 염들, 및 그것의 혼합물들을 포함한다. 적절한 틱소트로피제들은, 이에 제한되지 않지만, 캐스터 왁스, 산화된 폴레에칠렌 왁스, 아마이드 왁스 또는 아마이드 및 산화된 폴레에칠렌 왁스의 조합을 포함한다.
전기전도성 페이스트의 제형
여기에 설명된 전기전도성 페이스트 조성물들은 이 기술분야에 알려진 페이스트 조성물을 준비하기 위한 임의의 방법에 의해 준비될 수 있다. 준비 방법은, 그것이 동질로 분산된 페이스트를 야기하는 한, 중대하지 않다. 일 예로서, 제한 없이, 페이스트 성분들은 예컨대 믹서를 가지고 혼합될 수 있으며, 그 후 분산된 균일한 페이스트를 만들기 위해 3개의 롤 밀을 통과할 수 있다. 페이스트는 그 후 전기적 전도성 납들을 형성하기 위해 기판으로 증착, 예로서 스크린 프린팅될 수 있다.
구리 도체의 형성
전기전도성 구리 페이스트 조성물들은 구리 도체들을 형성하기 위해 AlN 기판 상에서 질소 대기에서 증착되고 구워질 수 있다. 도 1은 AlN 기판(110) 상에서의 패턴에 프린팅된 전기전도성 구리 페이스트 조성물(120)의 상면도를 예시한다.
전기전도성 구리 페이스트 조성물들은 기저 층 조성물 및 최상부 층 조성물로 형성될 수 있다. 기저 층 조성물은 통상적으로 AlN 기판으로 직접 도포되며, AlN 기판에 최적의 접착력을 제공한다. 최상부 층 조성물은 통상적으로 구워진 기저 층 조성물 층 또는 또 다른 구워진 최상부 층 조성물 층 위에 도포된다. 최상부 층 조성물의 다수의 층들이 AlN 기판 상에서 원하는 두께로 구리 도체를 만들어내기 위해 도포될 수 있다.
도 2는 AlN(210) 상에 증착된 전기전도성 구리 페이스트 조성물들의 단면/측면 도를 예시한다. 기저 층(220) 전기전도성 구리 페이스트 조성물은 먼저 AlN 기판(210) 상에 증착되며 구워진다. 최상부 층 전기전도성 구리 페이스트 조성물의 후속 층(230)이 원하는 두께로 구리 도체를 만들어내기 위해 구워진 기저 층(220) 또는 이전 구워진 최상부 층(230) 상에서 증착된다.
전기전도성 구리 페이스트 조성물들은 스크린 프린팅, 스텐실, 직접 증착, 또는 이 기술분야에 알려진 임의의 다른 수단을 통해 AlN 기판에 도포될 수 있다. 선호된 도포 방법은 스크린 프린팅이다. 통상적으로, 미리 결정된 회로를 포함한 유제 층을 가진 스테인리스 스틸 메시 스크린, 예를 들면, 0.5 내지 0.6 밀 유제 층 두께를 가진 105 - 200 스테인리스 스틸 메시가 스크린 프린팅 프로세스를 위해 이용된다.
프린팅된 전기전도성 구리 페이스트 조성물들은 통상적으로 구리 입자들의 산화를 방지하기 위해 적정 온도에서 건조된다. 통상적으로, 건조 온도는 약 125 ℃이며, 건조 시간은 약 5-10분이다.
전기전도성 구리 페이스트 조성물들 및 AlN 기판의 굽기는 예컨대 N2 대기, 통상적으로 10-20ppm O2 미만, 바람직하게는 약 1-3ppm O2와 같은, 낮은 산소 대기에서 약 925℃-950℃ 피크 온도로 노(furnace)에서 행해진다. 통상적으로, 피크 발화 온도에서의 거주 시간은 약 5-10분, 바람직하게는 8-10분이다.
일 실시예에서, 구리 도체는 다음을 포함한 프로세스에 의해 여기에 설명된 전기전도성 구리 페이스트를 사용하여 AlN 기판 상에 준비될 수 있다: (i) 질화 알루미늄 기판 상에 기저 층 전기전도성 페이스트의 제 1 층을 증착시키는 것; (ⅱ) 약 5 내지 약 10분 동안 약 100℃ 내지 약 125℃의 온도에서 상기 증착된 기저 층 전기전도성 페이스트와 함께 기판을 건조시키는 것; (ⅲ) 상기 증착된 기저 층 전기전도성 페이스트 및 질화 알루미늄 기판을 약 1에서 약 20 ppm까지의 산소를 포함한 질소 대기에서 약 900℃ 내지 약 1000℃의 온도에 노출시키는 것; (ⅳ) 상기 기판 상에 최상부 층 전기전도성 페이스트의 제 2 층을 증착시키는 것; (v) 약 5 내지 약 10분 동안 약 100℃ 내지 약 125℃의 온도에서 상기 증착된 최상부 층 전기전도성 페이스트와 함께 상기 질화 알루미늄 기판을 건조시키는 것; 및 (ⅵ) 상기 증착된 층들 및 상기 질화 알루미늄 기판을 약 1에서 약 20 ppm까지의 산소를 포함한 질소 대기에서 약 900℃ 내지 약 1000℃의 온도에 노출시키는 것.
구리 도체는 단계(ⅳ)-단계(ⅵ)를 반복함으로써 원하는 두께로 만들어질 수 있다. 구리 도체의 구워진 두께는 구리 전기전도성 페이스트의 각각의 층에 대해 약 25-50㎛이다. 예를 들면, 단계(ⅳ)-단계(ⅵ)는 1-10 회 반복될 수 있다. 약 300㎛의 구워진 두께의 구리 도체는 기저 층 페이스트의 하나의 층 및 최상부 페이스트의 7개 층들을 갖고 달성될 수 있다.
통상적으로, 기저 층 전기전도성 페이스트 조성물은 최상부 층 전기전도성 페이스트 조성물보다 더 많은 양의 유리 프리트를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 기저 층 전기전도성 페이스트는 약 1에서 약 5 wt.%의 유리 프리트를 포함한다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 최상부 층 전기전도성 페이스트는 약 0.5에서 약 1.5 wt.%까지의 유리 프리트를 포함한다.
기저 층 전기전도성 페이스트 조성물은 최상부 층 전기전도성 페이스트 조성물보다 많은 양의 접착 촉진제를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 기저 층 전기전도성 페이스트는 약 1에서 약 5 wt.%까지의 접착 촉진제, 바람직하게는 약 2에서 약 4 wt.%까지, 보다 바람직하게는 약 3 wt.%의 접착 촉진제를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 최상부 층 전기전도성 페이스트는 약 0.25에서 약 1.25 wt.%까지의 접착 촉진제, 바람직하게는 약 0.75에서 약 1.25 wt.%까지, 보다 바람직하게는 약 1 wt.%의 접착 촉진제를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 어셈블리는 특정 프로파일에 따라 비활성(예로서, 질소) 대기에서 구워진다. 구리 전기전도성 페이스트가 산소가 너무 풍부한 환경에서 구워진다면, 구리 성분은 산화하기 시작할 수 있다. 그러나, 최소 레벨의 산소가 페이스트에서의 유기 결합제의 소진을 용이하게 하기 위해 요구된다. 그러므로, 산소의 레벨은 최적화되어야 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 대략 1-20 ppm의 산소가 노 분위기에 존재한다. 보다 바람직하게는, 대략 1-10 ppm의 산소가 노 분위기에 존재하며, 가장 바람직하게는 약 1-3 ppm의 산소가 존재한다.
여기에 설명된 전기전도성 구리 페이스트 조성물들을 사용하여 형성된 구리 도체는 무전해 니켈 금 도금(Electroless Nickel Immersion Gold; ENIG) 도금 프로세스와 같은 프로세스들을 사용하여, 금 도금될 수 있다. 도 2를 참조하면, ENIG 프로세스에서, 무전해 니켈 도금(240)은 먼저 구리 도체 상에 증착되며, 이것은 그 후 산화로부터 니켈을 보호하는, 금 도금(250)의 얇은 층으로 커버된다. ENIG 프로세스는 구리 도체가 강산 상태들을 겪게 한다. 전기전도성 구리 페이스트 조성물들의 접착 촉진제의 유리 프리트는 이러한 프로세싱을 견디기 위해 선택된다. 대안적인 무전해 니켈 무전해 팔라듐 금 도금(Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold; ENEPIG) 도금 프로세스가 또한 구리 도체를 도금하기 위해 사용될 수 있다. 도금된 구리 도체는 와이어 본딩을 위한 우수한 속성을 보여준다.
실시예 들
다음의 실시예 들은 본 발명의 특정 예시들로서 주어진다. 그러나, 본 발명은 실시예 들에 제시된 특정 세부사항들에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
실시예 1
본 발명에 따른 대표적인 페이스트들이 이하의 표 1에 설명된다.
표 1. 대표적인 전기전도성 페이스트 조성물들
대표적인 기저 층 전기전도성 조성물(페이스트 A)의 하나의 층은 상업적으로 이용 가능한 AlN 기판(Maruwa Co.) 상에서 105-200 메시 스테인리스 스틸 스크린을 사용하여 스크린 프린팅된다. 대표적인 기저 층 페이스트 A는 약 10분 동안 125℃로 건조되며, 질소 대기에서 약 8-10분 동안 950℃로 구워진다. 대표적인 최상부 층 전기전도성 조성물(페이스트 B)의 하나의 층은 상기 구워진 대표적인 기저 층 페이스트 A 상에서 105 메시 스테인리스 스틸 스크린을 사용하여 스크린 프린팅된다. 대표적인 최상부 층 페이스트 B는 약 10분 동안 125℃로 건조되며, 질소 대기에서 약 8-10분 동안 950℃로 구워진다. 대표적인 최상부 층 전기전도성 조성물(페이스트 B)의 부가적인 층들은 구워진 대표적인 최상부 층 페이스트 B 상에서 105 메시 스테인리스 스틸 스크린을 사용하여 스크린 프린팅된다. 대표적인 최상부 층 페이스트 B의 부가적인 층들은 유사하게 건조되고 구워진다. 본 실시예에서, 하나의 기저 층 및 7개의 최상부 층 페이스트 조성물들은 AlN 기판 상에서 순차적으로 증착된다.
실시예 2 - 무전해 니켈 금 도금(ENIG) 도금 프로세스
표 1에 설명된 바와 같이 페이스트들(A, B)의 전기전도성 페이스트 조성물들을 사용하여, 실시예 1에 따라 준비된 구리 도체는 이하의 표 2에 제시된 단계들 및 파라미터들에 따라 ENIG 도금 프로세스를 겪게 된다.
표 2 구리 도체의 ENIG 도금 프로세스
실시예 1에 따라 준비된 구리 도체는 ENIG 도금 프로세스에 대한 우수한 특성들을 보여준다. ENIG 도금 구리 도체는 니켈 및 금 도금의 균일성을 보여준다. 통상적으로, 니켈 층은 약 3-5㎛이며, 금 층은 약 0.25-1㎛이다.
실시예 3: 도금 후 접착력 테스팅
접착력을 결정하기 위해, 와이어 박리 테스트가 ENIG 도금 부분들 상에서 수행되었다. 이러한 특정한 테스트에서, 납들은 테스트 쿠폰 상에 증착된 80 x 80 밀 도체 패드들 위에 위치되었다. 테스트 쿠폰들은 납땜 전에 표면을 세정하기 위해 알파 615 RMA(Rosin Mildly Activated; 로직 약활성) 플럭스에 침지되며, 그 후 표 3에 제시된 파라미터들에 따라 5초들 동안 240-250℃에서 SAC 305를 갖고 납땜되며, 그 후 아세톤으로 세정되고 공기 건조되도록 허용된다.
표 3 납땜성 테스팅 파라미터들
초기 접착력은 쿠폰이 아세톤으로 세정한 후 공기 건조된 후 결정되었다. 나머지 쿠폰들은 두 개의 그룹들로 분할되며 각각은 다음의 온도 프로파일들 중 하나에 따라 처리된다: (1) 150 시간들 동안 150℃ 박스 오븐에서 가열됨; 또는 (2) 100 사이클들 동안 40℃ / 150℃ 에서의 열 사이클링의 대상이 됨. 열 사이클링(서브세트 2)을 겪은 이들 쿠폰들은 실온이 되며 테스팅 접착력 전에 평활화하도록 허용된다.
납 당김 테스팅은 납땜 후 프린팅된 도체 패드로부터 개개의 납들을 당기기 위해 요구된 힘을 결정하기 위해 사용되었다. 와이어들은 굽힘 각에서의 임의의 변화를 최소화하기 위해 기계적 내부 시설을 사용하여 90°각도로 구부려진다. 각각의 납은 그 후 Zwick Z2.5 당김 테스터의 손잡이로 클램핑된다. 각각의 납은 그것이 프린팅된 도체 패드로부터 분리될 때까지 기판에 수직으로 당겨진다. 풀 움직임은 10 mm/분의 일정 속도로 설정되었다. 손잡이 분리는 1.5 인치들에서 설정되었다.
각각의 테스트의 당김 테스팅 결과들 및 실패 모드가 표 4에 제시된다. 표 4는 또한 1-층 페이스트 형성(페이스트 A의 기저 층), 두 개의 층(페이스트 A의 하나의 층 및 페이스트 B의 하나의 층) 및 8개 층 페이스트 형성(페이스트 B의 층들(2-8)을 가진, 제 1 층 페이스트 A)을 사용하여 상기 결과들을 도시한다.
임계 당김 힘 이상에서, 3개 유형들의 실패 모드들이 발생할 수 있다. 와이어는 납땜된 패드(표 4에 “WP”로서 지정된)로부터 당길 수 있으며, 기판은 실패(표 4에 “DF”로서 지정된)를 경험할 수 있거나, 또는 구리 도체 패드 자체는 AlN 기판(표 4에서 “PF”로 지정된)으로부터 분리될 수 있다.
표 4 대표적인 페이스트들의 접착 성능
표 4가 도시하는 바와 같이, 여기에 설명된 구리 전기전도성 페이스트 조성물들을 사용하여 형성된 구리 도체들(상이한 크기의 구리 입자들의 조합을 가진)은 AlN 기판들에 대한 양호한 접착력을 입증한다. 열적 노화 후, 구리 도체는 여전히 AlN 기판에 대한 양호한 접착력을 보유한다. 2개 층 및 8개 층 샘플들은 양호한 접착력을 보여주며, 여기에서 와이어들은 납땜된 패드 및 계속해서 기판에 접착되어 있는 납땜된 패드로부터 당겨진다.
실시예 4: 도금 후 와이어 접합성 테스팅
도금된 부분들의 와이어 접합성을 테스트하기 위해, 250 마이크론 알루미늄 와이어 및 1.25 마이크론 금 와이어가 사용된다. 와이어 본딩 후, 와이어들은 데이지 당김 테스터(알루미늄 와이어) 및 유니텍 마이크로풀 테스터(금 와이어)를 사용하여 당겨진다. 테스터는 와이어 본딩된 패드들로부터 와이어를 당기기 위해 그것이 가하는 힘을 제공하며, 단위는 그램들이다.
8 층 조성물에 대한 결과들이 이하의 표 5에 도시된다. 어떤 데이터도 하나 또는 2 층 조성물들에 대해 획득되지 않는다. 임계 당김 힘 이상에서, 4개의 유형들의 실패 모드들이 발생할 수 있다: 넥(neck)에서의 브레이크(NB), 와이어 브레이크(WB), 힐 브레이크(HB) 또는 본드 리프트 오프(WB).
표 5 와이어 접합성 성능
표 5로부터 보여질 수 있는 바와 같이, 알루미늄 와이어 본드에 대해, 실패의 대부분은 힐 브레이크이며 실패 모드 분류에 따라 수용 가능하다. 구워진 층들은 또한 알루미늄 및 금 와이어본딩 후 수용 가능한 당김 세기를 가진다.
본 발명의 이들 및 다른 이점들은 앞서 말한 명세서로부터 이 기술분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 따라서, 변화들 또는 수정들이 본 발명의 광범위한 발명의 개념들로부터 벗어나지 않고 상기 설명된 실시예 들에 대해 이루어질 수 있다는 것이 이 기술분야의 숙련자들에 의해 인지될 것이다. 임의의 특정한 실시예의 특정 치수들은 단지 예시 목적들을 위해 설명된다. 그러므로 본 발명은 여기에 설명된 특정한 실시예 들에 제한되지 않지만, 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 모든 변화들 및 수정들을 포함하는 것으로 의도된다는 것이 이해되어야 한다.
110: 질화 알루미늄(AlN) 기판 120: 구리 페이스트 조성물
210: 질화 알루미늄(AlN) 220: 기저 층
230: 최상부 층 240: 무전해 니켈 도금
250: 금 도금
210: 질화 알루미늄(AlN) 220: 기저 층
230: 최상부 층 240: 무전해 니켈 도금
250: 금 도금
Claims (20)
- 50-90 wt.%의 구리 입자;
0.5-10 wt.%의 유리 프리트;
산화제일구리, 산화 티타늄, 산화 지르코늄, 붕소 수지산염, 지르코늄 수지산염, 비정질 붕소, 리튬 인산염, 산화 비스무트, 산화 알루미늄 및 산화 아연으로 이루어진 그룹으로부터의 적어도 하나의 선택된 부재인, 0.1-5% wt.%의 접착 촉진제; 및
5-20 wt.%의 유기 비히클;을 포함하는 전기전도성 페이스트. - 청구항 1에 있어서, 상기 구리 입자는,
약 2.0-2.9㎛, 바람직하게는 약 2.5㎛의 중앙 입자 직경(d50)(median particle diameter)을 가진 제 1 구리 입자;
약 3.0-3.9㎛, 바람직하게는 약 3.5㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가진 제 2 구리 입자; 및
약 4.0-4.9㎛,바람직하게는 약 4.5㎛의 중앙 입자 직경(d50)을 가진 제 3 구리 입자; 중 적어도 하나를 포함하는 전기전도성 페이스트. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제 1 구리 입자는 약 0.25-0.5 m2/g의 비표면적(specific surface area)을 가진 전기전도성 페이스트.
- 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 구리 입자는 약 0.25-0.75 m2/g의 비표면적을 가진 전기전도성 페이스트.
- 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 3 구리 입자는 약 0.25-0.50 m2/g의 비표면적을 가진 전기전도성 페이스트.
- 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 구리 입자는 약 45 내지 약 65 wt.%인 전기전도성 페이스트.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 구리 입자는 약 15 내지 약 30 wt.%인 전기전도성 페이스트.
- 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 3 구리 입자는 약 5 내지 약 15 wt.%인 전기전도성 페이스트.
- 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 프리트는 약 45 -65% Bi2O3, 25-45% SiO2, 및 1-15% B2O3, 바람직하게는 50-60% Bi2O3, 30-40% SiO2, 및 1-10% B2O3, 가장 바람직하게는 55-60% Bi2O3, 35-40% SiO2, 및 5-10% B2O3인 전기전도성 페이스트.
- 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 프리트는 약 0.5 내지 약 5 wt.%의 전기전도성 페이스트, 보다 바람직하게는 약 0.5 내지 약 1.5 wt.%인 전기전도성 페이스트.
- 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착 촉진제는 산화 비스무트인 전기전도성 페이스트.
- 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, 약 0.5 내지 약 3 wt.% 산화 구리를 더욱 포함하는 전기전도성 페이스트.
- (a) 질화 알루미늄 기판; 및
(b) 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 따른 전기전도성 페이스트를 포함한 전기전도성 전극;을 포함하는 물품. - (i) 질화 알루미늄 기판 상에서 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 따라 기저 층 전기전도성 페이스트의 제 1 층을 증착시키는 단계;
(ⅱ) 약 5 내지 약 10분 동안 약 100℃ 내지 약 125℃에서의 온도로 상기 증착된 기저 층 전기전도성 페이스트와 함께 상기 질화 알루미늄 기판을 건조시키는 단계;
(ⅲ) 상기 증착된 기저 층 전기전도성 페이스트 및 상기 질화 알루미늄 기판을 약 1에서 약 20 ppm까지의 산소를 포함한 질소 대기에서 약 900℃ 내지 약 1000℃의 온도에 노출시키는(subject) 단계;
(ⅳ) 상기 기판 상에 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 따라 제 2 층의 최상부 전기전도성 페이스트를 증착시키는 단계;
(v) 약 5 내지 약 10분 동안 약 100℃ 내지 약 125℃에서의 온도로 상기 증착된 최상부 층 전기전도성 페이스트과 함께 상기 질화 알루미늄 기판을 건조시키는 단계; 및
(ⅵ) 상기 증착된 층들 및 상기 질화 알루미늄 기판을 약 1에서 약 20 ppm까지의 산소를 포함한 질소 대기에서 약 900℃ 내지 약 1000℃의 온도에 노출시키는 단계;를 포함하는 전기전도성 회로를 형성하는 방법. - 청구항 14에 있어서, 단계(ⅳ) 내지 단계(ⅵ)는 1-10회 반복되는 전기전도성 회로를 형성하는 방법.
- 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서, 상기 기저 층 전기전도성 페이스트는 약 1에서 약 5 wt.%의 접착 촉진제, 바람직하게는 약 2에서 약 4 wt.%의 접착 촉진제, 보다 바람직하게는 약 3 wt.%의 접착 촉진제를 포함하는 전기전도성 회로를 형성하는 방법.
- 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 최상부 층 전기전도성 페이스트는 약 0.25에서 약 1.25 wt.%의 접착 촉진제, 바람직하게는 약 0.75에서 약 1.25 wt.%의 접착 촉진제, 보다 바람직하게는 약 1 wt.%의 접착 촉진제를 포함하는 전기전도성 회로를 형성하는 방법.
- 청구항 14 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접촉 촉진제는 산화 비스무트인 전기전도성 회로를 형성하는 방법.
- 청구항 14 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소 대기는 약 1에서 약 10 ppm의 산소, 바람직하게는 약 1에서 약 3 ppm의 산소를 포함하는 전기전도성 회로를 형성하는 방법.
- 청구항 14 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증착된 기저 층 전기전도성 페이스트를 온도에 노출시키는 단계 및 상기 증착된 층들을 온도에 노출시키는 단계는 약 5 내지 약 10 분 동안 실온에서 약 950℃로 가열하는 단계 및 그 후 실온으로 냉각시키는 단계를 포함하는 전기전도성 회로를 형성하는 방법.
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