KR890000725B1 - 두꺼운 막의 오버글레이즈(overglaze) 잉크 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

두꺼운 막의 오버글레이즈(overglaze) 잉크

본 발명은 두꺼운 막의 오버글레이즈(overglaze) 잉크에 관한 것이며, 또한 이것을 자기 코우팅된 금속 기판상에 구성된 다층형 전자회로 구조를 위한 보호층으로 사용하기 위한 것이다.

다층형 직접회로의 구성에 있어서 적절한 기판상에 다양한 기능을 지닌 두꺼운 막을 형성하게 특수화된 잉크 조성물을 사용하는 것은 이 기술분야에서 널리 알려져 있다. 이러한 기술은 전자 산업의 광범위한 용도에 있어서 다양한 기판상에 극히 조밀한 다층의 회로패턴을 형성하는 경우에 대한 관심을 증가 시키고 있다.

이러한 회로 제조에 있어서 특히 우수한 기판은 항(Hang)씨등이 발명하며 198 1년 3월 17일자로 특허된 미합중국 특허 제4.256.796호에 설명되어 있고 청구되어 있는 바, 그 특허의 내용을 참고 목적상 본 명세서에 반영하였다. 항씨 등이 발명한 기판은 금속을 개량된 자기 조성물로 피복시킨 것인데, 이 조성물은 산화물의 양에 의거하여 산화마그네슘(Mgo)의 혼합물이나 산화마그네슘 및 어떤 다른 산화물의 혼합물, 산화바륨 (Bao), 삼산화붕소(B₂O₃)및 이산화 실리콘(Sio₂)로 구성되어 있다. 바람직한 금속은 강철인데, 특히 탄소 함유량이 적은 강철인바, 이것은 예를 들어 구리등과 같은 여러 상이한 금속으로 피복될 수 있다. 이 자기 조성물을 금속코어(metalcore)에 가한뒤 소성하면 금속 코어상에 부분실투(失透) 자기피복이 제공된다. 이 피복은 그 초기 용융점에서 점성이 아주 아주 낮으나 그후 실투에 의해 거의 순간적으로 높은 점성을 얻는다. 하이브리드 회로에 응용하기에 적합하게 만든 소성피복은 최소한 700℃의 열변형 온도와 최소한 약 110×10^-7/℃의 높은 열팽창 계수를 지니고 있다.

항씨 등이 발명한 자기 금속 기판은 종래의 알려진 기판재료 보다는 뚜렷이 개선된 반면에, 시판용 후막잉크에는 거의 또는 전혀 적합하지 않는다는 것이 결점이었다. 본 발명가는 금번 항씨등이 발명한 기판에 적합한 신규한 잉크가 개발되었으므로 항씨등의 기판과 그리고 그것을 위해 조제된 잉크에 적합한 진보된 오버클 레이즈 조성물의 개량에 대한 필요성만이 남아있다 하겠다. 오버글레이즈 잉크는 소자들로 달리 커버되지 않은 여러 기능을 지닌 막부분, 특히 저항기 및 도체에 대해 기계적 환경상의 보호를 행하는 것으로서 그 진보한 오버글레이즈 잉크가 본 발명에 의해 마련된다.

본 명세서 및 특허청구 범위에서 언급되는 오버클레이즈 잉크란 자기가 피복된 금속회로 기판상에 형성된 다층형 직접회로를 제조하는데 사용되는 것으로서 두꺼운 막(thick-film, 후막이라고도 함)의 잉크를 의미한다. 이러한 두꺼운 막의 잉크는 상기에서 기술한 것처럼 자기 피복 금속회로 기판상에 형성된 다층형 전자회로물의 보호 외부층으로서 유용하며, 오버글레이즈 잉크로부터 형성된 막은 기계 및 환경에 대하여 보호가 가능하다.

본 발명에 의한 개선된 두꺼운 막의 오버글레이즈 잉크는 산화납으로 된 유리와, 카드뮴, 아연, 바륨 및 안티몬의 산화물로 구성된 조절제 성분과, 알루미늄 붕규산 유리를 형성하는성분과 착색용 산화물(필요한 경우에 사용됨)과 적절한 유기질 매체로 구성된다.

본 발명에 의한 오버글레이즈 잉크는 자기 금속회로 기판상에 복잡한 단층형 또는 다층형 두꺼운 막 회로를 생성시키는데 유용하다. 본 발명의 오버클레이즈 잉크는 항씨등이 발명한 자기 금속판상에 형성되는 회로에 특히 유용하지만 종래의 다른 기판에도 효과적으로 사용 가능하다.

상술한 잉크로 부터 형성되는 오버클레이즈 피막은 사용하는 기판 및 바람직하기로는 회로를 구성하는 다기능의 막과 열팽창계수가 적절히 가깝고, 기계적 강도가 크고 대체로 다공도가 낮고, 관통공이 존재하지 않으며 특히 하층의 도체나 저항 피막과의 화학적 안정성이 양호하여야 한다.

몇몇의 경우에 오버글레이즈 잉크는 경제상의 이유로 하층의 도체 및 저항기를 동시에 소성하는 일도 있으나 대체로 오버글레이즈 잉크는 도체 및 저항기 막의 소성온도보다 실질적으로 낮은 최고 온도에서 독립적으로 소성된다. 본 발명의 오버클레이즈 잉크는 475-600℃의 최고 온도에서 대체로 소성되고, 공기나 바람직하게는 불활성 기체 예를 들어 질소중에서도 소성되는 특징이 지닌다. 종래 잉크가 거의 대부분 이러한 외적 요건중 단지 한 경우에서만 소성 가능한 연유로, 양쪽의 외적 요건에서 소성될 수 있는 특성은 고도로 복잡한 다층형 회로의 구조에 특히 유리하다.

오버글레이즈 잉크는 보통 소성 온도를 이미 기판상에 있는 기능 막의 소성 온도 이하로 낮추기 위한 산화납을 함유한다. 그러나 납성분이 높은 본질적인 약점은 불활성 기체 예를 들어 질소중에서 소성될 때 잉크의 납 성분의 증가와 함께 산화납의 표면에 화학적 환원 가능성이 증가한다는 점이다.

산화납의 표면 환원은 소성을 방해하고 잉크의 유동성을 감소시킨다. 이 문제점은 질소중에서 소성된 잉크가 공기중에서 소성된 잉크와 같은 유동성을 필요로 하기 때문에 중요하다.

마찬가지로 중요시 여겨지는 특성은 오버글레이즈 잉크가 대개 기판상의 회로의 여타 부분과 반응해서는 안된다는 것이다. 이것은 특히 저항기와 관련되는데 그 이유는 이러한 반응이 보통 레이저 트리밍에 의해 세심하게 설정된 저항기의 안정도 및 저항 값에 역효과를 주기 때문이다. 바람직하게는 오버글레이즈 피막은 저항기의 저항값을 5퍼센트 이상으로 변화시키지 말아야 한다. ±2퍼센트의 변화가 정상적인 공업 표준이다.

본 발명의 신규한 오버그레이즈 잉크로 부터 형성된 막은 쉽게 이 표준 수용 범위내에 들어간다.

본 발명의 신규한 오버글레이즈 잉크는 3가지 성분, 즉 통상의 오버글레이즈 잉크의 레벨보다 현저히 작은 량의 산화납과, 카드뮴, 아연 바륨 및 안티몬의 산화물로 구성된 조절제 성분과, 산화 알루미늄, 삼산화붕소 및 이산화 실리콘으로 구성되는 유리 형성 성분을 함유하고 필요에 따라 산화 크롬, 산화 코발트나 산화 니켈등의 착색 산화물과 적절한 유기질 매체를 함유하는 독특한 유리로 구성된다. 이 잉크는 중량비로 약 60-90%, 바람직하기는 약 70내지 약 85퍼센트의 유리분말, 사용시에는 약 5퍼센트 이하(바람직하게는 약 0.5내지 약 2퍼센트)의 착색 산화물과, 약 8내지 약 35퍼센트(바람직하게는 약 14내지 25퍼센트)의 유기질 매체를 함유한다.

이 잉크의 유리는 중량비로 약 58내지 약 66퍼센트(바람직하게는 약 61내지 약 63퍼센트)의 의 산화납과, 약 12내지 약 20퍼센트(바람직하게는 약 13내지 16퍼센트)의 조절제 성분과 약 20내지 약 27퍼센트(바람직하게는 22에서 25퍼센트)의 유리 형성 성분으로 구성된다. 각 성분의 구성 요소는 유리 조성물에 나타나야 한다는 점이 필요하다.

조절제 성분은 중량비로 약 2내지 약 6퍼센트(바람직하게는 약 4퍼센트)의 산화 카드뮴과, 약 4내지 약 8퍼센트(바람직하게는 약 7퍼센트)의 산화아연과 약 0.1에서 약 3퍼센트(바람직하게는 약 1퍼센트)의 산화바륨과, 약 0.1에서 3퍼센트(바람직하게는 약 2퍼센트)의 삼산화 안티몬으로 구성된다. 유리의 조절제 성분에서 산화물의 독특한 결합은 종래의 용도와 비교하여 주제잉크의 필수 특성에 손실을 가져옴이 없이 산화납의 대폭절감을 가능케 한다.

유리 형성 성분은 중량비로 약 0.1내지 2퍼센트(바람직하게는 1퍼센트)의 산화 알류미늄과, 약 14내지 약 20퍼센트(바람직하게는 약 17퍼센트)의 삼산화붕소와, 약 1내지 7퍼센트(바람직하게는 약 6퍼센트)의 이산화 실리콘으로 구성된다.

본 발명의 잉크제제는 또한 크롬, 코발트, 니켈등의 산화물 같은 통상의 착색제 산화물을 소량 함유한다.

주제 잉크의 유리는 모든 산화물을 혼합하고 이것을 약 1,200°에서 약 30 내지 60분동안 용융한 후, 냉각 고체화시키고 분쇄하여 입경 약 1내지 5마이크로미터의 입자를 지닌 분말을 산출한다. 그리고 나서 유리 분말을 필요에 따라 착색제 산화물과 조합시키고, 완전히 유기질 매체와 혼합하여 잉크로 만든다.

유기질 매체의 선택 이유는 잉크에 스크린 프린팅 특성을 주고 질소나 공기 중에서 소성시키는 동안에 탄화성 잔재를 남기지 않고 개끗이 태우기 위한 것이다.

유기질 매체는 예를 들어 에틸 셀룰로이스인 셀룰로이스 유도체, 폴리아크릴레이트나 메타아크릴레이트와 같은 합성수지, 폴리에스테르, 폴리올레핀 등과 같은 결착제이다.

일반적으로, 여기서 설명한 유형의 잉크에 흔히 사용되는 매체는 주제의 잉크에 사용할 수 있다. 예를 들어 시판되는 매체로 바람직한 것은 아모코 케미컬즈 코오포레이숀 사의 (Amoco Chemicais Corportation)순액체 폴리부텐인 아모코 H-25형, 아모코 H-50형 및 아모코 L-100, E.I.듀퐁 데 네무아사(E.I dupont deNemours and Co.)사의 폴리메타아크릴산 n-부틸등이 있다.

상기 수지는 단독으로 혹은 2개 이상 조합시켜 사용해도 좋고 필요하다면 적절한 점성 조절제를 수지재료에 첨가할 수도 있다. 이들 조절제는 유사한 잉크 조성물에 흔히 사용되고 있는 용매로서 텍사스 이스트만 컴패니(Texas Eastman Company)에서 상표 텍사놀(Texanol)로 시판하고 있는 파인유, 터핀올(Thixatrol), 부틸 카비롤 아세테이트, 에스테르 알코올 내지는 N.L 인더스트리즈(Industries)에서 상표 식사트롤(Thixatrol)로 시판하고 있는 피마자유 유도체와 같은 고체 재료이다.

본 발명의 오버클레이즈 잉크는 기판, 특히 항씨등이 개발한 자기 코우팅된 금속판에 가해져서 이미 금속판에 설치된 단층 혹은 다층형 전자회로의 일부를 피복한다. 이 잉크는 이전부터사용해오고 있는 방법 즉 스크린 프린팅, 브러싱(brushin),스프레이 (spraying)등에 의해 가해지는데, 스크린 프린팅이 바람직하다. 일반적으로, 2층의 오버클레이즈는 바늘 구멍처럼 작은 구멍이 거의 생기지 않게 하여 보호 기능을 최대로 발휘한다. 오버클레이즈의 각층은 별개로 건조되고 소성된다. 잉크의 각 피막은 100°-125℃에서 약 15분동안 공기중에서 건조된다. 그후 산출된 막은 475°내지 600℃에서(바람직하게는 500°내지525℃)5내지 15분동안 공기나 질소 가스중에서 소성된다. 이와같이 얻은 오버클레이즈 피막은 기계적 강도 및 재가열 안정도가 뛰어나며, 동시에 회로 저항기의 면 저항값에 대한 영향을 최소로 한다. 주제의 오버클레이즈막은 마모, 밀납재 침지, 열 및 습기에의 노출에 기인한 저항변동을 절감시키는데 충분한 능력을 가졌음이 입증되었다.

다음의 실시예는 본 발명을 더 잘 예시해주고 있는데, 이것이 본 발명을 실시예에 한정시킬 의사가 아니었음을 인식해야 한다. 실시예에서, 특별히 언급하지 않는한 모든 성분의 비율은 중량단위로 표시되고, 온도표시는 섭씨 온도이다.

[실시예 1]

유리 분말은 다음의 산화물을 괄호 안에 주어진 중량 퍼센트로 합성시킴으로써 마련되었다.

Pbo(62.0), Cdo(4.0), Zno(7.25), Bao(1.0), Sb₂o₃(2.0), Al₂o₃(1.0), B₂O₃(17.0), Sio₂(5.75)

이 산화물 혼합물을 1.200°까지 가열 용융하여 유리로 만들고 냉각시켜 입자 크기가 약 1 및 5 마이크로미터 되도록 분말로 만들었다. 이 유리 분말을 파인유에 의한 13중량 퍼센트의 폴리(이소부틸 메타아크릴레이트)수지(dupont Elvancite Acrylic Resin 2045) 용액과 합성한 후, 텍사스 이스트만사에서 입수한 에스테르 알코올 텍사놀과 여러가지 비율로 혼합시켰다. 착색제로 산화 크롬을 함유한 조성물에서는 산화 크롬을 유기질 매체와 결합시키기 이전에 유리분말과 혼합시켰다.

하기 조성의 잉크가 제조되었다.

이 분말은 먼저 손으로 혼합시킨 후 3개의 압연기로 전단을 걸어서 스크린 프린팅에 적합한 매끄러운 풀을 얻었다.

혼합시키는 동안의 손실을 보충하고 유동성을 유지시키기 위해 유기질 매체를 추가하였다. 인듐 산화물 저항기 잉크를 항씨등이 개발한 유형의 자기 코우팅된 강철기판상에 인쇄하고 소성하여 그 후 각 저항기의 면저항을 측정하였다.

저항기 막의 소성 부분에 상기 표의 조성에 의해 스크린 프린트하고, 오버 클레이즈 잉크를 500°에서 10분 동안 소성시켰다. 오버클레이즈 피막의 영향을 조사하기 위해 저항기의 면 저항치를 다시 측정하였다. 그 결과는 다음 표와 같다.

조성식 B에서도 동일한 결과를 얻게 되었다.

이 오버클레이즈막은 또한 마모, 밀납재침지, 열 및 습기에의 노출에 기인한 저항 변동을 절감시킴이 입증되었다.

Claims (15)

1. 기판상의 전자회로에 보호막을 형성하기에 적합하게 약 60 내지 약 90중량 퍼센트의 유리분말과 약 8내지 약 35중량 퍼센트의 적절한 유기질 매체로 이루어진 두꺼운 막의 오버클레이즈 잉크(overglaze ink)로, 상기유리 분말이, a)약 58 내지 약 66 중량 퍼센트의 산화납과, b) 산화카드뮴, 산화아연, 산화바륨 및 삼산화안티몬으로된 약 12내지 약 20중량 퍼센트의 조절제 성분과, c)산화알루미늄, 삼산화붕소 및 이산화실리콘으로 된 약 20내지 약 27중량 퍼센트의 유리 형성 성분으로 구성된 두꺼운 막의 오버글레이즈 잉크.
2. 제1항에 있어서, 약 70내지 약 85중량 퍼센트의 상기 유리 분말과 약 14 내지 약 25중량 퍼센트의 상기 유기질 매체로 구성된 오버클레이즈 잉크.
3. 제1항에 있어서, 상기 유리 분말이 약 61 내지 약 63중량 퍼센트의 산화납과, 약 13 내지 약 16중량 퍼센트의 조절제 성분과, 약 22 내지 약 25중량 퍼센트의 전기 유리 형성 성분으로 된 오버클레이즈 잉크.
4. 제3항에 있어서, 상기 유리분말의 조절에 성분은 약 2내지 약 6중량 퍼센트의 산화 카드뮴과, 약 4 내지 약 8중량 퍼센트의 산화아연과, 약 0.1내지 약 3중량 퍼센트의 산화바륨과 약 0.1내지 약 3중량 퍼센트의 삼산화 안티몬으로 된 오버글레이즈 잉크.
5. 제3항에 있어서, 상기 유리 형성 성분은 약 0.1내지 약 2중량 퍼센트의 산화 알루미늄과 약 14내지 약 20중량 퍼센트 삼산화 붕소와, 약 1 내지 약 7중량 퍼센트의 이산화 실리콘으로 된 오버글레이즈 잉크.
6. 제 4항 또는 제5항에 있어서, 상기 유리가 a)약 62중량 퍼센트의 산화납과, b)약 4중량 퍼센트의산화카드뮴, 약 7중량 퍼센트의 산화아연, 약 1중량 퍼센트의 산화 바륨 및 약 2중량 퍼센트의 삼산화 안티몬으로 된 조절제 성분과 c)약 1중량 퍼센트의 산화 알루미늄, 약 17중량 퍼센트의 삼산화붕소 및 약 6 중량 퍼센트의 이산화 실리콘으로 된 유리형성 성분으로 구성된 오버글레이즈 잉크.
7. 제1항에 있어서, 상기 잉크가 산화크롬, 산화코발트 및 산화니켈로 된 그룹으로부터 선택된 약 5중량 퍼센트까지의 착색제 산화물을 함유한 오버글레이즈 잉크.
8. 제7항에 있어서, 상기 잉크가 약 0.5내지 약 2중량 퍼센트의 착색제 산화물을 함유한 오버글레이즈 잉크.
9. a)회로 기판상에 막을 형성하기 위해 도체 잉크 및 저항기 잉크를 함유한 다수의 잉크를 가해 소성시키고, b)제1항의 오버글레이즈 잉크로 상기 막의 규정부분에 가해 소성시키는 것으로 구성된 회로 기판상에 전자 회로를 형성하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 회로 기판은 자기 코우팅된 금속회로 기판인 방법.
11. 도체막 및 저항기막을 포함한 다수의 막으로 이루어진 다층형 집적 회로를 지닌 회로 기판으로 이루어지고, 상기 막의 일부분은 약 60 내지 약 90중량 퍼센트의 유리 분말과 약 8내지 약 35중량 퍼센트의 적절한 유기질 매체로 된 오버글레이즈 잉크 피복막을 지닌 전자 장치로, 상기 유리 분말이 a) 약 58 내지 약 66 중량 퍼센트의 산화납과, b) 산화카드뮴, 산화아연, 산화바륨 및 삼산화 안티몬으로 된 약 12내지 약 20중량 퍼센트의 조절제 성분과, c) 산화알루미늄, 삼산화 붕소 및 이산화 실리콘으로 된 약 20내지 약 27중량 퍼센트의 유리 형성 성분으로 이루어진 전자 장치.
12. 제11항에 있어서, 회로 기판이 자기 코우팅된 금속회로 기판인 전자 장치.
13. 제12항에 있어서, 전기 금속이 강철인 전자 장치.
14. 도체막 및 저항기막을 포함한 다수의 막으로 이루어진 다층형 집적회로를 지닌 회로 기판으로 이루어지고, 전기 막의 일부분은 약 60내지 약 90중량 퍼센트의 유리분말과 약 8 내지 약 35 중량 퍼센트의 적절한 유기질 매체로 된 오버글레이즈 잉크를 공급하여 가열시킴으로써 형성된 오버글레이즈의 도포막을 지닌 전자 장치로, 상기 유리 분말이 a) 약 58내지 약 66중량 퍼센트의 산화납과, b)산화카드뮴, 산화아연, 산화바륨 및 삼산화안티몬으로 된 약 12내지 약 20중량 퍼센트의 조절제 성분과, c)산화알루미늄, 삼산화붕소 및 이산화 실리콘으로 된 약 20 내지 약 27중량 퍼센트의 유리 형성 성분으로 이루어진 전자장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 회로 기판이 자기 코우팅된 금속회로 기판인 전자장치.