TW445461B - Thick film compositions for aluminum nitride substrates - Google Patents

Description

445461 經濟部中央標準局員工消費合作社印袋 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明之領墙 本發明關於一種厚膜導體糊組合物，’而尤其關於可以常 用之方法於氮化鋁基材上印刷成一薄膜之厚膜導體糊組合 物。 發明之 厚膜導體糊组合物一般包含導電性成份、黏合劑、及有 機賦形劑之主要成份。其中貴金屬鈀（Pd)、鉑（汽）、及銀(Ag) 、或其混合物或合金之微細粉末、或鈀及銀之氧化物、或 其混合物，廣泛地被用作導電性成份。而使用玻璃黏合劑 作爲黏合劑’以及使用一種惰性液體作爲有機介質。 此等‘膜導體糊係經由網板印刷，再將印刷圖案燃燒， 而固定於基材上。通常使用之基材係由氧化鋁或氮化鋁製 成之陶瓷基材。 由於氮化鋁基材具有高的導熱係數，因此近年來一直希 k把將其應用作爲在高溫環境下使用之電路板。然而，爲 將金屬導體固定於氮化鋁基材上，必須應用厚膜技術，其 係經由將原子形態之金屬導入陶瓷基材之表面，以使化學 活性相當鬲之金屬與存在於基材表面之過剩氧键結，而於 金屬和基材間生成一層薄的反應層（氧化物膜），而將導體 固定。脈辨雷射堆積法（pUlsed iaser accum丨ati〇n meth〇d )等等方 法需要大且昴貴的設備，同時由於所含之氮或氮氧化物之 排放而伴隨有反應不佳的問題。因此，有需要開發出一種 可應用厚膜技術將其固定於氮化鋁基材上之厚膜導體糊组 合物，以及利用可經由將導體糊印刷或塗佈於氮化鋁基材 (請先閔讀^:面之·is意事項再填寫本頁) 裝------灯-----,·'.」線----

^445 4 6 A7 B7 五、發明説明（2 ) 上’接著再進行燃燒，而形成"厚膜II之導體。 發明之概述 本發明之目的在於提供—種可網印於氮化鋁基材上之厚 膜導體糊組合物，此组合物係經由將導體粉末和硼化物分 散於有機介質中而得。 本發明之另一目的在於提供一種可網印於氮化鋁基材上 之厚膜導體糊组合物，此组合物係經由將導體粉末和棚化 物分散於有機介質中而得，其中該删化物係侧和金屬元素 之二元化合物或包含硼之三元或更高元化合物。 此外，本發明之目的在於提供一種可網印於氮化鋁基材 上之厚毖導體糊組合物，此组合物係經由將導體粉末和至 少一種金屬硼化物分散於有機介質中而得，其中該金屬硼 化物係選自包括 ™2、ΖΓΒ2、HfB2、ub2、_2、Tae2、 、MoB2、W2B5、CaB6、础6、Bas6、LaB6、CeB6、触6、臟: 、SmB6、EuB6、Ni3B6 '及 Ni2B6。 附圖之簡簞説明 圖1係顯示在進行本發明之厚膜導體糊之性質測試時，所 使用之檢驗圖的平面圖。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 -----^----Α'·-ν裝— (請先閎讀f·面之ii.意事項再填寫本頁) k 數字説明： 1. 檢驗圖 2. 導體電阻檢驗圖 3. 增耗墊 4. 線的註記標就 5. 線 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) 規格（2l〇x297公羞） 44546) A7 B7 五、發明説明（3 經濟部中央標準局負工消費合作社印褽 6.線的彎曲標誌 發明之詳細説明 本發明的目的之-在於提供—種可應用厚膜技術而供氮 化鋁基材使用之厚膜導體糊組合物，其可經由印刷或塗佈 然後再進行燃燒，而於氮化鋁基材上形成,,厚膜"狀之導體 本發明之另一目的在於提供一種可應用厚膜技術而供氮 化鋁基材使用之厚膜導體糊組合物，其可經由印刷或塗佈 然後再進行燃燒，而於氮化鋁基材上形成"厚膜,，狀之導體 ，且其可以進行烊接或電鍍，同時於所得之導體表面仍保 有良好Θ焊料澗濕性質Ρ 可達成以上目的之本發明之其中一種具體實例的厚膜導 體糊，係一種可網印於氮化鋁基材上之厚膜導體糊组合物 ’其係經由將導體粉末和鄉化物分散於有機介質中而得。 使用於本發明之硼化物係包含硼及金屬元素之化合物。 此等化合物包括硼和一種金屬元素之二元化合物（稱爲金屬 硼化物）以及包含硼之三元或較高元化合物。其包括所有於 空氣中在600-l，〇〇(TC之溫度範圍内加熱，會產生硼酸的化 合物。其中値得一提之金屬硼化物的實例有TiB2、ΖγΒ2、 Hffi2、UB2、NbB2、TaB2、CrB2、ΜοΒ2、W2B5、CaB6 ' SrB6、 BaB6、LaB6、CeB6、PrB6、NdB6、SmB6、£uB6、Ni3B6、及 Ni2B6 o 使用於本發明之硼化物的含量上限，基本上係使其不會 因在糊料燃燒過程，由硼生成b2〇3，變成玻璃狀並覆蓋導 I----Γ----裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂

Mr ΙΟΓ 私纸張尺度適用中國國家操準（CNS ) A4規格（2ΐ〇χ29*7公楚） 五 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 44546f A7 B7 、發明説明（ =，而使焊料潤濕性變差的含量。此會導致洋料潤濕 戈差㈣Λ，㈣使料料體之f金屬錢及其形態 有：，亦即，可以控制其爲純金屬或合金，以及於燃燒後 心厚膜的密度。因此，有辨法抑制所產生之叫因在厚膜 表面成爲玻璃狀而致的沉殺（所產生之桃之量亦隨刪化物 之種類而異）’以使硼㈣之含量可有相當寬廣的選擇範圍 Ο 舉例來説，當係使用ZrB2作爲本發明之硼化物時，爲將本 發明之厚膜導體糊組合物固定於氮化鋁基材上，而不會造 成不良的焊料潤濕性，則Ζγβ2之含量不可高於每1〇〇份重量 之銀導體中含有1.6份重量之含量。 本發明所使用之導電性粉末可爲任何之貴金屬粉末.。大 致上’所有被稱爲貴金屬之金屬皆可使用，但其中尤以金 銀銘、紅、敛、及此等金屬之混合物或合金較佳。此 等金屬或其合金係以微細粉末之形態使用。金屬粉末之粒 徑並不特別重要，只要其適用於本申請方法即可。 在本發明中，上述之導電性粉末及硼化物可分散於有機 賦形劑中’以產生一種稱爲"糊”的分散物，其通常具有半 流體的軟度。 本發明之厚膜糊組合物中之有機賦形劑與分散物中之無 機固體的比例，依使用糊之方法及所使用之有機介質的種 類，而可有所不同》 . 爲獲得良好的塗膜，分散物中通常包含50-90重量百分比 之無機固體，及10 — 50重量百分比之賦形劑。 -7- i紙張级適用中國國家標準（CNS) Α4規格（21QX297公瘦）

經濟部令央橾準局員工消費合作社印裂 ：Mf445 4 6 -： A7 B7 五、發明説明（5 ) 所有之惰性液體皆可使用作爲賦形劑。可使用水或任何 一種不同之有機液體作爲賦形劑，其中可加入或不加入增 稍劑及/或士·定劑及/或其他常見之添加劑〇可以使用之有 機液體的實例爲脂鍊醇、彼等醇之酯類諸如醋酸酯和丙酸 酯'萜烯類諸如松節油、萜品醇等等、以及樹脂溶液諸如 低破醇之聚甲基丙烯酸酯和乙基纖維素溶於溶劑諸如松節 油和乙二醇單乙酸酯之單丁醚的溶液。亦可將施用在基材 上後可以促進快速硬化之揮發性液體包含於賦形劑中，或 者賦形劑可由此等液體製成。 較佳之賦形劑係以乙基纖維素和々-萜品醇爲基礎。 在本善明中’可另將玻璃黏合劑加至上述之糊組合物中 。使用於玻璃黏合劑中之玻璃本身的組成並不重要β任何 不會與先前論及之導體相和硼化物反應，具有適合於氮化 鋁基材之熱膨脹係數，且在燃燒溫度下具有足夠之黏度和 玻璃流動性’以有助於在燃燒過程中形成導體相之金屬粒 子之燒結者皆可使用。 因此，有種類繁多之具有一般玻璃形成性質和玻璃改質 成份的玻璃氧化物，例如，紹糊梦酸鹽、錯梦酸鹽諸如测 矽酸錯和矽酸錯之本身、以及矽酸錄。 玻璃黏合劑並不具有特別之臨界粒徑。然而，玻璃粒子 應在0.1至10微米之範圍内（宜爲0.5-5微米較佳），且平均粒 控應爲2-3微米。粒徑低於〇.1微米之細玻璃具有相當大之 表面，而需要大量之有機介質以獲得可作爲印刷糊料用之 適當的流動性。然而，如粒子大於10微米，則其將對網板 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )戍衫見格（210Χ297公釐） (请先閱讀背面之注意事項苒填寫本頁) ,ί 裝------订---：--1. _;.^-----11:—— .i 1— -II - - Κ— . 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ,-?4454&1 a? _______ B7 五、發明説明（6 ) 印刷之·進行造成困難。 於燃燒過程因氧化而產生之金屬氧化物及巧03，會與氮 化鋁基材反應而產生氧化反應產物（2A1203B203)，即是其造 成金屬，或導體，與基材間之黏著。 使用諸如圖1所示之具有導體電阻檢驗圖2和增耗墊（2χ2 毫米）3之撿驗圖I，將厚膜糊组合物網印於鋁基材上，乾燥 ，並燃燒以使於燃燒後之導體的厚度約爲1〇微米。 1 .電阻値之測哥 測量導體電阻檢驗圖2之電阻値n々（n = 4)。將平均値除 以200以求料位表面積之電阻値，然後再以測得之膜厚爲 基準，求出每10微米厚度之單位表面電阻値（單位：歐姆/ 平方）。 2 -黏著強度 將三個纽線5，根較於祕圖丨上之㈣我標諸4， 固定於圖。!之9個增耗塾（2毫米χ2毫米）3上，並於彼狀態在 220 C 土 5 C之▲度下進行焊接。户斤使用之焊料的組成物爲 錫/錯/銀= 62/36/2。進行焊接後，使其於室溫下冷卻16小 時’接著將線根據底部之寶曲標語巧曲9〇。，並測量抗拉 強度N次（N=12)。此處採職=12，且採用12次測量之平均 値作爲厚膜導體固定於基材之黏著強度^ 3.焊料潤濕性 將圖1之檢驗圖浸入（5秒）焊料（與用於測量黏著強度者相 同）中然後移開’並觀察焊料黏著至增耗⑹之情況。 測量完全料料„上，㈣無衫料黯面 本紙張尺度適用中國國家i準（CNS) -- (請先聞讀r面之注意事項再填寫本頁) 裝------1T--- 故--^------- 445461 第85110S75號專利申請案 A7 ^中文説明書修正頁(87年11月） B7 ^***"**"-*** … ------ - - — _____ —______ 五、發明説明（7 ) 整*，對增耗塾之總數目的比例。在本發明之情沉下，係將 90%以上之結果視爲良好。 實施例 本發明將接著由應用實施例和比較實施例作更詳細之説 明。在此等實施例中，導電性粉末、金屬硼化物、和賦形 劑之混合比例係以重量百分比（w t % )爲單位示於表1中。 應用實施例1 - 10 將銀粉末、硼化結、及賦形劑以表1所載之重量比例混 合’並以三輥研磨機徹底揑合，以製得厚膜導體糊之分散 物。將製得之糊组合物视須要調整至適合網板印刷之流變 行爲。 將趣過上述調整之厚膜糊組合物，經由網板印刷固定於 氮化鋁基材上，並將所得圖案於850 °C下燃燒，以製得本發 明之厚膜導體，此等導體於燃燒後之厚度爲1〇微米。 經由前逑方法評估此等導體之電阻値、黏著強度、及焊 料潤濕性，其結果示於表i。 應用實施例11 經濟部中央標準局員X消費合作社印製 '--------.1‘1装-- (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 將銀粉末、硼化銼、及组成如表i所示之破璃黏合劑，以 如表1所示之比例分散於包含乙基纖維素和乃-萜品醇之賦 形劑中，並以三輥磨捏合，以製備得糊組合物。以如應用 實施例1-10所採用之相同步驟製造厚膜導體。測量其性 質’並將結果示於表1。 比較實施例 以如應用實施m-u之相同方式製備比較實施例之糊纪 本紙張尺度適财i ®家標準（CNS )八4規格（2!〇χ297公疫 445461 A7 B7 五、發明説明（8 ) 合物，除了其中不包含化物，而係包含如表1所示之重量 比例的銀粉末，將其分散於賦形劑中，並以三輥磨進行捏 合。製得之糊組合物以如應用實施例所述之相同方法固定 於氮化鋁基材上。同時，如應用實施例〗般之測量形成於基 材上之厚膜糊的電阻値、黏著強度、及焊料潤濕彳生。結果 示於表1。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本I) 裝· 訂

經濟部中央標準局貝工消費合作社印裂 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（21〇X297公釐） 445461

7 7 A B 明 説 明 發 五 ^ .=c> 50 sf {-^-.L (m-lm/nq.^lo-m) u.lu)-$-/-ifo. 〇 Ξ nsffisw- s 6私笋-"~/?-弟--"" (-'-,3'"=>/?--;3-" -.π-4-έ'"-δ 辛，---券^- >g (W5) 查--zrnp iwt-J/lsiwt%) -^-iwt*u ccοο 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 2,9 3.4 w * ^ 3°405^5 口°27.°S7'0 S-? 3 3 ?·0wsΓ I I I I I I 1 w 0 "-¢---¾ 和 批 g_ ^"、¥* &- so 15 , s ‘3 】：Ο Ο ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) as ns

OS so BSO ·50 G50 m50 β5°

PS 15.6 15.二 15*2 s g ^ 13 SMpg eg L'·11」 2' 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210·〆29?公釐） 2 3A5m s . 1 s 各 01.3 ^ ·⑴ ηη η 1.3 w ' ω ^ ^ 5λu · CT 〇〇〇〇〇 72,1 L-1 二 0 m S7 一 2 wo -w 0 m3 · 0 25,2 0 10 59.3 29』 0 11 83.2 0.6 0.6 ......Λ ί Γ L· ·· ^ tn rn^4 .1^^1 - ——^1 ϊ^ι n^i ^^1. .1 HI nn-=-,."J1- K^i ^1·. n^i - 1 ·- rmr. 」* A7 B7 445461 五、發明説明（i0 ) =根據本發明之厚膜導體㈣合物，可將厚膜技術應 《見化銘基材上，且可經由印刷或塗佈然後再進行燃燒 ，而形成緊密黏著於基材上之導體的厚膜。由於可獲得良 好的焊料龍性質，因此心㈣成於基材上之導體表面 進行'焊接或焊鍍。 ----1 — ί.I — V <請先閲讀f.面之·i意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準扃員工消費合作社印裂 -13- 本紙張·尺度適用中國國家標準（CNS ) A4洗格（210X297公釐）

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 445 461 中文申請專利範固修正本(87年11月).....' 申請專利範圍 一種可以網印於氮化銘基材上之厚膜組合物，該組合物 包含占總组合物5 0至9 0 %重量之固體混合物，固體混合 物包含（a)二元金屬硼化物，係選自_TiB2、ZrB2、Hffi2、 ϋΒ2、NbB2、TaB2、CrB2、MoB2、W2B5、CaB6、SrB6、 BaB6、LaB6、CeBg、PrB6、NdB6、SmBg、EuB6、Ni3B6、及· Ni2B6，及（b )可空氣燃燒充導電粉末，係選自包括金' 銀、銘、免、艇、其混合物及合應，及（占總組合物）1 0 至5 0 %重量之有機介質，該固體混合物中，每1 0 0份重 量之導電粉末不超過1 . 6份重量之金屬硼化物。 根據申請專利範園第1項之組合物，其更包含玻璃結合 劑。 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2. 經濟部中央標隼局員工消費合作社印策 本紙乐尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（2丨Ο X 297公董）