專利名稱：導電聚合組合物的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及對用于制造微電路元件的導電聚合組合物。
導電聚合組合物是由導電金屬如銀或銀合金的微小分散顆粒分散在一種由通常的固體有機聚合物溶解在有機溶劑所構(gòu)成的有機介質(zhì)中組成的。組合物通常是稠狀糊，這樣它們就能利用絲網(wǎng)印刷到合適的基材上。為此，可使用各種合成聚合物，而最常使用的是丙烯酸聚合物，這類組合物常使用1-40%(重量)的有機聚合物固體，相對于100%重量的有機介質(zhì)(聚合物加溶劑)來說。
含有丙烯酸聚合物的導電聚合組合物對焊接元件提供了良好的粘合性，盡管如此，當在更高的焊接溫度如240℃和更高時，它們還是有從它們的基材上脫層的趨向。
為了克服上述組合物制品的脫層問題，本發(fā)明在它的原始組成中指明了一導電聚合組合物包含選自導電金屬，合金及其它們混合物的導電固體的微細分散顆粒(1)分散在一有機介質(zhì)，此介質(zhì)包含(2)一丙烯聚合物或共聚物和(3)具有一高于300℃的熱降解溫度溶于(4)揮發(fā)性有機溶劑中的網(wǎng)狀聚合物。
在優(yōu)選組成中，本發(fā)明指出了上述組合物另外還包含軟化點不低于290℃的以金屬氧化物為基體材料的微小分散顆粒。
附圖由兩張圖組成，兩張解說明了本發(fā)明組合物當在其中包含一定的含金屬氧化物材料的量時的焊接能力和抗焊接滲漏性的相關(guān)性。
A.本發(fā)明的詳細說明導電樹脂組合物膜脫層的原因之一是當其暴露在200℃或更高的溫度時在液化的丙烯酸樹脂的粘度會急劇下降，因此在焊接時，很不希望看到當加入顆粒狀主要是金屬氧化物的材料結(jié)合以更高的耐熱性聚合物時所導致的聚合物的流動抑制?？紤]到丙烯酸樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變通常為110℃或更低的溫度的這個事實，就特別不希望發(fā)生這種現(xiàn)象，假定本發(fā)明的含金屬氧化物的無機材料和耐高溫聚合物組份能改善耐焊性，當樹脂溫度提高到一高溫的同時覆蓋在導電填料，如銀粉等的表面，因而就減少了銀粉等與焊錫的接觸面積。已知的焊接步驟包括一些銀粉的遷移，當銀粉與焊錫接觸時，這種遷移是發(fā)生在導電聚合物組份膜到膜表面之間，而銀粉的遷移同樣會導致聚合物本身向膜表面的遷移，因此，銀粉表面的覆蓋就減少了能遷移到膜表面并與焊錫接觸的銀粉量，因而同樣抑制了樹脂的遷移，故可以想象這也延緩了膜從基體材料上的脫層，這點是很明顯地，丙烯酸或網(wǎng)狀樹脂必須液化到某種程度以容許銀粉移動并與焊錫接觸，以便使焊錫粘著在導電樹脂組合物膜上，因此，加入的無機或有機材料的量要限制在能使樹脂在高溫下能液化到某種程度的范圍內(nèi)，下面將詳細描述這些無機和有機材料。
B.丙烯酸聚合物組份各種烯不飽和丙烯酸單體的均聚物和共聚物都可用來作為本發(fā)明組合物的基本粘合劑樹脂。如這里所使用的，術(shù)語“丙烯酸的”包括甲基丙烯酸以及丙烯酸樹脂和術(shù)語“聚合物”包括共聚物和(多)共聚物。無論是丙烯酸聚合物或是網(wǎng)狀聚合物都可作為本發(fā)明的聚合物組份。合適的丙烯酸聚合物包括甲基丙烯酸酯的聚合物和共聚物。雖然不一定要丙烯酸聚合物具有高的熱降解溫度，但若能如此就相當理想。
在本發(fā)明組合物中基本粘合劑的量應至少為6份(重量)，基于100份的導電金屬，以便能很好地粘合顆粒固體。但是，所使用的基本粘合劑不應超過30份(重量)以免導電組合物的過分減少。
C.耐熱聚合物組份本發(fā)明組合物較佳的耐熱聚合物組份是每個分子中含12-200個碳原子，并且此聚合物必須在高達300℃，較佳為350℃時的溫度時也不會發(fā)生熱降解，450℃或更高溫度的熱降解仍可進一步優(yōu)選。網(wǎng)狀聚合物在這種性能方面是特別有用的，它包括可溶可熔酚醛清漆聚合物，苯氧樹脂和改性的松香聚合物。環(huán)氧樹脂和密胺樹脂同樣可應用于此用途。
用于本發(fā)明組合物的這些聚合物，優(yōu)選的量為每100份(重量)的導電填料中有2-40份(重量)。小于這個范圍時就不能充分改善抗焊性，大于此范圍時就會產(chǎn)生粘合焊接或阻抗值的問題。所使用的網(wǎng)狀樹脂的優(yōu)選量相當于3-10份(重量)，基于100份(重量)的導電金屬顆粒，所使用的有機材料的量以使用在按導電樹脂組合物應用的上述范圍內(nèi)有機材料的類型來選擇最佳值。
按在此處所使用的，術(shù)語“聚合物”和“樹脂”可互換。
D.以金屬氧化物為基體的材料用于本發(fā)明以金屬氧化物為基體的無機材料是金屬氧化物如TiO2，Al2O3，NiO，云母和金屬氧化物玻璃如硼硅酸鉛，這些無機材料也可以一混合物來使用。無機材料較佳是具有平均顆粒尺寸不超過10μm的顆粒狀材料。具有較大尺寸的材料將會產(chǎn)生膜表面的粗糙問題。加入的無機材料的量較佳為每100份(重量)的導電填料中含有3-50份(重量)，小于3份(重量)時就會導致不充分的抗焊性，大于50份(重量)時就會產(chǎn)生很差的焊接粘合性。堿金屬和鎘的氧化物是不包括在內(nèi)的。堿土金屬氧化物可用于本發(fā)明中，只要它們的熔點高于290℃。按100份(重量)的導電金屬顆粒，優(yōu)選使用的以金屬氧化物為基體的顆粒的量相當于10-40份(重量)。以金屬氧化物為基體的顆粒尺寸應在0.1-20微米的范圍內(nèi)，較佳為0.5-10微米。
E.導電金屬多種導體材料包括Au，Ag，Pd，Cu，Ni和合金以及它們的混合物都可用于本發(fā)明。導體金屬顆粒的粒子尺寸應在0.1-20微米的范圍內(nèi)，較佳為0.5-10微米。
F.溶劑用在本發(fā)明組合物液體介質(zhì)的溶劑同樣是那些常用的粘稠膜狀糊，這就是說，大量的惰性液體溶劑可作為液體有機介質(zhì)來使用，例舉這樣的液體有脂族醇，這種醇的酯，萜烯和溶劑如乙二醇-乙酸酯的一丁醚。
本發(fā)明分散體系中液體有機介質(zhì)與固體的比率隨著所使用的分散方式和有機物種類而可以有相當大的變化，通常要達到良好的覆蓋厚度分散體系必須包含補充的60-95%的固體和40-5%總量的液體介質(zhì)，當然，用于本發(fā)明的有機介質(zhì)可通過加入第二添加劑材料來改性，如觸變劑，增塑劑，表面活性劑等，只要上述原材料的基本性質(zhì)能保持不變。
本發(fā)明組合物可通過慣用的粘稠膜糊摻合無機顆粒和液體介質(zhì)組份，然后研磨此混合物而得到適合于絲網(wǎng)印刷的稠度和流變性能的固體微細分散體系的方法制備而得。
實施例實施例1-5一組五種導電樹脂組合物是通過加入無機材料，TiO2來制備的銀丙烯酸型導電組合物TiO2加入的各種量在表1中給出。表1中指出的TiO2的量是指每100份(重量)的銀粉中所含的份數(shù)(重量)。實施例1-5是使用甲基丙烯酸樹脂作為丙烯酸樹脂組份，用丁基乙酸溶纖劑作為溶劑，所使用的甲基丙烯酸樹脂的量為每100份(重量)的銀粉中為6.7份(重量);所使用的丁基乙酸溶纖劑的量為每100份(重量)的銀粉中為13.3份(重量)。
通過下述步驟來評定這些組合物的焊接粘合性和抗焊性。首先，將導電樹脂組合物印到氧化鋁基材上(Al2O3，96%)，產(chǎn)生厚度為10-30μm的干膜，在150℃時干燥60分鐘，然后和基材一起在一Pb/Sn低共熔焊錫(Pb/Sn＝40/60)中浸漬2秒鐘，接著測量基材上的殘留膜的面積和粘合在膜上的焊錫面積。焊接粘合性是通過(粘合在膜上的焊錫面積)/(基材上的殘留膜的面積)×100來評價的，抗焊性是通過(基材上的殘留膜的面積)/(焊接中浸漬前在基材上的膜面積)×100來評價的，所得結(jié)果由

圖1給出，在圖1中，曲線1代表焊接粘合性的變化，曲線2代表抗焊性的變化。
表1
實施例6-10將在實施例1-5中使用的同樣的銀丙烯酸導電樹脂組合物按表2所列混合不同數(shù)量的可溶可熔性酚醛清漆樹脂作為有有機材料組份來制備導電樹脂組份樣品6-10，表2中，所加入的可溶可熔性酚醛清漆樹脂的量基于每100份(重量)的銀粉中占有的份數(shù)(重量)與實施例1-5相似，同樣對這些組合物評價其焊接粘合性和抗焊性，結(jié)果在圖2中給出，在圖2中，曲線1代表焊接粘合性的變化，曲線2代表抗焊性的變化。
表2
圖1和圖2中列出的結(jié)果說明了恰當選擇所加入的無機材料和有機材料的數(shù)量就可能制得具有改善了的抗焊性而仍能保持良好焊接粘合性的導電樹脂組合物膜。
權(quán)利要求
1.一種導電厚膜樹脂組合物，它包含微細分散的顆粒(1)某種分散在液體有機介質(zhì)中的導電金屬，以100份重量導電金屬為基準，(2)6-30份丙烯酸聚合物基本粘合劑，和(3)2-40份具有一熱降解溫度不低于300℃的溶于(4)揮發(fā)性有機溶劑中的網(wǎng)狀樹脂輔助粘合劑。
2.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于其中還分散有3-50份具有軟化點不低于290℃的以金屬氧化物為基體的材料微細分散顆粒。
3.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于以金屬氧化物為基體的材料選自以金屬氧化物為基體的玻璃，非堿金屬氧化物及其混合物。
4.如權(quán)利要求3所述的組合物，其特征在于以金屬氧化物為基體的材料是選自TiO2，Al2O3，NiO和它們的混合物的某種金屬氧化物。
5.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于助粘合劑選自可溶可熔性酚醛清漆樹脂，苯氧樹脂，改性松香樹脂，環(huán)氧樹脂，密胺樹脂和它們的混合物。
6.導電線路是通過將權(quán)利要求1的糊狀組合物用絲網(wǎng)印刷將線路印刷到一基材上并在升高的溫度下將此組合物經(jīng)過一段時間加熱以使揮發(fā)性溶劑通過蒸發(fā)而得以完全去除而得。
全文摘要
一導電厚膜樹脂組合物包含導體金屬的微細分散顆粒導電金屬(1)它分散在一種液體有機介質(zhì)中，該介質(zhì)包含(2)丙烯酸聚合物基本粘合劑和(3)具有熱降解溫度不低于300℃的溶于(4)揮發(fā)性有機溶劑中的網(wǎng)狀樹脂助粘合劑。
文檔編號C08L33/02GK1074310SQ9210322
公開日1993年7月14日 申請日期1992年5月2日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月1日
發(fā)明者山元康夫, 稻葉明, 大羽隆元 申請人:E·I·內(nèi)穆爾杜邦公司