用于氮化铝基片上的厚膜导体组合物制造技术

本发明专利技术涉及一种用于氮化铝基片的导体厚膜组合物，其中使用了一种含硼的反应剂和一种金属氧化物以增强粘合力。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于氮化铝基片上的厚膜组合物。该组合物包含一种含硼反应剂和一种能增强对基片粘合力的金属氧化物。
技术介绍
近年来，用于线路板的氮化铝基片因为其高导热系数而被用于高温环境中。但是，为了将金属导体粘合于氮化铝基片，必须使用厚膜组合物，该组合物通过将金属以原子形式引入基片表面，从而能在组合物中的金属和基片之间形成一种活性薄层(氧化物膜)的。这种活性极高的金属，与存在于基片表面上的过量氧形成化学键合。Okamoto的美国专利6,103,146中描述了这种用于氮化铝基片上的组合物，其中的导电性粉末和金属硼化物分散在一种有机介质中。本专利技术提高了现有组合物的粘合性能。专利技术简述本专利技术涉及一种厚膜组合物，包括a)导电性粉末；b)含硼的反应剂，选自氧化硼，硼元素，金属硼化物和它们的混合；和c)金属氧化物；其中c)组分分散在有机介质中。专利技术详细说明本专利技术是一种用于氮化铝基片上的厚膜组合物。厚膜技术，包括其组合物，是电子工业有效制造混合电子线路的已经使用的方法。本文所述厚膜导体组合物的主要组分有导体粉末，含硼反应剂，和分散在有机介质中的金属氧化物。这些组分将在下文进行说明。A.导体粉末总的来说，厚膜组合物中包括一种使组合物具有适当的电性能的功能相。该功能相包括分散在有机介质中的导电功能粉末，该有机介质作为功能组分的赋形剂。加热组合物燃烧除去有机物，保留电功能特性。在燃烧前，加工要求包括一种可选的热处理，例如干燥，固化，回流，和厚膜
技术人员已知的其他方法。“有机物”包括厚膜组合物中的聚合物或树脂组分。本专利技术厚膜组合物中的导电功能粉末是导体粉末，可以包括一种单一类型的金属粉末，混合金属粉末，合金，或多种元素的化合物。金属粉末的粒径和形状不是特别重要的，只要其适合所应用的方法即可。这种粉末的一些例子包括金，银，铜，镍，铝，铂，钯，钼，钨，钽，锡，铟，镧，钆，硼，钌，钴，钛，钇，铕，镓，硫，锌，硅，镁，钡，铈，锶，铅，锑，导电碳，和它们的组合以及厚膜组合物领域的其他常用物质。B.含硼的反应剂含硼的反应剂选自硼和一种金属元素的组合，包括硼和一种金属元素的二元，三元和更多元的化合物(称作金属硼化物)；氧化硼和在燃烧条件下能产生氧化硼的原料(例如，硼酸，B2O3，和硼酸盐玻璃)；元素硼(水合的或无水的)和上述反应剂的混合物。另外，还包括在600-1000。的温度范围和空气中所有范围下加热后能产生B2O3的化合物。金属硼化物的一些例子包括TiB2，ZrB2，HfB2，UB2，NbB2，TaB2，CrB2，CoB，MoB2，W2B5，CaB6，SrB6，BaB6，LaB6，CeB6，PrB6，NdB6，SmB6，EuB6，Ni3B6和Ni2B6。向组合物中添加硼化物反应剂的量取决于使燃烧过程中由硼产生的B2O3不会发生玻璃化并覆盖在导体表面，不会导致焊剂润湿度变差。B2O3不利的降低焊剂润湿度的效应与所用贵金属的种类和形式有关，即，是纯物质或合金；与金属氧化物添加剂有关；与燃烧后的厚膜密度有关。因此，通过选择组合，就能防止在厚膜表面上形成玻璃状的B2O3，或玻璃状B2O3迁移到厚膜表面上。组合物中含硼反应剂的含量，以组合物总量为100重量份计，应该不超过1.6重量份，这样才能在将厚膜导体组合物应用于氮化铝基片时，不会导致焊剂润湿度变差。C.金属氧化物金属氧化物可以是一种金属氧化物粉末或不同金属氧化物粉末的混合。金属氧化物的一些例子包括Co3O4，Fe2O3，ZnO，SnO2，TiO2，ZrO2和它们的混合。金属氧化物能(1)在含硼反应剂存在条件下，与氮化铝基片反应，形成三元金属铝酸盐化合物或四元金属硼铝酸盐化合物，形成一种粘合和/或；(2)在含硼反应剂的玻璃状体(玻璃形成物)氧化后，将其改性，从而提高组合物的焊剂润湿度。而且，形成金属氧化物的组分能代替金属氧化物粉末或部分代替一些粉末。可以用多种方式制备金属氧化物；例如，在加工组合物的燃烧条件下，金属的氧化，金属碳酸盐的分解，从金属硫化物，硫酸盐，磷酸盐，硝酸盐，氮化物，硼化物，卤化物等转变。以组合物总重量为100重量份计，组合物中的金属氧化物不超过2重量份。含硼反应剂和金属氧化物的组合不超过3重量份。金属氧化物和含硼的反应剂在燃烧过程中与氮化铝基片反应，生成一种氧化反应产物(2Al2O3·B2O3)，该产物能提供导体和基片之间的粘合力。例如，TiO2与无水硼的组合在空气中与AlN反应，形成B2O3，2Al2O3·B2O3，和TiO2改性的B2O3玻璃。TiO2能阻止B2O3玻璃的形成和流动，从而提高金属导体厚膜组合物的焊剂润湿度。在另一个实施例中，向TiB2中添加Co3O4，与AlN反应，形成两个2Al2O3·B2O3和CoAl2O4界面(导体-基片界面)键合相。Co3O4还能阻止B2O3玻璃的形成和流动，从而提高焊剂润湿度。D.可选组分上述粉末细分散在一种有机介质中，而且可选存在无机粘合剂，陶瓷和填料，例如其他粉末或固体。厚膜组合物中，无机粘合剂的作用是，在燃烧后将颗粒彼此结合和将颗粒结合于基片上。无机粘合剂的例子包括玻璃粘合剂(玻璃料)，金属氧化物和陶瓷。可用于厚膜组合物的玻璃粘合剂是本领域的常用粘合剂。一些例子包括硼硅酸盐和铝硅酸盐玻璃。还有一些例子包括氧化物的组合，例如B2O3，SiO2，Al2O3，Bi2O3，CuO，CdO，CaO，BaO，ZnO，SiO2，Na2O，PbO和ZrO，可以单独使用，或以组合形式使用，形成玻璃粘合剂。此外，厚膜组合物中还可以包含其他金属颗粒和无机粘合剂颗粒，以提高组合物的各种性能，例如加工时的粘合性，烧结性能，加工性能，铜焊性能，软钎焊性能，可靠性等。E.有机介质粉末通常与一种有机介质(赋形剂)通过机械混合，形成糊状组合物，称为“浆料”，具有适合于印刷的稠度和流变性。可以用多种惰性液体作为有机介质。有机介质必须是能稳定地分散固体的那些。介质的流变性必须能使组合物具有很好的应用性能。这些性能包括足够稳定的固体分散性，组合物良好的施用性，适当的粘度，触变性，基片和固体适当的润湿度，良好的干燥速度，优良的燃烧性能好，和足以经受粗加工的干膜强度。有机介质在本领域为常用的，通常是聚合物在溶剂中形成的溶液。为此目的而最经常使用的树脂是乙基纤维素。树脂的其他例子包括乙基羟乙基纤维素，木松香，乙基纤维素和酚醛树脂的混合物，低级醇的聚甲基丙烯酸酯，还可以使用乙二醇单乙酸酯的单丁基醚。厚膜组合物中最广泛使用的溶剂是乙酸乙酯和萜，例如α-和β-萜烯醇或它们与其他溶剂的混合物，其他溶剂有如煤油，苯二甲酸二丁酯，卡必丁基醇，乙酸丁基卡必醇酯，己二醇和高沸点醇和醇酯。另外，赋形剂可以包括挥发性液体，用于在施用于基片后，促进其硬化。优选介质是基于乙基纤维素和β-萜烯醇的。通过这些溶剂和其他溶剂的各种组合，能获得要求的粘度和挥发性。将这些固体与基本惰性的液体介质(赋形剂)用行星式混料机进行机械混合，然后分散在三辊筒研磨机上，形成具有适于丝网印刷的稠度和流变性的糊状组合物。然后，使用厚膜
中已知的常用方法，将厚膜浆料印刷到氮化铝基片上。厚膜组合物中的有机介质对分散剂中无机固体的比例，取决于应用浆料的方法和所用有机介质的种类。为了获得良好本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种厚膜组合物，包含：ａ）导电粉末；ｂ）含硼的反应剂，选自氧化硼，元素硼，金属硼化物和它们的混合；和ｃ）金属氧化物；其中ｃ）组分分散在有机介质中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y王，AF卡罗尔，
申请(专利权)人：EI内穆尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]