用于氮化铝衬底的厚膜印刷铜浆料制造技术

本发明专利技术提供一种导电浆料，其包含50wt.％至90wt.％的铜粒子、0.5wt.％至10wt.％的玻璃粉、0.1wt.％至5wt.％的粘附促进剂以及5wt.％至20wt.％的有机媒介物，所述粘附促进剂是选自由以下组成的组的成员中的至少一种：氧化亚铜、氧化钛、氧化锆、树脂酸硼、树脂酸锆、无定形硼、磷酸锂、氧化铋、氧化铝以及氧化锌。还提供一种物品，其包含氮化铝衬底和本发明专利技术的导电浆料。还提供一种用于形成导电电路的方法。

【技术实现步骤摘要】
用于氮化铝衬底的厚膜印刷铜浆料
本申请涉及适用于氮化错衬底的厚膜印刷（thick print)铜导电楽料组合物。本 文所描述的铜导电浆料组合物是可镀的并且适合用于引线接合。它们对下伏氮化铝衬底具 有极佳的粘附力。虽然不局限于这些应用，但是本文所描述的铜导电浆料组合物可在高温、 高电压和/或高电流强度的电子应用中（例如在电动车辆中）使用。 背景 近年来，对于在高温环境下使用的电路板、尤其是对于高功率应用，一直需要采用 氮化铝（A1N)衬底。由于A1N衬底极佳的特性，包括高热导率（lSOWn^IT 1至ZOOWn^r1)和 低热膨胀系数（CTE) Gppmr1至4. δρρπιΓ1)，它们一直是有希望的候选物。高热导率和低CTE 的组合给予氮化铝良好的抗热震性。此外，氮化铝具有超过铝和氧化铍的抗弯强度，表现出 使其能够易于加工的低硬度，并且在氧化环境中超过900°C的温度下以及还原环境中高达 1600°C的温度下是稳定的。 尽管有氮化铝的希望，但是由于缺乏充分粘附到氮化铝或含氮化铝衬底的相容厚 膜浆料组合物，所以在这些材料上涂覆厚膜受到严重限制。为了将金属导体粘附到氮化铝 衬底，通常使用通过在金属和衬底之间形成的薄反应层（氧化物膜）来粘附所述导体的厚 膜技术，所述薄反应层是通过将原子形式的金属引入到陶瓷衬底的表面，使得化学活性极 高的金属与存在于衬底表面的过量氧键合而形成。 因此，需要表现出高稳定性以及对下伏氮化铝衬底极佳的粘附特性的新型金属 导电浆料组合物。 概述 本专利技术提供一种导电浆料组合物，其在涂覆到氮化铝衬底时表现出极佳的粘附特 性。 本专利技术提供一种导电楽料，其包含50wt. %至90wt. %的铜粒子、0. 5wt. %至 10wt. %的玻璃粉、0· lwt. %至5wt. %的粘附促进剂以及5wt. %至20wt. %的有机媒介物， 所述粘附促进剂是选自由以下组成的组的成员中的至少一种：氧化亚铜、氧化钛、氧化锆、 树脂酸硼、树脂酸锆、无定形硼、磷酸锂、氧化铋、氧化铝以及氧化锌。 根据本专利技术的一个方面，所述铜粒子包含以下中的至少一种：具有约2. 0 μ m至 2. 9 μ m的中值粒径（d5CI)的第一铜粒子、具有约3. Ομπι至3. 9μπι的中值粒径（d5CI)的第二 铜粒子，或具有约4. Ομπι至4. 9μηι的中值粒径（d5Q)的第三铜粒子。 根据本专利技术的优选实施方案，所述第一铜粒子具有约2. 5 μ m的中值粒径（d5CI)。根 据本专利技术的另一个优选实施方案，所述第二铜粒子具有约3.5μπι的中值粒径（d 5CI)。根据 本专利技术的另外一个优选实施方案，所述第三铜粒子具有约4. 5 μ m的中值粒径（d5Q)。 根据本专利技术的优选实施方案，所述第一铜粒子具有约〇. 25m2/g至0. 50m2/g的比 表面积。根据本专利技术的另一个优选实施方案，所述第二铜粒子具有约〇. 25m2/g至0. 75m2/ g的比表面积。根据本专利技术的另外一个优选实施方案，所述第三铜粒子具有约0. 25m2/g至 0. 50m2/g的比表面积。 根据本专利技术的优选实施方案，所述第一铜粒子占所述导电浆料的约45wt. %至 约65wt. %。根据本专利技术的另一个优选实施方案，所述第二铜粒子占所述导电浆料的约 15wt. %至约30wt. %。根据本专利技术的另外一个优选实施方案，所述第三铜粒子占所述导电 楽料的约5 wt. %至约15wt. %。 根据本专利技术的另一个方面，所述玻璃粉包含大致上不含铅的氧化物。 根据本专利技术的优选实施方案，所述玻璃粉包含铋、硼和硅的氧化物。根据本专利技术的 另一个优选实施方案，所述玻璃粉包含约45 %至65 %的Bi203、25 %至45 %的Si02以及1 % 至15%的氏03，优选50%至60%的扮203、30%至40%的510 2以及1%至10%的氏03，最优 选55%至60%的Bi20 3、35%至40%的Si02以及5%至10%的氏03。 根据本专利技术的优选实施方案，所述玻璃粉占所述导电浆料的约〇.5wt. %至约 5wt. %，更优选占所述导电楽料的约0. 5wt. %至约1. 5wt. %。根据本专利技术的另一个优选实 施方案，所述粘附促进剂是氧化钍。 根据本专利技术的优选实施方案，所述有机媒介物包含粘合剂和有机溶剂。根据本发 明的另一个优选实施方案，所述有机媒介物包含丙烯酸粘合剂和texanol。根据本专利技术的另 外一个优选实施方案，所述有机媒介物占所述导电楽料的约5 wt. %至约15wt. %。根据本 专利技术的另一个优选实施方案，所述有机媒介物占所述导电楽料的约5wt. %至约10wt. %。 根据本专利技术的优选实施方案，所述导电浆料进一步包含氧化铜。根据本专利技术的另 一个优选实施方案，所述氧化铜占所述导电楽料的约〇. 5wt. %至约3wt. %。 本专利技术还提供一种物品，其包含：（a)氮化铝衬底，以及（b)包含如前文所描述的 导电浆料的导电电极。在一个实施方案中，烧制所述导电浆料以形成所述导电电极。 本专利技术进一步提供一种用于形成导电电路的方法，其包括：（i)在氮化铝衬底上 沉积第一层基底层导电浆料，其中所述基底层导电浆料如前文所描述，（ii)将具有所沉积 的基底层导电浆料的所述氮化铝衬底在约100°c至约125°C的温度下干燥约5分钟至约10 分钟，（iii)使所沉积的基底层导电浆料和氮化铝衬底在包含约lppm至约20ppm氧的氮氛 围中，经受约900°C至约1000°C的温度，（iv)在所述衬底上沉积第二层顶层导电浆料，其中 所述顶层导电浆料是如前文所描述的导电浆料，（v)将具有所沉积的顶层导电浆料的所述 氮化铝衬底在约l〇〇°C至约125°C的温度下干燥约5分钟至约10分钟，以及（vi)使所沉积 的层和氮化铝衬底在包含约lppm至约20ppm氧的氮氛围中，经受约900°C至约1000°C的温 度。根据本专利技术的优选实施方案，步骤（iv)至步骤（vi)可重复1至10次。 根据本专利技术的优选实施方案，所述基底层导电浆料包含约lwt. %至约5wt. % 的玻璃粉。根据本专利技术的另一个优选实施方案，所述顶层导电浆料包含约〇.5wt. %至约 1.5wt. %的玻璃粉。 根据本专利技术的优选实施方案，所述基底层导电浆料包含约lwt. %至约5wt. %的 粘附促进剂，优选约2wt. %至约4wt. %，更优选约3wt. %的粘附促进剂。根据本专利技术的另 一个优选实施方案，所述顶层导电楽料包含约〇. 25wt. %至约1. 25wt. %的粘附促进剂，优 选约0. 75wt. %至约1. 25wt. %，更优选约lwt. %的粘附促进剂。 根据本专利技术的优选实施方案，所述粘附促进剂是氧化铋。 根据本专利技术的优选实施方案，所述氮氛围包含约lppm至约lOppm氧。根据本专利技术 的另一个优选实施方案，所述氮氛围包含约lppm至约3ppm氧。 根据本专利技术的优选实施方案，使所沉积的层和氮化铝衬底经受一定温度的步骤包 括从室温加热至约950°C，持续约5分钟至约10分钟并且接着冷却至室温。 通过以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电浆料，其包含：50wt.％至90wt.％的铜粒子；0.5wt.％至10wt.％的玻璃粉；0.1wt.％至5wt.％的粘附促进剂，所述粘附促进剂是选自由以下组成的组的成员中的至少一种：氧化亚铜、氧化钛、氧化锆、树脂酸硼、树脂酸锆、无定形硼、磷酸锂、氧化铋、氧化铝以及氧化锌；以及5wt.％至20wt.％的有机媒介物。

【技术特征摘要】
2013.06.07 US 61/832,4261. 一种导电浆料，其包含： 50wt. %至90wt. %的铜粒子； 0· 5wt. %至10wt. %的玻璃粉； 0. lwt. %至5wt. %的粘附促进剂，所述粘附促进剂是选自由以下组成的组的成员中的 至少一种：氧化亚铜、氧化钛、氧化锆、树脂酸硼、树脂酸锆、无定形硼、磷酸锂、氧化铋、氧化 铝以及氧化锌；以及 5wt. %至20wt. %的有机媒介物。2. 如权利要求1所述的导电浆料，其中所述铜粒子包含以下至少一种： 具有约2. 0 μ m至2. 9 μ m，优选约2. 5 μ m的中值粒径（d5CI)的第一铜粒子； 具有约3. 0 μ m至3. 9 μ m，优选约3. 5 μ m的中值粒径（d5CI)的第二铜粒子；以及 具有约4. 0 μ m至4. 9 μ m，优选约4. 5 μ m的中值粒径（d5Q)的第三铜粒子。3. 如权利要求1或2所述的导电浆料，其中所述第一铜粒子具有约0. 25m2/g至0. 5m2/ g的比表面积。4. 如前述权利要求中任一项所述的导电浆料，其中所述第二铜粒子具有约0. 25m2/g至 0. 75m2/g的比表面积。5. 如前述权利要求中任一项所述的导电浆料，其中所述第三铜粒子具有约0. 25m2/g至 0. 50m2/g的比表面积。6. 如前述权利要求中任一项所述的导电浆料，其中所述第一铜粒子占所述导电浆料的 约 45wt. %至约 65wt. %。7. 如前述权利要求中任一项所述的导电浆料，其中所述第二铜粒子占所述导电浆料的 约 15wt. %至约 30wt. %。8. 如前述权利要求中任一项所述的导电浆料，其中所述第三铜粒子占所述导电浆料的 约 5wt. %至约 15wt. %。9. 如前述权利要求中任一项所述的导电浆料，其中所述玻璃粉包含约45 %至65%的 803、25%至45%的5102，以及1%至15%的氏0 3，优选50%至60%的扮203、30%至40% 的Si02，以及1 %至10 %的B203，最优选55 %至60 %的Bi203、35 %至40 %的Si02，以及5 % 至 10%的 B203。10. 如前述权利要求中任一项所述的导电浆料，其中所述玻璃粉占所述导电浆料的约 0. 5wt. %至约...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·C·加西亚，M·斯格里西亚，M·查令斯沃斯，
申请(专利权)人：赫劳斯贵金属北美康舍霍肯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US