聚合物厚膜铜导体组合物的光子烧结制造技术

本发明专利技术提供了使用聚合物厚膜铜导体组合物在电路中形成电导体的方法，所述方法包括使该沉积的厚膜铜导体组合物经受光子烧结。本发明专利技术还提供用于降低由聚合物厚膜导体组合物形成的电导体的电阻的方法，所述方法包括使所述电导体经受光子烧结的步骤。本发明专利技术还提供包含通过这些方法制成的电导体的装置。本发明专利技术还提供聚合物厚膜铜导体组合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于许多不同应用中的聚合物厚膜（PTF)铜导体组合物的光子固化。 在一个实施例中，PTF铜导体组合物被用作薄膜基板诸如聚酯或ΙΤ0溅镀玻璃上的丝网印 刷导体。PTF铜导体用作栅电极。该组合物还可用于任何其它需要导电性（低电阻率）的 应用。
技术介绍
本专利技术涉及用于电气装置中的聚合物厚膜铜导体组合物。由于银的低电阻率（〈50 毫欧/平方）和可靠性，PTF银导体在电子电路中作为选择的导体是十分普遍的。然而，近 年来，银的价格已增加了三倍至大约超过$30/金衡制盎司，并且因此变得太昂贵而不适合 在电路中使用。一直在寻找几乎不减弱电特性但降低成本的银的供选择的替代方案。本发 明的目的是提供此类供选择的替代方案。
技术实现思路
本专利技术提供用于在电路中形成电导体的方法，所述方法包括： a)提供基板； b)提供包含还原剂的聚合物厚膜铜导体组合物； c)将所述聚合物厚膜铜导体组合物施用到所述基板上；以及 d)使所述聚合物厚膜铜导体组合物经受光子烧结以形成所述电导体。 在一个实施例中，所述方法还包括干燥厚膜铜导体组合物的步骤，其中该步骤在 步骤（c)之后但在步骤（d)之前进行。在除去所有溶剂所必需的时间和温度下加工组合物。 干燥之后的光子烧结降低电阻率。 在一个实施例中，所述聚合物厚膜铜导体组合物包含： (a) 40至95重量％具有铜粉的颗粒，所述颗粒具有0. 2至10 μ m的平均粒度和在 0. 2至3. 0m2/g范围内的表面积/质量比；其分散于 (b) 4-35重量％有机介质中，所述有机介质包含 (1)苯氧基树脂、氨基甲酸酯树脂、酯树脂或唑啉树脂，其溶于 (2)有机溶剂中，所述有机溶剂包括二元酸酯、二醇醚、醇或它们的混合物； (c) 0· 25至5重量％还原剂，所述还原剂包含含羟基化合物；以及 (d)0. 0至5重量％用作稳定剂的表面活性剂； 其中所述重量％是基于所述聚合物厚膜铜导体组合物的总重量计的。 本专利技术还提供电气装置，所述电气装置包含通过上述方法的任何实施例形成的电 导体。 本专利技术还提供用于降低由包含还原剂的聚合物厚膜铜导体组合物形成的电导体 的电阻的方法，所述方法包括使电导体经受光子烧结的步骤。本专利技术还提供包含此类电导 体的电气装置。【具体实施方式】 一般来讲，厚膜组合物包含向组合物赋予适当电功能性质的功能相。功能相包 含分散于有机介质中的电功能粉，所述有机介质充当功能相的载体。一般来讲，在厚膜技 术中，焙烧组合物以烧尽有机物并赋予电功能性质。然而，在聚合物厚膜的情况下，有机物 (不是溶剂）在干燥后仍作为组合物的整体部分。如本文所用，"有机物"包括厚膜组合物 的聚合物、树脂或粘合剂组分。这些术语可互换使用，并且它们均表示相同事物。 在一个实施例中，聚合物厚膜导体铜组合物为包含分散于有机介质中的铜粉的聚 合物厚膜铜导体组合物，所述有机介质包含聚合物树脂和溶剂。用于聚合物厚膜导体铜组 合物的该实施例中的组分在下文中讨论。 聚合物厚腊铜导体组合物 A.铜导体粉末 聚合物厚膜铜导体组合物中的电功能粉是铜导体粉末。 铜粉的粒径和形状尤其重要，并且必须是对应用方法适当的。在一个实施例中，颗 粒为球形形状。在另一个实施例中，颗粒为薄片形式。在一个实施例中，颗粒为不规则形状。 铜颗粒的粒度分布对于本专利技术的效果而言也是关键的。作为实际情况，粒度在1至100 μ m 的范围内。在一个实施例中，平均粒度为0.2至10 μπι。此外，铜颗粒的表面积/质量比在 0. 2至3. 0m2/g的范围内。在另一个实施例中，铜颗粒具有薄片形式。 聚合物厚膜铜导体组合物包含40至95重量％铜粉，其中所述重量％是基于所述 聚合物厚膜铜导体组合物的总重量计的。 此外，已知可将少量的一种或多种其它金属加入铜导体组合物中以改善导体的特 性。此类金属的一些示例包括金、银、镍、铝、铂、钯、钼、钨、钽、锡、铟、镧、钆、硼、钌、钴、钛、 纪、铕、镓、硫、锌、娃、镁、钡、铺、锁、铅、铺、导电性碳以及它们的组合，以及厚膜组合物领域 中的其它常见金属。一种或多种附加的金属可占组合物总体重量的至多约1.0%。 B.有机介质 通常通过机械混合使铜粉与有机介质（载体）混合，以形成具有适于印刷的稠度 和流变特性的糊状组合物（称为"浆料"）。有机介质必须为使固体能够以适当的稳定性程 度在其中分散的物质。有机介质的流变性必须能赋予组合物良好的应用性质。此类特性包 括：具有适当的稳定性程度的固体分散、良好的组合物施涂、适当的粘度、触变性、基板与固 体适当的可润湿性、良好的干燥速率、以及足以经受粗糙处理的干燥薄膜强度。 有机介质包括聚合物在一种或多种有机溶剂中的溶液。在一个实施例中，所用 的聚合物树脂为通过使双酚A与表氯醇诸如PKHHK (InChem Corp.，Rock Hill，SC) 聚合而制得的苯氧基树脂、聚氨酯树脂、或聚酯树脂诸如Vitel': 22〇〇B (Bostic Limited， Stafford，UK)，其允许铜粉的高重量负载，并因此有助于实现对基板的良好粘附和低电 阻率（高电导率）两者，所述对基板的良好粘附和低电阻率为电路中导体的两种重要特 性。以商品名AquazoP出售的聚（2-乙基-2- _唑啉）是用作聚合物粘合剂的附加候 选。任选地，还可作为微量组分掺入弹性体诸如乙烯丙烯酸弹性体Vaniaeu (DuPont Co.， Wilmington，DE)以制备橡胶增韧粘合剂，其向固化的导体迹线赋予改善的耐烧曲性或抗皱 性。如果使用，则这种弹性体组分可以基于浆料中聚合物粘合剂的总重量计约5至50重 量％范围内的量掺入。多种惰性液体可用作有机介质中的溶剂。存在于厚膜组合物中的最广泛使用的溶 剂为乙酸乙酯和萜烯，诸如α -萜品醇或β-萜品醇或它们与其它溶剂的混合物，诸如煤 油、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二醇和高沸点醇以及醇酯。此 外，在载体中可包含挥发性液体以促进载体在施用在基板上之后快速硬化。在本专利技术的许 多实施例中，可以使用溶剂诸如二醇醚、酮、酯和相似沸点（在180°C至250°C范围内）的其 它溶剂、以及它们的混合物。在一个实施例中，有机介质包含二元酸酯DBE-3 (DuPont Co.， Wilmington，DE)。配制这些溶剂和其他溶剂的各种组合，以达到所需的粘度和挥发性要求。 聚合物厚膜铜导体组合物包含4至35重量％有机介质，其中所述重量％是基于聚 合物厚膜铜导体组合物的总重量计的。 C.还原剂 铜粉将一般具有外部氧化层，所述外部氧化层由氧化铜、氧化亚铜、氢氧化铜、或 这些氧化物中的两种或更多种物质的混合物组成。氧化层为绝缘体并且可因此抑制铜粉作 为导体的性能。因此，印刷迹线的电阻率可以不可取地高。因此，浆料组合物包含能够在光 子烧结过程期间将氧化铜层还原成铜金属的有机化合物。适用于该还原的有机化合物包括 羧酸或含羟基化合物。在一个实施例中，还原剂选自三乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺和丙二 酸。 聚合物厚膜铜导体组合物包含0. 25至5重量％含羟基化合物，其中所述重量％是 基于聚合物厚膜铜导体组合物的总重量计的。 D.稳宙剂 丙二酸还具有增强厚膜铜导体浆料组合物的粘度稳定性的附加有益本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在电路中形成电导体的方法，所述方法包括：a)提供基板；b)提供包含还原剂的聚合物厚膜铜导体组合物；c)将所述聚合物厚膜铜导体组合物施用到所述基板上；以及d)使所述聚合物厚膜铜导体组合物经受光子烧结以形成所述电导体。

【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：J·D·萨默斯，
申请(专利权)人：EI内穆尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：美国;US