Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine leitfähige
Kupferpastenzusammensetzung, die Kupfermetallpulver enthält, das
zufriedenstellende elektrische Leitfähigkeit gewährleistet. Spezieller
betrifft die Erfindung eine leitfähige
Kupferpastenzusammensetzung, die einfach, z. B. durch Siebdruck, auf ein
isolierendes Substrat aufgetragen werden kann, um eine leitende
Schaltung zu bilden, die nach thermischem Aushärten direkt
lötfähig ist.
Beschreibung des Standes der Technik
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Mit einem spezifischen Widerstand in der Größenordnung von
10&supmin;&sup4;Ω·cm wurde leitfähige Silberpaste beim Herstellen
gedruckter Schaltungen für elektronische Systeme in großem
Umfang verwendet. Jedoch ist Silberpulver so teuer, daß es zu
einem nicht verlässigbaren Anteil zu den Herstellungskosten
beiträgt. Wenn an eine leitfähige Schaltung mit Silberpaste
in hochfeuchter Atmosphäre eine Gleichspannung angelegt
wird, kommt es darüber hinaus zu einer Wanderung von Silber,
was einen Kurzschluß verursacht. Daher bestand Nachfrage
nach der Entwicklung einer weniger teuren Kupferpaste, die
dazu in der Lage ist, die Silberpaste zu ersetzen.
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Eine bekannte, leitfähige Kupferpaste besteht aus
Kupferpulver und einem wärmehärtbaren Harz; wenn jedoch ein Film aus
dieser Kupferpaste durch Erwärmen ausgehärtet wird,
verbindet sich das leicht oxidierbare Kupfer mit dem Sauerstoffin
der Luft und mit dem Binderharz, um auf der Oberfläche der
Kupferteilchen einen Oxidfilm auszubilden, was der
elektrischen Leitfähigkeit in beträchtlicher Weise entgegensteht.
Mit fortschreitender Zeit verliert darüber hinaus der aus
dieser Kupferpaste gebildete Film seine elektrische
Leitfähigkeit völlig. Um diesen Nachteil zu überwinden, wurde es
vorgeschlagen, verschiedene Zusätze hinzuzufügen, um
Oxidation des Kupferpulvers zu verhindern und dadurch eine
Kupferpaste bereitzustellen, die Dauerleitfähigkeit aufweist
(Beschreibung einer Japanischen Patentoffenlegung Kokai 61-
31454 oder EP-A-0144849).
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Diese Kupferpasten weisen jedoch die Schwierigkeit auf, daß
die sich ergebenden Filme nicht direkt lötfähig sind. So ist
es erforderlich, da die aus den bekannten Kupferpasten auf
isolierenden Substraten ausgebildeten leitfähigen
Schaltungen nicht direkt gelötet werden können, den Schaltungsfilm
einer Aktivierungsbehandlung zu unterziehen und ihn stromlos
oder durch Eintauchplattierung vor dem Löten zu beschichten,
wobei der Film als negative Elektrode verwendet wird. In
solchen Fällen muß die Verbindung zwischen dem Film und der
Kupferplatte zwingend und fest sein, und es ist auch eine
Ausrüstung zur Beseitigung des Galvanisierabwassers
erforderlich. Daher war es deutlich, daß mit einer Kupferpaste,
die direktes Löten ohne Erfordernis des stromlosen und/oder
des Elektroplattierens zulassen würde, der Prozeß zum
Herstellen gedruckter Schaltungen drastisch vereinfacht werden
könnte und der sich ergebende wirtschaftliche Vorteil
beträchtlich wäre.
Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine leitfähige
Kupferpastenzusammensetzung anzugeben, die:
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(1) hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit einer
Silberpaste entspricht,
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(2) durch Siebdruck, Tiefdruck, Bürstenstrichbeschichtung,
Sprühbeschichtung oder dergleichen aufgetragen werden kann,
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(3) gute Haftfestigkeit zu einem isolierenden Substrat
aufweist,
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(4) eine Schaltung mit feinen Leitungen bilden kann,
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(5) gut lötfähig ist,
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(6) Dauerleitfähigkeit der lötmittelbeschichteten,
leitfähigen Schaltung aufweist.
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Die obigen Aufgaben werden mit einer
Kupferpastenzusammensetzung erzielt, wie sie durch Anspruch 1 oder Anspruch
definiert ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Eine der erfindungsgemäßen leitfähigen
Kupferpastenzusammensetzungen weist ein Kupfermetallpulver, eine Harzkomponente,
zu der ein wärmehärtbares Harz gehört, eine Fettsäure oder
ein Metallsalz derselben, einen Metall-Chelatbildner und
einen Lötbeschleuniger auf.
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Das Kupfermetallpulver zur Verwendung bei der Ausführung der
Erfindung kann nach Wahl geformt sein, also plattenförmig,
dendritisch, kugelförmig oder zufällig geformt sein. Der
Teilchendurchmesser des Kupfermetallpulvers ist vorzugsweise
nicht größer als 100 um und er liegt, für noch bessere
Ergebnisse, im Bereich von 1 bis 30 um. Kupferteilchen, die
einen kleineren Durchmesser als 1 um aufweisen, werden
leicht oxidiert, wodurch die elektrische Leitfähigkeit und
die Lötbarkeit des Films nachteilig beeinflußt werden.
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Gegenüber der Harzkomponente wird das Kupfermetallpulver im
allgemeinen im Bereich von 85 bis 95 Gewichtsprozent,
vorzugsweise im Bereich von 87 bis 93 Gewichtsprozent
verwendet. Wenn der Anteil des Kupfermetallpulver unter 85
Gewichtsprozent liegt, verschlechtern sich sowohl die
Leitfähigkeit als auch die Lötfähigkeit des sich ergebenden Films.
Wenn dagegen der Anteil des Kupfermetallpulvers 95
Gewichtsprozent
überschreitet, wird es nicht ausreichend stark
gebunden und der sich ergebende Film wird brüchig und weist
geringere Leitfähigkeit auf und ist schlecht mit Siebdruck
aufbringbar.
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Das erfindungsgemäß verwendete wärmehärtbare Harz soll das
Kupfermetallpulver und andere Komponenten der
erfindungsgemäßen leitfähigen Kupferpastenzusammensetzung aneinander
binden; es kann eine Substanz mit hohem Molekulargewicht
sein, die bei Umgebungstemperatur flüssig ist, jedoch beim
Erwärmen aushärtet. Demgemäß zählen zum wärmehärtbaren Harz
z. B. Phenolharze, Acrylharze, Epoxidharze, Polyesterharze
und Xylolharze, um einige wenige zu nennen. Bevorzugt ist
ein Phenolharz im Resolzustand.
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Wenn die Harzkomponente alleine aus einem solchen
wärmehärtbaren Harz besteht, wird sie im Bereich von 15 bis 5
Gewichtsprozent relativ zum Kupfermetallpulver verwendet. Die
Summe aus dem Kupfermetallpulver und dem wärmehärtbaren Harz
wird als 100 Teile genommen. Wenn der Anteil des
wärmehärtbaren Harzes unter 5 Gewichtsprozent liegt, wird das
Kupfermetallpulver nicht ausreichend gebunden, der sich ergebende
Film wird spröde und brüchig und weist schlechtere
Leitfähigkeit auf, und die Auftragbarkeit der Zusammensetzung
durch Siebdruck wird nachteilig beeinflußt. Wenn dagegen der
Anteil des wärmehärtbaren Harzes 15 Gewichtsprozent
überschreitet, nimmt die Lötbarkeit der Zusammensetzung ab.
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Die Fettsäure, die erfindungsgemäß verwendet wird, kann
entweder eine gesättigte Fettsäure oder eine ungesättigte
Fettsäure sein. Beispiele für solche gesättigten Fettsäuren sind
Fettsäuren mit 16 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie
Palmitinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure usw. Beispiele für die
ungesättigten Fettsäuren sind solche, die 16 bis 18
Kohlenstoffatome enthalten, wie Zoomarinsäure, Ölsäure, Linolensäure
usw. Das oben genannte Metallsalz einer Fettsäure kann z. B.
das entsprechende Kalium-, Kupfer- oder Aluminiumsalz sein.
Diese Fettsäuren und ihre Metallsalze können alleine oder in
Kombination verwendet werden. Wenn derartige Fettsäuren oder
Metallsalze mit dem Kupfermetallpulver und der
Harzkomponente zusammengebracht werden, tragen sie zur gleichförmigen
Dispersion des Kupfermetallpulvers in der Harzkomponente
bei, um dadurch einen hochleitfähigen Film zu bilden.
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Die Fettsäure oder ihr Metallsalz wird im Bereich von 1 bis
8 Gewichtsprozent auf jeweils 100 Gewichtsteile
Kupfermetallpulver und zugemischter Harzkomponente verwendet,
vorzugsweise im Bereich von 2 bis 6 Gewichtsteilen auf
derselben Grundlage. Wenn der Anteil der Fettsäure oder ihres
Metallsalzes kleiner als 1 Gewichtsteil ist, wird der
Knetvorgang, wie er erforderlich ist, um das Kupfermetallpulver
gleichförmig in der Harzkomponente zu verteilen,
zeitaufwendig. Wenn der Anteil über 8 Gewichtsteilen liegt, wird die
Leitfähigkeit des Films nachteilig beeinflußt und die
Haftfestigkeit zwischen dem Film und dem Substrat geht verloren.
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Der Metall-Chelatbildner, wie er erfindungsgemäß verwendet
wird, ist mindestens eine Substanz, die aus aliphatischen
Aminen ausgewählt ist, wie Monoethanolamin, Diethanolamin,
Triethanolamin, Ethylendiamin, Triethylendiamin,
Triethylentetramin usw. Der Metall-Chelatbildner verhindert nicht nur
Oxidation des Kupfermetallpulvers, um so zum Beibehalten der
Leitfähigkeit beizutragen, sondern er wirkt auch
synergetisch mit dem nachfolgend angegeben Lötbeschleuniger
zusammen, um verbesserte Lötfähigkeit zu gewährleisten. Z.B. kann
zufriedenstellendes Löten auf dem Film nicht erzielt werden,
wenn die Zusammensetzung lediglich aus Kupfermetallpulver,
wärmehärtbarem Harz und dem Lötbeschleuniger besteht, jedoch
führt der Einschluß eines solchen Metall-Chelatbildners zu
zufriedenstellender Lötbarkeit. So ist der Synergetische
Beitrag des Metall-Chelatbildners von großer Bedeutung.
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Der Metall-Chelatbildner wird im Bereich von 1 bis 50
Gewichtsteilen auf jeweils 100 Gewichtsteile des
Kupfermetallpulvers und der zugesetzten Harzkomponente verwendet,
vorzugsweise im Bereich von 5 bis 30 Gewichtsteilen auf
derselben Grundlage. Wenn der Metall-Chelatbildner mit weniger als
5 Gewichtsprozent vorhanden ist, geht die Leitfähigkeit des
Films verloren, wobei auch die Lötfähigkeit negativ
beeinflußt wird. Wenn dagegen der Anteil 50 Gewichtsteile
überschreitet, nimmt die Viskosität der Zusammensetzung ab, was
der Druckfähigkeit entgegensteht.
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Der beim Ausführen der Erfindung verwendete Lötbeschleuniger
ist eine Hydroxydicarboxylsäure oder eine
Aminodicarboxylsäure oder ein Metallsalz derselben, und es wird mindestens
eine Substanz verwendet, die z. B. unter Weinsäure,
Apfelsäure, Glutaminsäure, Asparaginsäure usw. wie auch Metallsalzen
solcher Säuren ausgewählt ist.
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Der Lötbeschleuniger wird im Bereich von 0,1 bis 2,5
Gewichtsteilen auf jeweils 100 Gewichtsteile des
Kupfermetallpulvers und der zugesetzten Harzkomponente verwendet,
vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2,0 Gewichtsteilen auf
derselben Grundlage. Wenn der Anteil des Lötbeschleunigers
unter 0,1 Gewichtsteilen liegt, ist die Lötbarkeit des Films
schlecht. Wenn dagegen der Anteil 2,5 Gewichtsteile
überschreitet, werden sowohl die Leitfähigkeit als auch die
Lötbarkeit des sich ergebenden Films negativ beeinflußt.
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Um die Viskosität der erfindungsgemäßen, leitfähigen
Pastenzusammensetzung einzustellen, kann ein übliches organisches
Lösungsmittel oder mehrere derselben nach Bedarf verwendet
werden. Z.B. können bekannte Lösungsmittel wie
Butylcarbitol, Butylcarbitolacetat, Butylcellosolve,
Methylisobutylketon,
Toluol, Xylol usw. verwendet werden.
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Als Harzkomponente kann eine Mischung aus einem
wärmehärtbaren Harz und einem Metalloberflächen-Aktivierungsharz
verwendet werden. Das Metalloberflächen-Aktivierungsharz ist
mindestens eine Substanz, die aus aktiviertem Colophonium
und verschiedenen modifizierten Colophoniumarten wie
teilweise hydriertem Colophonium, vollständig hydriertem
Colophonium, verestertem Colophonium, melainsäureverestertem
Colophonium, disproportioniertem Colophonium, polymerisiertem
Colophonium usw. ausgewählt ist. Bevorzugt werden
aktiviertes Colophonium oder maleinsäureverestertes Colophonium.
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Relativ zur gesamten Harzkomponente wird das
Metalloberflächen-Aktivierungsharz im Bereich von 2 bis 30
Gewichtsprozent verwendet, wobei der bevorzugte Bereich 5 bis 10
Gewichtsprozent ist. Selbst wenn der Anteil des
Metalloberflächen-Aktivierungsharzes unter 2 Gewichtsprozent liegt, ist
der Film direkt lötfähig, solange der Metall-Chelatbildner
und der Lötbeschleuniger in ausreichenden Mengen vorhanden
sind, jedoch führt die Verwendung des
Metalloberflächen-Aktivierungsharzes im oben angegebenen bevorzugten Bereich zur
Ausbildung einer glatten Lötfläche mit metallischem Glanz.
Wenn der Anteil des Metalloberflächen-Aktivierungsharzes in
der Harzkomponente über 30 Gewichtsprozent liegt, wird
dagegen die Leitfähigkeit des sich ergebenden Films negativ
beeinflußt und es ist keine weitere Verbesserung der
Lötbarkeit zu erwarten.
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Als Harzkomponente in der erfindungsgemäßen, leitfähigen
Kupferpastenzusammensetzung kann eine Mischung aus einem
wärmehärtbaren Harz, einem
Metalloberflächen-Aktivierungsharz und einem körnigen Phenolharz verwendet werden. Das
körnige Phenolharz soll dazu dienen, das Kupfermetallpulver
und andere Komponenten der leitfähigen Paste miteinander zu
verbinden und es versieht das wärmehärtbare Harz mit
Zähigkeit und Elastizität, um die Flexibilität des ausgehärteten
Films zu verbessern. Daher trägt es dazu bei, mikrofeine
Risse im gehärteten Film zu verhindern, um durch Risse
hervorgerufene unterbrochene Schaltungen zu vermeiden, und es
verbessert die Haftfestigkeit zwischen dem Film und dem
keramischen, isolierenden Substrat, wie einem isolierenden
Aluminiumoxidsubstrat. Als bevorzugtes Beispiel des körnigen
Phenolharzes kann Bell Pearl genannt werden, wie es von
Kanebo, Ltd. bezogen werden kann.
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Wenn eine Mischung aus einem wärmehartbaren Harz, einem
Metalloberflächen-Aktivierungsharz und einem teilchenförmigen
Phenolharz als Harzkomponente verwendet wird, trägt das
teilchenförmige Phenolharz zu 5 bis 50 Gewichtsprozent der
gesamten Harzkomponente bei, vorzugsweise zu 20 bis 40
Gewichtsprozent auf derselben Grundlage. Wenn der Anteil des
genannten, teilchenförmigen Phenolharzes unter 5
Gewichtsprozent ist, besteht die Neigung, daß sich mikrofeine Risse
im ausgehärteten Film ausbilden. Wenn dagegen der Anteil
über 50 Gewichtsprozent beträgt, verschlechtert sich die
Lötbarkeit des sich ergebenden Films. Der Anteil des
Metalloberflächen-Aktivierungsharzes in der gesamten
Harzkomponente beträgt 2 bis 30 Gewichtsprozent und liegt vorzugsweise
im Bereich von 5 bis 10 Gewichtsprozent. Der Anteil des
wärmehärtbaren Harzes bezogen auf die gesamte Harzkomponente
beträgt 93 bis 20 Gewichtsprozent.
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Eine andere erfindungsgemäße, leitfähige
Kupferpastenzusammensetzung weist ein Kupfermetallpulver, eine Harzkomponente
einschließlich eines Metalloberflächen-Aktivierungsharzes
und eines wärmehärtbaren Harzes, eine Fettsäure oder ein
Salz einer solchen sowie einen Metall-Chelatbildner auf.
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Das Kupfermetallpulver wird im Bereich von 85 bis 95
Gewichtsprozent bezogen auf die Harzkomponente verwendet und
liegt vorzugsweise im Bereich von 87 bis 93 Gewichtsprozent
auf derselben Grundlage. Wenn der Anteil des
Kupfermetallpulvers unter 85 Gewichtsprozent liegt, ist die Lötbarkeit
des sich ergebenden Films nicht so gut, wie dies erwünscht
ist. Wenn dagegen der Anteil über 95 Gewichtsprozent liegt,
wird das Kupfermetallpulver nicht angemessen gebunden, der
Film wird spröde und brüchig, die Leitfähigkeit des Films
geht verloren und die Auftragbarkeit der Zusammensetzung
durch Siebdruck wird nachteilig beeinflußt.
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Bezogen auf die gesamte Harzkomponente wird das
Metalloberflächen-Aktivierungsharz im Bereich von 2 bis 30
Gewichtsprozent verwendet, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10
Gewichtsprozent. Wenn der Anteil des
Metalloberflächen-Aktivierungsharzes unter 2 Gewichtsprozent liegt, ist die
Lötbarkeit des sich ergebenden Films schlecht. Wenn der Anteil
dagegen 30 Gewichtsprozent übersteigt, geht die
Leitfähigkeit des Films verloren und es kann keine weitere
Verbesserung der Lötbarkeit erwartet werden. Der Anteil des
wärmehartbaren Harzes bezogen auf die gesamte Harzkomponente
liegt im Bereich von 98 bis 70 Gewichtsprozent.
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Bezogen auf das Kupfermetallpulver wird die Harzkomponente
im Bereich von 15 bis 5 Gewichtsprozent verwendet. Die Summe
aus dem Kupfermetallpulver und der Harzkomponente wird zu
100 Gewichtsteilen genommen. Wenn der Anteil der
Harzkomponente unter 5 Gewichtsprozent liegt, wird das
Kupfermetallpulver nicht ausreichend gebunden, der sich ergebende Film
wird spröde und brüchig, die elektrische Leitfähigkeit des
Films wird negativ beeinflußt und die Auftragbarkeit der
Zusammensetzung durch Siebdruck verschlechtert sich. Wenn der
Anteil dagegen 15 Gewichtsprozent überschreitet, geht die
Lötbarkeit des Films mit unerwünschtem Ausmaß verloren.
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Die Fettsäure oder ihr Metallsalz wird im Bereich von 1 bis
8 Gewichtsteile auf jeweils 100 Gewichtsteile des
Kupfermetallpulvers und der zugesetzten Harzkomponente verwendet und
liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 6 Gewichtsteilen auf
derselben Grundlage. Wenn der Anteil der Fettsäure oder des
Metallsalzes unter 1 Gewichtsteil liegt, wird der
Knetvorgang, wie er zum gleichförmigen Verteilen der
Kupfermetallteilchen in der Harzkomponente erforderlich ist,
zeitaufwendig. Wenn der Anteil dagegen 8 Gewichtsteile übersteigt,
geht die Leitfähigkeit des Films verloren und die
Haftfestigkeit zwischen dem Film und dem Substrat wird ebenfalls
nachteilig beeinflußt.
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Der Metall-Chelatbildner verhindert nicht nur Oxidation des
Kupfermetallpulvers, um dadurch zum Beibehalten der
Leitfähigkeit beizutragen, sondern er wirkt auch synergetisch mit
dem Metalloberflächen-Aktivierungsharz so zusammen, daß er
verbesserte Lötbarkeit gewährleistet. Z.B. kann ausreichende
Lötbarkeit auf dem ausgehärteten Film nicht erzielt werden,
wenn die Zusammensetzung nur aus Kupfermetallpulver,
wärmehärtbarem Harz und Metalloberflächen-Aktivierungsharz
besteht, sondern erst der Einschluß eines solchen
Metall-Chelatbildners führt zu zufriedenstellender Lötbarkeit. So ist
der synergetische Beitrag des Metall-Chelatbildners von
beträchtlicher Bedeutung.
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Der Metall-Chelatbildner wird im Bereich von 1 bis 50
Gewichtsteilen auf jeweils 100 Gewichtsteile des
Kupfermetallpulvers und der zugesetzten Harzkomponente verwendet und
liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 30 Gewichtsteilen
auf derselben Grundlage. Wenn der Metall-Chelatbildner mit
weniger als 5 Gewichtsprozent vorhanden ist, gehen sowohl
die Leitfähigkeit als auch die Lötbarkeit des Films
verloren. Wenn dagegen der Anteil 50 Gewichtsteile übersteigt,
verschlechtert sich die Viskosität der Zusammensetzung, was
der Druckfähigkeit entgegensteht.
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Zum Einstellen der Viskosität der erfindungsgemäßen,
leitfähigen Pastenzusammensetzung kann ein übliches organisches
Lösungsmittel oder mehrere solcher Lösungsmittel nach Bedarf
verwendet werden. Z.B. können bekannte Lösungsmittel wie
Butylcarbitol, Butylcarbitolacetat, Butylcellosolve,
Methylisobutylketon, Toluol, Xylol usw. verwendet werden.
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Als Harzkomponente, wie sie erfindungsgemäß verwendet wird,
kann eine Mischung aus einem
Metalloberflächen-Aktivierungsharz, einem wärmehärtbaren Harz und einem
p-tert-Butylphenolharz verwendet werden.
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Das p-tert-Butylphenolharz ist ein Harz, das dadurch
erhalten werden kann, daß p-tert-Butylphenol mit Formaldehyd
unter Erwärmung bei Anwesenheit eines alkalischen Katalysators
erwärmt wird. Zur erfindungsgemäßen Verwendung ist ein Harz
mit einem Polymerisationsgrad nicht über 50 bevorzugt. Wenn
ein Harz mit einem Polymerisationsgrad über 50 verwendet
wird und der Film thermisch ausgehärtet wird, wird das
Ausbilden einer dreidimensionalen Struktur des bindenden,
wärmehärtbaren Harzes unterdrückt, was zu einer
Verschlechterung der Leitfähigkeit führt.
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Wenn eine Mischung aus einem
Metalloberflächen-Aktivierungsharz, einem wärmehärtbaren Harz und einem
p-tert-Butylphenolharz als Harzkomponente verwendet wird, beträgt der
Anteil des p-tert-Butylphenolharzes bezogen auf die gesamte
Harzkomponente 2 bis 30 Gewichtsprozent und liegt
vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10 Gewichtsprozent. Wenn der
Anteil unter 2 Gewichtsprozent liegt, weist der sich ergebende
Film direkt nach dem thermischen Aushärten ausreichende
Leitfähigkeit auf, zeigt jedoch eine allmähliche Abnahme
derselben mit fortschreitender Zeit. Wenn der Anteil des
ptert-Butylphenolharzes 30 Gewichtsprozent übersteigt, wird
der ausgehärtete Film spröde, die Ausbildung einer
dreidimensionalen Struktur des wärmehärtbaren Harzes wird
nachteilig beeinflußt und die Leitfähigkeit des Films geht
verloren. Bezogen auf die gesamte Harzkomponente wird das
Metalloberflächen-Aktivierungsharz im Bereich von 2 bis 30
Gewichtsprozent, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10
Gewichtsprozent verwendet. Der Anteil des wärmehärtbaren
Harzes bezogen auf die gesamte Harzkomponente beträgt 96 bis 40
Gewichtsprozent.
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Die erfindungsgemäße, leitfähige Kupferpastenzusammensetzung
kann auf ein isolierendes Substrat aufgetragen werden, um
eine leitende Schaltung auszubilden, die nach dem Aushärten
direkt lötbar ist. Daher wird die Leitfähigkeit der
Schaltung verbessert und gleichzeitig entfällt das Erfordernis
für eine Aktivierungsbehandlung des Schaltungsfilms sowie
für anschließendes stromloses oder elektrisches Plattieren,
welche Abläufe bisher erforderlich waren, so daß der
Herstellprozeß für gedruckte Schaltungen drastisch vereinfacht
wird, mit entsprechenden beträchtlichen wirtschaftlichen
Vorteilen. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße,
leitfähige Kupferpastenzusammensetzung auch bei anderen
Anwendungen verwendet werden, wie als Elektrode oder als
Durchgangslochverbinder, zur Herstellung elektromagnetischer und
elektrostatischer Abschirmungsschichten usw., bei der
Herstellung und dem Zusammenbau elektronischer Komponenten und
Schaltungen, so daß sie von hohem industriellem Wert ist.
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Die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele
veranschaulichen die Erfindung weiter. Es ist zu beachten, daß die
Erfindung in keiner Weise auf die beschriebenen, besonderen
Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Beispiele 1 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 bis 9
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Ein dendritisches Kupfermetallpulver mit
Teilchendurchmessern im Bereich von 5 bis 10 um, ein Phenolharz im
Resolzustand als wärmehärtbares Harz und Kaliumoleat,
Triethanolamin, Glutaminsäure und Apfelsäure wurden mit den in Tabelle
1 dargestellten Anteilen (in Gewichtsteilen) vermischt. Nach
dem Hinzufügeneiner geeigneten Menge Butylcarbitol als
Lösungsmittel wurde jede Mischung für 20 Minuten in einem
Dreiwalzenkalander geknetet, um eine leitfähige
Pastenzusammensetzung zu erhalten.
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Diese Zusammensetzung wurde mit einem Siebdruckverfahren auf
ein Glasepoxidharzsubstrat aufgetragen, um eine S-förmige,
leitende Leiterbahn mit einer Breite von 0,4 mm, einer Dicke
von 30 ± 5 um und einer Länge von 520 mm zu bilden. Die
Zusammensetzung wurde in situ durch Aufheizen auf 130 bis
180ºC für 10 bis 60 Minuten ausgehärtet.
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Zum Ausbilden einer Lötschicht auf der wie oben angegeben
hergestellten leitfähigen Leiterbahn wurde das Substrat
durch eine Lötmittelauftragmaschine kommerzieller Größe
hindurchgeschickt und für 4 Sekunden in ein Flußmittelbad mit
einer organischen Säure eingetaucht. Ferner wurde das
Substrat in ein geschmolzenes Lötmittelbad (Pb/Sn = 40/60) für
5 Sekunden bei 250ºC eingetaucht. Dann wurde das Substrat
herausgenommen, mit heißer Luft von 2-6 Atmosphären und
220-230ºC abgeblasen und gereinigt. Die verschiedenen
Eigenschaften der mit dem obigen Ablauf hergestellten leitfähigen
Leiterbahnen sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1
Nummern Formeln Beispiele Vergleichsbeispiele Kupfermetallpulver Phenolharz im Resolzustand Kaliumoleat Triethanolamin Glutaminsäure Apfelsäure Filmleitfähigkeit Filmhaftfestigkeit Lötbarkeit Wärmebeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Wärmebelastung) Dampfbeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Dampfbelastung) Druckfähigkeit
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Die Leitfähigkeit des Films ist der Wert des spezifizischen
Volumenwiderstandes des thermisch ausgehärteten Films.
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Die Haftfestigkeit des Films wurde gemessen, wie es durch
das Querschneidverfahren gemäß JIS K5400 (1979) angegeben
wird. Demgemäß wurden auf dem Film parallele Schnitte mit
kreuzweisem Muster vorgenommen, und zwar mit 11·11 Linien
mit einem Intervall von 1 mm zwischen benachbarten Linien,
um 100 Quadrate pro cm² zu erhalten, und ein Zellophanband
wurde dazu verwendet, den Film abzuziehen. Die Anzahl auf
dem Substrat zurückgebliebener Quadrate wurde gezählt.
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Zur Bewertung der Lötbarkeit wurde das Lötmittel auf dem
Film mit Hilfe eines optischen Mikroskops mit kleiner
Vergrößerung untersucht und gemäß dem folgenden Rangschema
bewertet.
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ο: Die Oberfläche ist glatt, wobei das Lötmittel überall
anhaftet.
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Δ: Der Film liegt örtlich frei.
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x: Das Lötmittel haftet nur teilweise an.
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Um die Wärmebeständigkeit zu bestimmen wurde der gelötete
Film für 1000 Stunden auf 80ºC erhitzt (Wärmebelastungstest)
und es wurde die Änderung des spezifischen Widerstandes
relativ zum anfänglichen spezifischen Widerstand bestimmt.
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Um die Feuchtigkeitsbeständigkeit abzuschätzen wurde der
gelötete Film in stark feuchter Atmosphäre von 55ºC und 95%
relativer Feuchtigkeit für 1000 Stunden stehengelassen
(Feuchtigkeitsbelastungstest) und es wurde die Änderung des
spezifischen Widerstandes relativ zum anfänglichen
spezifischen Widerstand bestimmt.
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Um die Druckfähigkeit zu bewerten, wurde mit den folgenden
Kriterien die Leichtigkeit für das Ausführen von Siebdruck
mit jeder leitfähigen Versuchszusammensetzung für die
Ausbildung einer leitenden Schaltung abgeschätzt.
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ο: Die Ausbildung einer leitfähigen Schaltung ist einfach.
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Δ: Die Ausbildung einer leitfähigen Schaltung ist etwas
erschwert.
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x: Die Ausbildung einer leitfähigen Schaltung ist schwierig.
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Die mittlere Dicke der Lötschichten, wie sie auf den Filmen
der in Tabelle 1 dargestellten Beispiele abgeschieden wurde,
betrug 10 um. Aus den Versuchsdaten ist ersichtlich, daß
wegen der angemessenen Kombinationen der verwendeten,
spezifizierten Komponenten die Beispiele 1 bis 6 zufriedenstellende
Ergebnisse für verschiedene Eigenschaften wie
Filmleitfähigkeit, Filmhaftfestigkeit, Lötbarkeit und Druckbarkeit
gewährleisten. Insbesondere kann, da ein Lötmittel mit einem
herkömmlichen Flußmittel mit organischer Säure direkt auf
den ausgehärteten Film aufgetragen werden kann, die
Leitfähigkeit der leitfähigen Schaltung von der üblichen
Größenordnung von 10&supmin;&sup4; Ohm·cm auf die Größenordnung von 10&supmin;&sup5; Ohm·cm
erhöht, was das Durchleiten eines größeren Stroms zuläßt.
Darüber hinaus ist die Leitfähigkeit des Lötfilms gegenüber
Wärme und Feuchtigkeit beständig, was zu einer kleinen
Änderungsrate des spezifischen Widerstandes führt, so daß die
Schaltung selbst in einer Umgebung mit hoher Temperatur und
hoher Feuchtigkeit verwendet werden kann.
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Unter Bezugnahme auf die Vergleichsbeispiele in Tabelle 1
ist festzustellen, daß das Vergleichsbeispiel 1 dahingehend
unzufriedenstellend ist, daß es reich an Kupfermetallpulver
und arm an wärmehärtbarem Harz ist und das
Kupfermetallpulver nicht ausreichend gebunden ist, wodurch der sich
ergebende Film spröde ist und die Auftragbarkeit der
Zusammensetzung durch Siebdruck schlecht ist. Das Vergleichsbeispiel
2, das arm an Kupfermetallpulver ist, ist dahingehend
nachteilig, daß beim Lötvorgang das Lötmittel nur teilweise auf
dem Film abgeschieden wird. Das Vergleichsbeispiel 3 ist
dahingehend nachteilig, daß wegen des Fehlens eines
Metallsalzes einer ungesättigten Fettsäure die Lötbarkeit etwas
verloren geht und die Widerstandsänderungen, wie sie bei den
Wärme- und Feuchtigkeits-Belastungstests bestimmt wurden, zu
groß sind. Das Vergleichsbeispiel 4 ist ebenfalls
nachteilig, da die Haftfestigkeit des Films wegen einer großen
Menge eines vorhandenen Metallsalzes einer ungesättigten
Fettsäure schlecht ist. Das Vergleichsbeispiel 5 hat den
Nachteil, daß wegen des Fehlens eines Metall-Chelatbildners die
Lötbarkeit schlecht ist und die Widerstandsänderungen, wie
sie sich bei den Wärme- und Feuchtigkeits-Belastungstests
herausstellten zu groß sind. Das Vergleichsbeispiel 6 ist
dahingehend unerwünscht, daß die Viskosität der
Pastenzusammensetzung wegen starker Anreicherung der Zusammensetzung
mit Metall-Chelatbildner soweit erniedrig ist, daß sie den
Druckvorgang stört. Das Vergleichsbeispiel 7 ist dahingehend
nicht zufriedenstellend, daß wegen des Fehlens eines
Lötbeschleunigers die Lötbarkeit schlecht ist und die
Widerstandsänderungen zu groß sind, wie sie durch den Wärme- und
den Feuchtigkeits-Belastungstests ermittelt wurden. Sowohl
das Vergleichsbeispiel 8 als auch das Vergleichsbeispiel 9
sind dahingehend unerwünscht, daß sie reich an
Lötmittelbeschleuniger sind und die Leitfähigkeit und die Lötbarkeit
des Films schlecht sind.
Beispiele 7 bis 14 und Vergleichsbeispiele 10 bis 17
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Ein dendritisches Kupfermetallpulver mit
Teilchendurchmessern im Bereich von 5 bis 10 um, eine Harzkomponente (eine
Mischung von 10 Gewichtsprozent von maleinsäureverestertem
Colophonium und 90 Gewichtsprozent Phenolharz im
Resolzustand) Kaliumoleat, Ölsäure, Triethanolamin und
Glutaminsäure wurden in den in Tabelle 2 angegebenen Anteilen (in
Gewichtsteilen) vermischt. Nach dem Hinzufügen einer
geeigneten
Menge von Butylcarbitol als Lösungsmittel wurde jede
Mischung 20 Minuten lang in einem Dreiwalzenkalander geknetet,
um eine leitfähige Pastenzusammensetzung zu erhalten. Unter
Verwendung jeder dieser Pasten wurde eine S-förmige,
leitfähige Leiterbahn auf einem Glasepoxidharzsubstrat ausgebildet
und erwärmt, um den Film auszuhärten, was auf dieselbe Weise
erfolgte, wie bei den Beispielen 1 bis 6. Dann wurde die
gesamte leitfähige Leiterbahn ebenfalls auf die Weise wie bei
den Beispielen 1 bis 6 mit Lötmittel beschichtet.
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Die verschiedenen Eigenschaften der mit dem obigen Ablauf
erhaltenen leitfähigen Leiterbahn wurden erfaßt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2
Nummern Formeln Beispiele Vergleichsbeispiele Kupfermetallpulver Harzkomponente (Hinweis) Kaliumoleat ÖlsäureTriethanolamin Glutaminsäure Filmleitfähigkeit Filmhaftfestigkeit Lötbarkeit Wärmebeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Wärmebelastung) Dampfbeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Dampfbelastung) Druckfähigkeit Hinweis: Harzkomponente (maleinsäureverestertes Colophonium: Phenolsäure im Resolzustand = 10 : 90, Gew.-%)
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Zum Bewerten der Lötbarkeit wurde das Lötmittel auf dem Film
mit Hilfe eines optischen Mikroskops bei niedriger
Vergrößerung untersucht und gemäß den folgenden Kriterien
eingestuft.
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Die Oberfläche ist glatt, wobei das Lösungsmittel überall
aufgetragen ist und metallischen Glanz aufweist.
-
ο: Die Oberfläche ist gewellt, jedoch haftet das Lötmittel
an der gesamten Oberfläche an.
-
Δ: Der Film liegt örtlich frei.
-
x: Das Lötmittel haftet nur teilweise an.
-
Andere Eigenschaften wurden auf dieselbe Weise ausgewertet
wie bei den Beispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen
1 bis 9.
-
Die Dicke der auf die Filme der in Tabelle 2 gezeigten
Beispiele aufgetragenen Lötmittelschicht betrug im Mittel
10 um. Aus den Versuchsdaten ist erkennbar, daß wegen der
geeigneten Kombinationen der besonderen Komponenten die
Beispiele 7 bis 14 zufriedenstellende Ergebnisse für
verschiedene Eigenschaften wie Filmleitfähigkeit,
Filmhaftfestigkeit, Lötbarkeit und Druckfähigkeit liefern. Insbesondere
kann die Leitfähigkeit der Schaltung von der üblichen
Größenordnung von 10&supmin;&sup4; Ohm·cm auf die Größenordnung von 10&supmin;&sup5;
Ohm·cm erhöht werden, da das Lötmittel mit einem
herkömmlichen Flußmittel mit organischer Säure direkt auf den Film
aufgetragen werden kann, was es erlaubt, daß ein größerer
Strom hindurchgeleitet werden kann. Darüber hinaus ist die
Leitfähigkeit des Films mit Lötmittel sehr beständig
gegenüber Einflüssen von Wärme und Feuchtigkeit, mit geringer
Änderung des spezifischen Widerstandes, so daß das Erzeugnis
in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher
Feuchtigkeit verwendet werden kann.
-
Unter Bezugnahme auf die in Tabelle 2 dargestellten
Vergleichsbeispiele ist anzumerken, daß das Vergleichsbeispiel
10 dahingehend nachteilig ist, daß die Zusammensetzung reich
an Kupfermetallpulver und arm an wärmehärtbarem Harz ist,
weswegen das Kupfermetallpulver nicht ausreichend gebunden
ist und der sich ergebende Film spröde und brüchig ist sowie
die Auftragbarkeit durch Siebdruck schlecht ist. Das
Vergleichsbeispiel 11, das arm an Kupfermetallpulver ist, ist
ebenfalls nachteilig, und zwar dahingehend, daß beim
Lötvorgang das Lötmittel nur örtlich auf der Leiterbahn
abgeschieden wird. Das Vergleichsbeispiel 12 ist dahingehend
nachteilig, daß wegen des Fehlens eines Metallsalzes einer
ungesättigten Fettsäure die Lötbarkeit in gewisser Weise verloren
gegangen ist und die Widerstandsänderungen, wie sie beim
Wärme- und Feuchtigkeit-Belastungstest herausgefunden
werden, groß sind. Das Vergleichsbeispiel 13 ist dahingehend
nicht zufriedenstellend, daß die Haftfestigkeit des Films
schlecht ist, da die Zusammensetzung reich an einem
Metallsalz einer ungesättigten Fettsäure ist. Das
Vergleichsbeispiel 14 ist dahingehend nachteilig, daß die Leitfähigkeit
und die Lötbarkeit des Films wegen des Fehlens eines Metall-
Chelatbildners nicht angemessen sind und daß die durch den
Wärme- und den Feuchtigkeits-Belastungstest aufgefundenen
Widerstandsänderungen zu groß sind. Das Vergleichsbeispiel
15 ist ebenfalls nachteilig, und zwar dahingehend, daß die
Viskosität der Paste soweit verschlechtert ist, da die
Zusammensetzung reich an Metall-Chelatbildner ist, daß dies
die Druckfähigkeit behindert. Das Vergleichsbeispiel 16
enthält keinen Lötbeschleuniger, jedoch ist nur die Lötbarkeit
des Films leicht verschlechtert, da ein Metalloberflächen-
Aktivierungsharz und ein Metall-Chelatbildner in geeigneten
Mengen vorhanden sind. Das Vergleichsbeispiel 17 ist
dahingehend nachteilig, daß sowohl die Leitfähigkeit und auch die
Lötbarkeit des Films nachteilig beeinflußt sind, da es reich
an Lötbeschleuniger ist.
Beispiele 15 bis 22 und Vergleichsbeispiele 18 bis 27
-
Ein dendritisches Kupfermetallpulver mit
Teilchendurchmessern von 5 bis 10 um, eine Harzkomponente (eine Mischung aus
maleinsäureverestertem Colophonium, körnigem Phenolharz und
Phenolharz im Resolzustand), Kaliumoleat, Ölsäure,
Triethanolamin und Glutaminsäure wurden mit den in Tabelle 3
angegebenen Anteilen (in Gewichtsteilen) vermischt. Nach dem
Hinzufügen einer geeigneten Menge an Butylcarbitol als
Lösungsmittel wurde jede Mischung für 20 Minuten in einem
Dreiwalzenkalander geknetet, um eine leitfähige
Pastenzusammensetzung zu erhalten. Unter Verwendung dieser
Zusammensetzungen wurde eine S-förmige Leiterbahn auf einem
Glasepoxidharzsubstrat ausgebildet und durch Aufheizen in derselben
Weise wie bei den Beispielen 1 bis 6 ausgehärtet. Dann wurde
ein Lötmittel ebenfalls auf dieselbe Weise wie bei den
Beispielen 1 bis 6 auf die gesamte leitfähige Leiterbahn
aufgetragen.
-
Zusätzlich wurde zum Untersuchen der Ausbildung mikrofeiner
Risse im Film eine langgestreckte Leiterbahn mit einer
Breite von 2 mm, einer Dicke von 30 ± 5 um und einer Länge von
100 mm durch Siebdruck auf einem Glasepoxidharzsubstrat
ausgebildet und in situ durch Aufheizen auf 130 bis 180ºC für
10 bis 60 Minuten ausgehärtet.
-
Die verschiedenen Eigenschaften der auf die obige Weise
erhaltenen leitfähigen Schalterbahnen wurden ausgewertet.
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Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3
Nummern Formeln Beispiele Vergleichsbeispiele Kupfermetallpulver Harzkomp. (Hinweis) Kaliumoleat Ölsäure Triethanolamin Glutaminsäure Filmleitfähigkeit Filmhaftfestigkeit Lötbarkeit Beständigkeit der Filme gegen Risse Wärmebeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Wärmebelastung) Dampfbeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Dampfbelastung) Druckfähigkeit Hinweis: 1. Harzkomponente (maleinsäureverestertes Colophonium: körniges Phenolharz*: Phenolharz im Resolzustand = 10 : 30 : 60, Gew.-%) 2. Harzkomponente (maleinsäureverestertes Colophonium: körniges Phenolharz: Phenolharz im Resolzustand = 10 : 2 : 88, Gew.-%) 3. Harzkomponente (maleinsäureverestertes Colophonium: körniges Phenolharz: Phenolharz im Resolzustand = 10
: 60 : 30, Gew.-%) *Markierung: körniges Phenolharz: Bell Pearl von Kanebo, Ltd.
-
Zur Bewertung der Rißwiderstandsfähigkeit des Films wurde
Licht von der Rückseite des Glasepoxidharzsubstrates
eingestrahlt und der ausgehärtete Film mit einer Breite von 2 mm
und einer Länge von 100 mm, wie er auf dem Substrat
ausgebildet wurde, wurde mit einem optischen Mikroskop
(Vergrößerung·20) auf das Vorhandensein von Rissen hin untersucht
und gemäß den folgenden Kriterien bewertet.
-
ο: Es wurde kein Riß im Film aufgefunden.
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Δ: Im Film wurden mikrofeine Risse beobachtet.
-
Andere Eigenschaften wurden auf dieselbe Weise wie bei den
Beispielen 7 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 10 bis 17
ausgewertet.
-
Die Dicke der auf die Filme der in Tabelle 3 dargestellten
Beispiele aufgetragenen Lötmittelschichten betrug im Mittel
10 um. Aus den Versuchsdaten ist erkennbar, daß wegen
geeigneter Kombinationen der besonderen Komponenten die Beispiele
15 bis 22 zufriedenstellende Ergebnisse für verschiedene
Eigenschaften wie Filmleitfähigkeit, Filmhaftfestigkeit,
Lötbarkeit, Filmrißbeständigkeit und Druckfähigkeit liefern.
Insbesondere kann, da das Lötmittel mit einem herkömmlichen
Flußmittel mit organischer Säure direkt auf den Film
aufgetragen werden kann, die Leitfähigkeit der Leiterbahn von der
üblichen Größenordnung von 10&supmin;&sup4; Ohm·cm auf die Größenordnung
von 10&supmin;&sup5; Ohm·cm erhöht werden, was es erlaubt, einen
größeren Strom hindurchzuleiten. Ferner ist die Leitfähigkeit des
Films mit Lötmittel sehr gegen Wärme und Feuchtigkeit
beständig, mit geringer Änderung des spezifischen
Widerstandes, so daß das Erzeugnis in einer Umgebung mit hoher
Temperatur und hoher Feuchtigkeit verwendet werden kann.
-
Unter Bezugnahme auf die in Tabelle 3 dargestellten
Vergleichsbeispiele ist festzustellen, daß das
Vergleichsbeispiel 18 dahingehend nachteilig ist, daß, da die
Zusammensetzung
reich an Kupfermetallpulver und arm an
wärmehärtbarem Harz ist, das Kupfermetallpulver nicht ausreichend
gebunden ist, der sich ergebende Film spröde und brüchig ist
und die Druckfähigkeit durch Siebdruck schlecht ist. Das
Vergleichsbeispiel 19 ist ebenfalls nachteilig, und zwar
dahingehend, daß beim Lötvorgang das Lötmittel nur örtlich auf
der Schaltung abgeschieden wird. Das Vergleichsbeispiel 20
ist dahingehend nachteilig, daß wegen des Fehlens eines
Metallsalzes einer ungesättigten Fettsäure die Lötbarkeit
etwas verschlechtert ist und die Änderungen des spezifischen
Widerstandes, wie sie durch den Wärme- und den
Feuchtigkeits-Belastungstest aufgefunden werden, groß sind. Das
Vergleichsbeispiel 21 ist dahingehend nicht zufriedenstellend,
daß die Haftfestigkeit des Films schlecht ist, da die
Zusammensetzung reich an einem Metallsalz einer ungesättigten
Fettsäure ist. Das Vergleichsbeispiel 22 ist dahingehend
nachteilig, daß wegen des Fehlens eines
Metall-Chelatbildners die Leitfähigkeit und die Lötbarkeit des Films nicht
angemessen sind und daß Änderungen des spezifischen
Widerstandes, wie sie durch den Wärme- und den
Feuchtigkeits-Belastungstest aufgefunden werden, zu groß sind. Das
Vergleichsbeispiel 23 ist ebenfalls nachteilig, und zwar
dahingehend, daß, da die Zusammensetzung reich an einem Metall-
Chelatbildner ist, die Viskosität der Paste soweit
erniedrigt ist, daß dies die Druckfähigkeit stört. Das
Vergleichsbeispiel 24 enthält keinen Lötbeschleuniger, jedoch ist nur
die Lötbarkeit des Films leicht verschlechtert, da ein
Metalloberflächen-Aktivierungsharz und ein
Metall-Chelatbildner in geeigneten Mengen vorhanden sind. Das
Vergleichsbeispiel 25 ist nachteilig, da sowohl die Leitfähigkeit als
auch die Lötbarkeit des Films nachteilig beeinflußt sind, da
es reich an Lötbeschleuniger ist. Das Vergleichsbeispiel 26
ist dahingehend nachteilig, daß im ausgehärteten Film
mikrofeine Risse ausgebildet sind, da im körnigen Phenolharz nur
wenig Harzkomponente vorhanden ist. Das Vergleichsbeispiel
27 ist dahingehend nicht zufriedenstellend, daß beim Löten
ein örtliches Freiliegen des Films unvermeidlich ist, da die
Harzprobe zu reich an körnigem Phenolharz ist.
Beispiele 23 bis 28 und Vergleichsbeispiele 28 bis 33
-
Ein dendritisches Kupfermetallpulver mit
Teilchendurchmessern von 5 bis 10 um, eine Harzkomponente (eine Mischung mit
10 Gewichtsprozent maleinsäureverestertem Colophonium und 90
Gewichtsprozent Phenolharz im Resolzustand), Kaliumoleat,
Ölsäure und Triethanolamin wurden mit den in Tabelle 4
dargestellten Anteilen (in Gewichtsteilen) vermischt. Nach dem
Hinzufügen einer geeigneten Menge an Butylcarbitol wurde
jede Mischung für 20 Minuten mit einem Dreiwalzenkalander
geknetet, um eine leitfähige Pastenzusammensetzung zu
erhalten. Unter Verwendung jeder dieser Zusammensetzungen wurde
eine S-förmige Leiterbahn auf einem Glasepoxidharzsubstrat
ausgebildet und in situ dadurch ausgehärtet, das auf
dieselbe Weise wie bei den Beispielen 1 bis 6 erwärmt wurde. Dann
wurde ebenfalls auf dieselbe Weise wie bei den Beispielen 1
bis 6 ein Lötmittel auf die gesamte leitfähige Leiterbahn
aufgetragen.
-
Die verschiedenen Eigenschaften der mit dem obigen Ablauf
erhaltenen leitfähigen Leiterbahnen wurden ausgewertet. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargelegt.
Tabelle 4
Nummern Formeln Beispiele Vergleichsbeispiele Kupfermetallpulver Harzkomponente (Hinweis) Kaliumoleat Ölsäure Triethanolamin Glutaminsäure Filmleitfähigkeit Lötfähigkeit Wärmebeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Wärmebelastung) Dampfbeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Dampfbelastung) Druckfähigkeit Hinweis: Harzkomponente (maleinsäureverestertes Colophonium:Phenolsäure im Resolzustand = 10 : 90, Gew.-%)
-
Verschiedene Eigenschaften wurden auf dieselbe Weise wie
bei den Beispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 1
bis 9 ausgewertet.
-
Die Dicke der auf die Filme der in Tabelle 4 dargestellten
Beispiele aufgetragenen Lötmittelschicht betrug im Mittel
10 um. Es ist aus den Daten erkennbar, daß wegen geeigneter
Kombinationen der besonderen Komponenten die Beispiele 23
bis 28 zufriedenstellende Ergebnisse für verschiedene
Eigenschaften wie Filmleitfähigkeit, Filmhaftfestigkeit,
Lötbarkeit und Druckfähigkeit zeigten. Insbesondere kann, da das
Lötmittel mit einem herkömmlichen Lötflußmittel mit
organischer Säure direkt auf den Film aufgetragen werden kann, die
Leitfähigkeit der Leiterbahn von der üblichen Größenordnung
von 10&supmin;&sup4; Ohm·cm auf die Größenordnung von 10&supmin;&sup5; Ohm·cm erhöht
werden, was es erlaubt, einen größeren Strom
hindurchzuleiten. Darüber hinaus ist die Leitfähigkeit des Films mit
Lötmittel hoch beständig gegen Wärme und Feuchtigkeit mit einer
kleinen Änderung des spezifischen Widerstandes, so daß das
Erzeugnis in einer Umgebung mit hoher Temperatur und
Feuchtigkeit verwendet werden kann.
-
Gemäß den in Tabelle 4 dargestellten Vergleichsbeispielen
ist das Vergleichsbeispiel 28 dahingehend nachteilig, daß,
da die Zusammensetzung reich an Kupfermetallpulver und arm
an Harzkomponente ist, das Kupfermetallpulver nicht
ausreichend gebunden ist, der sich ergebende Film spröde und
brüchig ist und die Druckfähigkeit der Zusammensetzung durch
Siebdruck schlecht ist. Das Vergleichsbeispiel 29 ist
ebenfalls nachteilig, und zwar dahingehend, daß beim Lötvorgang
das Lötmittel nur örtlich auf der Leiterbahn abgeschieden
wird. Das Vergleichsbeispiel 30 ist dahingehend nachteilig,
daß, da es an einer ungesättigten Fettsäure oder einem
Metallsalz einer solchen fehlt, die Lötbarkeit etwas
verschlechtert ist und die Widerstandsänderungen, wie sie beim
Wärme- und Feuchtigkeits-Belastungstest herausgefunden
werden, groß sind. Das Vergleichsbeispiel 31 ist dahingehend
nicht zufriedenstellend, daß die Haftfestigkeit des Films
schlecht ist, da die Zusammensetzung reich an einem
Metallsalz einer ungesättigten Fettsäure ist. Das
Vergleichsbeispiel 32 ist dahingehend nachteilig, daß wegen des Fehlens
eines Metall-Chelatbildners die Lötfähigkeit des Films nicht
angemessen ist und daß Änderungen des spezifischen
Widerstandes, wie sie durch den Wärme- und den
Feuchtigkeits-Belastungstest herausgefunden werden, zu groß sind. Das
Vergleichsbeispiel 33 ist ebenfalls nachteilig, und zwar
dahingehend, daß, da die Zusammensetzung reich an
Metall-Chelatbildner ist, die Viskosität der Paste so stark erniedrig
ist, daß dies die Druckfähigkeit stört.
Beispiele 29 bis 34 und Vergleichsbeispiele 34 bis 39
-
Zunächst wurden p-tert-Butylphenolharz,
maleinsäureverestertes Colophonium und Phenolharz im Resolzustand im Verhältnis
10:10:80 (Gewichtsprozent) miteinander vermischt und die
Mischung wurde mit einem Dreiwalzenkalander geknetet, um eine
Harzkomponente zu erstellen. Dann wurden ein dendritisches
Kupfermetallpulver mit Teilchendurchmessern im Bereich von
5 bis 10 um, die genannte Harzkomponente, Kaliumoleat und
Triethanolamin mit den in Tabelle 5 dargestellten Anteilen
(in Gewichtsteilen) zusammengefügt. Nach dem Zufügen einer
geeigneten Menge von Butylcarbitol als Lösungsmittel wurde
jede Mischung für 20 Minuten mit einem Dreiwalzenkalander
geknetet, um eine leitfähige Pastenzusammensetzung zu
erhalten. Unter Verwendung jeder dieser Pasten wurde eine
S-förmige, leitfähige Leiterbahn auf einem Glasepoxidharzsubstrat
ausgebildet und auf dieselbe Weise wie bei den Beispielen 1
bis 6 zum Aushärten erwärmt. Dann wurde die gesamte
leitfähige Leiterbahn auf dieselbe Weise wie bei den Beispielen 1
bis 6 mit einem Lötmittel versehen.
-
Die verschiedenen Eigenschaften der mit dem obigen Ablauf
erhaltenen leitfähigen Leiterbahnen wurden ausgewertet. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt.
Tabelle 5
Nummern Formeln Beispiele Vergleichsbeispiele Kupfermetallpulver Harzkomponente (Hinweis) Kaliumoleat Ölsäure Filmleitfähigkeit Filmhaftfestigkeit Lötbarkeit Wärmebeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Wärmebelastung) Dampfbeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Dampfbelastung) Druckfähigkeit Hinweis: (p-tert-Butylphenolharz: (maleinsäureverestertes Colophonium: Phenolharz im Resolzustand =
10 : 10 : 80, Gew.-%)
-
Verschiedene Eigenschaften wurden auf dieselbe Weise wie bei
den Beispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9
ausgewertet.
-
Die Dicke der Lötmittelschichten, die auf die Filme der in
Tabelle 5 dargestellten Beispiele aufgetragen wurden, betrug
im Mittel 10 um. Aus den Versuchsdaten ist erkennbar, daß
wegen geeigneter Kombinationen der besonderen Komponenten
die bei Beispiele 29 bis 34 zufriedenstellende Ergebnisse
für verschiedene Eigenschaften wie Filmleitfähigkeit,
Filmhaftfestigkeit, Lötbarkeit und Druckfähigkeit ergaben.
Insbesondere kann, da das Lötmittel mit einem herkömmlichen
Flußmittel mit organischer Säure direkt auf den Film
aufgetragen werden kann, die Leitfähigkeit der Leiterbahn von
der üblichen Größenordnung von 10&supmin;&sup4; Ohm·cm auf die
Größenordnung von 10&supmin;&sup5; Ohm·cm erhöht werden, was das
Hindurchleiten eines größeren Stroms erlaubt. Darüber hinaus ist die
Leitfähigkeit des Films mit Lötmittel sehr gegen Wärme und
Feuchtigkeit beständig, mit einer kleinen Änderung des
spezifischen Widerstandes, so daß das Erzeugnis in einer
Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit verwendet
werden kann.
-
Gemäß den in Tabelle 5 dargestellten Ausführungsbeispielen
ist das Vergleichsbeispiel 34 dahingehend nachteilig, daß,
da die Zusammensetzung reich an Kupfermetallpulver und arm
an Harzkomponente ist, das Kupfermetallpulver nicht
ausreichend gebunden ist, der sich ergebende Film spröde und
brüchig ist und die Druckfähigkeit der Zusammensetzung mit
Siebdruck schlecht ist. Das Vergleichsbeispiel 35 ist
ebenfalls nachteilig, und zwar dahingehend, daß beim Lötvorgang
das Lötmittel nur teilweise auf der Leiterbahn abgeschieden
wird. Das Vergleichsbeispiel 36 ist dahingehend nachteilig,
daß wegen des Fehlens eines Metallsalzes einer ungesättigten
Fettsäure die Lötbarkeit des ausgehärteten Films etwas
verschlechtert
ist und Änderungen des spezifischen
Widerstandes, wie sie mit dem Wärme- und dem
Feuchtigkeits-Belastungstest herausgefunden werden, zu groß sind. Das
Vergleichsbeispiel 37 ist dahingehend nicht zufriedenstellend,
daß, da die Zusammensetzung reich an einem Metallsalz einer
ungesättigten Fettsäure ist, die Haftfestigkeit des Films
schlecht ist. Das Vergleichsbeispiel 38 ist dahingehend
nachteilig, daß wegen des Fehlens eines
Metall-Chelatbildners die Lötfähigkeit des Films nicht angemessen ist und
Widerstandsänderungen, wie sie bei den oben beschriebenen
Belastungstests mit Wärme und Feuchtigkeit herausgefunden
wurden, zu groß sind. Auch das Vergleichsbeispiel 39 ist
nachteilig, und zwar dahingehend, daß, da die Zusammensetzung
reich an Metall-Chelatbildner ist, die Viskosität der Paste
so stark verringert ist, daß dies die Druckfähigkeit
behindert.
-
Wenn eine Lötmittelschicht mit einer Dicke von 5 bis 10 um
auf einem ausgehärteten Film (Beschichtungsdicke: 30 ± 5 um)
der erfindungsgemäßen, leitfähigen
Kupferpastenzusammensetzung ausgebildet wurde, konnte ein Flächenwiderstand mit
weniger als 0,1 Ω/ erhalten werden, und wenn sie als
elektromagnetische Abschirmung verwendet wurde, konnte ein Wert
(nicht über 100 uV/m bi 30-100 MHz) erhalten werden, der
deutlich unter dem zulässigen Schwellenwert für Klasse B
(für zivile Nutzung) der Federal Communication Commission
(FCC) liegt. Z.B. kann eine wirksame elektromagnetische
Abschirmungsschicht mit dem folgenden Ablauf ausgebildet
werden. Auf einer kupferbeschichteten Laminatplatine wird eine
leitfähige Schaltung durch das Folienätzverfahren
ausgebildet und eine Isolierschicht wird auf dieser Schaltung unter
Verwendung eines mit Wärme oder UV-Strahlung aushärtbaren
Lötresistmittels ausgebildet. Dann wird die
erfindungsgemäße, leitfähige Kupferpastenzusammensetzung durch Siebdruck
auf die Resistschicht aufgetragen, um ein Muster zu
erzielen,
das im wesentlichen mit demjenigen der
darunterliegenden Schaltung identisch ist, und nach dem Aushärten der
Beschichtung wird ein Lötmittel mit einer
Lötmittelauftragmaschine aufgetragen, um eine elektromagnetische Schicht zu
erhalten. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann auch bei
der Herstellung einer elektrostatischen Abschirmschicht
verwendet werden.