厚膜導電合成材料及製備多層電路的方法
2023-10-11 23:50:44 2
厚膜導電合成材料及製備多層電路的方法
【專利摘要】本發明適用於多層電路製備【技術領域】，公開了一種厚膜導電合成材料及製備多層電路的方法。厚膜導電合成材料，包括導電粉體、無機粘合劑和有機媒質，所述無機粘合劑包括TiO2和燒結後可產生TiO2的含Ti化合物，其中所述無機粘合劑的質量佔整個合成材料質量的比例範圍為0.6%～2%。製備多層電路的方法包括生瓷帶表面上印刷一層帶圖案的上述厚膜導電合成材料。本發明提供的厚膜導電合成材料可用於LTCC工藝中粘貼生瓷料帶與各種粘貼電子元件，製作多層電路系統；當進行多種氧化物參雜後，可提高生瓷料帶的粘結性和焊接連接頭在保溫條件和熱循環條件下的熱學穩定性，防止焊接接頭出現開裂現象，並可保持良好的粘結性，產品可靠性高。
【專利說明】厚膜導電合成材料及製備多層電路的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於多層電路製備【技術領域】，尤其涉及一種厚膜導電合成材料及採用該厚膜導電合成材料的製備多層電路的方法。
【背景技術】
[0002]一個相互連接的 LTCC (low temperature co-fire ceramics,低溫共燒陶瓷)設計的電路板，是一系列由電連接和機械連接的小型電子元器件組成的複雜多層電路系統，每個導電層直接以電介質層隔開。導電層之間通過介質層上的通孔相互連接。這樣的多層結構使得電路更加緊湊，有利於減小尺寸。
[0003]由於LTCC生瓷料帶具有多層結構、設計靈活的特點，且製備過程中採用共燒技術，從而廣泛應用於汽車電子、通訊等領域。這種材料成功應用的一個關鍵要素是在熱老化(150°C下恆溫存放)和熱循環(一般低溫範圍在-55?_40°C，高溫範圍在100?150°C)環境中，生瓷料帶的表面導電層始終保持良好的焊接粘結性。當材料暴露在以上環境中，連接基板和電子元件的焊接接頭處會出現應力，其原因是由於焊接接頭處的各種材料(如陶瓷，導電金屬，焊接金屬等)的熱膨脹係數不一致。通過細心的布局設計和合理利用底部填充材料，可使應力分布更均勻，防止應力集中在某一個接頭處。但是，要想徹底消除應力是不可能的。當材料暴露在上述溫度環境中，為了保持良好焊接粘結性，接頭處的材料必須既可以吸收應力同時不產生永久的或不可逆的機械損傷。
[0004]焊接接頭在熱循環過程中最常見的損壞情形是導電層周邊產生開裂，隨著熱循環時間的增加，裂縫將傳播至介質層。某些情況下，開裂現象在熱循環10次以內就出現了。而通常情況下，一般要求生瓷料帶在500個溫度循環後也不出現明顯的開裂現象，或者導電層和介質層之間的粘結性不會明顯下降。
[0005]目前，現有技術中，還沒有技術能夠使生瓷料帶在500個溫度循環後仍保持較好的粘結性且不出現明顯的開裂現象，生瓷料帶焊接接頭的熱穩定性差，產品可靠性低。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於克服上述現有技術的不足，提供了一種厚膜導電合成材料及製備多層電路的方法，其可提高生瓷料帶焊接接頭的熱穩定性，產品可靠性高。
[0007]本發明的技術方案是:一種用於LTCC技術的厚膜導電合成材料，包括導電粉體、無機粘合劑和有機媒質，所述無機粘合劑包括TiO2和燒結後可產生TiO2的含Ti化合物，其中所述無機粘合劑的質量佔整個合成材料質量的比例範圍為0.6%?2%。
[0008]可選地，所述導電粉體由一種金屬粉體組成也可以由至少一種金屬粉體、至少一種合金組成的混合物。
[0009]可選地，所述導電粉體的直徑〈10 μ m。
[0010]可選地，所述含Ti化合物中的Ti是二價、三價或更高價態。
[0011]可選地，所述TiO2在合成材料中的質量百分比不到2%。[0012]本發明還提供了一種製備多層電路的方法，包括以下步驟，
(a):在多層生瓷料帶製備通孔陣列圖案；
(b):在(a)工序得到的生瓷帶上進行填孔；
(c):在(b)工序得到的生瓷帶表面上印刷一層帶圖案的厚膜導電合成材料，所述厚膜導電合成材料成分包括:
(O導電粉體；
(2)無機粘合劑，所述無機粘合劑包括TiO2和燒結後可產生TiO2的含Ti化合物，其中所述無機粘合劑的質量佔整個合成材料質量的比例範圍為0.6%?2% ；
(3)有機媒質；
Cd):對(C)工序得到的生瓷帶進行疊層，以形成包括電路層和生瓷帶的集合體；
Ce):對(d)工序得到的集合體進行共燒。
[0013]可選地，所述導電粉體的直徑〈10 μ m。
[0014]可選地，所述含Ti化合物中的Ti是二價、三價或更高價態 可選地，所述TiO2在合成材料中的質量百分比不到2%。
[0015]可選地，所述TiO2在合成材料中的質量百分比為0.5?1.6%。
[0016]本發明提供的厚膜導電合成材料及製備多層電路的方法，該厚膜導電合成材料可用於LTCC (低溫陶瓷共燒)工藝中粘貼生瓷料帶與各種粘貼電子元件，製作多層電路系統；對於焊接元件，該導電合成材料尤其適用。當進行多種氧化物參雜後，可提高生瓷料帶的粘結性和焊接連接頭在保溫條件和熱循環條件下的熱學穩定性，防止焊接接頭出現開裂現象，並可保持良好的粘結性，產品可靠性高。
【具體實施方式】
[0017]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0018]本發明實施例提供的一種用於LTCC技術的厚膜導電合成材料，包括導電粉體、無機粘合劑和有機媒質，所述無機粘合劑包括TiO2和燒結後可產生TiO2的含Ti化合物，其中所述無機粘合劑的質量佔整個合成材料質量的比例範圍為0.6%?2%。具體應用中,無機粘合劑，其成分主要為TiO2和燒結後可產生TiO2的化合物，以及其他氧化物參雜。其中無機粘合劑總的質量佔整個合成材料的比例範圍為0.6%?2%。有機媒質，即聚合物的溶液，另有少量的添加劑，如表面活性劑。本發明所提供的用於LTCC技術的厚膜導電合成材料，其可用於LTCC生瓷料帶，當進行多種氧化物參雜後，可提高生瓷料帶的粘結性和焊接連接頭在保溫條件和熱循環條件下的熱學穩定性，進而提高了產品的可靠性。
[0019]具體地，所述導電粉體由一種金屬粉體組成也可以由至少一種金屬粉體、至少一種合金組成的混合物。例如金，銀，鉬金，鈀，以及他們中任意二種或兩種以上的混合物。具體地，導電粉體的大小和形狀沒有嚴格要求，一般所述導電粉體的直徑〈10 μ m。
[0020]具體地，所述含Ti化合物中的Ti是二價、三價或更高價態。
[0021]具體地，所述TiO2在合成材料中的質量百分比不到2%，一般為0.5?1.6%。
[0022]具體地，無機粘合劑還可包括以下化合物:Sb203，Co3O4, PbO, Fe2O3, SnO2, MnO, CuO中和任意一種或者任意至少兩種它們的混合物。
[0023]具體地，可在有機媒質中混合無機化合物，以形成粘性合成物，即粘結劑。厚膜導電合成材料中通常使用50?95 wt%的無機成分和5?50 wt%的有機媒質，有機媒質和無機成分的比例取決於粘結劑的使用方法和有機媒質的用途。
[0024]本發明還提供了一種製備多層電路的方法，包括以下步驟，
(a):在多層生瓷料帶製備通孔陣列圖案；
(b):在(a)工序得到的生瓷帶上進行填孔；
(c):在(b)工序得到的生瓷帶表面上印刷一層帶圖案的厚膜導電合成材料，所述厚膜導電合成材料成分包括:
(O導電粉體；
(2)無機粘合劑，所述無機粘合劑包括TiO2和燒結後可產生TiO2的含Ti化合物，其中所述無機粘合劑的質量佔整個合成材料質量的比例範圍為0.6%?2% ；
(3)有機媒質；
Cd):對(C)工序得到的生瓷帶進行疊層，以形成包括電路層和生瓷帶的集合體；
Ce):對(d)工序得到的集合體進行共燒。
[0025]具體地，導電粉體的大小和形狀沒有嚴格要求，一般所述導電粉體的直徑〈10 μ m。
[0026]具體地，所述含Ti化合物中的Ti是二價、三價或更高價態。所述TiO2在合成材料中的質量百分比不到2%，一般為0.5?1.6%。
[0027]具體地，所述TiO2在合成材料中的質量百分比不到2%，一般為0.5?1.6%。。
[0028]具體地，無機粘合劑還可包括以下化合物:Sb203，Co3O4, PbO, Fe2O3, SnO2, MnO, CuO中和任意一種或者任意至少兩種它們的混合物。
[0029]具體地，可在有機媒質中混合無機化合物，以形成粘性合成物，即粘結劑。厚膜導電合成材料中通常使用50?95 wt%的無機成分和5?50 wt%的有機媒質，有機媒質和無機成分的比例取決於粘結劑的使用方法和有機媒質的用途。
[0030]具體應用中，厚膜導電合成材料的主要成分是導電粉體和分布於有機媒質裡的氧化鈦。具體如下:
無機成分:
本發明的厚膜導電合成材料中的無機成分包括(I)具有導電功能的導電粉體和(2)無機粘合劑:其主要成分為氧化鈦或者經燒結可產生氧化鈦的化合物。無機粘合劑還包括其他一些無機氧化物添加劑。
[0031]導電粉體:
厚膜導電合成材料中的導電粉體可以是一種金屬粉體和也可以是金屬粉體、合金或含有幾種成分的化合物的混合物，例如金，銀，鉬金，鈀，以及他們的混合物。粉體的大小和形狀在這裡顯得不是很重要,一般D50的尺寸為<10um。
[0032]無機粘合劑一氧化鈦:
本發明所用的氧化鈦有三種潛在的作用。一、可作為粘合劑給導電層和生瓷帶提供粘接性；二、可調節導體層的燒結速率以減少生瓷帶中應力；三、TiO2可提高生瓷帶的機械強度。本發明所用的氧化鈦可直接為氧化物，也可以是經燒結可產生氧化鈦的含Ti化合物，如Ti金屬，有機鈦酸酯，或者來自玻璃原料的結晶產物。含Ti的化合物可以是二價，三價或更高價態。TiO2在合成材料中的質量百分不到2%，一般為0.5?1.6%。
[0033]可選的無機粘合劑成分
TiO2或者經燒結可產生TiO2的化合物是有助於提高生瓷帶完整性和提高熱循環後的粘結性的主要有效成分。同時，一些氧化物如Sb2O3, Co3O4, PbO, Fe2O3, SnO2, MnOx, CuOx等，當與鈦氧化物混合後，也可以在一定程度上提高粘結性。
[0034]有機媒質
一典型的有機媒質是聚合物的溶液。最常用的聚合物為乙基纖維素，其他還包括乙基己基纖維素，木松香，乙基纖維素和酚醛樹脂的混合物，低酒精含量的聚甲基丙烯酸酯等等。厚膜合成物中使用範圍最廣的溶劑是酯醇和松烯，如alpha-或beta-萜品醇或二者與煤油，馬來酸二丁酯，二甘醇一丁醚，乙二醇，以及高沸點酒精和醇酯。以上化合物以及其他溶劑的多種組合配方可用來獲得所需的粘性和揮發性。
[0035]厚膜導電合成材料中有機媒質和無機成分的比例取決於粘結劑的使用方法和有機媒質的用途。通常使用50?95 wt%的無機成分和5?50 wt%的有機媒質，以獲得良好的塗層。
[0036]本發明的厚膜導電合成材料可用於粘貼生瓷帶與其他各種粘貼元件，從而形成多層電路系統。生瓷帶的作用是作為多層電路中的電介質材料。生瓷帶是不含鉛的。
[0037]生瓷帶由定位孔定位後進行壓片，定位孔位於生瓷帶的邊角，其尺寸比電路圖形的實際尺寸略大。為了將各層連接起來形成多層電路，需要在生瓷帶上製作通孔。早期一般使用器械打孔的方法實現，現在為了實現高精度的打孔，更多地使用雷射鑽孔的方法。
[0038]採用在通孔出填塞厚膜導電合成物的方法實現各層的相互連接。這種導電合成物常用於標準絲網印刷技術。通過絲網印刷導線製作每層的電路。同時，可在選定的層印刷電阻漿料或者高介電常數漿料製作電阻或電容電路元件。導線、電阻、電容和其他電子元件都可通過絲網印刷技術製作。
[0039]本發明的厚膜導電合成材料可應用在疊層工藝的前端工序或者後端工序，通過絲網印刷技術將合成物印製到電路層的最上面一層。最上層和電子元件直接接觸。這些元件一般通過繞線、粘接或焊接等工藝固定到電路層表面。對於焊接元件，本發明的導電合成物尤其適用，可大幅提高焊接接頭在熱老化和熱循環後的粘結性。
[0040]每層的電路製作完成之後，對每層進行對準和疊層，利用等靜壓技術確保每層精確對位。疊層後，再經過裁邊得到合適的尺寸。利用傳送帶燒結爐或廂式燒結爐設定加熱程序對疊層後的坯料進行燒結。
[0041]文中的「燒結」一詞，在這裡是指在氧化氣氛(如空氣)中對集成坯料加熱到一定的溫度，並保溫足夠長的時間，從而使有機材料揮發，使生瓷帶和導體合成物中的無機成分產生化學反應。經燒結後，疊層坯料形成緻密的多層電路元件，一般可用於通信和汽車電子領域。
[0042]「功能層」指的是印刷後的生瓷帶，具有電導，電阻，電容等功能。一個典型的生瓷帶上可以同時印刷製作出導線、導電通孔、電阻和電容等多個電子元件。
[0043]本發明提供的一種用於LTCC技術的厚膜導電合成材料，該材料用於LTCCX低溫陶瓷共燒)工藝中粘貼生瓷料帶與各種粘貼電子元件，製作多層電路系統；對於焊接元件，該導電合成材料尤其適用。當進行多種氧化物參雜後，可提高生瓷料帶的粘結性和焊接連接頭在保溫條件和熱循環條件下的熱學穩定性，防止焊接接頭出現開裂現象，並可保持良好的粘結性，產品可靠性高。
[0044]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換或改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於LTCC技術的厚膜導電合成材料，其特徵在於，包括導電粉體、無機粘合劑和有機媒質，所述無機粘合劑包括Ti02和燒結後可產生Ti02的含Ti化合物，其中所述無機粘合劑的質量佔整個合成材料質量的比例範圍為0.6%~2%。
2.如權利要求1所述的用於LTCC技術的厚膜導電合成材料，其特徵在於，所述導電粉體由一種金屬粉體組成也可以由至少一種金屬粉體、至少一種合金組成的混合物。
3.如權利要求1所述的用於LTCC技術的厚膜導電合成材料，其特徵在於，所述導電粉體的直徑〈10 μ m。
4.如權利要求1所述的用於LTCC技術的厚膜導電合成材料，其特徵在於，所述含Ti化合物中的Ti是二價、三價或更高價態。
5.如權利要求1所述的用於LTCC技術的厚膜導電合成材料，其特徵在於，所述Ti02在合成材料中的質量百分比不到2%。
6.一種製備多層電路的方法，其特徵在於，包括以下步驟， (a):在多層生瓷料帶製備通孔陣列圖案； (b):在(a)工序得到的生瓷帶上進行填孔； (c):在(b)工序得到的生瓷帶表面上印刷一層帶圖案的厚膜導電合成材料，所述厚膜導電合成材料成分包括: (O導電粉體； (2)無機粘合劑，所述無機粘合劑包括Ti02和燒結後可產生Ti02的含Ti化合物，其中所述無機粘合劑的質量佔整個合成材料質量的比例範圍為0.6%~2% ； (3)有機媒質； Cd):對(C)工序得到的生瓷帶進行疊層，以形成包括電路層和生瓷帶的集合體； Ce):對(d)工序得到的集合體進行共燒。
7.如權利要求6所述的製備多層電路的方法，其特徵在於，所述導電粉體的直徑<10 μ m0
8.如權利要求6所述的製備多層電路的方法，其特徵在於，所述含Ti化合物中的Ti是二價、三價或更高價態。
9.如權利要求6所述的製備多層電路的方法，其特徵在於，所述Ti02在合成材料中的質量百分比不到2%。
10.如權利要求9所述的製備多層電路的方法，其特徵在於，所述Ti02在合成材料中的質量百分比為0.5~1.6%。
【文檔編號】H05K1/09GK103906352SQ201410135765
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月7日 優先權日:2014年4月7日
【發明者】朱元芳, 朱玉芳, 邱煉 申請人:深圳市力磁電子有限公司