專利名稱：用于導(dǎo)電凸點的熱固性導(dǎo)電膏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱固性導(dǎo)電膏，其適用于在印刷電路層上在預(yù)定位置形成導(dǎo)電凸點，以便借助于在電路層之間的通孔型導(dǎo)電凸點實現(xiàn)連接。其特別適用于印刷電路板或者多層印刷電路板。
背景技術(shù)：
印刷電路板的簡單的制造方法公開于日本專利申請公開(Kokai)H6-342977A(1994)中，其中基本上-圓錐形的導(dǎo)電凸點將在印刷電路板上構(gòu)成一種結(jié)構(gòu)的上和下電路層連接起來。按照該方法，通過在導(dǎo)電金屬箔上印刷導(dǎo)電組合物、通過穿過包括合成樹脂片材的絕熱片材而形成圓錐形的導(dǎo)電凸點，該導(dǎo)電組合物包含導(dǎo)電粉末與熱固性粘合劑樹脂或者熱塑性樹脂的混合物，疊放導(dǎo)電金屬箔和進行壓制以將這些層層合為一個單元(對層合體進行壓制而不改性，或者對其進行加熱和壓制)，凸點的頂端發(fā)生塑性變形并且具有滿意的粘合性，并且與其所接觸的相對的導(dǎo)電金屬箔粘合，這樣在上電路層和下電路層之間形成電連接。因此，對于所述凸點，在復(fù)合層被壓制之后，需要與導(dǎo)電金屬箔具有高度可靠的電接觸和高的粘合強度。所述導(dǎo)電組合物通過將導(dǎo)電粉末與熱固性粘結(jié)劑混合來制備，所述導(dǎo)電粉末是例如金、銀、銅、焊錫粉、合金粉末或者其混合物，所述熱固性粘結(jié)劑是例如聚碳酸酯樹酯、聚砜樹脂、聚酯樹脂、苯氧基樹脂、酚醛樹脂和聚酰亞胺樹脂。
尋求一種改進的用于導(dǎo)電凸點的導(dǎo)電膏組合物，其具有與導(dǎo)電金屬箔的高度可靠的電接觸和高的粘合強度。本發(fā)明滿足了這種需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種熱固性導(dǎo)電膏，其用于在至少一個層合到絕緣層上的電路層上在預(yù)定位置形成導(dǎo)電凸點，其中在層合時，導(dǎo)電凸點穿過絕緣層與第二個電路層形成電連接，其中該導(dǎo)電膏包含基于總組合物為80到90重量百分數(shù)導(dǎo)電粉末和10到20重量百分數(shù)的環(huán)氧樹脂、固化劑和溶劑，所述導(dǎo)電粉末至少包含第一種和第二種導(dǎo)電金屬粉末，其中對于第一種粉末，堆積密度為金屬的平均密度(比重)的20％或以下，對于第二種粉末，堆積密度為金屬的平均密度(比重)的20到40％。
本發(fā)明還涉及一種熱固性導(dǎo)電膏，其中上述的導(dǎo)電粉末包含25到75重量百分數(shù)的薄片銀粉，其堆積密度為3到3.5g/ml和平均粒度為2到4.5μm，和25到75重量百分數(shù)的為球狀銀粒子的聚集體的銀粉，其堆積密度為0.7到1.7g/ml和平均粒度為1.5到3.5μm。
本發(fā)明還涉及如上所述的熱固性導(dǎo)電膏，其使用布氏粘度計在0.5rpm的轉(zhuǎn)速和25℃下測定的粘度為2200-3200Pa.s。
發(fā)明詳述本發(fā)明的目的是提供用于導(dǎo)電凸點的熱固性導(dǎo)電膏，其能夠形成與導(dǎo)電金屬箔之間具有非常可靠的電接觸和非常高的粘合強度的凸點。所述用于形成凸點的熱固性導(dǎo)電膏，適合于將上電路層和下電路層進行電連接和在上電路層和下電路層之間形成通孔型導(dǎo)電元件連接的方法，其中通過印刷方法在導(dǎo)電金屬箔上形成基本上圓錐形的導(dǎo)電凸點。例如，該方法如下進行使用包括合成樹脂片材的穿孔絕緣片材，再疊放在上面形成了導(dǎo)電凸點的導(dǎo)電金屬箔，然后通常通過層合，作為一個單元，壓制該片材。
為了滿足需要的性能，開發(fā)了用于導(dǎo)電凸點的熱固性導(dǎo)電膏，該導(dǎo)電凸點用于穿過印刷電路板中的以預(yù)定距離分離的絕緣層。該厚膜組合物包含大約80到大約90重量百分數(shù)的導(dǎo)電組分，其余的組分是至少一種環(huán)氧樹脂、固化劑和溶劑，其中所述導(dǎo)電組分至少包括兩種導(dǎo)電粉末，第一種導(dǎo)電粉末具有相對于平均密度(比重)不超過20％的堆積密度，和第二種粉末具有相對于平均密度(比重)為大約20到大約40％的堆積密度。通過穿過構(gòu)成印刷電路板的結(jié)構(gòu)的電路層形成導(dǎo)電元件連接，所述基本上圓錐形的導(dǎo)電凸點提供了連接。在穿過之后，該凸點能夠滿足與導(dǎo)電金屬箔之間具有高度可靠的電接觸和非常高的粘合強度的需要。這通過以下來完成在層合以形成一個單元期間，在壓制該層時使導(dǎo)電凸點容易變形，從而使所述基本上圓錐形的導(dǎo)電凸點和導(dǎo)電金屬箔之間的接觸表面面積增大。
一般而言，可以使用已知的導(dǎo)電粉末，例如金、鉑、鈀、銀、銅、鋁、鎳、鎢或者包含合金粉末的粉末。金、鉑和鈀粉末是昂貴的。銅和鎳粉末，由于表面氧化，導(dǎo)電粉末的表面電阻會增大，并且由于低的熔點，工藝的溫度依賴性增加，因此對其使用是有顧慮的。為此，在本發(fā)明中使用銀粉末是最可取的。可以使用不同的形狀的銀粉末，例如球形的(在下文中稱作聚集體粉末)和薄片。作為一種實施方案，可以包含25到75重量百分數(shù)的薄片形式的粉末，其堆積密度為3-3.5g/ml和平均粒度為2到4.5μm，和25到75重量百分數(shù)的聚集體粉末，其平均粒度為1.5到3.5μm，堆積密度為0.7-1.7g/ml，該聚集體粉末為細小的基本上球狀的顆粒的聚集體。在此，“到”指“到大約”。
作為組合物的熱固性粘結(jié)劑組分，環(huán)氧樹脂是優(yōu)選的。實例包括雙酚A環(huán)氧樹脂、可溶可熔酚醛環(huán)氧樹脂和甲酚可溶酚醛環(huán)氧樹脂。根據(jù)需要，可以適合地共混不同于環(huán)氧樹脂的樹脂。
可以使用固化劑，而不進行特別限制。優(yōu)選的固化劑包括，例如，胺類固化劑例如雙氰胺、羧基酰肼，咪唑固化劑例如十七烷基咪唑，由酸酐代表的潛在固化劑，和改性的酚醛樹脂。
建議的溶劑是，例如，脂族醇，例如乙醇、異丙醇、正丙醇、丁醇，其酯，例如乙酸酯、丙酸酯等等，卡必醇溶劑，例如甲基卡必醇、乙基卡必醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯等等，溶纖劑溶劑，例如溶纖劑、丁基溶纖劑、異戊基溶纖劑、己基溶纖劑、丁基溶纖劑乙酸酯等等，酮溶劑，例如丙酮、甲基乙基酮、2-戊酮、3-戊酮、環(huán)己酮等等，和烴熔劑，例如苯、甲苯、二甲苯、乙苯、萜烯、環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷、甲基戊烷等等。
在包含銀粉末、環(huán)氧樹脂、固化劑和溶劑的組合物中，通過調(diào)節(jié)銀粉末的形狀和堆積密度，可以在壓制復(fù)合層之后，通過與相對于凸點頂端的導(dǎo)電金屬箔粘合和粘結(jié)而獲得高度可靠的電連接。
由于用于本發(fā)明的銀粉末的低堆積密度，固化的材料在形成和固化之后，與包含高堆積密度的銀粉末的固化材料相比具有較低的密度，因為在低堆積密度的固化材料中形成了許多微小的空隙。因此，在本發(fā)明中，使用了具有不同堆積密度的銀粉末，以便限制這類許多的微小的空隙。這使得在固化之后可以形成基本上-圓錐形的導(dǎo)電凸點。
當壓制包含導(dǎo)電金屬箔和絕緣片材的結(jié)構(gòu)的層合體時，導(dǎo)電凸點能容易地變形。因此，增大了基本上-圓錐形的導(dǎo)電凸點和導(dǎo)電金屬箔之間的接觸表面面積，這可以獲得具有優(yōu)越的可靠性的電連接。
用于本發(fā)明的銀粉末構(gòu)成片狀粉末和聚集體粉末的混合物，該聚集體粉末包含細小的基本上-球狀顆粒的聚集體。片狀粉末與球狀粉末相比一般地具有較低的電阻。
然而，當片狀粉末占銀粉末的100重量百分數(shù)時，不形成許多微小的空隙，因此與具有低堆積密度的銀粉末混合是必要的。
片狀粉末和聚集體粉末在銀粉末中的比例，基于固體重量，優(yōu)選為25-75重量百分數(shù)的片狀粉末和25-75重量百分數(shù)的聚集體粉末，非常優(yōu)選40到60重量百分數(shù)的片狀粉末和40到60重量百分數(shù)的聚集體粉末的混合物。當片狀粉末的比例為75％或更多時，在導(dǎo)電膏中難以形成許多微小的空隙，此外在25％或以下的情況下，形成過量的空隙，這樣不能獲得所需硬度的導(dǎo)電凸點。
相對于總的100重量份的總的銀粉末、環(huán)氧樹脂和固化劑，銀粉末的比例優(yōu)選為80到90重量份、更優(yōu)選83到88重量份。在80重量份或以下的情況下，在上述的導(dǎo)電凸點中難以形成許多微小的空隙。在90重量份或更多的情況下，不能獲得適合于印刷的導(dǎo)電膏的粘度。
片狀粉末有時以長直徑與短直徑的比值(縱橫比)來表征。然而，不必對縱橫比進行特別規(guī)定，只要用激光衍射型粒度分布測量儀器測定的D50％值(平均粒度)在2-4.5μm范圍之內(nèi)即可。
聚集體粉末包括細小的基本上-球狀的顆粒的聚集體，所述球狀顆粒具有大約0.1到0.5μm的尺寸。然而，不必對精細的基本上-球狀的顆粒的尺寸進行規(guī)定，只要用激光衍射型粒度分布測量儀器測定的平均粒度為大約1.5到3.5μm即可。
銀粉末的堆積密度(g/ml)用堆積密度測量儀器測定。例如，將10g的銀粉末置于10-ml量杯中，并且允許從5厘米的高度自然地落下。在重復(fù)該過程8次之后，讀出銀粉末的體積，并且由10g/裝填之后的整體銀粉末的體積(ml)進行計算。
對于各種配方，環(huán)氧樹脂和固化劑的比例是現(xiàn)有技術(shù)中已知的，并且只要在固化之后能獲得導(dǎo)電凸點所需要的硬度即可。
適于印刷熱固性膏的粘度范圍優(yōu)選為2200~3200Pa.s，最優(yōu)選2400~3000Pa.s。粘度在布氏粘度計上在0.5rpm旋轉(zhuǎn)速度下于25℃測量。
當粘度為2200Pa.s或以下時，印刷和干燥之后的導(dǎo)電凸點的凸點高度低，通過合成樹脂絕緣片材的穿透特性變差。此外，在3200Pa.s或以上的情況下，印刷和干燥之后導(dǎo)電凸點的高度過高，在穿過時凸點頂端折斷，并且影響絕緣層的絕緣特性。
例如，通過用攪拌器進行初步混合，然后在3-輥煉機中進行混合制造了熱固性銀膏，基于總組合物其包含85wt％的銀粉末、9wt％的環(huán)氧樹脂、1wt％的固化劑和5wt％的溶劑。使用熱固性銀膏的印刷電路板按照如下過程制造在形成了導(dǎo)電凸點和通過作為一個單元進行層合而完成了合成樹脂絕緣片材的穿透之后，復(fù)合雙面的電路板，其包括在上側(cè)和下側(cè)的導(dǎo)電金屬箔之間的內(nèi)芯層，然后通過刻蝕將導(dǎo)電金屬箔的表面圖案化。
在進行熱油試驗(浸入260℃油浴中10秒，立即浸入20℃油浴中20秒，循環(huán)重復(fù)100次)和焊接耐熱性試驗(在260℃焊錫槽中浮動20秒)之后，根據(jù)電路層之間相對于初始電阻的阻值變化(％)來確定所得到的印刷電路板的上電路層和下電路層之間連接的可靠性。
實施例實施例1在3-輥煉機中混合以下物質(zhì)的混合物64重量百分數(shù)的薄片銀粉末(堆積密度3-3.5g/ml，此外，平均粒度為2-4.5μm)、21重量百分數(shù)的聚集體銀粉末(堆積密度0.7-1.7g/ml，此外，平均粒度為2-4.5μm)、15重量百分數(shù)的包含9重量百分數(shù)環(huán)氧樹脂(可得自SumitomoChemical Co.，LTD的環(huán)氧甲酚可溶酚醛樹脂)的粘結(jié)劑混合物、1重量百分數(shù)的固化劑(可得自Shikoku Kasei Kabushiki Kaisha的苯基二羥基甲基咪唑)和5重量百分數(shù)的溶劑(丁基卡必醇乙酸酯)，獲得熱固性銀膏。通過絲網(wǎng)印刷和在150-170℃下固化大約20到30分鐘形成基本上-圓錐形的導(dǎo)電凸點。
在熱油試驗之后阻值變化為-2％，在焊接耐熱性試驗之后阻值變化為-3％；兩種情況下均顯示出滿意的值。
實施例2在3-輥煉機中混合以下物質(zhì)的混合物42.5重量百分數(shù)的薄片銀粉末(堆積密度3-3.5g/ml，此外，平均粒度為2-4.5μm)、42.5重量百分數(shù)的聚集體銀粉末(堆積密度0.7-1.7g/ml，此外，平均粒度為2-4.5μm)、15重量百分數(shù)的如用于實施例1中的包含環(huán)氧樹脂混合物的粘結(jié)劑、固化劑和溶劑，獲得熱固性銀膏。此外，為了獲得如實施例1中的適于印刷的粘度，加入0.3重量百分數(shù)的溶劑以調(diào)節(jié)粘度。如實施例1中所述，通過絲網(wǎng)印刷和固化將該熱固性銀膏成型為基本上-圓錐形的導(dǎo)電凸點。
在熱油試驗之后阻值變化為-2％，在焊接耐熱性試驗之后阻值變化為0％；兩種情況下均顯示出滿意的值。
實施例3在3-輥煉機中混合以下物質(zhì)的混合物21重量百分數(shù)的薄片銀粉末(堆積密度3-3.5g/ml，此外，平均粒度為2-4.5μm)、64重量百分數(shù)的聚集體銀粉末(堆積密度0.7-1.7g/ml，此外，平均粒度為2-4.5μm)、15重量百分數(shù)的用于實施例1中的包含環(huán)氧樹脂混合物的粘結(jié)劑、固化劑和溶劑，以獲得熱固性銀膏。此外，為了獲得如實施例1中的適于印刷的粘度，加入0.5重量百分數(shù)的溶劑以調(diào)節(jié)粘度。通過絲網(wǎng)印刷將熱固性銀膏成型為基本上-圓錐形的導(dǎo)電凸點。
在熱油試驗之后阻值變化為-3％，在焊接耐熱性試驗之后阻值變化為1％；兩種情況下均顯示出滿意的值。
對比實施例1在3-輥煉機中混合以下物質(zhì)的混合物51重量百分數(shù)的薄片銀粉末(堆積密度3-3.5g/ml，此外，平均粒度為2-4.5μm)、34重量百分數(shù)的球狀粉末(堆積密度5-6g/ml，此外，平均粒度為4.5-6.5μm)、15重量百分數(shù)的如用于實施例1中的包含環(huán)氧樹脂混合物的粘結(jié)劑、固化劑和溶劑，獲得熱固性銀膏。如實施例1中所述，通過絲網(wǎng)印刷和固化將該熱固性銀膏成型為基本上-圓錐形的導(dǎo)電凸點。
在熱油試驗之后最大電阻值變化為90％，在焊接耐熱性試驗之后阻值變化從第50次循環(huán)增大到87％的最大值；顯示了異常高的值。
權(quán)利要求
1.用于形成至少一個層合到絕緣層上的電路層的熱固性導(dǎo)電膏，其中在層合時導(dǎo)電凸點穿過絕緣層形成電連接，和其中該凸點包含，基于總組合物，(a)80到90重量百分數(shù)的導(dǎo)電粉末，其包含至少第一種和第二種導(dǎo)電粉末，其中對于該第一種粉末，堆積密度為平均密度(比重)的20％或以下，對于第二種粉末，堆積密度為平均密度(比重)的20到40％，和(b)10到20重量百分數(shù)的環(huán)氧樹脂、固化劑和溶劑。
2.權(quán)利要求1的熱固性導(dǎo)電膏，其中導(dǎo)電粉末包含25到75wt％薄片銀粉末，其堆積密度為3到3.5g/ml和平均粒度為2到4.5μm，和25到75重量百分數(shù)的聚集體銀粉末，其堆積密度為0.7到1.7g/ml和平均粒度為1.5到3.5μm。
3.權(quán)利要求2的熱固性導(dǎo)電膏，其中該導(dǎo)電膏的粘度用布氏粘度計在0.5rpm的旋轉(zhuǎn)速度和25℃下測定為2200到3200Pa.s。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在層合到絕緣層上的至少一個電路層上在預(yù)定位置形成導(dǎo)電凸點的導(dǎo)電膏。在層合時，導(dǎo)電凸點穿過絕緣層，與第二電路層形成電連接。該導(dǎo)電膏包含基于總組合物為80到90重量百分數(shù)的導(dǎo)電粉末和10到20重量百分數(shù)的環(huán)氧樹脂、固化劑和溶劑，所述導(dǎo)電粉末至少包含第一種和第二種導(dǎo)電金屬粉末，其中對于第一種粉末，堆積密度為金屬的平均密度(比重)的20％或以下，對于第二種粉末，堆積密度為金屬的平均密度(比重)的20到40％。
文檔編號H05K1/09GK1547874SQ02816588
公開日2004年11月17日 申請日期2002年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月24日
發(fā)明者H·科約, H·馬特蘇諾, H 科約, 廝張 申請人:納幕爾杜邦公司