用于金属芯基板和电子器件的绝缘浆料的利记博彩app

专利名称：：用于金属芯基板和电子器件的绝缘浆料的利记博彩app用于金属芯基板和电子器件的绝缘浆料
背景技术：
：发明领域本发明涉及用于制备在金属芯基板上形成的绝缘层的绝缘浆料。此外，本发明还涉及使用该绝缘浆料制备的电子器件。
背景技术：
：近年来，金属芯基板常被用作多种类型的电子和电气器件以及半导体器件的电路基板。金属芯基板具有在由多种类型的金属或金属合金例如铜、铝、铁、不锈钢、镍或铁镍合金制成的板状金属基底上形成的电子电路，其中绝缘层在基板与电子电路之间。例如，具有有机绝缘层的金属芯基板在日本专利特开平H11-330309中有所公开。电子部件通过焊料安装在上述基板上，这对减小连接良好的电子电路与焊料之间的接触电阻是有必要的。此外，金属芯基板上电子电路的位置精度也是必需的。金属芯基板上的绝缘层可以由(i)有机材料例如具有陶瓷填料的环氧化物或(ii)无机材料例如玻璃/陶瓷)通过烧结方法形成。已经观察到，在玻璃系统内增大电子电路与绝缘层上焊料之间的接触电阻方面存在问题。在将玻璃材料用于绝缘层的情况中，当烧结导体浆料时，玻璃容易扩散至绝缘层上的导体薄膜上，并且玻璃会渗出到导体薄膜的表面上。这种渗出情况增大导体薄膜与绝缘层上焊料之间的接触电阻，并且降低两层之间的粘附强度。此外，在导电层的烧结过程中，绝缘层会再流动。这种再流动的结果是导体图案偏离目标位置。期望通过防止导体浆料烧结过程中玻璃从绝缘层扩散至导体薄膜来改善所制成的电子器件的特性。发明概述本发明涉及用于金属芯基板的改善的绝缘浆料，该浆料避免烧结过程中玻璃从绝缘层扩散至导体薄膜的问题。本发明的绝缘浆料包含(a)玻璃粉，和(b)有机溶剂,浆料中包含氧化铝(A1203)和二氧化钛(Ti02)中的一个或两者作为玻璃扩散抑制剂，该玻璃扩散抑制剂的含量按浆料中无机组分的含量计为12至50重量％，并且优选为12至30重量％。本发明的绝缘浆料可包含玻璃扩散抑制剂作为玻璃粉组分和/或作为添加剂，即作为陶瓷粉。在本发明中，所述玻璃粉优选具有320'C至48(TC的转化点和37(TC至56(TC的软化点。本发明还涉及包含由上述绝缘浆料形成的绝缘层的电子器件。该电子器件具有板状金属基底、一个或两个或更多个在金属基底上形成的绝缘层、以及在绝缘层上形成的电子电路，至少与电子电路接触的绝缘层包含氧化铝(Al203)和二氧化钛(TiO》中的一个或两者来作为玻璃扩散抑制剂，该玻璃扩散抑制剂的含量按绝缘层中无机组分的含量计为12至50重量％，优选为12至30重量％。在本发明的电子器件的变型中，绝缘层可以由两个或更多个层压的绝缘层组成。在这种情况下，只有与电子电路接触的绝缘层可以包含玻璃扩散抑制剂。使用本发明的绝缘浆料制备的电子器件在导体薄膜与焊料之间具有满意的连接和低的接触电阻。此外，在使用本发明的绝缘浆料的情况中，可防止绝缘层上的导体薄膜(电子电路等)在烧结过程中偏离目标位置。附图简述图1示出了使用金属芯基板的电子器件的示意图，图1A示出了使用单一绝缘层的实例，图1B示出了使用多个(2个)绝缘层的实例；图2A至2E是说明图1A中电子器件制备方法的图片；图3示出了实施例1至7中所形成的电路基板的照片(实施例的照片在这些图片上标为3A-3G，比较实施例1至4的照片标为3H-3K)。图4示出了实施例1至7和比较实施例1至4中所形成的电路基板上导体薄膜表面的电子显微照片。(实施例1-7的显微照片在这些图片上标为4A-4G,比较实施例1至4的显微照片标为4H-4K)。发明详述本发明是用于金属芯基板的绝缘浆料。本发明的绝缘浆料包含(a)玻璃粉，和(b)有机溶剂，浆料中包含氧化铝(Al力3)和二氧化钛(Ti02)中的一个或两者来作为玻璃扩散抑制剂。这样，本发明的用于金属芯基板的绝缘浆料包含A1203、Ti02或两者来作为玻璃扩散抑制剂。在本发明的描述中，玻璃扩散抑制剂是指A1203、1402或两者。本发明的绝缘浆料可包含玻璃扩散抑制剂作为玻璃粉的组分、作为陶瓷粉或作为陶瓷粉和玻璃粉的组分。在本发明中，Ah03和/或Ti02作为玻璃粉的组分被包含(AlA和/或Ti02作为玻璃结构的网络的组分被包含)，或者将AlA和/或Ti02作为陶资填料或与玻璃粉分开的粉末添加到绝缘浆料中(包含的AlA和/或Ti02不是作为玻璃结构的网络的组分)。本发明还包括这样的情况，即所包含的AlA和/或Ti02既作为玻璃结构的网和陶瓷填料的组分，也作为陶瓷填料。例如，通过将二氧化硅、硼、铋和其他金属的金属氧化物与金属氧化物或水合铝及钛混合，然后通过熔融、骤冷和碎玻璃化来制备作为网络结构的含AlA和/或7102的玻璃。然后，对该石年玻璃进行湿式或干式才几械破碎，如果采用湿式破碎，随后要进行干燥步骤，以得到粉末。在具有所需粒径的情况下，可以根据需要随后进行筛选分类。作为玻璃扩散抑制剂的八1203和/或Ti02的含量按绝缘浆料中无机组分的含量计为12重量％至50重量％，优选为12重量％至30重量％。绝缘浆料中两种组分A1A和Ti02的重量比率为Al203:Ti02=100:0至0:100。在本发明的用于金属芯基板的绝缘浆料中，玻璃粉优选具有32(TC至480'C的转化点和37(TC至56(TC的软化点。具有该转化点和软化点的玻璃粉可以制造在65(TC或更低的烧结温度下具有优异特性的金属芯基板。尽管对玻璃粉的粒径和其他性能没有具体限制，但玻璃粉优选具有例如0.1至5|nm的平均粒径(D50)。如果平均粒径小于0.lpm,则浆料的分散性变差，而如果平均粒径超过5jiim，则烧结后之形成缺陷例如空隙和针孔，从而难以获得致密的薄膜。以下对本发明的用于金属芯基板的绝缘浆料中的每种组分进行说明。1.玻璃粉通常用于金属芯基板的绝缘浆料中的玻璃粉为硼硅酸铅玻璃或铋-锌-二氧化硅-硼玻璃。其具体实例包括日本专利特开2002-308645中所公开的玻璃(Bi203:27至55°/。，ZnO:28至55%,B203:10至30%,Si02:0至5°/。，A1203:0至5%,La203:0至5%,Ti02:0至5%,ZrO"0至5%，Sn02:0至5%,Ce02:0至5%,MgO:0至5%,CaO:0至5%，SrO:0至5%，BaO:0至5%,Li20:0至2%,Na20:0至2°/。，K2O:0至2%)，以及日本专利特开2003-34550中所公开的玻璃(Bi203:56至88%，B203:5至30%,Sn02+Ce02:0至5%,ZnO:0至20%,Si02:0至15%,A1203:0至10%，Ti02:0至10%，Zr02:0至5%，Li20:0至8%,Na20:0至8°/。，K20:0至8%,MgO:0至10%,CaO:0至10%，SrO:0至10°/。，BaO:0至10%，CuO:0至5%，V205:0至5%,F:0至5%)。2.八1203和Ti(U分尽管对能用于本发明的绝缘浆料的A1A和Ti02粉没有具体限制，但平均粒径优选为0.1至5pm,原因与针对玻璃粉叙述的原因相同。3.有才几溶剂本发明的绝缘浆料包含有机溶剂。对有机溶剂的类型没有具体限制，有机溶剂的实例包括a-碎品醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸盐、癸醇、辛醇、2-乙基己醇和矿物油精。有机溶剂也可以包含有机粘合剂并且为树脂溶液的形式。有机粘合剂的实例包括乙基纤维素树脂、羟丙基纤维素树脂、丙烯酸类树脂、聚酯树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚乙烯醇树脂、松香改性树脂和环氧树脂。此外，还可以添加稀释溶剂以调节粘度。稀释溶剂的实例包括碎品醇和丁基卡必醇乙酸盐。4.^力口剂本发明的绝缘浆料中可以添加或不添加增稠剂和/或稳定剂和/或其他常用的添加剂(如烧结促进剂)。可添加的其他添加剂的实例包括分散剂和粘度调节剂。添加剂的量根据浆料最终需要的特性来确定。添加剂的量可适宜地由本领域的普通技术人员来确定。此外，还可添加多种类型的添加剂。本发明的绝缘浆料可以适宜地用三辊磨等来制备。本发明还包括使用上文所述的用于金属芯基板的绝缘浆料的电子器件。本发明的电子器件用于多种使用电路基板和半导体基板的应用，其实例包括但不限于电源装置、混合集成电路、多芯片模块(MCM)和球栅阵列(BGA)。图1示意性地示出了使用金属芯基板的电子器件100的构成。参考符号102表示板状金属基底，104表示绝缘层，并且106表示电子电路。如图1所示，绝缘层104布置在板状金属基底上，电子电路是在该绝缘层上形成的。此外，出于耐久性考虑，电子电路106上覆盖有保护性薄膜108,那些利用焊料110连接到终端部分上的部分除外，例如电子元件、封装组件或模块化组件等。对绝缘层、电子电路等的厚度或其他条件没有具体限制。这些条件可以在通常用于使用金属芯基板的电子器件的条件范围内。板状金属基底102可由用多种金属或合金例如铜、铝、铁、不锈钢、镍或铁镍制成的板状基底构成。这些金属或合金中也可以包含多种材料，例如无机颗粒(如SiC、A1203、A1N、BN、WC或SiN)、无机填料、陶资颗粒或陶瓷填料，以改善电子器件的特性。板状基底也可以为由多种材料构成的层压体形式。上述本发明的用于金属芯基板的绝缘浆料可以用于绝缘层104中。在本发明的电子器件中，绝缘层104可以由单个层构成(如图1A所示)，也可以由包含两种或更多种绝缘浆料的多个层构成(图1B所示为两层的实例)。在绝缘层包含多个层的情况下，必须在至少最上层104"(其上形成电子电路的层)使用本发明的用于金属芯基板的绝缘浆料。因此，在本发明中，当绝缘层由多个层构成时，不是最上层(其上形成电子电路的层)的层104'可使用本发明的用于金属芯基板的绝缘浆料或另一种绝缘浆料。导体浆料用于电子电路106中。对导体浆料没有具体限制，只要是在金属芯基板的绝缘层上形成电路时使用它。例如，导体浆料包含导电性金属和载体，必要时还可包含玻璃粉、无机氧化物等。所包含的玻璃粉、无机氧化物等按100重量％的导电性金属计优选为10重量％或更少，更优选为0至5重量°/。，甚至更优选为0至3重量％。导电性金属优选为金、银、铜、钇、柏、镍、铝或它们的合金。导电性金属的平均粒径优选为8pm或更小。玻璃粉的实例包括硅酸铅玻璃、硼硅酸铅玻璃和铋-锌-二氧化硅-硼玻璃。此外，无机氧化物的实例包括A1203、Si02、Ti02、Mn0、Mg0、Zr02、Ca0、Ba0和Co203。载体的实例包括粘合剂树脂(如乙基纤维素树脂、丙歸酸类树脂、松香改性树脂或聚乙烯醇缩丁醛树脂)与有机溶剂(如丁基卡必醇乙酸盐(BCA)、薛品醇、酯醇、BC或TPO)的有机混合物。可以适宜地通过例如用搅拌器混合上述每种组分然后用三辊磨等设备进行分散来制备导体浆料。可使用例如图2所示的方法来制备本发明的电子器件。图2为示出包含单一绝缘层的电子器件的制备方法的实例。首先制备板状金属基底102(图2A)。然后通过例如丝网印刷方法将本发明的用于金属芯基板的绝缘浆料印刷到该板状金属基底上，再进行烧结，以获得绝缘层104(图2B)。在形成多个绝缘层的情况中，重复此步骤，以获得所需数量的层。然后，通过丝网印刷等方法将用于形成电子电路106的导体浆料以所需图案印刷到绝缘层上，然后进行烧结(图2C)。然后，通过丝网印刷等方法将保护性薄膜108印刷成所需的图案(图2D)。在这种情况下，保护性薄膜应印刷得覆盖所有组件，那些利用焊料110连接到电子元件、封装组件或模块化组件等的终端部分上的部分除外。在保护性薄膜由玻璃或玻璃和陶瓷组成的情况下，在等于或低于导体浆料烧结温度的温度下进行烧结。在保护性薄膜使用有机材料例如环氧树脂的情况下，可在100至20(TC范围内的温度下通过热固化来形成保护性薄膜。随后，将焊料浆料印刷在那些与每个组件的终端部分连接的部分上，在将那些组件安装到其预定位置后，通过在回流焊炉中焊接将所述连接的部分安装好(图2E)。在本发明中，将绝缘浆料用于金属芯基板(在绝缘层包含多个层的情况下，用于至少最上层)。这样在65(TC或更低的烧结温度下在金属芯基板上形成绝缘层和电子电路时，防止过去发生的玻璃从绝缘层扩散至导体薄膜的问题。因此，导体与焊料之间的接触电阻会降低，并且可在具有可焊性和电子电路的精确位置的绝缘层上形成可靠的电子电路。实施例尽管下面通过实施例详细说明了本发明，但这些实施例仅旨在例证性地进行说明，而不是限制本发明。(A)用于金属芯基板和导体浆料的绝缘浆料的制备按照表1所示的配方量制备用于金属芯基板和导体浆料的绝缘浆料。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表中所示每种材料的描述如下。玻璃A:将含有作为玻璃网络组分的Al^的玻璃(Bi203-Si02-B203-基玻璃)熔融并骤冷，然后在其中添加Ti02陶乾填料并混合(Al203:Ti02=4.8:14.4)。玻璃B:将含有作为玻璃网络组分的Al力3的玻璃(Bi203-Si02-8203-基玻璃)熔融并骤冷，然后在其中添力口TiO陶瓷填料并混合(A1203:Ti02=3.0:11,3)。玻璃C:将含有作为玻璃网络组分的Al^和Ti02(Al203:Ti0产2.0:0.1)的玻璃(Bi203-SiOrB203-基玻璃)熔融并骤冷。玻璃D:将含有作为玻璃网络组分的Al2O3(Al2O3=0.5)的玻璃(Bi20「Si02-B203-基玻璃)熔融并骤冷。A1203:平均粒径0.4至0.6pmTi02:平均粒径0.4至0.6|im银粉具有1.4至1.6jim的平均粒径的球状粉末树脂溶液溶解在碎品醇中的乙基纤维素树脂(乙基纤维素树脂碎品醇=10:90(重量/重量))稀释溶剂碎品醇或丁基卡必醇乙酸盐按照每种浆料的配方将每种组分在容器中称重，然后用搅拌器混合并且用三辊磨进行分散。(B)在金属芯基板上形成绝缘层和电路在金属芯基板上形成绝缘层和银导体电路。形成电路基板的方法如下所述。形成方法l(实施例l、2、3、4、5和比较实施例1、2)通过丝网印刷将第一绝缘浆料(底层)印刷到不锈钢(SUS430)基板(板状金属基底)上，使烧结后的厚度为2(Vm。接着，将基板放入带式炉中在55(TC下烧制总共30分钟并保温10分钟，得到绝缘层1。然后，在与第一绝缘浆料相同的条件下通过丝网印刷将第二绝缘浆料(顶层)印刷到绝缘层1上，然后进行烧结。从而形成绝缘层2。最后，将银浆料印刷到第二绝缘层上，使得烧制后的厚度为15pm，然后在与绝缘浆料相同的条件下通过烧结形成银导体电路。形成方法2(实施例6、7和比较实施例3、4)通过丝网印刷将绝缘浆料印刷到不锈钢(SUS430)基板(板状金属基底)上，使烧结后的厚度为20|iim。将基板放入带式炉中在550。C下烧制总共30分钟并保温10分钟。然后，将银浆料印刷到绝缘层上，使得烧制后的厚度为15pm，然后在与绝缘浆料相同的条件下进行烧结，形成银导体电路。(C)评估评估每个实施例和比较实施例的电路基板的以下性能(i)银导体电路上的可焊性，(ii)银导体电路的粘合强度，以及(iU)银导体电路图案的位置精度。根据图3所示照片的图案形成的电路进行每项评估。(i)银导体的可焊性将在每个实施例中制备的具有绝缘层和银导体电路的金属芯基板在由比率为95.75/3.5/0.75的锡、银和铜组成的无铅焊料中，在240。C下焊接10秒钟。随后，观察导体上的可焊性。结果示于表2中。此外，评估规范如下所述。评估规范合格95%或更多的焊料粘附在银导体表面2nW的图案上勉强合格80%至少于95%的焊料粘附在银导体表面2mm2的图案上不合格少于80%的焊料粘附在银导体表面2mn^的图案上(ii)银导体粘合强度用由比率为95.75/3.5/0.75的锡、银和铜组成的无铅焊料将镀锡铜线连接到2mm2的银导体图案上，然后用张力检验器来测量垂直于基板的铜线的剥离强度。结果示于表2中。(iii)银导体图案的位置精度针对绝缘层上形成的测量值为0.5隱(宽度)xiOOmm(总长度)的图案(面对图3中页面时左侧的图案)和精细银导体电路图案(面对图3中页面时右上角的图案)，观察银导体电路图案偏移预定位置的量。未发生位置偏移时，则评定为合格，如果发生位置偏移，则评定为不合格。结果示于表2中。从图3中的照片可以清晰地看出，在使用本发明的用于金属芯基板的绝缘浆料的实施例1至7中，电路图案(照片中左侧和右上角)未发生位置偏移。另一方面，比较实施例1至4的电路图案发生了位置偏移。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>(D)实施例1至7和比较实施例1至4的电路基板的电子显微镜观察结果图4示出了在图3中央形成的矩形图案(银导体)的表面的电子显微照片。在实施例1至7中，防止了玻璃从绝缘层扩散至银导体表面上导体薄膜的情况。另一方面，在比较实施例1至4中，从图4清楚地观察到玻璃组分已从绝缘层扩散至银导体电路的表面上。这些实验结果清楚地表明，使用本发明的用于金属芯基板的绝缘浆料能在绝缘层上形成具有银导体电路可焊性并且银导体电路无位置偏移的可靠电路，同时还降低导体与焊料之间的接触电阻。权利要求1.用于金属芯基板的绝缘浆料，所述浆料包含(a)玻璃粉，和(b)有机溶剂，其中，所述浆料中包含氧化铝(Al2O3)和二氧化钛(TiO2)中的一个或两者作为玻璃扩散抑制剂，所述玻璃扩散抑制剂的含量按所述浆料中无机组分的含量计为12至50重量％。2.根据权利要求1的用于金属芯基板的绝缘浆料，其中，所述玻璃扩散抑制剂作为所述玻璃粉的组分被包含。3.根据权利要求1的用于金属芯基板的绝缘浆料，其中，所述玻璃扩散抑制剂作为(c)陶瓷填料被包含。4.根据权利要求1的用于金属芯基板的绝缘浆料，其中，所述玻璃扩散抑制剂作为所述玻璃粉的组分以及作为(c)陶瓷填料被包含。5.根据权利要求1的用于金属芯基板的绝缘浆料，其中，所述玻璃扩散抑制剂的含量按所述浆料中无机组分的含量计为12至30重量％。6.根据权利要求1的用于金属芯基板的绝缘浆料，其中，所述玻璃粉具有320至48(TC的转化点和370至56(TC的软化点。7.电子器件，所述电子器件包含板状金属基底；在所述板状金属基底上形成的一个或两个或更多个绝缘层；以及在所述绝缘层上形成的电子电路，其中，至少与所述电子电路接触的绝缘层包含氧化铝(A1203)和二氧化钛(TiO》中的一个或两者作为玻璃扩散抑制剂，并且所述玻璃扩散抑制剂的含量按所述绝缘层中无机组分的含量计为12至5G重量％。8.根据权利要求7的电子器件，其中所述玻璃扩散抑制剂的含量按所述绝缘层中无机组分的含量计为12至30重量％。9.根据权利要求7的电子器件，其中所述绝缘层包括两个或更多个层压的绝缘层，并且只有与所述电子电路接触的绝缘层包含所述玻璃扩散抑制剂。全文摘要本发明的绝缘浆料包含(a)玻璃粉，和(b)有机溶剂，其中所述浆料中包含氧化铝(Al₂O₃)和氧化钛(TiO₂)中的一个或两者作为玻璃扩散抑制剂，并且所述玻璃扩散抑制剂的含量按所述浆料中无机组分的含量计为12至50重量％。文档编号C03C8/14GK101679107SQ200880018049公开日2010年3月24日申请日期2008年6月19日优先权日2007年6月20日发明者仲岛直人,浜口真佐树,稻叶明申请人:E.I.内穆尔杜邦公司