[发明专利]结晶包封材料

说明书

发明领域

本发明涉及组合物，以及此类组合物在保护性涂层中的用途。在一个实施方案中，使用所述组合物来保护电子装置结构、尤其是嵌入式箔上烧结型(fired-on-foil)陶瓷电容器免于接触印刷电路板处理化学品，并且用于环境保护。

发明技术背景

电子电路需要无源电子元件，诸如电阻器、电容器和感应器。当前的趋势是将无源电子元件嵌入或整合到有机印刷电路板(PCB)中。将电容器嵌入在印刷电路板中的做法能够缩减电路规模并且改善电路性能。然而，嵌入式电容器必须满足高可靠性的要求以及其它要求，诸如高收益和性能。满足可靠性要求涉及通过加速寿命试验。一种此类加速寿命试验是使包含嵌入式电容器的电路在85％的相对湿度、85℃的温度以及5伏电压偏移下暴露1000小时。绝缘电阻的任何显著下降将构成失效。

嵌入在印刷电路板内的高容量陶瓷电容器尤其可用于退耦应用。高容量陶瓷电容器可通过“箔上烧结”工艺形成。箔上烧结型电容器可由授予Felten的美国专利号6,317,023B1中所公开的厚膜方法形成，或由授予Borland等人的美国专利申请20050011857 A1中所公开的薄膜方法形成。

通过将厚膜电容器介电材料层沉积到金属箔基底上，接着将顶层铜电极材料沉积到厚膜电容器介电层上，接着在铜厚膜承烧条件下承烧，诸如在900-950℃下，在氮气气氛中承烧10分钟的峰值时段，来形成厚膜箔上烧结型陶瓷电容器。

承烧后电容器介电材料应具有高介电常数(K)，以能够制造适用于退耦的高容量小型电容器。通过将高介电常数粉末(“功能相”)与玻璃粉混合，并且将所述混合物分散到厚膜丝网印刷载体中，来形成高K的厚膜电容器电介质。

在厚膜介电材料承烧期间，介电材料中的玻璃组分在到达峰值承烧温度之前软化并且流动，熔合、包封功能相，并且最终形成单片陶瓷/铜电极薄膜。

然后将包含箔上烧结型电容器的箔层压到预浸料坯(prepreg)介电层上，电容器组件面向下以形成内层，并且金属箔可被蚀刻以形成电容器以及任何相关电路的箔电极。此时可通过常规的印刷线路板方法，将包含箔上烧结型电容器的内层组合到多层印刷线路板中。

烧结的陶瓷电容器层可包含一些孔隙，并且如果由于操作不当而遭受挠曲力，则可遭致产生一些微裂纹。此类孔隙和微裂纹能够使水分渗入陶瓷结构，并且当暴露于加速寿命试验中的电压偏移和温度时，可导致低绝缘电阻和失效。

在印刷电路板制造过程中，包含箔上烧结型电容器的箔还会暴露于苛性脱模光致抗蚀化学品和褐色或黑色氧化物处理下。通常使用此处理来改善铜箔对预浸料坯的粘合。它包括在高温下，分次将铜箔暴露于苛性和酸性溶液中。这些化学品可侵蚀并且部分溶解电容器介电玻璃和掺杂剂。此类损害通常导致离子表面沉积在电介质上，这致使当电容器暴露于湿气时绝缘电阻低。此劣化还有损于电容器的加速寿命试验。

同样重要的是，嵌入后，包封的电容器在下游工序(诸如与焊料回流循环或外模烘焙循环相关的热转移)期间保持其完整性。在构造的各个界面的任何一处或各层自身内部出现分层和/或断裂，可通过为水分渗入到组合件中提供通道来破坏嵌入式电容器的完整性。

需要可解决这些问题的方法。已尝试了多种改进嵌入式无源电子元件的方法。用于增强嵌入式电阻器的包封材料组合物的实例可见于授予Felten的美国专利6,860,000中。

发明概述

本发明涉及涂布了有机包封材料且嵌入到印刷线路板中的箔上烧结型陶瓷电容器，所述有机包封材料具有结晶形态。所述包封材料由吸水率为2％或更低的结晶聚酰亚胺；任选地一种或多种电绝缘填充剂、消泡剂和着色剂以及一种或多种有机溶剂组成。选择聚酰亚胺以使得其聚(酰胺酸)前体、聚异酰亚胺前体、或聚(酰胺酸酯)前体可溶于一种或多种常规丝网印刷溶剂中。所述聚酰亚胺还具有大于300℃的熔点。

公开了组合物，所述组合物包含：聚(酰胺酸)、聚异酰亚胺或聚(酰胺酸酯)、任选地一种或多种电绝缘填充剂、消泡剂和着色剂以及有机溶剂。所述组合物具有约450℃或更低的固结温度。

本发明还涉及用包封材料包封箔上烧结型陶瓷电容器的方法，所述包封材料包含吸水率为2％或更低的结晶聚酰亚胺；任选地一种或多种电绝缘填充剂、消泡剂和着色剂以及有机溶剂。然后，在等于或小于约450℃的温度下使包封材料固化。

包含有机材料的本发明组合物可被作为包封材料施用到任何其它电子元件上，或与无机电绝缘填充剂、消泡剂和着色剂混合并且作为包封材料施用到任何电子元件上。

根据惯例，附图的各个特征不必按比例绘制。可放大或缩小各个特征的尺寸，以更清晰地示例本发明的实施方案。