[发明专利]增强光和/或激光烧结的缓冲层

说明书

本申请要求美国临时专利申请S/N.61/174,758和61/163,894的优先权。

背景信息

微电子和半导体封装行业已经开始变换到可印刷电子行业。电子电路包括 彼此电连接的各种组件。不同组件之间的这些电连接可由能用导电墨印刷在基 板上的导电金属迹线制成迹线。墨在基板上沉积之后进行处理并烧结以变得导 电。热烧结使用高温(例如，≥250℃)来熔合墨中的纳米颗粒。光子(光) 和激光烧结利用极高强度的灯/激光用低温在极短的时间段(例如，微秒)内熔 合纳米颗粒而不损坏下面的基板。然而，光/激光烧结工艺具有基板需要低热导 率材料的限制，以使纳米颗粒有效地吸收能量并且在热能消散到基板中之前烧 结。换言之，可用于这些应用的基板将仅限于低热导率材料。

另一方面，低热导率基板可用于柔性可印刷电子技术。诸如聚乙烯(PE)、 聚酯(PET)等低温熔点材料可防止纳米颗粒墨正确地烧结，并且可损坏基板， 其结果是电阻率将很高。

附图简述

图1是示出光烧结在四个硅晶片上的铜墨的数字照片。

图2是示出光烧结之前的铜墨的数字照片。

图3是示出光烧结之后的铜墨的数字照片。

图4是示出Kapton基板上的激光烧结线的数字照片。

图5是示出图4的激光烧结线的放大数字照片。

图6示出了显示通过激光来烧结的铜墨的电阻率不仅与激光功率成反比、 而且与由聚酰亚胺制成的缓冲层的厚度成反比的曲线图。

图7示出了显示在各个自旋速度下所测量的经固化聚酰亚胺的厚度的曲线 图。

图8示出了显示经烧结铜膜的电阻率与聚酰亚胺的厚度成反比的曲线图。

图9示出了显示铜墨膜对聚酰亚胺的粘合性与聚酰亚胺的厚度成正比的曲 线图。

图10示出了显示激光写入线宽度与激光功率密度成正比的曲线图。

图11A-11F示出了根据本发明的实施例的工艺。

详细描述

本发明的实施例公开了一种光烧结工艺，用以有效地在聚酰亚胺基板上烧 结金属纳米颗粒，由此使膜在体材料附近是极为导电的。另一方面，不能很好 地对涂敷在拥有高热导率的基板(诸如，陶瓷和硅晶片)上的纳米颗粒墨执行 光烧结工艺。表1示出了各种材料的热导率。

表1

诸如聚酰亚胺之类的低电导率材料可用作其他高热导率基板(诸如，陶瓷 和硅晶片)上的涂敷材料，从而在光烧结工艺期间使散热与纳米颗粒隔离以便 更有效地熔合纳米颗粒。散热多快取决于低热导率材料(例如，聚酰亚胺膜) 的厚度。

为了示出本发明如何工作进行以下实验。三个晶片分别用1、1.5和2.3微 米厚的DuPont PI-2610聚酰亚胺来自旋涂敷，并且在350℃的温度下进行热固 化达30分钟。一个裸硅晶片用作基准(晶片#1)。所有四个晶片使用引伸 (drawdown)工艺用铜墨来涂敷。在100℃的温度下执行60分钟的干燥工艺 之后，每个晶片分成三个区，这三个区分别用三个不同的能级来烧结。用电压 表来测量每个区和每个晶片的电阻，其结果在表2中示出，表2示出了在硅晶 片上有各种涂敷厚度的聚酰亚胺的情况下光烧结之后的铜膜的电阻。

表2

其中 能级1＝850/1050V、1000μsec的三个烧结射击

能级2＝850/1150V、1000μsec的四个烧结射击

能级3＝850/1250V、2000μsec的五个烧结射击

除晶片4的区3之外，四个晶片的所有区在光烧结之后电阻不再改变。晶 片4的区3在最高能级改变了其金属颜色，如图1所示。这个区域被剧烈吹除。 周围区域有留下的铜碎片，这些铜碎片导电。这清楚地证明了聚酰亚胺材料可 用作热绝缘体。聚酰亚胺的厚度可大于3微米。聚酰亚胺和硅的热导率分别为 0.12和148W/m.K。因为没有聚酰亚胺材料，所以热很快地消散到硅基板(晶 片#1)中以至于不能烧结铜纳米颗粒。

晶片1、2和3都有高电阻(大于20兆欧姆)。如图1所示在中心区具有 20欧姆电阻的晶片4显现出铜纳米颗粒膜开始熔合、烧结并变成铜色。由此， 更厚的低热导率材料可用作不错的热绝缘体。