專利名稱：包覆金屬顆粒的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制備包括粉末的顆粒的方法以及較大顆粒，用于通過靜電或動電方法構圖，例如電子器件制造中金屬顆粒的構圖。
背景技術：
在各種應用中，希望以預定圖形對襯底施加有機或無機顆粒，例如金屬顆粒和金屬粉末。一種這樣的應用是在印刷線路板領域，其中通過限定圖形的不銹鋼或電鑄模板，或者通過絲網印刷，對襯底施加包括金屬粉末的焊膏。
室溫下較長時間后，許多工業焊料和其它金屬粉末不穩定，因為它們容易發生氧化。
發明內容
本發明的多個方面之一是提供用于在襯底上的圖形中靜電或動電沉積的顆粒。另一方面是提供抗氧化且在室溫下長存儲時間內穩定的金屬顆粒。
因此，簡而言之，本發明旨在一種制備帶有電荷的顆粒以使所述顆粒變為靜電或動電可移動的方法。所述方法包括以下步驟用容易附著電荷導向物材料的包覆介質包覆所述顆粒，其中所述包覆介質選自陰離子類、非離子類、陽離子類、酸、堿及其混合物，以得到其上具有所述包覆介質的顆粒；以及使其上具有所述包覆介質的所述顆粒與電荷導向物介質接觸，以將正或負電荷賦予所述顆粒，從而使所述顆粒變為靜電或動電可移動。
另一方面，本發明旨在一種用于靜電或動電沉積方法的靜電或動電可移動的顆粒。所述顆粒包括顆粒主體；在所述顆粒主體上的包覆介質，容易附著電荷導向物材料，其中所述包覆介質選自陰離子類、非離子類、陽離子類、酸、堿及其混合物；以及在所述包覆介質上的電荷導向物材料，其中所述電荷導向物材料帶有正或負電荷，從而使所述顆粒主體變為靜電或動電可移動。
下面將部分示出并部分說明本發明的其它方面和特征。
具體實施例方式
根據本發明，對有機或無機顆粒進行包覆，以使其適于用電荷導向物進行處理，從而使顆粒變為動電或靜電可移動。在一個優選實施例中，該顆粒是選自金屬/合金Sn、Sn/Pb、Sn/Ag/Cu、Sn/Ag、Cu、Sn/Ag/Bi、Sn/Bi、Sn/Pb/Bi等的粉末。
顆粒尺寸典型地在約0.5微米與1mm之間。在一個實施例中，顆粒是平均直徑在約0.5與約50微米之間的粉末顆粒。在另一個實施例中，顆粒是平均直徑在約1與約100微米之間的粉末顆粒。一種優選的粉末是6型粉末，其尺寸主要分布在約10與約20微米之間。可選地，顆粒是中等尺寸的顆粒，其平均顆粒尺寸在約50與約500微米之間。在另一種可選方案中，顆粒是無機材料的較大球體，其平均尺寸大于約100微米，例如在100微米與1mm之間。這些顆粒是例如焊料金屬球體。對于特定的應用，可以采用有機金屬顆粒。
在實施本發明時，用選自離子表面活性劑材料、例如非離子聚合物的非離子材料、有機酸和/或堿，及其混合物的材料包覆顆粒。根據物理上如何進行包覆，包覆介質也可包括溶劑。也就是說，如果通過浸入溶液、用溶液噴涂或暴露于流化床中的溶液實現包覆，則需要溶劑。另一方面，如果通過等離子體包覆方法等實現包覆，則不需要溶劑。
適于根據本發明的包覆顆粒的表面活性劑材料為以下陽離子材料商品名為Lexamine 22，從Inolex Chemical Co.可得的硬脂酰胺基丙基二乙醇胺；商品名為Armeen HT，從Akzo Noel可得的C16-C18單烷基胺，例如氫化牛油烷基胺；
商品名為Hamposyl M，從Hampshire Chemical Corporation可得的N-肉豆蔻酰肌氨酸；商品名為Hamposyl S，從Hampshire Chemical Corporation可得的N-硬脂酰肌氨酸；商品名為Hamposyl MS，從Hampshire Chemical Corporation可得的N-肉豆蔻酰肌氨酸和N-硬脂酰肌氨酸的混合物；商品名為Flexzone 7F，從Crompton Corporation可得的N-(1，3-二甲基丁基)-N-苯二胺(抗氧化劑4020)；商品名為Irganox 1098，從Ciba可得的N，N’-己烷-1，6-二基雙(3-3(3，5-0二叔丁基-4-羥基苯基丙酰胺))；商品名為Lambent Amine PD，從Lambent可得的基于氨基的硅氧烷共聚醇(copolyol)表面活性劑；商品名為Lexamine 22，從Inolex Chemical Co.可得的硬脂酰胺基丙基二乙醇胺；以及從Cognis可得的酰胺、聚酰胺和聚酰胺樹脂，例如Versamid 940聚酰胺樹脂。
適于根據本發明的包覆顆粒的表面活性劑材料為以下陰離子材料商品名為LED3A Acid，從Hampshire Chemical Corporation可得的N-月桂基乙二胺三乙酸；包括鉀和游離甘油的甘油硬脂酸酯SE；商品名為Crodacid B，從Croda可得的山萮酸(二十二烷酸)；以及商品名為Crodaphos CES，從Croda可得的脂肪醇/磷酸酯/乙氧基化物混合物[C16-18醇/磷酸氫(1-十六烷醇)酯/聚氧乙烯(1)十六烷基醚磷酸酯]。
其它合適的材料包括以下聚合材料商品名為Joncryl，從S.C.Johnson Co.可得的苯乙烯丙烯酸共聚物；從Allied Signal Corporation可得的乙烯丙烯酸共聚物A-C 540、540A、580、5120、5180；
棕櫚酸、硬脂酸和其它脂肪酸及其混合物；丙烯丙烯酸共聚物；以及松香和改性松香，例如脂松香、氫化松香、松香的反丁烯二酸和順丁烯二酸加合物等。
上述包覆材料使被包覆的顆粒適于用電荷導向物進行處理，從而可用電荷導向物處理顆粒，以使顆粒變為動電或靜電可移動。該包覆提供了以例如強堿性表面或強酸性表面為特征的表面，隨后施加的電荷導向物可與該表面反應。
在選擇包覆材料時，如果顆粒是將用作焊料的金屬顆粒，優選選擇一種用作焊料時在最終的粉末中提供助熔作用的包覆材料。
根據本發明，適于包覆顆粒的有機酸為脂族酸及芳族酸、單羧酸、雙羧酸、三羧酸，以及氨基酸、磺酸、氨基磺酸、次膦酸、膦酸等，包括C主鏈長度介于C1與C20之間的單羧酸和雙羧酸，例如己二酸、檸檬酸、抗壞血酸、丁二酸、蘋果酸和丙二酸。
根據本發明，適于包覆顆粒的有機堿包括飽和及不飽和的脂族胺和芳族胺，例如伯胺、仲胺、叔胺、乙胺、叔丁胺、丙胺、鏈烷醇胺、烷基胺、甲氧基苯胺、N-苯基芐胺、N-苯基二乙醇胺、二苯胍和2-氨基三氟甲苯等。
使用時，極性有機溶劑選自可在其中溶解包覆成分的溶劑。這些溶劑包括芳族和脂族成分；例如，醇類例如甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、其它醇類、酮、乙二醇、乙二醇醚、酯、甲苯、苯及其混合物。
在制備表面活性劑溶液時，在一個實施例中表面活性劑或聚合物含量在約0.05與約10重量％之間，優選在約0.1與約1重量％之間。有機溶劑含量在約99.95與約90重量％之間，優選在約99.9與約99重量％之間。
在制備有機酸或有機堿溶液時，在一個實施例中酸或堿含量在約0.05與約10重量％之間，優選在約0.5與約2重量％之間。有機溶劑含量在約99.95與約90重量％之間，優選在約99.5與約98重量％之間。
以最高可達約99.9重量％的量將顆粒引入包覆混合物。在優選實施例中，以約85到約99重量％的量引入顆粒。引入方法選自超聲破碎、流化床包覆、低剪切葉輪式混合、球磨以及珠磨。
包覆顆粒后，倒出上層清液，至少沖洗顆粒一次。在一個實施例中，用中性高介電的有機液體，例如商品名為Isopar，由Exxon Chemical ofHouston，Taxas提供的異鏈烷烴，沖洗顆粒兩至五次。這得到了為用于構圖準備的制備好的焊料顆粒。并且，由于通過包覆產生的氧擴散阻擋層，該顆粒抗氧化且在室溫下長存儲時間內穩定。
除了如上所述的對顆粒的浸入包覆，還可通過其它方法包覆顆粒，例如流化床包覆、噴霧包覆、平盤(pan)包覆、旋轉包覆、滾動包覆、等離子體包覆或溶液包覆。
上述方法得到的顆粒具有電絕緣包覆，且能夠保持靜電荷。對于焊料粉末而言，該包覆能夠在焊接溫度下消融，且在某些情況下，該包覆在焊接期間起助熔作用。
如上所述，包覆介質可包括兩種或多種提及的混合物。在一個實例中，主要的包覆介質是陰離子或陽離子類，具有用于控制總電荷的相反的類(陽離子或陰離子)。
上述范圍內的一個尤其優選的實施例采用接合到金屬顆粒表面的多種離子類(陰離子或陽離子類)中的一種。選擇該離子類以補充將要隨后施加的電荷導向物，以使顆粒變為靜電或動電可移動。
為將顆粒用于例如在2004年7月9日提交的名稱為DEPOSITIONAND PATTERNING PROCESS的美國專利申請中公開的靜電或動電方法，將顆粒引入包括電解質或聚合電解質的溶液，也稱為電荷導向物中，在此特別引入該專利申請的整個內容作為參考。適合的電解質/聚合電解質包括但并不限于從HP Compaq可得的聚乙烯卵磷脂溶液；商品名為NPHOS，可得的磷酸化一元酸甘油二酯；十二烷基硫酸鈉(SDS)；月桂基硫酸鈉；
硝酸鈷；全氟戊酸、辛酸、癸酸及類似物；全氟羧酸(全氟癸二酸、辛二酸、丁二酸)；脂肪酸的鈉鹽和脂肪酸的鈣鹽；乙氧基醇的硫酸鹽；月桂基硫酸銨；烯丙基硫酸鈉和磺酸鈉；石油磺酸鋇(barium petronate)，可選地通過用蒸餾水灌注進行改性；以及季銨電解質和聚合電解質，例如烯丙基甲基氯化銨，十六烷基氯化銨和十二烷基三甲基氯化銨。
這由此產生了用于靜電或動電沉積方法中的靜電或動電可移動的顆粒。該顆粒包括顆粒主體；在顆粒主體上的上述包覆介質，容易附著電荷導向物材料，其中該包覆介質選自陰離子類、非離子類、陽離子類、酸、堿及其混合物；以及在包覆介質上的上述電荷導向物材料，其中電荷導向物材料帶有正或負電荷，從而使顆粒主體變為靜電或動電可移動。
此后，通過平盤干燥、噴霧干燥或其它合適的方法干燥顆粒。電解質和聚合電解質的作用是便于保持電荷，以在存在電場時以希望的方式使顆粒作出反應。
在準備印刷時，用具有合適介電性能的液體結合和浸濕顆粒。該液體的一個實例是Isopar產品。另一個例子是商品名為Fluorinert，從3-MCorporation可得的產品。結合的顆粒和液體中顆粒的含量從約2重量％到約90重量％。基于體積時，顆粒構成了混合物的約2％到約60％。
當介紹本發明的要素或其優選實施例時，冠詞“一個”、“該”和“所述”旨在表示該要素具有一個或多個。術語“包括”和“具有”旨在包括，且表示除了所列出的要素外還可具有其它要素。
由于只要不脫離本發明的范圍，可以對以上進行各種修改，旨在將在上述說明書中包括并在附圖
中示出的所有內容解釋為是示例性的而非限制性的。上述內容涉及僅僅為了示例的目的而提供的有限數量的實施例。旨在通過所附的權利要求書限定發明范圍，并且可對上述實施例進行不脫離本發明的范圍的修改。
權利要求
1.一種制備帶有電荷的顆粒以使所述顆粒變為靜電或動電可移動的方法，所述方法包括以下步驟用容易附著電荷導向物材料的包覆介質包覆所述顆粒，其中所述包覆介質選自陰離子類、非離子類、陽離子類、酸、堿及其混合物，以得到其上具有所述包覆介質的顆粒；以及使其上具有所述包覆介質的所述顆粒與電荷導向物介質接觸，以將正或負電荷賦予所述顆粒，從而使所述顆粒變為靜電或動電可移動。
2.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒。
3.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用陽離子材料包覆所述顆粒。
4.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用選自以下的材料包覆所述顆粒a)硬脂酰胺基丙基二乙醇胺，b)C16-C18單烷基胺，c)氫化牛油烷基胺，d)N-肉豆蔻酰肌氨酸，e)N-硬脂酰肌氨酸，f)N-(1，3-二甲基丁基)-N-苯二胺，g)N，N’-己烷-1，6-二基雙(3-3(3，5-0二叔丁基-4-羥基苯基丙酰胺))，h)基于氨基的硅氧烷共聚醇表面活性劑，以及i)它們的混合物。
5.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用選自酰胺、聚酰胺和聚酰胺樹脂的材料包覆所述顆粒。
6.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用陰離子材料包覆所述顆粒。
7.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用選自以下的材料包覆所述顆粒a)N-月桂基乙二胺三乙酸，b)包括鉀和游離甘油的甘油硬脂酸酯SE，c)硬脂酰胺基丙基二乙醇胺，d)山萮酸(二十二烷酸)，e)脂肪醇/磷酸酯/乙氧基化物混合物，以及f)它們的混合物。
8.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用聚合材料包覆所述顆粒。
9.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用選自以下的材料包覆所述顆粒a)苯乙烯丙烯酸共聚物，b)乙烯丙烯酸共聚物，c)棕櫚酸，d)硬脂酸，e)丙烯丙烯酸共聚物，以及f)它們的混合物。
10.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用選自松香和改性松香的材料包覆所述顆粒。
11.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用選自脂松香、氫化松香、松香的反丁烯二酸加合物以及松香的順丁烯二酸加合物的材料包覆所述顆粒。
12.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用有機酸材料包覆所述顆粒。
13.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用選自以下的材料包覆所述顆粒a)脂族酸，b)芳族酸，c)單羧酸，d)雙羧酸，e)三羧酸，f)氨基酸，g)磺酸，h)氨基磺酸，i)次膦酸，j)膦酸，以及k)它們的混合物。
14.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用選自C主鏈長度介于C1與C20之間的單羧酸和雙羧酸的材料包覆所述顆粒。
15.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用選自己二酸、檸檬酸、抗壞血酸、丁二酸、蘋果酸、丙二酸及其混合物的材料包覆所述顆粒。
16.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用有機堿材料包覆所述顆粒。
17.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用選自脂族胺和芳族胺的材料包覆所述顆粒。
18.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用選自以下的材料包覆所述顆粒a)伯胺，b)仲胺，c)叔胺，以及d)它們的混合物。
19.根據權利要求1的方法，其中所述顆粒是焊料金屬顆粒；以及用包覆介質包覆所述顆粒包括用選自以下的材料包覆所述顆粒a)乙胺，b)叔丁胺，c)丙胺，d)鏈烷醇胺，e)烷基胺，f)甲氧基苯胺，g)N-苯基芐胺，h)N-i)苯基二乙醇胺，j)二苯胍，k)2-氨基三氟甲苯，以及l)它們的混合物。
20.一種用于靜電或動電沉積方法的靜電或動電可移動的顆粒，所述顆粒包括顆粒主體；在所述顆粒主體上的包覆介質，容易附著電荷導向物材料，其中所述包覆介質選自陰離子類、非離子類、陽離子類、酸、堿及其混合物；以及在所述包覆介質上的電荷導向物材料，其中所述電荷導向物材料帶有正或負電荷，從而使所述顆粒主體變為靜電或動電可移動。
21.根據權利要求20的顆粒，其中所述顆粒主體是焊料金屬顆粒主體。
22.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括陽離子材料。
23.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括選自以下的材料a)硬脂酰胺基丙基二乙醇胺，b)C16-C18單烷基胺，c)氫化牛油烷基胺，d)N-肉豆蔻酰肌氨酸，e)N-硬脂酰肌氨酸，f)N-(1，3-二甲基丁基)-N-苯二胺，g)N，N’-己烷-1，6-二基雙(3-3(3，5-0二叔丁基-4-羥基苯基丙酰胺))，h)基于氨基的硅氧烷共聚醇表面活性劑，以及i)它們的混合物。
24.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括選自酰胺、聚酰胺和聚酰胺樹脂的材料。
25.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括陰離子材料。
26.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括選自以下的材料a)N-月桂基乙二胺三乙酸，b)包括鉀和游離甘油的甘油硬脂酸酯SE，c)硬脂酰胺基丙基二乙醇胺，d)山萮酸(二十二烷酸)，e)脂肪醇/磷酸酯/乙氧基化物混合物，以及f)它們的混合物。
27.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括聚合材料。
28.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括選自以下的材料a)苯乙烯丙烯酸共聚物，b)乙烯丙烯酸共聚物，c)棕櫚酸，d)硬脂酸，e)丙烯丙烯酸共聚物，以及f)它們的混合物。
29.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括選自松香和改性松香的材料。
30.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括選自脂松香、氫化松香、松香的反丁烯二酸加合物以及松香的順丁烯二酸加合物的材料。
31.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括有機酸材料。
32.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括從以下各項所構成的組中選出的任一材料a)脂族酸，b)芳族酸，c)單羧酸，d)雙羧酸，e)三羧酸，f)氨基酸，g)磺酸，h)氨基磺酸，i)次膦酸，j)膦酸，以及k)它們的混合物。
33.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括選自C主鏈長度介于C1與C20之間的單羧酸和雙羧酸的材料。
34.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括選自己二酸、檸檬酸、抗壞血酸、丁二酸、蘋果酸、丙二酸及其混合物的材料。
35.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括有機堿材料。
36.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括選自脂族胺和芳族胺的材料。
37.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括選自以下的材料a)伯胺，b)仲胺，c)叔胺，以及d)它們的混合物。
38.根據權利要求20的顆粒，其中所述包覆介質包括選自以下的材料a)乙胺，b)叔丁胺，c)丙胺，d)鏈烷醇胺，e)烷基胺，f)甲氧基苯胺，g)N-苯基芐胺，h)N-i)苯基二乙醇胺，j)二苯胍，k)2-氨基三氟甲苯，以及l)它們的混合物。
39.根據權利要求22至38中任何一項的顆粒，其中所述顆粒主體包括焊料金屬顆粒主體。
全文摘要
一種制備帶有電荷的顆粒以使所述顆粒變為靜電或動電可移動的方法。所述方法包括以下步驟用容易附著電荷導向物材料的包覆介質包覆所述顆粒，以及使其上具有所述包覆介質的所述顆粒與電荷導向物介質接觸，以將正或負電荷賦予所述顆粒，從而使所述顆粒變為靜電或動電可移動。一種用于靜電或動電沉積方法的靜電或動電可移動的顆粒。所述顆粒包括在顆粒主體上的包覆介質和電荷導向物。
文檔編號H05K3/34GK1839000SQ200480024188
公開日2006年9月27日 申請日期2004年7月9日 優先權日2003年7月9日
發明者S·阿洛拉, G·米諾格 申請人:福萊金屬公司