法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2011-05-04
授权
授权
2008-05-28
实质审查的生效
实质审查的生效
2008-04-02
公开
公开
本申请是申请号为200480009120.2、申请日为2004年3月25日、发明名称为“糊状组合物及使用了该糊状组合物的电介质组合物”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种作为电容器或具有电容器功能的电路材料用的层间绝缘材料或光布线材料显示优良的特性的电介质组合物。
背景技术
近年来,随着电子仪器的小型化、信号的高速化或大容量化要求的发展,安装电路部件的高密度化不断进步。但是,也出现了电噪音的增大、产生数据错误等问题。为了抑制该电噪音的产生,使半导体器件稳定地工作,从与半导体器件比较近的位置提供必要量的电流变得重要。为此目的,在半导体器件的正下方,配置大容量的电容器作为去耦合电容器是有效的。
因此,作为在印制布线板上配置电容器的方法,也有在印制布线板上配置芯片电容器(chip condenser)等外部电容器的方法。但是从小型化的观点考虑,在印制布线板的内层中加入无机填充物、使印刷板本身具有电容器的功能的方法是有利的,已知有使用混合有无机填充物与树脂的复合体作为层间绝缘材料的方法(特开平5-57852号公报,特开平6-85413号公报)。但是,以上述方法制得的复合体的介电常数低、为10~20左右。
含无机填充物的复合电介质可通过增加无机填充物的添加量来提高其介电常数,但存在当无机填充物的含量超过50体积%时,即使增加无机填充物的含量也不能提高介电常数的问题。另外,如果在树脂中混合大量高介电常数的无机填充物,则由于粘度变高,所以通常需要大量的溶剂。
迄今为止的高电解质组合物,是通过将含有无机填充物、树脂和溶剂的糊状组合物进行脱溶剂、固化而制得的(特开平10-158472号公报)。但是,如果使用的溶剂的量过多,则产生残留溶剂引起的耐热性的降低、在表层上产生空隙等缺点。
作为获得高介电常数的方法,已知有添加具有2种或其以上的粒径的填充物,提高填充物的填充率,由此来提高介电常数的方法(特开昭53-88198号公报,特开2001-233669号公报)。但是,其中使用的填充物,具有最大平均粒径的填充物的平均粒径很大,为5μm或其以上,该填充物与树脂混合所得到的复合体的膜厚不得不很厚,为300μm左右。
另外,作为提高介电常数的方法,有使用粒径大的无机填充物的方法。填充物的介电常数依赖于填充物的晶体结构。一般在无机结晶中,如在钛酸钡等中发现的那样,阴离子与阳离子的重心位置偏差可带来很大的介电常数。在用作填充物时,如果其粒径变小,则一般晶体粒子尺寸也变小,粒子的表面能变大,为降低体系整体的能量,晶体结构的对称性变得更高。由于晶体结构的对称性越高,则阴离子与阳离子的重心的位置偏差越小,因此介电常数变小。因此,通过使用粒径大的填充物,可提高介电常数。特别是钛酸钡中,该效果明显。例如,有使用平均粒径为15μm的钛酸钡作为填充物,使用乙基卡必醇(沸点为202℃)的例子(特开平8-293429号公报)。但是,由于填充物的粒径越大,填充物的比表面积越小,所以即使使用沸点高的溶剂,加热时的脱溶剂化也可以在比较低的温度下短时间地进行。这样,利用伴随着体系整体的收缩的树脂或填充物的移动,使得以很快的速度进行脱溶剂,因此产生大量空隙。空隙的产生是介电常数降低的原因。如果使用平均粒径大的填充物,则虽然填充物本身的介电常数变大,但是即使使用高沸点溶剂也不能抑制上述的空隙的产生,结果介电常数为52,不能获得很大的值。另外,由于使用15μm的大平均粒径的填充物(特开平8-293429号公报),所以只能得到25μm的很厚的膜厚,因此静电容量密度为1.8nF/cm2,很小。
另一方面,为实现内部安装的系统的小型·薄型化,不仅存储器、混合承载有多端子数的LSI的高密度SiP(封装系统)的开发也急速发展,内装于该SiP中的电容器强烈要求薄型化,该电容器用层间绝缘材料的膜厚必须在10μm或其以下。因此,现有技术不能满足10μm或其以下的薄型化要求,难以适应在移动电话等便携式设备的高性能化中快速增长的薄型化方面的需求。
进而,由于电容器的静电容量与层间绝缘材料的膜厚成反比,所以从电容器的大静电容量化的观点出发,优选使层间绝缘材料的膜厚变薄。
另外,作为层间绝缘材料所要求的重要基本特性,可以举出低线膨胀系数。树脂本身的线膨胀系数为50ppm/℃或其以上,与构成布线层的金属例如铜的线膨胀系数(17ppm/℃)相比非常大。因此,在使用仅由树脂构成的层间绝缘材料时,由于与布线层之间的线膨胀系数的差异,而产生应力引起的层间剥离或布线断裂等麻烦。与此相对,如果使无机填充物与树脂复合化,则可降低线膨胀系数,因此在使用混合有无机填充物和树脂的复合体作为层间绝缘材料时,可以使其接近布线层的线膨胀系数的值。但是,在现有的方法中,不能使无机填充物充分地高充填化,不能使之下降至基本接近布线层的线膨胀系数。
发明内容
鉴于上述情况,本发明以获得线膨胀系数低的高电介质组合物为目的,进而,提供一种实现了充分的薄型化的电介质组合物和光布线材料来作为内装于高密度SiP中的大静电容量电容器用层间绝缘材料。
即,本发明为一种糊状组合物,其是含有无机填充物、树脂和溶剂沸点为160℃或其以上的溶剂而形成的糊状组合物,其特征在于,具有1种或其以上溶剂沸点为160℃或其以上的溶剂,具有填充物的平均粒径为5μm或其以下的无机填充物,总溶剂量占糊状组合物总量的25重量%或其以下。
另外,本发明的另一形态为一种电介质组合物,其是具有无机填充物和树脂的电介质组合物,其特征在于,无机填充物至少具有2种平均粒径,上述平均粒径中最大的平均粒径为0.1~5μm,相对于最小平均粒径,最大平均粒径为其3倍或其以上。
根据本发明,可容易地获得介电常数很高、为50或其以上的电介质的组合物。进而,由于本发明的组合物具有与布线金属的线膨胀系数基本相近的低线膨胀系数,所以在作为层间绝缘材料使用时,不易产生与布线层之间的剥离或布线断裂等麻烦,可获得具有高可靠性的电容器。进而,可以容易地获得具有均一的膜厚、均一的物性的薄膜。由于其适合大静电容量,所以可适用于内装于高密度SiP中的电容器或具有电容器的功能的电路基板材料用层间绝缘材料。
具体实施方式
本发明的糊状组合物是包含无机填充物、树脂、溶剂的糊状组合物,其特征在于,具有填充物的平均粒径为5μm或其以下的无机填充物,含有溶剂沸点在160℃或其以上的溶剂,并且,总溶剂量占糊状组合物总量的25重量%或其以下。
另外,本发明是具有无机填充物和树脂的电介质组合物,其特征在于含有至少具有2种平均粒径的无机填充物,其中具有最大平均粒径的无机填充物的平均粒径为0.1~5μm,相对于最小平均粒径,最大平均粒径为其3倍或其以上。
本发明的糊状组合物中的总溶剂量必须为糊状组合物总量的25重量%或其以下。优选为20重量%或其以下,更优选为10重量%或其以下。另外,优选为1重量%或其以上。当溶剂量为25重量%或其以下时,可抑制干燥时的溶剂挥发导致的空隙,可提高电介质组合物的介电常数。另外,由于会成为吸湿的原因的空隙量小,所以可减小因湿度、水分的影响而产生的物性变化。进而,使保存耐久性优良。如果溶剂量多于25重量%,则在除去溶剂的干燥工序和热固化工序中,空隙部分增加,电介质组合物的介电常数降低的情况很多。由于在溶剂量不足1重量%时、溶剂很少,所以损害糊状组合物的粘度和均一性。
另外,伴随无机填充物的充填率的提高,上述由溶剂量产生的影响变大,无机填充物占糊状组合物中所含有的固形成分的85重量%或其以上时,本发明的效果特别大。
本发明中使用的溶剂,必须至少有1种的沸点为160℃或其以上。优选为180℃或其以上,进一步优选为200℃或其以上。当溶剂的沸点为160℃或其以上时,可抑制空隙的产生,提高电介质组合物的介电常数。如果沸点低于160℃,则由于溶剂的挥发速度快,所以不能赶上热处理时的物质移动导致的致密化,使空隙部分增加,使电介质组合物的介电常数降低的情况很多。另外,本发明中使用的溶剂优选为沸点在300℃或其以下,更优选在280℃或其以下。如果沸点高于280℃,则用于脱溶剂的处理变得需要高温,因高温化导致树脂分解,引起介电特性变差等。另外,如果大于300℃,则树脂的分解更激烈,导致机械强度下降。本发明的糊状组合物所使用的溶剂可仅使用沸点在160℃或其以上的1种溶剂,但是如果含有沸点在160℃或其以上的溶剂,则也可含有其他溶剂。
沸点在160℃或其以上的溶剂有均三甲基苯、丙酮基丙酮、甲基环己酮、二异丁基甲酮、甲基苯基酮、二甲基亚砜、γ-丁内酯、异佛尔酮、二乙基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酰胺、乙酸乙二醇酯、3-甲氧基-3-甲基丁醇及其乙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、乙酸2-乙基己基酯、草酸酯、丙二酸二乙酯、马来酸酯、碳酸异丙二醇酯、丁基溶纤剂、乙基卡必醇等。
本发明中,优选使用含有酯结构的溶剂,进一步优选含有内酯结构的溶剂。最优选的溶剂为γ-丁内酯。本发明中的沸点,是指在1大气压、即1.013×105N/m2的压力下的沸点。沸点的测定可使用公知的技术进行,并无特别限定,但是例如可通过使用Swietoslawski的沸点计来进行测定。
除此之外的本发明中使用的溶剂可适当选择溶解树脂的溶剂。溶剂优选使用例如,甲基溶纤剂、N,N-二甲基甲酰胺、甲基乙基甲酮、二烷、丙酮、环己酮、环戊酮、异丁基醇、异丙基醇、四氢呋喃、甲苯、氯代苯、三氯乙烯、苄醇、甲氧基甲基丁醇、乳酸乙酯、丙二醇单甲基醚及其乙酸酯等、和含有它们中的1种或其以上的有机溶剂混合物。
无机填充物的形状,可列举出球状、近似球状、椭圆球状、针状、板状、鳞片状、棒状等,特别优选为球形或近似球形。由于球状或近似球状的填充物比表面积最小,所以在填充时不易发生填充物凝集或树脂流动性降低等。可以单独使用它们中的1种,或混合使用2种或其以上。
为获得低线膨胀系数和高介电常数,优选在树脂中以高填充率含有这些无机填充物。
作为层间绝缘材料一般使用的有机树脂,例如聚酰亚胺具有30~50ppm/℃的线膨胀系数,环氧树脂具有50ppm/℃或其以上的线膨胀系数。这与布线金属例如铜的线膨胀系数为17ppm/℃相比较,是非常大的,但通过混合无机填充物,可以使线膨胀系数下降。
另外,在包含无机填充物与树脂的电介质组合物中,该电介质组合物的介电常数符合复合体的介电常数的推导式、所谓下述的对数混合法则(1)(陶瓷材料科学入门(应用版),内田老鹤圃新社,W.D.Kingery、小松和藏等译,p912)。具有高介电常数的无机填充物的含量越高,得到的电介质组合物的介电常数越高。
ε:复合体的介电常数
εi:复合体各成分的介电常数
Vi:复合体各成分的体积百分率
为在树脂中以高填充率含有无机填充物,优选混合使用具有2种或其以上不同平均粒径的无机填充物。在填充单一粒径的填充物时,特别是在填充物为球状或近似球状时,如果进行高密度填充,则将在填充物与填充物之间产生菱形的空隙,在该空隙中不能进入其他填充物。但是,如果有小于等于该空隙的填充物,则其可进一步进入该空隙,可容易地提高填充率。
在本发明含有的无机填充物中,具有最大平均粒径的无机填充物的平均粒径与具有最小平均粒径的无机填充物的平均粒径的差比越大越好,最大平均粒径优选为相对于最小平均粒径,为3倍或其以上,进一步优选为5倍或其以上。如果差比很小,则小的填充物不易有效地进入大填充物之间的空隙。另一方面,如果差比很大,则小的填充物变得容易凝集,分散稳定性降低。差比优选在30倍或其以下,进一步优选在10倍或其以下。
在使用至少具有2种平均粒径的无机填充物的情况下,该具有最大的平均粒径的无机填充物的总体积Va与具有最小的平均粒径的无机填充物的总体积Vb优选满足0.05≤Vb/(Va+Vb)≤0.5。即,小的填充物的量以体积比计,优选为填充物总量的5%或其以上且小于50%。在小于5%时,基本不能获得进入空隙而提高填充量的效果,在大于等于50%时,小的填充物所占的体积大于由大的填充物构成的孔隙的体积,互相进入、增加填充量的效果变小。
除了这些大填充物、小填充物以外,进一步还可混合其他粒径的填充物,通过选择适当的粒径和配比,即使混合3种或其以上的填充物,也可以获得提高填充率的效果。
本发明中使用的无机填充物含有至少具有2种不同平均粒径的无机填充物,其中优选具有最大平均粒径的无机填充物的平均粒径为5μm或其以下。更优选为2μm或其以下,进一步优选为1μm或其以下。另外,优选为0.1μm或其以上,更优选为0.2μm或其以上,进一步优选为0.3μm或其以上。此处,当使用具有最大平均粒径的无机填充物的平均粒径大于5μm的填充物,想制造膜厚为10μm或其以下的电容器时,填充物容易从膜的表面突出,因此难以获得稳定的介电特性。另外,当使用具有最大平均粒径的无机填充物的平均粒径为2μm或其以下的填充物时,填充物分散液的填充物不易沉降。进而,在使用具有最大平均粒径的无机填充物的平均粒径为1μm或其以下的填充物时,在长期保存中,填充物不易沉降,保存条件无限制。另一方面,在想得到介电常数大的材料时,当最大的平均粒径小于0.1μm时,由于这些填充物的比表面积大,所以结晶结构的对称性容易变高,难以获得高介电常数相,导致电介质组合物的介电常数降低。另外,如果最大的平均粒径为0.2μm或其以上,则填充物表面积变小,填充物分散浆糊很难凝集,粘度变化小,不易受到混炼、分散或涂布加工的影响。进而,如果具有最大平均粒径的无机填充物的平均粒径为0.3μm或其以上,则具有最大平均粒径的无机填充物的平均粒径与具有最小平均粒径的无机填充物的平均粒径的差比大,所以填充率较稳定。
另外,在本发明中,具有最小平均粒径的无机填充物的平均粒径优选为0.01~0.1μm。进而,更优选使用0.04~0.06μm的无机填充物。另外,由于必须使最大平均粒径与最小平均粒径具有差比,所以具有最小平均粒径的无机填充物可根据最大平均粒径从上述范围内适当选择。具有最小平均粒径的无机物的平均粒径与具有最大平均粒径的无机填充物的平均粒径的差比大时,可提高填充率。根据该理由,从具有最大平均粒径的无机填充物的平均粒径适宜的范围考虑,具有最小平均粒径的无机填充物的平均粒径,优选为0.1μm或其以下,更优选为0.06μm或其以下。当具有最小平均粒径的无机填充物的平均粒径为0.04μm或其以上时,不易发生分散后的再凝集,浆糊的分散稳定性良好。另外,具有最小平均粒径的无机填充物的平均粒径进一步在0.01μm或其以上时,这些填充物之间不易发生二次凝集,因而容易解散凝集体,易于分散。
本发明的糊状组合物和电介质组合物中含有的平均粒径的测定可如下进行,形成电介质组合物薄膜,对沿该薄膜的膜厚方向切割膜截面而得到的超薄切片进行XMA测定和透射型电子显微镜(TEM)观察。无机填充物与树脂对电子射线的透过率不同,因此在TEM观察图像中,无机填充物与树脂可以利用对比度的差异进行识别。使用多种无机填充物时的各无机填充物的确定,可利用基于XMA测定的元素分析和电子射线衍射图像观察的结晶结构分析来进行。以此,通过图像分析求得这样获得的填充物和树脂的面积分布,可以将无机填充物的截面近似为圆形,由面积计算出粒径。粒径的评价,只要对倍率为5000倍和40000倍的TEM图像进行即可。在倍率为5000倍的TEM图像中以0.1μm刻度的直方图表示所计算出的粒径分布、在倍率为40000倍的TEM图像中以0.01μm刻度的直方图表示所计算出的粒径分布,以度数为最大值的级别的中值作为平均粒径。本发明中所谓“至少具有2种平均粒径”意味着,存在2个或其以上的该最大值,即,组合物中含有的无机填充物的粒径分布中存在2个或其以上的最大值。另外,作为粒径分布的评价方法,也可使用扫描型电子显微镜(SEM)代替上述的方法TEM。
另外,作为其他方法,可以利用测定填充物的布朗运动产生的散射光的摇动的动态光散射法、测定填充物电泳时的散射光的多普勒效应的电泳光散射法等,来测定平均粒径。作为激光衍射、散射式粒度分布测定装置,例如有崛场制作所制LA-920或岛津制作所制SALD-1100、日机装制MICROTRAC-UPA150等。
作为无机填充物的介电特性,优选使用介电常数为50~30000的无机填充物。如果使用介电常数小于50的无机填充物,则不能得到介电常数足够大的电介质组合物。另外,在介电常数大于30000的无机填充物中,介电常数的温度特性有变差的倾向,因此不优选。这里所谓无机填充物的介电常数是指,以无机填充物为原料粉末,进行加热、烧成而得到的烧结体的介电常数。烧结体的介电常数按照例如下述顺序进行测定。将无机填充物与聚乙烯醇那样的粘结树脂、有机溶剂或水混合,制得糊状的组合物,然后填充到颗粒成型器中,进行干燥,得到颗粒状固形物。通过将该颗粒状固形物在例如900~1200℃左右进行烧成,可以分解除去粘结树脂,烧结无机填充物,得到只由无机成分构成的烧结体。此时,烧结体的空隙必须足够小,由理论密度和实测密度计算出的空隙率必须为1%或其以下。在该烧成体颗粒上形成上下电极,根据静电容量和尺寸的测定结果,计算介电常数。
无机填充物可列举出钛酸钡类、钛酸锆酸钡类、钛酸锶类、钛酸钙类、钛酸铋类、钛酸镁类、钛酸钡钕类、钛酸钡锡类、镁铌酸钡类、镁钽酸钡类、钛酸铅类、锆酸铅类、钛酸锆酸铅类、铌酸铅类、镁铌酸铅类、镍铌酸铅类、钨酸铅类、钨酸钙类、镁钨酸铅类、二氧化钛类等。所谓钛酸钡类是指,含有以钛酸钡为母体材料的固溶体的总称,所述钛酸钡为,用其他元素取代钛酸钡结晶内部的一部分元素或使其他元素进入结晶结构内而成的钛酸钡。其他钛酸锆酸钡类、钛酸锶类、钛酸钙类、钛酸铋类、钛酸镁类、钛酸钡钕类、钛酸钡锡类、镁铌酸钡类、镁钽酸钡类、钛酸铅类、锆酸铅类、钛酸锆酸铅类、铌酸铅类、镁铌酸铅类、镍铌酸铅类、钨酸铅类、钨酸钙类、镁钨酸铅类、二氧化钛类,都同样是以各自为母体材料的固溶体的总称。
特别优选使用具有钙钛矿型结晶结构或复合钙钛矿型结晶结构的填充物。可单独使用它们中的1种,或混合使用2种或其以上,从介电特性的观点出发,优选至少具有2种不同的平均粒径的无机填充物为同一化学组成。特别是为了获得具有高介电常数的电介质组合物时,从兼顾商业的便利性的观点出发,优选使用主要由钛酸钡构成的化合物。但是,为了提高介电特性、温度稳定性,也可少量添加位移剂(shifter)、阻化剂(depressor)进行使用。
无机填充物的制作方法可列举出,固相反应法、水热合成法、超临界水热合成法、溶胶-凝胶法、草酸盐法等方法。作为具有最大平均粒径的无机填充物的制造方法,从高介电常数和品质稳定性的观点出发,优选使用固相反应法、或草酸盐法。另外,具有最小平均粒径的无机填充物的制造方法,从容易进行小粒径化的理由出发,优选使用水热合成法、超临界水热合成法、溶胶-凝胶法中的任一种。
作为本发明的糊状组合物和电介质组合物中含有的无机填充物和树脂的比例,优选为相对于无机填充物的总体积与树脂固形成分的总体积的合计体积,无机填充物的比例Vf满足50%~95%。进一步优选为70%~90%。当无机填充物含有率Vf为50%或其以上时,可获得足够大的介电常数,获得较小的热膨胀率。另外,当无机填充物含有率Vf为70%或其以上时,使用至少具有2种平均粒径的无机填充物的效果变得明显,可获得大的介电常数。另一方面,当无机填充物含有率Vf为95%或其以下时,可抑制组合物内部产生空隙,可获得足够大的介电常数,空隙引起的吸湿率小,物性不易受到水分、湿度的影响。另外,当无机填充物含有率Vf为90%或其以下时,在作为耐久性促进试验的PCT(压力锅试验PressureCooker Test)后,粘合性不易降低。
另外,本发明中使用的树脂可以从热塑性树脂、热固化性树脂的任一种中选择。
热塑性树脂可使用例如聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚酰亚胺、液晶聚合物、聚苯乙烯、聚乙烯、氟树脂等。
另外,热固化树脂可使用例如环氧树脂、酚树脂、硅氧烷树脂、聚酰亚胺、丙烯酸树脂、氰酸酯树脂、苯并环丁烯树脂等,此外还可使用通常使用于印制布线板的绝缘层的树脂。从焊锡耐热性等方面考虑,优选使用热固化性树脂,特别是从热固化收缩性、粘性等方面考虑,优选使用环氧树脂。
这里,所谓环氧树脂是指,具有分子结构中含有2个或其以上的环氧基(环氧乙烷环)的预聚物的树脂。从介电特性的观点出发,预聚物优选具有联苯骨架或二环戊二烯骨架。另外,也可具有固化剂,固化剂可使用苯酚酚醛清漆树脂、双酚A型酚醛清漆树脂、氨基三嗪化合物、萘酚化合物等固化剂。进而,还可以添加三苯基膦、苯并咪唑类化合物、三(2,4-戊二酸)钴等金属螯合化合物等固化促进剂。
本发明的糊状组合物可通过将无机填充物分散至树脂中获得。例如,可以利用下述方法进行制造,即,将无机填充物加入到树脂溶液中,进行混合分散的方法;或预先将无机填充物分散至适当的溶剂中制作分散液,将该分散液与树脂溶液混合的排出法(let down)法等。另外,对向树脂或溶剂中分散无机填充物的方法并无特别限定,例如,可使用超声波分散、球磨机、辊磨机、高速乳化分散机(クレアミツクス)、均化器、介质分散机等方法,特别是从分散性考虑,优选使用球磨机、均化器。
在分散无机填充物时,为提高分散性,也可进行例如无机填充物的表面处理、分散剂的添加、表面活性剂的添加、溶剂的添加等。作为无机填充物的表面处理,除了利用硅烷类、钛类、铝类等各种偶合剂、脂肪酸、磷酸酯等的处理外,还可列举出松香处理、酸性处理、碱性处理等。另外,作为添加分散剂的例子,可列举出磷酸、羧酸、脂肪酸、和它们的酯类等具有酸根的分散剂等,特别优选使用具有磷酸酯骨架的化合物。此外,还可列举出添加非离子型、阳离子型、阴离子型的表面活性剂、多元羧酸等的润湿剂、双亲和性物质、具有高空间位阻的取代基的树脂等。另外,分散时或分散后的体系的极性可通过添加溶剂进行控制。另外,糊状组合也可根据必要而含有稳定剂、分散剂、防沉降剂、增塑剂、抗氧化剂等。
无机填充物在本发明的糊状组合物中含有的固形成分中所占有的含量,优选为85重量%~99重量%,更优选为90重量%或其以上,进一步优选为94重量%或其以上。如果无机填充物的含量在85重量%或其以上,则可以容易地提高组合物的介电常数。本发明中,伴随无机填充物的含有率的增加,可得到具有高介电常数的电介质组合物,如果含有率为99重量%或其以下,则制膜时的成型性变得容易,容易控制无机填充物的分散。另外,所谓固形成分是指,无机填充物与树脂以及其他添加剂等的总和。
本发明的电介质组合物是含有无机填充物、树脂而形成的电介质组合物,无机填充物的量为电介质组合物中含有的固形成分总量的85~99重量%,且空隙率为30体积%或其以下。
作为获得本发明的电介质组合物的方法,可列举出例如,首先制造在树脂中混合了无机填充物的糊状组合物,将该糊状组合物涂布于某被覆体(例如基板)上,进行脱溶剂、固化,由此得到电介质组合物的方法。此时,作为固化的方法,可列举出利用热、光等的固化。但是,由于本发明的电介质组合物不是烧结体,所以没有必要使树脂完全分解、除去,优选在电子部件的耐热温度范围内、例如500℃或其以下的温度进行加热。
电介质组合物的空隙率必须在30体积%或其以下,优选在20体积%或其以下,进一步优选在10体积%或其以下。当空隙率大于30%时,无机填充物在膜体积中所占的比例变低,难以获得介电常数为50或其以上的电介质组合物。另外,由于产生绝缘电阻的降低或泄漏电流的增大、弯曲强度的降低等,因此不优选。
这里,作为使空隙率达到30体积%或其以下的方法,可以通过例如从上面所述的物质中适当选择无机填充物、树脂、溶剂来实现,但是通过使糊状组合物至少含有1种沸点为160℃或其以上的溶剂,并且,使总溶剂量为糊状组合物总量的25%或其以下,可容易的实现上述目的。
另外,例如为了使空隙率为20体积%或其以下,如果使糊状组合物至少含有1种具有内酯结构的溶剂,则可使空隙率达到20体积%或其以下。在具有内酯结构的溶剂中,最优选γ-丁内酯。
电介质组合物的空隙率的测定方法,可根据用途来适当的选择气体吸附法、水银压入法、正电子消除法、小角度X射线散射法等,但是在本发明中,按照下述(1)~(3)的顺序,由高电介质组合物的密度求出空隙率。
(1)在称量了重量的定形基板上涂布糊状组合物、脱溶剂、固化,称量所得到的电介质组合物的重量。
(2)如果设基板的重量为W1,基板和电介质组合物的重量为W2,电介质的密度为D,体积为V,则电介质组合物的密度D=(W2-W1)/V。
(3)使用热重量测定装置(TGA),使该电介质组合物在大气气氛中以升温速度10℃/分,升温至900℃,在900℃保持30分钟进行脱粘结剂处理,测定无机填充物和树脂在电介质组合物中含有的比例。设无机填充物的体积为Wc,比重为ρc,树脂的体积为Wp,比重为ρp,空隙率为P时,空隙率P可以通过下式求得。空隙率P(体积%)={(V-Wc/ρc-Wp/ρp)/V}×100。
本发明的糊状组合物优选涂布于被覆体(例如基板)上,进行脱溶剂、固化,而形成电介质组合物。作为将糊状组合物涂布于被覆体上的涂布方法,并无特别限制,可列举出例如旋涂、丝网印刷、刮涂、模涂等。这样之后,通过使用电热板、烘箱等加热装置来对涂布的膜进行溶剂的除去或热固化,可容易的获得电介质组合物。
涂布糊状组合物的被覆体可以从例如有机类基板、无机类基板、和在这些基板上配置有电路的构成材料的物质中选择。作为有机基板的例子,可列举出玻璃布·环氧镀铜层压板等玻璃基体材料镀铜层压板、玻璃无纺布·环氧镀铜层压板等复合镀铜层压板、聚醚酰亚胺树脂基板、聚醚酮树脂基板、聚砜类树脂基板等耐热·热塑性基板、聚酯镀铜膜基板、聚酰亚胺镀铜膜基板等挠性基板。
另外,无机类基板的例子,可列举出氧化铝基板、氮化铝基板、碳化硅基板等陶瓷基板、铝基基板、铁基基板等金属类基板。电路的构成材料的例子,可列举出含有银、金、铜等金属的导体,含有无机类氧化物等的电阻、含有玻璃类材料和/或树脂等的低电介质、含有树脂或无机填充物等的高电介质、含有玻璃类材料等的绝缘体等。
对本发明的电介质组合物的形态,没有特别限制,可根据用途而选择膜状、棒状、球状等,特别优选为膜状。这里所谓膜,还包含薄膜、薄片、板、颗粒等。当然,还可根据形成用于导通的过孔、调整阻抗或静电容量或内部应力、或赋予放热功能等用途来形成图形。
电介质组合物作为膜使用时的膜厚可任意设定在满足静电容量所期望的值的范围内,优选为0.5μm~20μm。进一步优选为2μm~20μm。为确保作为电容器的大静电容量,膜的厚度越薄越好,但在比0.5μm更薄时,容易产生针孔等,难以获得电绝缘。另外,在2μm或其以上时,在进行作为耐久促进实验的PCT(Pressure Cooker Test)后,介质损耗角正切很难增大。另外,如果膜厚超过20μm,则为获得充分的电容器性能,需要大的介电常数,并且很难提高安装密度。
对本发明的糊状组合物和电介质组合物的用途并无特别限制,但是除了使用于例如,作为高介电常数层的印制布线基板的内装电容器用层间绝缘材料之外,还可用于多层基板的层间绝缘材料、频率过滤器、无线用天线、电磁护罩、光布线材料等多种电子部件、装置。
本发明的电介质组合物优选用作电容器用层间绝缘材料。对使用电介质组合物来形成电容器用层间绝缘材料的方法,没有特别限制。例如,如上所述,可通过在基板上形成高电介质后,形成适当的电极而获得。
作为使用本发明的电介质组合物制造出的电容器用层间绝缘材料的单位面积的静电容量,优选在5nF/cm2或其以上的范围内。进一步优选在10nF/cm2或其以上的范围内。当静电容量小于5nF/cm2时,在作为去耦合电容器使用的情况下,无法充分进行与系统整体的电源类的分离,无法充分发挥去耦合电容器的功能。
在电路设计上,优选静电容量的温度变化、面内差异小的一方。对于温度变化,优选为尽量小,例如,优选满足X7R特性(在-55~125℃时的静电容量的温度变化率在±15%以内)。静电容量的面内差异,优选为相对于平均值为5%或其以下(静电容量的平均值-5%≤静电容量≤静电容量的平均值+5%)。
另外,为减少电源的电损耗,电容器的介质损耗角正切优选在0.01~5%的范围内,进一步优选为0.01~1%的范围内。这里,静电容量、介质损耗角正切等电特性是频率数为20k~1GHz时的测定值。
本发明的电介质组合物也适合作为光布线材料来使用。所谓光布线材料为,LSI、模块、配电盘等各自之间的信号传导不以通常的电信号进行,而以光信号进行的方式的布线。在安装基板上或在其内部形成光布线时,采用折射率高的层被折射率低的层夹于中间的结构。也可使用空间来代替折射率低的层。在作为光布线材料使用时,由于在光布线内进行波导的信号传导用光的散射变小,所以使用与其光的波长相比足够小的无机填充物是重要的,优选为光的波长的1/4或其以下的粒径。另外,通过无机填充物材料的选择、含量、树脂材料的选择,可以控制折射率、折射率的温度依赖性、热膨胀率。由此形成光布线层的基板材料的选择的范围很广,不仅可使用由目前使用的硅或陶瓷等无机材料构成的基板,也可使用有机材料构成的基板。
下面,对本发明的实施例进行说明,但本发明并不受它们的限定。
实施例1
使用均化器在冰冷却下将323重量份钛酸钡填充物(堺化学(株)制,BT-05,平均粒径:0.5μm)、18重量份γ-丁内酯混合分散1小时,得到分散液A-1。混合10重量份环氧树脂(日本化药(株)制,EPPN 502H)、10重量份苯酚酚醛清漆树脂(大日本インキ工业(株)制,TD-2131)、0.6重量份固化促进剂(北兴化学(株)制,三苯基膦),20重量份γ-丁内酯,得到环氧树脂溶液B-1。使用球磨机将分散液A-1与环氧树脂溶液B-1混合,制作糊状组合物C-1。γ-丁内酯的沸点为204℃。使用模涂法将该糊状组合物C-1涂布于厚度为300μm的铝基板上,使用烘箱、使其在80℃×15分钟干燥后,在175℃×1小时的条件下进行固化,得到膜厚10μm的高电介质组合物。
然后,通过蒸镀法在该高介电常数组合物上形成直径为11mm的铝电极,使用阻抗分析仪HP 4284A和样品固定器HP 16451B(均为惠普公司制),以JIS K 6911为基准,对1MHz下的介电特性进行测定,结果示于表1。高电介质组合物的介电常数为82,介质损耗角正切为2.8%,单位面积的静电容量为7.3nF/cm2。空隙率为9体积%。
实施例2
与实施例1同样地制作出糊状组合物C-1。然后,进一步添加22.6重量份γ-丁内酯,使糊状组合物中的溶剂量达到15重量%,制作出糊状组合物C-2。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表1。高电介质组合物的介电常数为73,介质损耗角正切为3.4%,单位面积的静电容量为4.3nF/cm2。空隙率为12体积%。
实施例3~4
在糊状组合物C-1中进一步添加γ-丁内酯,使糊状组合物中的溶剂量达到20、25重量%,制作出溶剂量不同的糊状组合物C-3~C-4。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表1。得到空隙率为20体积%或其以下,且介电常数为50或其以上的高电介质组合物。
比较例1
在糊状组合物C-1中添加γ-丁内酯,制作出糊状组合物中的溶剂量占40重量%的糊状组合物D-1。另外,基于实施例1的方法,制作出高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表4。当糊状组合物中含有的溶剂量占总量的40重量%时,空隙率为31体积%,介电常数为41。
实施例5
使用均化器将323重量份钛酸钡(堺化学(株)制,BT-05,平均粒径:0.5μm)、0.2重量份分散剂(ビツクケミ一(株)制,BYK-W903)、18重量份γ-丁内酯混炼,得到分散液A-2。使用球磨机将分散液A-2与环氧树脂溶液B-1混合,制作出糊状组合物C-5。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表1。介电常数为102,介质损耗角正切为3.6%,单位面积的静电容量为11.3nF/cm2,空隙率为6体积%。
实施例6
在糊状组合物C-5中添加γ-丁内酯,制作出糊状组合物中的溶剂量为15重量%的糊状组合物C-6。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表1。介电常数为95,介质损耗角正切为3.1%,单位面积的静电容量为8.4nF/cm2,空隙率为7体积%。
实施例7
除了溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮以外,与糊状组合物C-2同样操作,制作糊状组合物,得到糊状组合物C-7。N-甲基-2-吡咯烷酮的沸点为202℃。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表1。介电常数为58,介质损耗角正切为4.6%,单位面积的静电容量为5.3nF/cm2,空隙率为26体积%。
实施例8
除了溶剂为二乙酸乙二醇酯以外,与糊状组合物C-2同样操作,制作糊状组合物,得到糊状组合物C-8。二乙酸乙二醇酯的沸点为190℃。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表1。介电常数为64,介质损耗角正切为4.8%,单位面积的静电容量为5.7nF/cm2,空隙率为21体积%
实施例9
除了溶剂为乙基卡必醇以外,与糊状组合物C-2同样操作,制作糊状组合物,得到糊状组合物C-9。乙基卡必醇的沸点为202℃。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表2。介电常数为50,介质损耗角正切为2.2%,单位面积的静电容量为4.4nF/cm2,空隙率为30体积%。
比较例2
除了溶剂为吗啉以外,与糊状组合物C-2同样操作,制作糊状组合物,得到糊状组合物D-2。吗啉的沸点为128℃。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表4。介电常数为35,介质损耗角正切为5.8%,单位面积的静电容量为2.6nF/cm2,电特性差。空隙率为32体积%
比较例3
除了溶剂为丙二醇单甲基醚乙酸酯以外,与糊状组合物C-2同样操作,制作糊状组合物,得到糊状组合物D-3。丙二醇单甲基醚乙酸酯的沸点为146℃。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表4。介电常数为46,介质损耗角正切为4.7%,单位面积的静电容量为2.7nF/cm2,电特性差。空隙率为35体积%
实施例10
使用均化器将494重量份钛酸钡(堺化学(株)制,BT-05,平均粒径:0.5μm)、71重量份γ-丁内酯混炼,得到分散液A-3。使用球磨机将分散液A-3与环氧树脂溶液B-1混合,制作出糊状组合物C-10。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表2。介电常数为79,介质损耗角正切为3.4%,单位面积的静电容量为5.8nF/cm2,空隙率为13体积%。
实施例11
使用均化器将185重量份钛酸钡(堺化学(株)制,BT-05,平均粒径:0.5μm)、16重量份γ-丁内酯混炼,得到分散液A-4。使用球磨机将分散液A-4与环氧树脂溶液B-1混合,制作出糊状组合物C-11。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表2。介电常数为76,介质损耗角正切为3.2%,单位面积的静电容量为8.4nF/cm2,空隙率为5体积%。
实施例12
除了使用钛酸钡(东邦钛(株)制,SB05,平均粒径:0.5μm)作为高介电常数无机填充物以外,与实施例2同样操作,制作出糊状组合物C-12。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表2。介电常数为70,介质损耗角正切为2.9%,单位面积的静电容量为6.2nF/cm2,空隙率为14体积%。
实施例13
除了使用钛酸锶(堺化学(株)制,ST-03,平均粒径:0.3μm)作为高介电常数无机填充物以外,与实施例2同样操作,制作出糊状组合物C-13。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表2。介电常数为65,介质损耗角正切为1.2%,单位面积的静电容量为3.8nF/cm2,空隙率为14体积%。
实施例14~16
除了使用表2所示的树脂、固化剂以外,与实施例2同样操作,制作出糊状组合物C-14~16。制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表2。得到介电常数为50或其以上的高电介质组合物。
实施例17~18
使用作为树脂的聚酰亚胺树脂(东丽(株)制,“セミコフアイン”SP341)、聚醚砜(住友化学(株)制,5003P),制作出糊状组合物C-17~18。制作表3所示组成的高电介质组合物,评价介电特性。将其结果示于表3。得到介电常数为50或其以上的高电介质组合物。
实施例19
使用均化器在冰冷却下将323重量份钛酸钡填充物(堺化学(株)制,BT-05,平均粒径:0.5μm)、36重量份γ-丁内酯混合分散1小时,得到分散液A-5。将12.8重量份环氧树脂(日本化药(株)制,EPPN502H)、7.8重量份苯酚酚醛清漆树脂(大日本インキ工业(株)制,TD-2131)、0.2重量份固化促进剂(北兴化学(株)制,三苯基膦),24.8重量份γ-丁内酯混合,得到环氧树脂溶液B-2。使用球磨机将分散液A-5与环氧树脂溶液B-2混合,制作出糊状组合物C-19。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表3。介电常数为73,介质损耗角正切为3.4%,单位面积的静电容量为4.3nF/cm2,空隙率为12体积%。
实施例20
使用均化器将323重量份钛酸钡(堺化学(株)制,BT-05,平均粒径:0.5μm)、0.2重量份分散剂(具有磷酸酯骨架的含有酸根的共聚物,ビツクケミ一(株)制,BYK-W9010)、36重量份γ-丁内酯混炼,得到分散液A-6。使用球磨机将分散液A-6与环氧树脂溶液B-2混合,制作糊状组合物C-20。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表3。介电常数为95,介质损耗角正切为3.1%,单位面积的静电容量为8.4nF/cm2,空隙率为7体积%。
实施例21
混合15.3重量份环氧树脂(日本化药(株)制,NC3000)、5.3重量份苯酚酚醛清漆树脂(日本化药(株)制,“カヤハ一ド”TPM(新名称:“カヤハ一ド”KTG-105))、0.2重量份固化促进剂(北兴化学(株)制,三苯基膦),24.7重量份γ-丁内酯,得到环氧树脂溶液B-3。使用球磨机将分散液A-2与环氧树脂溶液B-3混合,制作出糊状组合物C-21。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表3。介电常数为76,介质损耗角正切为2.8%,单位面积的静电容量为5.6nF/cm2,空隙率为14体积%。
实施例22
使用均化器将62.3重量份钛酸钡(堺化学(株)制,BT-05,平均粒径0.5μm)、21.9重量份钛酸钡(TPL,Inc.社制,HPB-1000:平均粒径0.059μm)、15重量份γ-丁内酯、0.8重量份分散剂(具有磷酸酯骨架的含有酸根的共聚物,ビツクケミ一·ジヤパン(株)制,BYK-W9010)混炼,得到分散液A-7。将2.2重量份环氧树脂(日本化药(株)制,EPPN502H)、1.4重量份苯酚酚醛清漆树脂(大日本インキ工业(株)制,TD-2131)、0.04重量份固化促进剂(北兴化学(株)制,三苯基膦),7.1重量份γ-丁内酯混合,得到环氧树脂溶液B-4。使用球磨机将分散液A-7与环氧树脂溶液B-4混合,制作出糊状组合物C-22。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表6。介电常数为123,介质损耗角正切为3.1%,单位面积的静电容量为10.9nF/cm2,空隙率为4体积%。
实施例23
将2.6重量份环氧树脂(日本化药(株)制,NC-3000)、0.9重量份苯酚酚醛清漆树脂(日本化药(株)制,“カヤハ一ド”TPM(新名称:“カヤハ一ド”KTG-105))、0.04重量份固化促进剂(北兴化学(株)制,三苯基膦),7.1重量份γ-丁内酯混合,得到环氧树脂溶液B-5。使用球磨机将分散液A-7与环氧树脂溶液B-5混合,制作出糊状组合物C-23。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表6。介电常数为121,介质损耗角正切为2.6%,单位面积的静电容量为10.7nF/cm2,空隙率为4体积%。
实施例24
除了使用二乙酸乙二醇酯作为溶剂以外,与实施例23同样操作,制作出糊状组合物C-24。二乙酸乙二醇酯的沸点为190℃。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表6。介电常数为95,介质损耗角正切为3.1%,单位面积的静电容量为8.4nF/cm2,空隙率为8体积%。
实施例25
除了使用丙二酸二乙酯作为溶剂以外,与实施例23同样操作,制作出糊状组合物C-25。丙二酸二乙酯的沸点为199℃。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,评价介电特性。介电常数为85,介质损耗角正切为2.7%,单位面积的静电容量为7.5nF/cm2,空隙率为9体积%。
实施例26
除了使用乙基卡必醇作为溶剂以外,与实施例23同样操作,制作出糊状组合物C-26。乙基卡必醇的沸点为202℃。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,评价介电特性。介电常数为99,介质损耗角正切为2.9%,单位面积的静电容量为8.8nF/cm2,空隙率为7体积%。
实施例27
除了使用4-甲基环己酮作为溶剂以外,与实施例23同样操作,制作出糊状组合物C-27。4-甲基环己酮的沸点为169℃。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表6。介电常数为79,介质损耗角正切为2.1%,单位面积的静电容量为7.0nF/cm2,空隙率为12体积%。
实施例28
除了使用异氟尔酮作为溶剂以外,与实施例23同样操作,制作出糊状组合物C-28。异氟尔酮的沸点为215℃。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表6。介电常数为76,介质损耗角正切为2.2%,单位面积的静电容量为6.7nF/cm2,空隙率为11体积%。
实施例29
除了使用二乙基甲酰胺作为溶剂以外,与实施例23同样操作,制作出糊状组合物C-29。二乙基甲酰胺的沸点为177℃。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,将介电特性的评价结果示于表6。介电常数为70,介质损耗角正切为2.3%,单位面积的静电容量为6.2nF/cm2,空隙率为15体积%。
实施例30
除了使用二甲基乙酰胺作为溶剂以外,与实施例23同样操作,制作出糊状组合物C-30。二甲基乙酰胺的沸点为165℃。另外,基于实施例1的方法,制作高电介质组合物,评价介电特性。介电常数为79,介质损耗角正切为2.3%,单位面积的静电容量为7.0nF/cm2,空隙率为11体积%。
合成例1;分散液X-1
使用均化器将5328重量份钛酸钡填充物(堺化学工业(株)制,BT-05,平均粒径0.5μm)、1872重量份钛酸钡填充物(TPL,Inc.社制,HPB-1000:平均粒径0.059μm)、928重量份γ-丁内酯、72重量份分散剂(具有磷酸酯骨架的含有酸根的共聚物,ビツクケミ一·ジヤパン(株)制,BYK-W9010)在冰冷却下混合分散1小时,得到分散液X-1。
合成例2;分散液X-2
使用均化器将5328重量份钛酸钡填充物(堺化学工业(株)制,BT-05,平均粒径:0.5μm)、1872重量份钛酸钡填充物(Cabot Corp.社,K-Plus16,平均粒径0.06μm)、928重量份γ-丁内酯、72重量份分散剂(具有磷酸酯骨架的含有酸根的共聚物,ビツクケミ一·ジヤパン(株)制,BYK-W9010)在冰冷却下混合分散1小时,得到分散液X-2。
合成例3;分散液X-3
使用均化器将5328重量份钛酸钡填充物(堺化学工业(株)制,BT-02,平均粒径:0.18μm)、1872重量份钛酸钡填充物(TPL,Inc.制,HPB-1000:平均粒径0.059μm)、928重量份γ-丁内酯、72重量份分散剂(具有磷酸酯骨架的含有酸根的共聚物,ビツクケミ一·ジヤパン(株)制,BYK-W9010)在冰冷却下混合分散1小时,得到分散液X-3。
合成例4;分散液X-4
使用均化器将5328重量份钛酸钡填充物(堺化学工业(株)制,BT-03,平均粒径:0.28μm)、1872重量份钛酸钡填充物(TPL,Inc.制,HPB-1000:平均粒径0.059μm)、928重量份γ-丁内酯、72重量份分散剂(具有磷酸酯骨架的含有酸根的共聚物,ビツクケミ一·ジヤパン(株)制,BYK-W9010)在冰冷却下混合分散1小时,得到分散液X-4。
合成例5;分散液X-5
使用均化器将5328重量份钛酸钡填充物(共立マテリアル(株)制,BT-HP3,平均粒径:1.2μm)、1872重量份钛酸钡填充物(TPL,Inc.制,HPB-1000:平均粒径0.059μm)、928重量份γ-丁内酯、72重量份分散剂(具有磷酸酯骨架的含有酸根的共聚物,ビツクケミ一·ジヤパン(株)制,BYK-W9010)在冰冷却下混合分散1小时,得到分散液X-5。
合成例6;分散液X-6
使用均化器将5328重量份钛酸钡填充物(共立マテリアル(株)制,BT-SA,平均粒径:2.1μm)、1872重量份钛酸钡填充物(TPL,Inc.制,HPB-1000:平均粒径0.059μm)、928重量份γ-丁内酯、72重量份分散剂(具有磷酸酯骨架的含有酸根的共聚物,ビツクケミ一·ジヤパン(株)制,BYK-W9010)在冰冷却下混合分散1小时,得到分散液X-6。
合成例7;分散液X-7
使用均化器将6067重量份钛酸钡填充物(堺化学工业(株)制,BT-05,平均粒径:0.5μm)、1613重量份钛酸锶填充物(TPL,Inc.制,HPS-2000:平均粒径0.045μm)、1523重量份γ-丁内酯、77重量份分散剂(具有磷酸酯骨架的含有酸根的共聚物,ビツクケミ一·ジヤパン(株)制,BYK-W9010)在冰冷却下混合分散1小时,得到分散液X-7。
合成例8;分散液X-8
使用均化器将5261重量份钛酸钡填充物(堺化学工业(株)制,BT-05,平均粒径0.5μm)、2419重量份氧化钛填充物(东邦钛(株)制,HT0514,平均粒径:0.2μm)、1523重量份γ-丁内酯、77重量份分散剂(具有磷酸酯骨架的含有酸根的共聚物,ビツクケミ一·ジヤパン(株)制,BYK-W9010)在冰冷却下混合分散1小时,得到分散液X-8。
合成例9;分散液X-9
使用均化器将6695重量份铅类填充物(Ferro社制,Y5V183U,平均粒径:0.9μm)、1145重量份钛酸钡填充物(TPL,Inc.制,HPB-1000:平均粒径0.059μm)、1722重量份γ-丁内酯、78重量份分散剂(具有磷酸酯骨架的含有酸根的共聚物,ビツクケミ一·ジヤパン(株)制,BYK-W9010)在冰冷却下混合分散1小时,得到分散液X-9。
合成例10;分散液X-10
使用均化器将7200重量份钛酸钡填充物(堺化学工业(株)制,BT-05,平均粒径:0.5μm)、928重量份γ-丁内酯、72重量份分散剂(具有磷酸酯类酸根的共聚物,ビツクケミ一·ジヤパン(株)制,BYK-W9010)在冰冷却下混合分散1小时,得到分散液X-10。
合成例11;分散液X-11
使用均化器将5328重量份钛酸钡填充物(共立マテリアル(株)制,BTHP-8YF,平均粒径:7μm)、1872重量份钛酸钡填充物(堺化学工业(株)制,BT-05,平均粒径:0.5μm)、928重量份γ-丁内酯、72重量份分散剂(具有磷酸酯骨架的含有酸根的共聚物,ビツクケミ一·ジヤパン(株)制,BYK-W9010)在冰冷却下混合分散1小时,得到分散液X-11。
合成例12;分散液X-12
使用球磨机将钛酸钡填充物(共立マテリアル(株)制,BT-SA,平均粒径:2.1μm)分散到丙烯酸树脂粘结剂中后,使用喷雾干燥机使一次粒子凝集固化成二次粒子,对该二次粒子进行造粒。将其在大气中、在1200℃烧成6小时后,用乳钵粉碎,然后通过500目和300目的筛进行分级,得到平均粒径40μm的钛酸钡填充物A。使用动态散射式粒径分布测定装置((株)崛场制作所制LB-500)进行平均粒径的测定。使用均化器将5328重量份该钛酸钡填充物A、1872重量份钛酸钡填充物B(共立マテリアル(株)制,BT-SA,平均粒径:2.1μm)、928重量份γ-丁内酯、72重量份分散剂(具有磷酸酯骨架的含有酸根的共聚物,ビツクケミ一·ジヤパン(株)制,BYK-W9010)在冰冷却下混合分散1小时,得到分散液X-12。
合成例13;分散液X-13
除了使用1000目和600目的筛进行分级以外,与合成例12的钛酸钡填充物A同样操作,得到平均粒径20μm的钛酸钡填充物C。使用均化器将5328重量份该钛酸钡填充物C、1872重量份钛酸钡填充物B(共立マテリアル(株)制,BT-SA,平均粒径:2.1μm)、928重量份γ-丁内酯、72重量份分散剂(具有磷酸酯骨架的含有酸根的共聚物,ビツクケミ一·ジヤパン(株)制,BYK-W9010)在冰冷却下混合分散1小时,得到分散液X-13。
合成例14;环氧树脂溶液Y-1
混合400重量份环氧树脂(日本化药(株)制,EPPN-502H)、400重量份苯酚酚醛清漆树脂(大日本インキ工业(株)制,TD-2131)、1000重量份γ-丁内酯,得到树脂溶液Y-1。
合成例15;环氧树脂溶液Y-2
混合600重量份环氧树脂(日本化药(株)制,NC-3000)、200重量份苯酚酚醛清漆树脂(日本化药(株)制,“カヤハ一ド”TPM(新名称:“カヤハ一ド”KTG-105))、8重量份固化促进剂(北兴化学(株)制,三苯基膦),1000重量份γ-丁内酯,得到树脂溶液Y-2。
实施例31
在具备搅拌器的容器中加入82重量份分散液X-1,徐徐加入18重量份树脂溶液Y-1,使用Let Down法进行混合,然后,进一步用球磨机搅拌1小时,得到糊状组合物。此时,设无机填充物与树脂的合计量为100体积%时的无机填充物的含量约为61体积%。
然后,使用旋涂法将该糊状组合物涂布于铝基板和铜基板上,使用烘箱在120℃干燥10分钟,然后在175℃固化1小时,得到电介质组合物。使用Tencor社制的应力测定装置Flexus,对在这2种基板上形成的电介质组合物的温度引起的应力变化进行测定,从该变化率计算出电介质组合物的线膨胀系数,结果良好,为18ppm/℃,与铜(17ppm/℃)基本一致。
进而,在铝基板上的电介质组合物的表面上,通过蒸镀法形成铝电极,将其与基板的铝作为电极,使用阻抗分析仪(惠普公司制,HP4284A,HP16451B),以JIS K6911为基准,测定其在1MHz下的介电特性,结果介电常数为55,介质损耗角正切为3.3%,单位面积的静电容量为4.9nF/cm2。
另外,对铜基板上的电介质组合物进行Pressure Cooker Test(PCT试验,100%RH,121℃,2大气压,100小时后),结果用电子显微镜并未发现任何异常,利用棋盘格胶带法的试验(JIS K5400)中,评价分数为10分,良好。
另外,在线膨胀系数、介电特性、PCT试验的任一测定中,都以电介质组合物的膜厚为5、10、20μm的3个水平进行评价,但并未发现膜厚引起的差异,因此在表9中总结了10μm时的结果。
实施例32
在具备搅拌器的容器中加入86重量份分散液X-1,徐徐加入11重量份树脂溶液Y-1和3重量份γ-丁内酯,使用Let Down法进行混合,进而用球磨机搅拌1小时,得到糊状组合物。此时,设无机填充物与树脂的合计量为100体积%时的无机填充物的含量约为72体积%。
使用这样得到的糊状组合物,按照与实施例31同样的方法获得电介质组合物,将线膨胀系数、介电特性、PCT试验的测定结果示于表9。
实施例33
在具备搅拌器的容器中加入88重量份分散液X-1,徐徐加入7重量份树脂溶液Y-1和5重量份γ-丁内酯,使用Let Down法进行混合,然后,进一步以球磨机搅拌1小时,得到糊状组合物。此时,设无机填充物与树脂的合计量为100体积%时的无机填充物的含量约为79体积%。使用这样得到的糊状组合物,按照实施例31同样的方法获得电介质组合物,将线膨胀系数、介电特性、PCT试验的测定结果示于表9。
实施例34
在具备搅拌器的容器中加入89重量份分散液X-1,徐徐加入4重量份树脂溶液Y-1和7重量份γ-丁内酯,使用Let Down法进行混合,然后,进一步以球磨机搅拌1小时,得到糊状组合物。此时,设无机填充物与树脂的合计量为100体积%时的无机填充物的含量约为86体积%。使用这样得到的糊状组合物,按照实施例31同样的方法获得电介质组合物,将线膨胀系数、介电特性、PCT试验的测定结果示于表9。
实施例35
在具备搅拌器的容器中加入90重量份分散液X-1,徐徐加入2重量份树脂溶液Y-1和8重量份γ-丁内酯,使用Let Down法进行混合,然后,进一步以球磨机搅拌1小时,得到糊状组合物。此时,设无机填充物与树脂的合计量为100体积%时的无机填充物的含量约为91体积%。使用这样得到的糊状组合物,按照实施例31同样的方法获得电介质组合物,将线膨胀系数、介电特性、PCT试验的测定结果示于表9。
实施例36
在具备搅拌器的容器中加入91重量份分散液X-1,徐徐加入1重量份树脂溶液Y-1和8重量份γ-丁内酯,使用Let Down法进行混合,然后,进一步以球磨机搅拌1小时,得到糊状组合物。此时,设无机填充物与树脂的合计量为100体积%时的无机填充物的含量约为93体积%。使用这样得到的糊状组合物,按照实施例31同样的方法获得电介质组合物,将线膨胀系数、介电特性、PCT试验的测定结果示于表9。
实施例37~43
在具备搅拌器的容器中加入88重量份表5所示的分散液,徐徐加入7重量份表5所示的树脂溶液和5重量份γ-丁内酯,使用Let Down法进行混合,然后,进一步以球磨机搅拌1小时,得到糊状组合物。此时,设无机填充物与树脂的合计量为100体积%时的无机填充物的含量约为79体积%。使用这样得到的糊状组合物,按照实施例31同样的方法获得电介质组合物,线膨胀系数、介电特性、PCT试验的测定结果在表9、表10中表示。
实施例44
在具备搅拌器的容器中加入93重量份分散液X-7,徐徐加入7重量份树脂溶液Y-1,使用Let Down法进行混合,然后,进一步以球磨机搅拌1小时,得到糊状组合物。此时,将无机填充物与树脂的合计量为100体积%时的无机填充物的含量调整为约79体积%。使用这样得到的糊状组合物,按照实施例31同样的方法获得电介质组合物,将线膨胀系数、介电特性、PCT试验的测定结果示于表10。
实施例45
在具备搅拌器的容器中加入93重量份分散液X-8,徐徐加入7重量份树脂溶液Y-1,使用Let Down法进行混合,然后,进一步以球磨机搅拌1小时,得到糊状组合物。此时,将无机填充物与树脂的合计量为100体积%时的无机填充物的含量调整为约81体积%。使用这样得到的糊状组合物,按照实施例31同样的方法获得电介质组合物,将线膨胀系数、介电特性、PCT试验的测定结果示于表10。
实施例46
在具备搅拌器的容器中加入93重量份分散液X-9,徐徐加入7重量份树脂溶液Y-1,使用Let Down法进行混合,然后,进一步以球磨机搅拌1小时,得到糊状组合物。此时,将无机填充物与树脂的合计量为100体积%时的无机填充物的含量调整为约86体积%。使用这样得到的糊状组合物,按照实施例31同样的方法获得电介质组合物,将线膨胀系数、介电特性、PCT试验的测定结果示于表10。
比较例4
除了使用合成例14的环氧树脂溶液,不使用无机填充物分散液以外,与实施例31同样操作,获得电介质组合物,将线膨胀系数、介电特性、PCT试验的测定结果示于表10。
比较例5
在具备搅拌器的容器中加入88重量份分散液X-10,徐徐加入7重量份树脂溶液Y-1和5重量份γ-丁内酯,使用Let Down法进行混合,然后,进一步以球磨机搅拌1小时,得到糊状组合物。此时,设无机填充物与树脂的合计量为100体积%时的无机填充物的含量约为79体积%。使用这样得到的糊状组合物,与实施例31同样操作,获得电介质组合物,将线膨胀系数、介电特性、PCT试验的测定结果示于表10。
比较例6
在具备搅拌器的容器中加入88重量份分散液X-11,徐徐加入7重量份树脂溶液Y-1和5重量份γ-丁内酯,使用Let Down法进行混合,然后,进一步以球磨机搅拌1小时,得到糊状组合物。该糊状组合物,容易因放置而导致沉降。此时,设无机填充物与树脂的合计量为100体积%时的无机填充物的含量约为79体积%。使用这样得到的糊状组合物,与实施例31同样操作,获得电介质组合物,尝试进行介电特性的测定,但是测定值不稳定,不能进行测定。
比较例7
在具备搅拌器的容器中加入88重量份分散液X-12,徐徐加入7重量份树脂溶液Y-1和5重量份γ-丁内酯,使用Let Down法进行混合,然后,进一步以球磨机搅拌1小时,得到糊状组合物。该糊状组合物,容易因放置而导致沉降。此时,设无机填充物与树脂的合计量为100体积%时的无机填充物的含量约为79体积%。使用这样得到的糊状组合物,与实施例31同样操作,获得电介质组合物,尝试进行介电特性的测定,但是测定值不稳定,不能进行测定。
比较例8
在具备搅拌器的容器中加入8893重量份分散液X-13,徐徐加入7重量份树脂溶液Y-1和5重量份γ-丁内酯,使用Let Down法进行混合,然后,进一步以球磨机搅拌1小时,得到糊状组合物。该糊状组合物,容易因放置而导致沉降。此时,设无机填充物与树脂的合计量为100体积%时的无机填充物的含量约为79体积%。使用这样得到的糊状组合物,与实施例31同样操作,获得电介质组合物,尝试进行介电特性的测定,但是测定值不稳定,不能进行测定。
比较例9
除了将大粒径填充物的钛酸钡填充物(堺化学工业(株)制,BT-05,平均粒径:0.5μm)变为钛酸钡填充物(TPL,Inc.制,HPB-1000:平均粒径0.059μm),将小粒径填充物的钛酸钡填充物(TPL,Inc.制,HPB-1000:平均粒径0.059μm)变为钛酸锶填充物(TPL,Inc.制,HPS-2000:平均粒径0.045μm)以外,与合成例3同样操作,尝试制作分散液,但是填充物发生凝集,分散液不稳定,未能得到糊状组合物。
工业可利用性
本发明的糊状组合物和电介质组合物,可适用于电容器或具有电容器功能的电路材料用的层间绝缘材料或光布线材料等用途。
表1
表2
表3
表4
表5
表6
表7
表8
表9
表10
机译: 聚合物-陶瓷电介质组合物,使用该电介质组合物的嵌入式电容器以及其中嵌入有电容器的印刷电路板
机译: 聚合物-陶瓷电介质组合物,使用该电介质组合物的嵌入式电容器以及其中嵌入有电容器的印刷电路板
机译: 用于形成电介质的组合物,制造同一电介质的方法,使用同一电介质和电容器的电介质膜