(57)【要約】      （修正有）【課題】多湿環境に曝露されたときに、耐久性を付与する電子デバイスにおける使用に適した誘電体ガラス組成物を提供する。【解決手段】多湿環境に曝露されたときに、誘電体ガラス組成物に耐久性を付与するのに十分な量の二酸化ケイ素と、１種以上のアルカリ金属酸化物を含み、（ｉ）前記アルカリ金属酸化物の総含量が、前記ガラス組成物の１００％総重量を基準として、少なくとも約１０〜約３５重量％であり、（ｉｉ）前記ガラス組成物のメジアン粒径（ｄ５０）が約５μｍ以下であり、（ｉｉｉ）前記ガラス組成物が、少なくとも約１０〜約２５ｐｐｍ／Ｋの熱膨張率を有する、電子デバイスにおける使用に適した誘電体ガラス組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスにおける使用に適した誘電体ガラス組成物であって、
多湿環境に曝露されるときに前記ガラス組成物に耐久性を付与するのに十分な量の二酸化ケイ素と、
１種以上のアルカリ金属酸化物と
を含み、
前記アルカリ金属酸化物の総含量が、前記ガラス組成物の１００％総重量を基準として、少なくとも約１０重量％であり、および約３５重量％以下であり、
前記ガラス組成物のメジアン粒径（ｄ５０）が約５μｍ以下であり、前記ガラス組成物が少なくとも約１０ｐｐｍ／Ｋの熱膨張率および約２５ｐｐｍ／Ｋ以下の熱膨張率を有する、
誘電体ガラス組成物。
【請求項２】
酸化ビスマス、酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化バリウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化テルル、および酸化銅から成る群より選択される１種以上の金属酸化物またはメタロイド酸化物をさらに含む、請求項１記載の誘電体ガラス組成物。
【請求項３】
前記ガラス組成物の１００％総重量を基準として、二酸化ケイ素を、少なくとも約３０重量％、好ましくは少なくとも約４０重量％含有する、請求項１または２記載の誘電体ガラス組成物。
【請求項４】
酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化リチウム、および前記のいずれかの任意の組み合わせから選択される１種以上のアルカリ金属酸化物を、前記ガラス組成物の１００％総重量を基準として、約２０重量％以下含有する、請求項１〜３のいずれかに記載の誘電体ガラス組成物。
【請求項５】
電子デバイスにおける使用に適した誘電体ガラス組成物であって、
前記ガラス組成物の１００％総重量を基準として、
少なくとも約３０重量％の二酸化ケイ素と、
少なくとも約１０重量％かつ約３５重量％以下の１種以上のアルカリ金属酸化物と、
約３０重量％以下の酸化ビスマスと、
約５重量％以下の酸化ホウ素と、
少なくとも約１重量％かつ約１０重量％以下の酸化バナジウムと、
少なくとも約０．１重量％かつ約５重量％以下の酸化アルミニウムと
を含み、
前記ガラス組成物のメジアン粒径（ｄ５０）が、少なくとも約２μｍかつ約５μｍ以下である、
誘電体ガラス組成物。
【請求項６】
少なくとも１２ｐｐｍ／Ｋの熱膨張率を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の誘電体ガラス組成物。
【請求項７】
４７０℃未満、好ましくは４５０℃未満のガラス転移温度を有する、請求項１〜６のいずれかに記載の誘電体ガラス組成物。
【請求項８】
５００℃未満、好ましくは４７０℃未満のガラス軟化点を有する、請求項１〜７のいずれかに記載の誘電体ガラス組成物。
【請求項９】
前記ガラス組成物が無鉛である、請求項１〜８のいずれかに記載の誘電体ガラス組成物。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の少なくとも１種の誘電体ガラス組成物と、
有機ビヒクルと
を含む、電子デバイスにおける使用に適した誘電体ペースト組成物。
【請求項１１】
前記少なくとも１種の誘電体ガラス組成物が、前記誘電体ペースト組成物の１００％総重量を基準として、前記ペースト組成物の少なくとも約５０重量％、好ましくは少なくとも約５５重量％、最も好ましくは少なくとも約６５重量％、かつ約８０重量％以下、好ましくは約７５重量％以下、最も好ましくは約７０重量％以下である、請求項１０記載の誘電体ペースト組成物。
【請求項１２】
前記誘電体ペースト組成物の１００％総重量を基準として、前記ペースト組成物の少なくとも約１重量％、好ましくは少なくとも５重量％、好ましくは少なくとも約１０重量％、かつ約２５重量％以下、好ましくは約２０重量％以下、最も好ましくは約１５重量％以下の量で存在する、チタニア、セラミック顔料、遷移金属酸化物、またはそれらの組み合わせをさらに含む、請求項１０または１１記載の誘電体ペースト組成物。
【請求項１３】
前記有機ビヒクルが、前記誘電体ペースト組成物の１００％総重量を基準として、前記ペースト組成物の少なくとも約１０重量％、好ましくは少なくとも約１５重量％、最も好ましくは少なくとも約２０重量％、かつ約４０重量％以下、好ましくは約３５重量％以下、最も好ましくは約３０重量％以下である、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の誘電体ペースト組成物。
【請求項１４】
前記有機ビヒクルが、バインダー、界面活性剤、チキソトロープ剤、および可塑剤のうちの少なくとも１種を含む、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の誘電体ペースト組成物。
【請求項１５】
前記少なくとも１種のガラス組成物が、少なくとも約１μｍ、好ましくは少なくとも約２μｍ、最も好ましくは少なくとも約３μｍであり、かつ約１０μｍ以下、好ましくは約７μｍ以下、最も好ましくは約５μｍ以下のメジアン粒径（ｄ５０）を有する粒子の形態で提供される、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の誘電体ペースト組成物。
【請求項１６】
請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の誘電体ペースト組成物を、基板の少なくとも１つの表面に適用する工程を含む方法。
【請求項１７】
前記基板が、少なくとも１０ｐｐｍ／Ｋの熱膨張率および約２５ｐｐｍ／Ｋ以下の熱膨張率を有する、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記基板がアルミニウムまたは鋼である、請求項１６または１７記載の方法。
【請求項１９】
前記誘電体組成物を、従来のオーブン乾燥、赤外線硬化または紫外線硬化、および／または焼成を含む１つ以上の熱処理工程に曝露する工程をさらに含む、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
アルミニウム基板では６００℃未満の温度で、鋼基板では１０００℃未満の温度で、空気または窒素の雰囲気中で焼成を行う、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記誘電体ペースト組成物を、スクリーン印刷、ステンシル印刷、タンポン印刷、インクジェット印刷、分配、スロットダイコーティング、カーテンコーティング、ローラーコーティング、浸漬コーティング、吹付け塗り、または刷毛塗りによって、少なくとも１つの表面に適用する、請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の方法によって作製される電子デバイス。
【請求項２３】
少なくとも１つの表面を有する基板と、
少なくとも１つの表面の少なくとも一部分に適用される請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の誘電体ペースト組成物と
を含み、
誘電体層を形成するために、前記誘電体ペースト組成物が１つ以上の熱処理工程に供される、
電子デバイス。
【請求項２４】
前記誘電体ペースト組成物が、
少なくとも約３０重量％の酸化ケイ素と、
少なくとも約１０重量％かつ約３５重量％以下の１種以上のアルカリ金属酸化物と、
約３０重量％以下の酸化ビスマスと、
約５重量％以下の酸化ホウ素と、
少なくとも約１重量％かつ約１０重量％以下の酸化バナジウムと、
少なくとも約０．１重量％かつ約５重量％以下の酸化アルミニウムと
を含む少なくとも１種の誘電体ガラス組成物と、
有機ビヒクルと
を含む請求項２３記載の電子デバイス。
【請求項２５】
前記基板がアルミニウムまたは鋼である、請求項２３または２４記載の電子デバイス。
【請求項２６】
前記電子デバイスが、電気回路、太陽電池、ＬＥＤ、ディスプレイ、コンデンサ、抵抗器、およびそれらの任意の組み合わせから選択される、請求項２３〜２５のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項２７】
前記誘電体層が前記電気回路から前記基板へと放熱させるように、電気回路を、前記誘電体層の表面に適用する、請求項２３〜２６のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好ましくは無鉛の誘電体ガラス組成物を対象とする。当該組成物は、電子アセンブリおよび電子デバイスの熱管理のための誘電体層を形成する際に特に有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来のメタルコアプリント配線板（ＰＣＢ）は、例えばＬＥＤなどの電子部品から放熱させる能力のため、様々な用途で有用である。メタルコアＰＣＢは、ＰＣＢの集積電子部品から放熱させるためのヒートシンクとして機能する、卑金属、典型的にはアルミニウム、銅、またはそれらの合金から一般に形成される。メタルコアは、優れた放熱能力のため、一般的なＦＲ４配線板（ガラス繊維／エポキシ組成物材料）またはＣＥＭ３配線板（ポリテトラフルオロエチレン）の代替としてしばしば使用される。典型的には、メタルコアをメタルヒートシンクの表面に適用し、次いで、誘電体層（電気的に絶縁である）を前記メタルコアの表面に適用し、電子部品を前記誘電体層に適用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のメタルコアは、典型的には固体金属層として形成されるので、メタルコア層を設計する際に多様な自由度が提供されない。この問題を解決するために、誘電体ペースト組成物が調製されてきた。これらのペーストは、任意の所望のパターンで基板上に直接印刷することができ、それにより、設計の汎用性が提供され、材料の無駄を少なくすることができる。しかしながら、公知の誘電体ペーストは、高い湿度レベルでは耐久性を示さない。本発明は、標準的なメタルコアおよび公知の誘電体組成物の代替として使用できる誘電体ガラス組成物を提供する。本発明の組成物は、例外的な放熱、電気性能、および下地基板に対する接着力を示し、その一方で、高い湿度レベルにおいて耐久性も維持する。さらに、本発明の誘電体ガラス組成物は、より少ない製造工程で、例えば導体、抵抗器、誘電体などのような様々な厚膜材料を印刷し焼成することによって、混成厚膜回路を効率的に形成することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、多湿環境に曝露されたときに、ガラス組成物に耐久性を付与するのに十分な量の二酸化ケイ素と、１種以上のアルカリ金属酸化物とを含む、電子デバイスにおける使用に適した誘電体ガラス組成物を提供する。アルカリ金属酸化物の総含量は、前記ガラス組成物の１００％総重量を基準として、少なくとも約１０重量％かつ約３５重量％以下である。ガラス組成物のメジアン粒径（ｄ５０）は、少なくとも約２μｍかつ約５μｍ以下であり、ガラス組成物は、少なくとも約１０ｐｐｍ／Ｋかつ約２５ｐｐｍ／Ｋ以下の熱膨張率を有する。
【０００５】
また、本発明は、ガラス組成物の１００％総重量を基準として、二酸化ケイ素を少なくとも約３０重量％、１種以上のアルカリ金属酸化物を少なくとも約１０重量％かつ約３５重量％以下、酸化ビスマスを約３０重量％以下、酸化ホウ素を約５重量％以下、酸化バナジウムを少なくとも約１重量％かつ約１０重量％以下、酸化アルミニウムを少なくとも約０．１重量％かつ約５重量％以下含み、ガラス組成物のメジアン粒径（ｄ５０）が少なくとも約２μｍかつ約５μｍ以下である、電子デバイスにおける使用に適した誘電体ガラス組成物も提供する。
【０００６】
本発明の別の態様は、本発明の誘電体ガラス組成物と、有機ビヒクルとを含む電子デバイスで使用するために適した誘電体ペースト組成物である。また、本発明は、基板の少なくとも１つの表面へ誘電体ペースト組成物を適用する方法も提供する。
【０００７】
また、本発明は、少なくとも１つの表面を有する基板と、誘電体層を形成するために少なくとも１つの表面の少なくとも一部に適用される本発明の誘電体ペースト組成物とを含む電子デバイスも提供する。ペースト組成物は、有機物層を除去し、誘電体層を形成するように、基板を焼成することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書に記載されるように、本発明は、電子デバイスにおいて誘電体層を形成する際に使用するために適した誘電体ガラス組成物に関する。誘電体ガラス組成物は、金属基板から回路の電子部品を電気的に絶縁するように、十分な絶縁抵抗および絶縁破壊電圧を有しているべきである。一実施形態では、誘電体ガラス組成物を少なくとも１種の有機ビヒクルと組み合わせて、本明細書で記載される誘電体ペースト組成物を形成する。次いで、誘電体ペースト組成物を基板に直接適用して誘電体層を形成することができる。誘電体ペースト組成物は、基板に十分に接着すべきであり、高い湿度（例えば相対湿度８５％）の環境で耐久性を示すべきである。
【０００９】
誘電体ガラス組成物
誘電体ガラス成分は、好ましくは、ガラスフリットの形態で提供される。ガラスフリットは、好ましくは、そのそれぞれがガラス組成物に特定の特徴を提供する様々な酸化物を含む。少なくとも、ガラスフリットは、好ましくは、二酸化ケイ素と１種以上のアルカリ金属酸化物とを含む。二酸化ケイ素は、ガラスが多湿環境（例えば、相対湿度が少なくとも８５％の環境）に曝露されるときに十分な耐久性を有する誘電体ガラス組成物をもたらす。これは、屋外で使用されかつ様々な気象要素に曝露される電子デバイス中に誘電体ガラスが組み込まれる場合、重要である。アルカリ金属酸化物は、その熱膨張率（ＣＴＥ）が有利に増大している組成物を提供する。誘電体ペースト組成物（本明細書で記載される誘電体ガラスを含む）を基板に直接適用するときは、前記組成物は、基板のＣＴＥ以下であるＣＴＥを有することが好ましく、その結果、アセンブリが加熱され、次いで冷却されると、材料は、同程度の割合で膨張および収縮し、亀裂または反りが生じにくい。前記組成物のＣＴＥは、基板のＣＴＥを有意に下回るべきではなく、そうでなければ、亀裂あるいは反りを生じさせる過度なストレスが発生する場合がある。アルカリ金属酸化物は、ガラス組成物のＣＴＥを増加させ、基板とさらに同程度のＣＴＥを有するガラスを提供する。しかしながら、二酸化ケイ素の含量が高いとＣＴＥを低下させ、アルカリ金属酸化物の含量が低いと耐久性に関して有害な影響を及ぼすので、二酸化ケイ素とアルカリ金属酸化物の成分は注意深くバランスさせるべきである。したがって、誘電体ガラス組成物は、好ましくは、ガラス組成物に耐久性を付与するのに十分な量の二酸化ケイ素を含む。一実施形態では、ガラス組成物は、ガラス組成物の１００％総重量を基準として、二酸化ケイ素を少なくとも約３０重量％、好ましくは少なくとも約４０重量％含む。さらに、ガラス組成物の１００％総重量を基準として、アルカリ金属酸化物の総含量が少なくとも約１０重量％であるように、ガラス組成物は、好ましくは１種以上のアルカリ金属酸化物を含む。同時に、アルカリ金属酸化物の総含量は、ガラス組成物の１００％総重量を基準として、好ましくは約３５重量％以下、好ましくは約２０重量％以下である。
【００１０】
一実施形態では、アルカリ金属酸化物としては、酸化ナトリウム（例えば、Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（例えば、Ｋ２Ｏ）、および酸化リチウム（例えば、Ｌｉ２Ｏ）のうちの少なくとも１つが挙げられる。
【００１１】
好ましい実施形態では、ガラス組成物は無鉛である。本明細書で記載されるように、「無鉛」という用語は、ガラス組成物の１００％総重量を基準として、ガラス組成物が鉛を０．５重量％未満有することを意味している。
【００１２】
また、誘電体ガラス組成物は、改良された電気性能、接着力、および耐久性を有するガラスを付与する他の酸化物を含むこともできる。好適な酸化物としては、金属酸化物またはメタロイド酸化物、例えば酸化ビスマス、酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化バリウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化テルル、酸化銅、およびそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。これらの酸化物またはこれらの組み合わせは、好ましくは、ガラス組成物中に（合計で）、ペーストの１００％総重量を基準として、少なくとも約１０重量％、好ましくは少なくとも約２０重量％、最も好ましくは少なくとも約３０重量％の量で存在する。同時に、追加の酸化物は、好ましくは約６０重量％以下、好ましくは約５０重量％以下、最も好ましくは約４５重量％以下である。
【００１３】
一実施形態では、ガラスフリットは、少なくとも約３０重量％の二酸化ケイ素、少なくとも約１０重量％の１種以上のアルカリ金属酸化物、同時に、約３５重量％以下のアルカリ金属酸化物、約３０重量％以下の酸化ビスマス、約５重量％以下の酸化ホウ素、少なくとも約１重量％の酸化バナジウム、同時に、約１０重量％以下の酸化バナジウム、少なくとも約０．１重量％の酸化アルミニウム、同時に、約５重量％以下の酸化アルミニウムを含む。
【００１４】
上記したように、ガラス組成物のＣＴＥは、好ましくは、ガラス組成物が適用される基板のＣＴＥ以下である。一実施形態では、ガラス組成物は、少なくとも約１０ｐｐｍ／ＫのＣＴＥ、好ましくは少なくとも１２ｐｐｍ／ＫのＣＴＥを有し、それは標準鋼基板（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｓｔｅｅｌ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）とほぼ同等である。同時に、ガラスは、好ましくは２５ｐｐｍ／Ｋ以下のＣＴＥを有し、それは標準アルミニウム基板とさらにほぼ同等である。
【００１５】
本明細書で記載されるように、ＣＴＥは、熱機械分析装置（ＴＭＡ）を使用して測定する。測定は、ガラスを磨砕または粉砕して作製したガラス粉末から圧縮成形されたペレットで行った。ガラス転移温度に依存するが、ＣＴＥは、５℃／分〜１０℃／分の加熱速度で、３０℃〜４０℃と３００℃〜３５０℃との間で典型的に測定される。最初に、所望のガラス組成物を粉砕して作製した粉末からペレットを形成する。約０．５〜１グラム（密度３．０５ｇ／ｃｍ３ベース）を加えて、６ｍｍ（内径）のペレットダイを充填する。カーヴァー液圧プレス（Ｃａｒｖｅｒ  Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  Ｐｒｅｓｓ）（インディアナ州ウォバッシュにあるＣａｒｖｅｒ，Ｉｎｃ．製）を使用して、６０秒間、約１３０〜１５０ｌｂｓ．（２９５０〜３４２５ｐｓｉ）の力で粉末を圧縮成形した。ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  ＴＭＡ  Ｑ４００ｅｍ（デラウェア州ニューキャッスルにあるＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製）および対応のＵｎｉｖｅｒｓａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ２０００ソフトウェアを使用して、ペレットの高さを測定し、０．２ニュートンの印加プローブフォース（ａｐｐｌｉｅｄ  ｐｒｏｂｅ  ｆｏｒｃｅ）で、１０℃／分の速度で、空気（ガラス転移温度未満）中で４０〜３５０℃で前焼成する。ペレットを４０℃まで冷却する。ペレットの高さを再び測定し、次いで、ペレットを、５℃／分の速度で４６０℃の温度（軟化点を少し超える温度）まで加熱する。次いで、ソフトウェアによってＣＴＥを算出する。
【００１６】
ガラスフリットの別の重要な特性は、ガラス転移温度（Ｔｇ）である。材料のＴｇにおいて、アモルファス物質は、硬い固体から、部分的に可動性を有する過冷却された溶融物へと変化する。ガラス転移温度は、共にデラウェア州ニューキャッスルにあるＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ−Ｗａｔｅｒｓ  ＬＬＣから市販されている、ＳＤＴ  Ｑ６００測定装置および対応のＵｎｉｖｅｒｓａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ２０００ソフトウェアを使用する示差走査熱分析（ＤＳＣ）で測定することができる。約２０〜３０ｍｇの量の試料を、約０．０１ｍｇの精度で試料皿に秤量する。空の基準皿および試料皿を装置に配置し、オーブンを閉じ、測定を開始した。開始温度２５℃から終了温度１０００℃まで、１０℃／分の加熱速度を使用する。上記ソフトウェアを使用してＤＳＣ信号の第一段階をガラス転移温度Ｔｇとして評価し、測定された開始値をＴｇ温度としてとる。
【００１７】
ガラスフリットの所望のＴｇは、好ましくは約４７０℃以下、最も好ましくは約４５０℃以下である。
【００１８】
ガラスフリットの別の重要な特性はガラス軟化温度である。ガラス軟化温度は、ガラス材料が、ある任意の柔らかさを超えて軟化し始める温度またはガラスが永久変形せずに処理され得る最高温度を示す。本明細書で記載されるように、ガラス軟化温度は、ＣＴＥと同様の方法で測定される（上記）。詳細には、軟化温度は、同じ試験パラメータの下で、ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ製ＴＭＡ  Ｑ４００ｅｍ装置および対応のソフトウェアによって算出することができる。軟化温度とは、材料の寸法が増加（膨張）から減少へと急激に変化する開始温度を意味している。ガラス軟化温度は、好ましくは約５００℃以下、最も好ましくは約４７０℃以下である。
【００１９】
ガラスフリット粒子は、様々なサイズおよび表面積を呈し得る。ガラスフリット粒子の寸法の特徴を表す１つの方法は、メジアン粒径（ｄ５０）である。メジアン粒径（ｄ５０）は、当業者に公知の粒子特性である。ｄ５０は、メジアン径であるか、または粒径分布の中央値である。それは、累積分布の５０％での粒径の値である。粒径分布は、レーザー回折、動的光散乱法、イメージング、電気泳動光散乱、粒子沈降、または当該技術分野で公知の任意の他の方法によって測定することができる。本明細書で記載されるように、ＬＡ−９１０ソフトウェアプログラムを有するコンピュータに接続されている堀場製作所製ＬＡ−９１０レーザー回折／散乱式粒径分布測定装置（Ｈｏｒｉｂａ  ＬＡ−９１０  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｉｚｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）を使用して、ガラスフリット粒子のメジアン粒径を測定する。ガラスフリット粒子の相対屈折率は、ＬＡ−９１０マニュアルから選択し、ソフトウェアプログラムに入力する。試験チャンバを、タンク上の適当な充填ラインまで脱イオン水またはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で満たす。次いで、その溶液を、ソフトウェアプログラムの循環機能または撹拌機能を使用して循環させる。１分後に、その溶液を排出する。これを、チャンバからあらゆる残留物が確実に無くなるまでさらなる時間繰り返す。次いで、そのチャンバを、脱イオン水またはＩＰＡで３回満たし、１分間、循環および撹拌する。その溶液のあらゆるバックグラウンド粒子（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅ）を、ソフトウェアのブランク機能を使用して除去する。透過率バー（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ  ｂａｒ）がソフトウェアプログラムにおいて適当なゾーンに位置するまで、ガラス粉末（乾燥しているか、または水もしくはＩＰＡ中に分散されている）を試験チャンバにある溶液にゆっくり加える。透過率が補正レベルに達したら、超音波撹拌を開始し、３０秒間続けて、凝集を防止する。超音波撹拌が停止した後、レーザー回折分析を実行し、ガラスフリット成分の粒径分布を測定しｄ５０として得た。
【００２０】
ガラスフリット粒子のメジアン粒径（ｄ５０）は少なくとも約１μｍ、好ましくは少なくとも約２μｍ、最も好ましくは少なくとも約３μｍであることが好ましい。同時に、ｄ５０は、好ましくは約１０μｍ以下、好ましくは約７μｍ以下、最も好ましくは約５μｍ以下である。最も好ましい実施形態では、ガラスフリット粒子のメジアン粒径（ｄ５０）は、約５μｍ以下である。
【００２１】
ガラスフリット粒子の形状および寸法の特徴を表す別の方法は、その比表面積である。比表面積は、単位質量、固体体積もしくは嵩体積、または断面積当たりの材料の総表面積に等しい固体の特性である。それは、表面積を質量で割ることによって（ｍ２／ｇまたはｍ２／ｋｇの単位）または表面積を体積で割ることによって（ｍ２／ｍ３またはｍ−１の単位）によって定義される。粒子の比表面積の最も低い値は、平滑面を有する球体によって実現される。形状が均一ではなくかつ不規則であると、その比表面積はより高くなる。比表面積（単位質量当たりの表面積）は、当該技術分野で公知のＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔ−Ｔｅｌｌｅｒ）法で測定することができる。詳細には、ＢＥＴ測定は、ＤＩＮ  ＩＳＯ  ９２７７：１９９５に従って行われる。ＳＭＡＲＴ法（適応的負荷を用いた収着法（Ｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｗｉｔｈ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  ｄｏｓｉｎｇ  Ｒａｔｅ））に従って動作するＭｏｎｏｓｏｒｂ  Ｍｏｄｅｌ  ＭＳ−２２測定装置（Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製）を使用して測定する。標準物質として、酸化アルミニウム（表面積標準物質Ｃａｔ．  Ｎｏ．２００３としてＱｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから市販されている）を使用する。サンプルは、内蔵型脱ガスステーション（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ  ｄｅｇａｓ  ｓｔａｔｉｏｎ）において分析用に調製する。流動ガス（３０％のＮ２および７０％のＨｅ）によって不純物が一掃され、吸着が起こり得る清浄な表面が生じる。加熱マントルでユーザーが選択した温度まで、試料を加熱することができる。デジタル温度制御およびデジタル温度表示が測定装置のフロントパネルに搭載されている。脱ガスが完了したら、試料セルを分析ステーションへ移動させる。移動中に迅速接続器具によって試料セルを自動的に封止し、その系を活性化させて分析を始める。冷却剤で満たされたデュワーフラスコを手動で高くして、そこに試料セルを浸漬し、吸着を起こさせる。測定装置は、吸着が完了すると（２〜３分）それを検出し、デュワーフラスコを自動的に降ろし、内蔵温風送風機を使用して室温へと試料セルを穏やかに温める。結果として、脱着されたガス信号はデジタルメーターに表示され、表面積はフロントパネルディスプレイに直接示される。すべての測定（吸着および脱着）サイクルは、典型的には６分未満を要する。この技術は、高感度熱伝導度検出器を使用して、吸着および脱着が進行するときに、吸着質／不活性キャリヤガス混合物の濃度変化を測定する。搭載されたオンボード電子装置によって積分し、校正と比較して、検出器は、吸着または脱着されたガスの体積を提供する。吸着測定のために、７７Ｋで０．１６２ｎｍ２の分子断面積を有するＮ２  ５．０を、算出のために使用する。ワンポイント分析を行い、内蔵マイクロプロセッサによって、線形性を確保し、かつ単位ｍ２／ｇで試料のＢＥＴ表面積を自動的に算出する。
【００２２】
ガラスフリット粒子は、好ましくは、少なくとも約１ｍ２／ｇ、好ましくは少なくとも約１．５ｍ２／ｇ、最も好ましくは少なくとも約２ｍ２／ｇの比表面積を有する。同時に、比表面積は、好ましくは約３ｍ２／ｇ以下、より好ましくは約２．５ｍ２／ｇ以下である。
【００２３】
誘電体ペースト組成物
本発明の誘電体ガラス組成物は、誘電体ペースト組成物を形成するのに有用である。そのような誘電体ペースト組成物を使用して、ＬＥＤなどの電子アセンブリにおいて誘電体層を形成することができる。誘電体ペースト組成物は、好ましくは、本明細書で考察される誘電体ガラス組成物、ならびに有機ビヒクルを含む。少なくとも一実施形態では、誘電体ペースト組成物は、ガラス成分または有機ビヒクル成分の外側に添加剤を含むこともできる。
【００２４】
誘電体ペースト組成物は、好ましくは、ペースト組成物の１００％総重量を基準として、誘電体ガラスを、少なくとも約５０重量％、好ましくは少なくとも約５５重量％、最も好ましくは少なくとも約６５重量％含む。同時に、前記ペーストは、好ましくは、ペースト組成物の１００％総重量を基準として、誘電体ガラスを、約８０重量％以下、好ましくは約７５重量％以下、最も好ましくは約７０重量％以下含む。
有機ビヒクル
【００２５】
有機ビヒクルは、誘電体成分が基板に適用される媒体を提供する。有機ビヒクルは、誘電体組成物に所望の粘性とレオロジーを付与するので、いくつもの適用法によって誘電体組成物を基板に適用して、様々な所望のパターンを形成することができる。誘電体組成物で使用される有機ビヒクルは、所定の用途のために、所望の流れ特性、乾燥挙動、および圧粉体強さを生成させるために、溶媒、バインダー、および樹脂の組み合わせを典型的に含む。最低限、有機ビヒクルは、少なくとも１種のバインダーおよび少なくとも１種の溶媒を含む。有機ビヒクルは、添加剤（１種または複数種）、例えば界面活性剤、可塑剤およびチキソトロープ剤も任意に含むことができる。
【００２６】
一実施形態では、誘電体ペースト組成物は、ペースト組成物の１００％総重量を基準として、有機ビヒクルを、少なくとも約１０重量％、好ましくは少なくとも約１５重量％、最も好ましくは少なくとも約２０重量％含む。同時に、誘電体ペースト組成物は、ペースト組成物の１００％総重量を基準として、有機ビヒクルを、約４０重量％以下、好ましくは約３５重量％以下、最も好ましくは約３０重量％以下含む。
【００２７】
好ましいバインダーは、良好な印刷適性、電気的性質、および接着力を有する誘電体組成物の形成に寄与するバインダーである。好ましくは、バインダーは、基板と適合性のある硬化温度を有する。好ましいバインダーは、ポリマーバインダー、モノマーバインダー、およびポリマーとモノマーとを組み合わせたバインダーである。ポリマーバインダーは、少なくとも２種の異なるモノマー単位が単一分子中に含まれているコポリマーでもあり得る。好ましいポリマーバインダーは、ポリマー主鎖に官能基を担持しているポリマーバインダー、主鎖から離れたところに官能基を担持しているポリマーバインダー、主鎖中にかつ主鎖から離れたところに官能基を担持しているポリマーバインダーである。主鎖に官能基を担持している好ましいポリマーは、例えば、ポリエステル、置換ポリエステル、ポリカーボネート、置換ポリカーボネート、主鎖に環状基を担持しているポリマー、ポリシュガー（ｐｏｌｙ−ｓｕｇａｒ）、置換ポリシュガー、ポリウレタン、置換ポリウレタン、ポリアミド、置換ポリアミド、フェノール樹脂、置換フェノール樹脂、前記ポリマーのうちの１種以上のモノマーと、任意には他のコモノマーとのコポリマー、またはそれらの少なくとも２種の組み合わせである。一実施形態によると、バインダーは、ポリビニルブチラールまたはポリエチレンであってもよい。主鎖に環状基を担持している好ましいポリマーは、例えば、ポリビニルブチレート（ＰＶＢ）およびその誘導体、およびポリテルピネオールおよびその誘導体、またはそれらの混合物である。好ましいポリシュガーとしては、例えば、セルロースおよびそれらのアルキル誘導体、好ましくはメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、プロピルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ブチルセルロース、およびそれらの誘導体、およびそれらの少なくとも２種の混合物が挙げられる。他の好ましいポリマーは、セルロースエステル樹脂、例えば、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、およびそれらの任意の組み合わせである。主ポリマー鎖から離れたところに官能基を担持している好ましいポリマーは、アミド基を担持しているポリマー、酸基および／またはエステル基を担持しているポリマー（しばしばアクリル樹脂と呼ばれる）、または前述の官能基の組み合わせを担持しているポリマー、またはそれらの組み合わせである。主鎖から離れたところにアミドを担持している好ましいポリマーは、例えば、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）およびその誘導体である。主鎖から離れたところに酸基および／またはエステル基を担持している好ましいポリマーとしては、例えば、ポリアクリル酸およびその誘導体、ポリメタクリレート（ＰＭＡ）およびその誘導体、またはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）およびその誘導体、またはそれらの混合物が挙げられる。好ましいモノマーバインダーとしては、例えば、エチレングリコールベースのモノマー、テルピネオール樹脂、またはロジン誘導体、またはそれらの混合物が挙げられる。エチレングリコールをベースとする好ましいモノマーバインダーとしては、エーテル基、エステル基を有する前記バインダー、または、エーテル基およびエステル基を有する前記バインダーが挙げられ、好ましいエーテル基はメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチルヘキシル、およびより高級のアルキルエーテルであり、好ましいエステル基はアセテートおよびそのアルキル誘導体、好ましくはエチレングリコールモノブチルエーテルモノアセテート、またはそれらの混合物である。バインダーは、誘電体組成物の１００％総重量を基準として、少なくとも約０．１重量％、好ましくは少なくとも約０．５重量％、最も好ましくは少なくとも約１重量％の量で存在してよい。同時に、バインダーは、誘電体組成物の１００％総重量を基準として、約２０重量％以下、好ましくは約１０重量％以下、より好ましくは約５重量％以下の量で存在してよい。
【００２８】
当該技術分野で公知の任意の溶媒を誘電体組成物で使用することができる。好ましい溶媒としては、極性または無極性の、プロトン性または非プロトン性の、芳香族または非芳香族の化合物が挙げられるが、それらに限定されず、また、モノアルコール、ジアルコール、多価アルコール、モノエステル、ジエステル、ポリエステル、モノエーテル、ジエーテル、ポリエーテルであってもよく、これらのカテゴリの官能基のうちの少なくとも１種以上を含む溶媒、任意には、他のカテゴリの官能基、好ましくは環状基、芳香族基、不飽和結合、１以上のＯ原子が、（Ｎ原子などの）ヘテロ原子によって置換されているアルコール基、１以上のＯ原子が、（Ｎ原子などの）ヘテロ原子によって置換されているエーテル基、１以上のＯ原子が、（Ｎ原子などの）ヘテロ原子によって置換されているエステル基を含む溶媒、前述の溶媒のうちの２種以上の混合物であってもよい。この文脈における好ましいエステルとしては、アジピン酸のジアルキルエステル、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、およびより高級なアルキル基、または２種の異なる前記アルキル基の組み合わせを含む好ましいアルキル成分、好ましくはジメチルアジペート、および２種以上のアジペートエステルの混合物が挙げられるが、それらに限定されない。この文脈における好ましいエーテルとしては、ジエーテル、例えばエチレングリコールのジアルキルエーテル、および２種のジエーテルの混合物が挙げられるが、それらに限定されない。エチレンのジアルキルエーテルにおけるアルキル成分は、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、およびより高級なアルキル基、または２種の異なる前記アルキル基の組み合わせであり得る。この文脈における好ましいアルコールとしては、第一級アルコール、第二級アルコール、および第三級アルコール、好ましくは第三級アルコール、テルピネオールおよびその誘導体、または２種以上のアルコールの混合物が挙げられるが、それらに限定されない。２つ以上の官能基を結合する好ましい溶媒としては、（ｉ）しばしばテキサノールと呼ばれている２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート、およびその誘導体、（ｉｉ）カルビトールとしても知られている２−（２−エトキシエトキシ）エタノール、そのアルキル誘導体、好ましくはメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、およびヘキシルカルビトール、好ましくはヘキシルカルビトールまたはブチルカルビトール、およびそれらのアセテート誘導体、好ましくはブチルカルビトールアセテート、または（ｉｉｉ）前述の少なくとも２種の混合物が挙げられるが、それらに限定されない。一実施形態では、誘電体組成物は、溶媒を、誘電体組成物の１００％総重量を基準として、少なくとも約１０重量％、好ましくは少なくとも約１５重量％、最も好ましくは少なくとも約２０重量％含む。同時に、溶媒（１種または複数種）は、誘電体組成物の１００％総重量を基準として、約５０重量％以下、好ましくは約４０重量％以下、最も好ましくは約３０重量％以下の量で存在してよい。
【００２９】
有機ビヒクルは、１種以上の添加剤を含むこともできる。ビヒクルの好ましい添加剤は、前述のビヒクル成分とは異なる添加剤および誘電体組成物の好ましい粘性とレオロジーに寄与する添加剤である。好ましい添加剤としては、界面活性剤、可塑剤、チキソトロープ剤、粘度調節剤、安定剤、無機添加剤、増粘剤、硬化剤、希釈剤、乳化剤、分散剤、ｐＨ調節剤、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。
【００３０】
当該技術分野で公知であり、本発明の文脈において適当であると考えられるすべての界面活性剤を、有機ビヒクルにおいて界面活性剤として使用することができる。好ましい界面活性剤としては、直鎖、分枝鎖、芳香族鎖、フッ化鎖、シロキサン鎖、ポリエーテル鎖、およびそれらの組み合わせをベースとする界面活性剤が挙げられるが、それらに限定されない。好ましい界面活性剤としては、単鎖、二重鎖、またはポリ鎖のものが挙げられるが、それらに限定されない。適当な界面活性剤としては、非イオン性、陰イオン性、陽イオン性、両親媒性、または両性イオン性の化合物が挙げられるが、それらに限定されない。好ましい界面活性剤としては、ポリマーまたはモノマーまたはそれらの混合物が挙げられるが、それらに限定されない。好ましい界面活性剤は、顔料親和性基、好ましくは、顔料親和性基を有するヒドロキシ官能性カルボン酸エステル（例えば、ＢＹＫ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ．製のＤＩＳＰＥＲＢＹＫ（登録商標）−１０８）、ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ（登録商標）−１１０（ＢＹＫ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ．製）、顔料親和性基を有するアクリレートコポリマー（例えば、ＢＹＫ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ．製ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ（登録商標）−１１６）、顔料親和性基を有する改質ポリエーテル（例えば、Ｅｖｏｎｉｋ  Ｔｅｇｏ  Ｃｈｅｍｉｅ  ＧｍｂＨ製ＴＥＧＯ（登録商標）ＤＩＳＰＥＲＳ  ６５５）、または、高い顔料親和性の基を有する他の界面活性剤（例えば、Ｅｖｏｎｉｋ  Ｔｅｇｏ  Ｃｈｅｍｉｅ  ＧｍｂＨ製ＴＥＧＯ（登録商標）ＤＩＳＰＥＲＳ  ６６２  Ｃ）を有することができる。他の好ましいポリマーとしては、ポリエチレングリコールおよびその誘導体、およびアルキルカルボン酸およびそれらの誘導体、または塩、またはそれらの混合物が挙げられるが、それらに限定されない。好ましいポリエチレングリコール誘導体はポリ（エチレングリコール）酢酸である。好ましいアルキルカルボン酸は、完全飽和しているアルキルカルボン酸、および単不飽和またはポリ不飽和アルキル鎖を有するアルキルカルボン酸、またはそれらの混合物である。飽和アルキル鎖を有する好ましいカルボン酸は、約８〜約２０個の炭素原子を有するアルキル鎖長の前記カルボン酸であり、好ましくはＣ９Ｈ１９ＣＯＯＨ（カプリン酸）、Ｃ１１Ｈ２３ＣＯＯＨ（ラウリン酸）、Ｃ１３Ｈ２７ＣＯＯＨ（ミリスチン酸）、Ｃ１５Ｈ３１ＣＯＯＨ（パルミチン酸）、Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯＨ（ステアリン酸）、またはそれらの混合物である。不飽和アルキル鎖を有する好ましいカルボン酸としては、Ｃ１８Ｈ３４Ｏ２（オレイン酸）およびＣ１８Ｈ３２Ｏ２（リノール酸）が挙げられるが、それらに限定されない。一実施形態では、界面活性剤としては、オハイオ州クリーブランドにあるＬｕｂｒｉｚｏｌ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓによって製造されているＳＯＬＳＰＥＲＳＥ（登録商標）４１０００またはＳＯＬＳＰＥＲＳＥ（登録商標）６６０００を挙げることができる。界面活性剤は、誘電体組成物の１００％総重量を基準として、少なくとも約０．１重量％、好ましくは少なくとも約１重量％の量で存在してよい。同時に、界面活性剤は、好ましくは、約１０重量％以下、好ましくは約８重量％以下、最も好まし��は約５重量％以下の量で存在する。
【００３１】
可塑剤は、誘電体組成物の可塑性、流動性、および柔軟性を増加させるので、基板へより効率的に適用することが可能になる。他のビヒクル成分と適合性がある当該技術分野で公知の任意の可塑剤を使用してもよい。好ましい可塑剤としては、プロパノールオキシビス−ジベンゾエート、水素化ロジンエステル（例えば、ジョージア州ブランズウィックにあるＰｉｎｏｖａ，Ｉｎｃ．製Ｈｅｒｃｏｌｙｎ（登録商標）Ｄ）およびエポキシ化オクチルタレート（例えば、コネチカット州サウスベリーにあるＧａｌａｔａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製Ｄｒａｐｅｘ（登録商標）４．４）が挙げられるが、それらに限定されない。可塑剤は、誘電体組成物の１００％総重量を基準として、少なくとも約１重量％、好ましくは少なくとも約２重量％、最も好ましくは少なくとも約４重量％の量で存在してよい。同時に、可塑剤は、好ましくは、約１５重量％以下、好ましくは約１０重量％以下、最も好ましくは約８重量％以下の量で存在する。
【００３２】
チキソトロープ剤は、誘電体組成物が基板表面上に堆積するときに過剰に広がらないようにし、それは所望の膜厚を達成するのに役立つ。チキソトロープ剤は、ずり減粘挙動をも誘導し、それは印刷適性を向上させる。他のビヒクル成分と適合性がある当該技術分野で公知の任意のチキソトロープ剤を使用することができる。好ましいチキソトロープ剤としては、カルボン酸誘導体、好ましくは脂肪酸誘導体またはそれらの組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。好ましい脂肪酸誘導体としては、飽和および不飽和の脂肪酸、例えば、Ｃ８−Ｃ２０脂肪酸、例えばＣ９Ｈ１９ＣＯＯＨ（カプリン酸）、Ｃ１１Ｈ２３ＣＯＯＨ（ラウリン酸）、Ｃ１３Ｈ２７ＣＯＯＨ（ミリスチン酸）Ｃ１５Ｈ３１ＣＯＯＨ（パルミチン酸）、Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯＨ（ステアリン酸）、Ｃ１８Ｈ３４Ｏ２（オレイン酸）、Ｃ１８Ｈ３２Ｏ２（リノール酸）、またはそれらの組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。この文脈における脂肪酸を含む好ましい組み合わせは、ヒマシ油である。追加のチキソトロープ剤としては、Ｔｈｉｘａｔｒｏｌ（登録商標）ＳＴ、Ｔｈｉｘａｔｒｏｌ（登録商標）  ＰＬＵＳ、およびＴｈｉｘａｔｒｏｌ（登録商標）ＭＡＸ（Ｅｌｅｍｅｎｔｉｓ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．製）が挙げられるが、それらに限定されない。好ましい実施形態では、誘電体組成物は、少なくとも１種のチキソトロープ剤、例えば、テキサス州オースティンにあるＢＹＫ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ  Ｉｎｃ．から市販されているＢＹＫ（登録商標）−４１０（１−メチル−２−ピロリドンおよび塩化リチウムを含む）を含む。これらの成分は、溶媒および／または溶媒／バインダー混合物に加えることができ、あるいは誘電体組成物中に直接加えることができる。存在する場合、チキソトロープ剤は、誘電体組成物の１００％総重量を基準として、好ましくは少なくとも約０．１重量％である。同時に、チキソトロープ剤は、誘電体組成物の好ましくは約２重量％以下、好ましくは約１．５重量％以下、最も好ましくは約１重量％以下である。
【００３３】
一実施形態では、誘電体組成物は、基板上に厚膜層を形成するのに十分な粘度を有する。粘度は、ブルックフィールド（登録商標）モデルＤＶ−ＩＩＩプログラマブル流量計（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ（登録商標）Ｍｏｄｅｌ  ＤＶ−ＩＩＩ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ）を使用して測定する。詳細には、試料は、ＳＣ４−１４スピンドルを使用して６Ｒユーティリティカップで測定し、測定は１０回転／分で１分後に行う。一実施形態によれば、誘電体組成物は、少なくとも約２０ｋｃＰｓ、好ましくは少なくとも約４０ｋｃＰｓ、最も好ましくは少なくとも約６０ｋｃＰｓの粘度を有する。同時に、誘電体組成物は、好ましくは、約１２０ｋｃＰｓ以下、好ましくは約１００ｋｃＰｓ以下の粘度を有する。最も好ましい実施形態では、誘電体ペースト組成物は、４０〜８０ｋｃＰｓの粘度を有する。
【００３４】
一実施形態では、誘電体組成物は、誘電体層の所望の外観、電気性能、および焼成膜厚を提供するのに十分な固形分を有する。固形分を測定するために、特定用途のために使用される未被覆基板（例えば、鋼またはアルミニウム）の重量を測定する。約１グラムのペーストをスパチュラで基板上に展開する。被覆基板の重量を再び測定する。被覆基板を、約１５０℃のボックスオーブンに入れ、約１５〜３０分間乾燥させる。その被覆部分を、所定の用途のための所望の焼成プロファイルに従って焼成する。焼成被覆基板の最終重量を再び測定する。次いで、未被覆基板の重量を、湿潤被覆基板の重量から引き、また、焼成被覆基板の重量から引いて、湿潤膜および焼成膜それぞれの重量を算出する。固形分（％単位）は、焼成膜重量を湿潤膜重量で割ることによって算出する。固形分は、ＴＧＡ（熱重量分析）で測定することもできる。この方法では、少量の湿潤ペースト（例えば、少なくとも２０ｍｇ）をアルミナ坩堝に加える。その坩堝を、所望のピーク温度まで、ペーストの組成に応じて所定の速度で、典型的には約１０℃／分または２０℃／分で、加熱する。ピーク温度で残っている算出された残留物は、ペーストの固形分を表している。一実施形態によれば、誘電体組成物は、少なくとも７０％の固形分を有する。同時に、組成物は、好ましくは８０％以下の固形分を有する。
【００３５】
添加剤
一実施形態によれば、誘電体ガラス組成物は、ガラス成分および有機ビヒクルとは異なる添加剤を含むこともできる。好ましい添加剤は、誘電体ガラス組成物の接着性能、電気性能、および耐久性に寄与する。当該技術分野で公知のすべての添加剤を、誘電体組成物における添加剤として使用することができる。好ましい添加剤としては、チキソトロープ剤、粘度調節剤、乳化剤、安定剤、またはｐＨ調節剤、無機添加剤、増粘剤、および分散剤、またはそれらの少なくとも２種の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。無機添加剤が最も好ましい。好ましい無機添加剤としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、およびそれらの酸化物、遷移金属、例えばニッケル、ジルコニウム、チタン、マンガン、スズ、ルテニウム、コバルト、鉄、銅、クロム、タングステン、モリブデン、亜鉛、ポスト遷移金属、例えばホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、テルル、ガドリニウム、鉛、ビスマス、およびアンチモン、希土類金属、例えばランタンおよびセリウム、酸化物、混合金属酸化物、錯化合物、それらの酸化物から形成されたアモルファスガラスまたは部分的に結晶化したガラス、または、それらのうちの少なくとも２種の任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。
【００３６】
好ましい実施形態では、ガラス成分の外側に、誘電体ペースト組成物は、チタニア、セラミック顔料、遷移金属酸化物、またはそれらの組み合わせを含む。適当なセラミック顔料としては、限定するものではないが、オハイオ州シンシナティにあるＴｈｅ  Ｓｈｅｐｈｅｒｄ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｍｐａｎｙによってすべて製造されているＳｈｅｐｈｅｒｄ  Ｂｌａｃｋ  ４３０、Ｓｈｅｐｈｅｒｄ  Ｂｌａｃｋ  ３７６Ａ、Ｓｈｅｐｈｅｒｄ  Ｂｌｕｅ  ＃３、およびＳｈｅｐｈｅｒｄ  Ｂｌｕｅ  ＃１１が挙げられる。遷移金属酸化物、例えば酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）を使用することもできる。一実施形態では、チタニアと、上記セラミック顔料のいずれかとの組み合わせを使用してもよい。存在する場合、誘電体ペースト組成物は、前記組成物の１００％総重量を基準として、添加剤を、少なくとも約１重量％、好ましくは少なくとも約５重量％、好ましくは少なくとも１０重量％含む。同時に、前記ペーストは、ペースト組成物の１００％総重量を基準として、添加剤（１種または複数種）を、約２５重量％以下、好ましくは約２０重量％以下、最も好ましくは約１５重量％以下含む。
【００３７】
誘電体ペースト組成物の形成
誘電体ペースト組成物を形成するために、有機ビヒクルを調製するための当該技術分野で公知の任意の方法を使用して、有機ビヒクルの成分を組み合わせる。その方法により、好ましくは、均一に分散された組成物が得られる。次いで、ガラスフリット粒子および添加剤（１種または複数種）（存在する場合）を、当該技術分野で公知の任意の方法、例えばミキサーで、有機ビヒクルと一緒に混合する。次いで、その組成物を、好ましくは、例えば３本ロールミルを通過させて、粉砕し、分散された均一なペースト組成物を形成する。
【００３８】
誘電体層の形成
本明細書で記載されるように、本発明の誘電体ペースト組成物は、電子デバイスにおいて誘電体層を形成する際に有用である。電子デバイスは、一般的に、基板と、特定の電気特性／熱特性を有する基板に適用される様々な層とから成る。当業者に公知であってかつあらゆる特有の電気電子用途における使用に適する、任意の基板を使用することができる。適当な基板は、温度制限、電気的性質、または機械的性質などのファクターに基づいて選択することができる。上記したように、誘電体ガラス組成物のＣＴＥは、加熱／冷却中の亀裂または反りを防止するために、基板のＣＴＥ以下であるべきである。一実施形態では、基板は、少なくとも約１０ｐｐｍ／ＫのＣＴＥを有する。同時に、基板は、好ましくは約２５ｐｐｍ／Ｋ以下のＣＴＥを有する。好ましくは、基板は、アルミニウムまたは鋼である。
【００３９】
誘電体ペースト組成物は、任意の公知の適用法を使用して、例えば、スクリーン印刷、ステンシル印刷、タンポン印刷、ノズルからの分配、インクジェット印刷、吹付け塗り、スロットダイコーティング、カーテンコーティング、ローラーコーティング、ロールツーロール処理、例えば、グラビア、オフセットグラビア、浸漬コーティング、刷毛塗り、およびそれらの任意の組み合わせを使用して、基板の少なくとも１つの表面に適用することができる。誘電体組成物は、１つの層または複数の層で適用して、所望の厚さを有する誘電体層を形成する。例えば、前記組成物は、複数回のパスで印刷することができ、それにより、次の層が印刷される前に、それぞれの層が乾燥し焼成される。好ましくは、印刷される誘電体ペースト組成物の１つの湿潤層は、少なくとも約５０ミクロンの厚さであるべきである。ペーストを印刷したら、約１０分間水平にする。
【００４０】
次いで、誘電体組成物に、好ましくは、１つ以上の熱処理工程、例えば従来のオーブン乾燥、赤外線硬化または紫外線硬化、および／または焼成を行う。一実施形態によれば、誘電体ペースト組成物を、最初に、少なくとも約１２０℃の温度で、好ましくは少なくとも約１５０℃で、約１５分間、乾燥させる。単一の乾燥した層の厚さは、好ましくは少なくとも約２０μｍ、より好ましくは少なくとも約２２μｍである。同時に、厚さは、好ましくは約３０μｍ以下、好ましくは約２７μｍ以下である。アルミニウム基板上に適用するために、次いで、空気または窒素の雰囲気中で、ペーストを、少なくとも約５００℃、好ましくは少なくとも約５５０℃、最も好ましくは約５８０℃で焼成する。アルミニウム基板を使用するときの焼成温度は、アルミニウムの溶融温度（約６００℃）を超えてはならない。鋼基板上へ適用するために、空気または窒素の雰囲気中で、ペーストを、少なくとも約５００℃の温度で、焼成することができる。同時に、焼成温度は、好ましくは約１０００℃以下である。誘電体組成物は、好ましくは、ピーク温度において、少なくとも約２〜３分間、好ましくは少なくとも約５〜７分間、焼成される。同時に、誘電体組成物は、好ましくは、ピーク温度において、約２５分間以下、好ましくは約２０分間以下、焼成される。
【００４１】
好ましい実施形態では、１つの焼成された厚膜層は、少なくとも約１２μｍ、好ましくは少なくとも約１５μｍ、最も好ましくは少なくとも約１７μｍの厚さを有する。同時に、１つの焼成された厚膜層は、約２５μｍ以下、好ましくは約２２μｍ以下、最も好ましくは約２０μｍ以下の厚さを好ましくは有する。３つの誘電体層を適用する場合、最終的な焼成された厚さは、好ましくは少なくとも約４０μｍ、より好ましくは少なくとも約４５μｍ、最も好ましくは少なくとも約５０μｍである。同時に、最終的な焼成された厚さは、好ましくは約７０μｍ以下、好ましくは約６５μｍ以下、最も好ましくは約６０μｍ以下である。
【００４２】
次いで、任意の公知の適用法を用いて、電気回路を、焼成された誘電体厚膜層の曝露面に直接適用して、電子デバイスを形成することができる。本発明の誘電体ペースト組成物を使用して、様々な電子デバイス、例えば電気回路、太陽電池、ＬＥＤ、ディスプレイ、コンデンサ、抵抗器、またはそれらの任意の組み合わせを形成することができる。誘電体層は、電子部品から基板の方へと放熱させるように機能する。このようにして、電子デバイスの寿命を延長させることができる。
【００４３】
誘電体層性能の測定
焼成された誘電体層の接着性能および電気性能を測定して、誘電体層が、特定用途向け規格を満たすことを保証することができる。誘電体層の接着性能は、Ｚｗｉｃｋ  ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧから市販されているＺｗｉｃｋ  Ｒｏｅｌｌ  Ｚ２５  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｓｔａｔｉｏｎ  ｍａｃｈｉｎｅを使用して、標準引張力試験に従って測定する。試験片を作製するために、試験用リード（はんだめっき銅６０／スズ４０から形成された）を、まず超音波で清浄にする。試験用パッド（８０ミル導電性接着パッド）をテストクーポン（ｔｅｓｔ  ｃｏｕｐｏｎ）の上に付着させる。試験用リードを、２つの方法のうちの１つを使用して取り付ける。
【００４４】
第一の方法では、リードを、シェパードクルーク（Ｓｈｅｐｈｅｒｄｓ  Ｃｒｏｏｋ）状に形成し、テストクーポン上の導電性パッドに取り付ける。次いで、そのテストクーポンを、穏やかに活性化させたロジンフラックス（ＲＭＡ）、非活性化ロジンフラックス（Ｒ）、または活性化ロジンフラックス（ＲＡ）のいずれかに浸す。次いで、そのパーツを、約２３０℃のスズ−鉛はんだ（例えば、Ｓｎ６２／Ｐｂ３８／Ａｇ２、Ｓｎ６３／Ｐｂ３７）または約２５０℃の無鉛はんだ（例えば、ＳＡＣとして知られているＳｎ９６．５／Ａｇ３／Ｃｕ０．５、Ｓｎ９５／Ａｇ５）のいずれかに浸す。そのパーツを、前記はんだ中に３〜５秒間浸漬して、パッドを完全に被覆する。次いで、そのはんだ接合（ｓｏｌｄｅｒ  ｊｏｉｎｔ）を、ソフトブラシで丁寧にクリーニングする前に、適当な溶媒、好ましくはアセトンを使用して、数分間、掃除する。
【００４５】
第二の方法では、（ワイヤの組成に応じて）約２３０℃または２５０℃の温度で、はんだごてを使用して、上記のものと同じ鉛はんだまたは無鉛はんだで作製されたはんだワイヤでパッドを予めスズめっきする。８０ミルのパッドに対して垂直に試験用リードを保持しながら、はんだワイヤを加え、はんだごてを使用して、はんだを、予めスズめっきされたパッド上で再溶融させる。試験用リードを保持しながら、はんだごてを除き、はんだを再凝固させ、リードを解放する。次いで、上記の方法と同じ方法で、はんだ接合を掃除する。上記引張試験を行う前に、基板の端にフックされているシェパードクルークの端を切り詰めて平坦な底面を作り、その取り付けたリードを、導電性パッドの前で直接に角度９０°まで屈曲させる。各リードを約２インチまで切り詰め、次いでその試験パーツをＺｗｉｃｋ試験機のグリップ中に締着する。各リードを、試験用パッドから分離するまで基板に対して垂直に引っ張る。アームの移動は４００ｍｍ／分の一定速度に設定し、グリップ分離は約１．５インチに設定する。リードが試験用パッドから分離するときの力が、引張力（ｌｂｆ）として提供される。典型的には、約４ｌｂｆ以上の初期引張力が当業では好ましい。
【００４６】
誘電体層が所望の電気性能を示すことを保証するために、カリフォルニア州パウェイ所在のＶｉｔｒｅｋ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されたＶｉｔｒｅｋ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｔｅｓｔｅｒを使用して、絶縁破壊電圧と絶縁抵抗の試験を行う。絶縁破壊電圧は、ＶＤＣまたはＶＡＣの単位で測定される。典型的な試験法は、導体（誘電体膜に適用される）上に１つの電極を取り付け、アルミニウム基板に別の電極を取り付けることによって準備する。次いで、ショート電圧または絶縁破壊電圧が記録されるまで、１秒当たり１００ボルトのスルーレートで、電圧を上部導体に印加する。好ましくは、１ミル当たり１０００ボルトを超える絶縁破壊電圧および少なくとも１０９Ωの絶縁抵抗が、当業では許容可能であると考えられる。
【００４７】
誘電体組成物の耐久性を測定するために、接着試験および電気性能試験のそれぞれを、試料を高い湿度に曝露した後に行うことができる。一試験では、焼成された誘電体層を、温度８５℃および相対湿度８５％に設定した湿度チャンバに配置する。熱老化試験では、温度チャンバは、約１５０℃の温度に設定し、試料を、所定の期間、前記チャンバに配置する。
【００４８】
以下の非限定的な実施例と関連させて本発明を説明する。
【００４９】
実施例１
５つの例示の誘電体ガラス組成物を調製した。ガラス組成物の重量％で下記表１に提供した個々の成分を、一緒に混合し、次いで、表１のパラメータに従って６０分間加熱した。次いで、完全に溶解させたガラスを水で急冷した。次いで、ガラスを、５μｍ未満のメジアン粒径（ｄ５０）および１０μｍ未満の粒径ｄ９０までボールミル粉砕した。粒径ｄ９０は、累積分布における粒子の約９０％が、小さい直径を有する直径である。
表１  例示のガラス組成物Ｇ１〜Ｇ５
【表１】
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【００５０】
次いで、ガラス組成物の熱分析を行い、本明細書記載のパラメータに従って、そのガラス転移温度、ガラス軟化温度、および熱膨張率を決定する。その結果を下記の表２に示す。
表２  ガラスＧ１〜Ｇ５の熱分析
【表２】
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【００５１】
例示の誘電体ペースト組成物を形成するために、ペーストの重量％で下記の表３に記載した原料を、遊星形ミキサーを使用して、バッチ処理して混合した。ビヒクルは、アルファテルピネオールとエチルセルロースとの混合物から形成した。可塑剤はプロパノールオキシビス−ジベンゾエートであり、界面活性剤はＳＯＬＳＰＥＲＳＥ（登録商標）４１０００から形成した。均質混合物を形成したら、３本ロールミルでペーストを粉砕した。ペーストの磨砕度は、ＦＯＧゲージまたはヘグマンゲージ（Ｈｅｇｍａｎ  ｇａｇｅ）を使用して、製粉工程中に、周期的に測定した。所望の磨砕度は、第四の線条痕（４ｔｈ  ｓｔｒｅａｋ）により５０％値が１０μｍ未満である。
表３  例示のペースト組成物Ｐ１〜Ｐ５
【表３】
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【００５２】
次いで、得られたペーストを、２８０メッシュスクリーン（０．５ミルエマルジョン）を使用して、アルミニウム基板に印刷した。湿式印刷したペーストを、約１０分間水平に保った。次いで、ペーストを、約１５分間、１５０℃で乾燥させ、（基板のサイズおよび特定用途に応じて）約２〜２０分間、ピーク温度において、空気中５５０℃で焼成した。次いで、印刷プロセスおよび焼成プロセスを、さらに２回繰り返して、焼成された総厚さが約５０〜６０μｍの３つの焼成層を作製した。
【００５３】
次いで、例示のペーストそれぞれの絶縁破壊電圧および絶縁抵抗を、本明細書記載のパラメータに従って測定した。その結果を下記の表４に示す。絶縁破壊電圧は、ボルト単位、および１ミル当たりボルトの単位で示す。
表４  例示のペーストＰ１〜Ｐ５の電気性能
【表４】
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【００５４】
表４に示すように、例示のペースト組成物のそれぞれは、業界標準では許容可能な絶縁破壊電圧および絶縁抵抗を示した。
【００５５】
実施例２
次いで、実施例１から得られる例示のペーストのうちの３つを、老化試験のために選択した。ペーストＰ１〜Ｐ３を有する基板を、高温多湿（８５℃／８５％相対湿度）に曝露し、本明細書記載のパラメータに従って、接着力および電気性能を、異なる時間間隔で試験した。そのデータを下記の表５に示す。
表５  多湿／熱老化中のＰ１〜Ｐ３の性能
【表５】
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【００５６】
表５に示すように、Ｐ１は、高温多湿および熱老化に曝露されている間、最も良好な総合的電気性能を示した。絶縁抵抗および絶縁破壊電圧は、各時間間隔において、かなり一貫性を維持した。また、Ｐ１は、高温多湿に曝露されるとき、最も良好な接着も示した。さらに、Ｐ２は、熱老化試験中に、最も一貫性のある接着力を示した。
【００５７】
本発明のこれらの利点および他の利点は、当該明細書から当業者にとって明らかである。したがって、上記の実施形態に対して、本発明の幅広い発明概念から逸脱することなく、変更または修正を加えることができることは当業者であれば理解されよう。あらゆる特定の実施形態の具体的な寸法は、説明する目的でのみ記載している。したがって、本発明は、本明細書で説明される特定の実施形態に限定されないが、本発明の範囲および精神に収まるすべての変更および修正を含むことを意図していると理解すべきである。