(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷付与材の付着を容易にする被覆媒体で粒子を被覆し、その後、該被覆媒体で被覆した粒子を、静電気的に又は動電気的に移動可能となるよう正又は負の電荷を付与すべく電荷付与材と接触させることにより、粒子に電荷を保持・調整せしめる方法において、
前記被覆媒体が、エチレン・アクリル酸共重合体、プロピレン・アクリル酸共重合体及びこれらの混合物からなる群から選ばれるポリマー材料であることを特徴とする方法。
【請求項２】
電荷付与材の付着を容易にする被覆媒体で粒子を被覆し、その後、該被覆媒体で被覆した粒子を、静電気的に又は動電気的に移動可能となるよう正又は負の電荷を付与すべく電荷付与材と接触させることにより、粒子に電荷を保持・調整せしめる方法において、
前記被覆媒体が、ステアルアミドプロピルジエタノールアミン、炭素数１６−１８のモノアルキルアミン、水素添加タローアルキルアミン、Ｎ−ミリストイル サルコシン、Ｎ−ステアロイルサルコシン、Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ‘−ヘキサン−１，６−ジイルビス（３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ―ブチル−４−ヒドロキシフェニルプロピオンアミド））、アミノベースのシリコーンコポリオール界面活性剤及びこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項３】
電荷付与材の付着を容易にする被覆媒体で粒子を被覆し、その後、該被覆媒体で被覆した粒子を、静電気的に又は動電気的に移動可能となるよう正又は負の電荷を付与すべく電荷付与材と接触させることにより、粒子に電荷を保持・調整せしめる方法において、
前記被覆媒体が、アミド、ポリアミド、ポリアミド樹脂及びこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項４】
電荷付与材の付着を容易にする被覆媒体で粒子を被覆し、その後、該被覆媒体で被覆した粒子を、静電気的に又は動電気的に移動可能となるよう正又は負の電荷を付与すべく電荷付与材と接触させることにより、粒子に電荷を保持・調整せしめる方法において、
前記被覆媒体が、Ｎ−ラウリルエチレンジアミン三酢酸、カリウムと遊離のグリセリンを含むステアリン酸グリセリル、ステアルアミドプロピル ジエタノールアミン、ベヘン酸（ドコサン酸）、脂肪族アルコール／リン酸エステル／エトキシ化物混合物及びこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項５】
電荷付与材の付着を容易にする被覆媒体で粒子を被覆し、その後、該被覆媒体で被覆した粒子を、静電気的に又は動電気的に移動可能となるよう正又は負の電荷を付与すべく電荷付与材と接触させることにより、粒子に電荷を保持・調整せしめる方法において、
前記被覆媒体が、ガムロジン、水素添加ロジン、ロジンのフマル酸付加体及びロジンのマレイン酸付加体からなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項６】
電荷付与材の付着を容易にする被覆媒体で粒子を被覆し、その後、該被覆媒体で被覆した粒子を、静電気的に又は動電気的に移動可能となるよう正又は負の電荷を付与すべく電荷付与材と接触させることにより、粒子に電荷を保持・調整せしめる方法において、
前記被覆媒体が、トリカルボン酸、アミノ酸、スルホン酸、スルファミン酸、ホスフィン酸、ホスホン酸及びこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項７】
電荷付与材の付着を容易にする被覆媒体で粒子を被覆し、その後、該被覆媒体で被覆した粒子を、静電気的に又は動電気的に移動可能となるよう正又は負の電荷を付与すべく電荷付与材と接触させることにより、粒子に電荷を保持・調整せしめる方法において、
前記被覆媒体が、アジピン酸、クエン酸、アスコルビン酸、コハク酸、リンゴ酸、マロン酸、パルミチン酸、ステアリン酸及びこれらの混合物からなる群から選択されるモノカルボン酸またはジカルボン酸であることを特徴とする方法。
【請求項８】
電荷付与材の付着を容易にする被覆媒体で粒子を被覆し、その後、該被覆媒体で被覆した粒子を、静電気的に又は動電気的に移動可能となるよう正又は負の電荷を付与すべく電荷付与材と接触させることにより、粒子に電荷を保持・調整せしめる方法において、
前記被覆媒体が、第1級アミン、第2級アミン、第3級アミン及びこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記被覆媒体が、エチルアミン、第3級ブチルアミン、プロピルアミン、アルカノールアミン、アニシジン、Ｎ−フェニルベンジルアミン、Ｎ−フェニルジエタノールアミン、ジフェニルグアニジン、２−アミノベンゾ三フッ化物及びこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記粒子が、Ｓｎ、Ｓｎ／Ｐｂ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｂｉ、Ｓｎ／ＢｉおよびＳｎ／Ｐｂ／Ｂｉからなる群から選ばれる金属または合金からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記粒子が、半田金属粒子であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記半田金属粒子が、Ｓｎ金属またはＳｎ合金であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野
本発明は粉末を含む粒子の調製方法と電子機器の製造における金属粒子のパターニングのような静電気的または動電気的手段によるパターニングのための大径の粒子に関する。
【０００２】
本発明の背景
種々の応用の中で、金属粒子や金属粉等の有機または無機粒子を基板に所定パターンに塗工することが望まれることがある。このような一つの適用は、印刷回路基板の分野であり、そこでは金属粉を含む半田ペーストがパターンを画定するステンレス鋼または電鋳されたステンシルにより、またはスクリーン印刷法で基板に塗工されている。
酸化を受けるので、多くの工業半田や他の金属粉は室温では長期間安定ではない。
【０００３】
本発明の要約
本発明のいくつかの態様の中には、基板の上にパターン状に静電気的にまたは動電気的に沈積する粒子を提供することがある。他の態様は、酸化に耐性があり、そして室温での長期間にわたる保管でも安定な金属粒子の提供にある。
【０００４】
それ故、簡単には、本発明は、粒子が電荷を保持し、それにより粒子は静電気的にまたは動電気的に移動するようになる粒子の調製方法に関する。本方法は、電荷付与材の付着を容易とする被覆媒体で粒子を被覆することからなり、ここで、被覆媒体は、アニオン種、ノニオン種、カチオン種、酸、塩基、およびこれらの混合物からなる群から選択されて、その上に被覆媒体を有する粒子が得られ；そしてその上に被覆媒体を有する粒子を正電荷または負電荷を付与する電荷付与材に接触させ、そしてそれにより粒子を静電気的にまたは動電気的に移動するようにする。
【０００５】
本発明の他の態様は、静電気的にまたは動電気的に移動する粒子の静電気的または動電気的な沈積への使用に関する。粒子本体；電荷付与材の付着を容易とする、粒子本体上の被覆媒体であって、ここで被覆媒体はアニオン種、ノニオン種、カチオン種、酸、塩基およびこれらの混合物からなる群から選択され；および被覆媒体上の電荷付与材であって、ここで電荷付与材は正電荷または負電荷を有し、それにより粒子本体が静電気的にまたは動電気的に移動するようになることから、粒子はなるものである。
本発明の他の態様と特徴は部分的に明らかであり、また部分的に以下に述べられる。
【０００６】
本発明の詳細な説明
本発明に従い、有機または無機粒子は電荷付与材の処理に合うようにするために被覆され、そうして粒子は静電気的にまたは動電気的に移動するようになる。一つの好ましい態様では、粒子は金属／合金、Ｓｎ、Ｓｎ／Ｐｂ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｐｂ／Ｂｉおよびその他から選択される粉末である。
【０００７】
粒子径は典型的には、約０．５μｍと約１ｍｍの間にある。一つの態様では、粒子は平均粒径が約０．５と約５０μｍの間にある粉末粒子である。他の態様では、平均粒径が約１と約１００μｍの間にある粉末粒子である。好ましい粉末は粒径分布が主として約１０と約２０μｍの間にあるタイプ６の粉末である。粒子は代わりに、平均粒径が約５０と約５００μｍの間にある中位の粒径の粒子である。さらなる代わりとしては、相対的に大粒径の無機物質の球で約１００μｍ以上の平均粒径を有し、例えば、１００μｍと１ｍｍの間の平均粒径のものである。これらは、例えば、半田金属球である。一定の適用のためには、有機金属粒子が使用され得る。
【０００８】
本発明を遂行するに、粒子はイオン界面活性剤、非イオン高分子のような非イオン材、有機酸および／または塩基、およびこれらの混合物の中から選択される材料で被覆される。コートが物理的になされる態様に応じて、被覆媒体は溶剤をまた含み得る。すなわち、溶液に浸漬され、溶液をスプレーして、または流動床で溶液に曝されることでコートが行なわれるならば、溶剤が必要である。他方、コートがプラズマ被覆方法で行なわれるならば、溶液は不用である。
【０００９】
本発明に従い粒子の被覆に適当な界面活性剤には、次ぎのカチオン剤がある：
商品名レキサミン２２としてイオレックス社から市販されるステアルアミドプロピルジエタノールアミン。
商品名アルミーンＨＴとしてアクゾノエルから市販される水素添加タローアルキルアミンのようなＣ１６−Ｃ１８モノアルキルアミン。
商品名ハンポシルＳとしてハンプシャ化学社から市販されるＮ−ステアロイルサルコシン。
商品名ハンポシルＭＳとしてハンプシャ化学社から市販されるＮ−ミリストイルとＮ−ステアロイルの混合物。
商品名フレクゾン７Ｆ（酸化防止剤）としてクロンプトン社から市販されるＮ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ−フェニレンジアミン。
商品名イルガノックス１０９８としてチバから市販されるＮ，Ｎ‘−ヘキサン−１，６−ジイルビス（３−（３，５−０ジ−ｔｅｒｔ―ブチル−４−ヒドロキシフェニルプロイオンアミド））。
商品名ランベントアミンＰＤとしてランベントから市販されるアミノ−ベースのシリコーン共重合体界面活性剤。
商品名レキサミン２２としてイオレックス社から市販されるステアルアミドプロピルジエタノールアミン。
コグニスから市販されるアミド、ポリアミドおよびポリアミド樹脂で、例えばヴェルサミド９４０ポリアミド樹脂。
【００１０】
本発明に従う粒子被覆に適当な界面活性剤には次ぎのアニオン材がある：
商品名ＬＥＤ３Ａ酸としてハンプシャー化学社から市販されるＮ−ラウリルエチレンジアメトリ酢酸。
カリウムと遊離のグリセリンを含むステアリン酸グリセリルＳＥ。
商品名クロード酸Ｂとしてクローダから市販されるベヘン酸（ドコサン酸）。
商品名クローダホスＣＥＳとしてクローダから市販される脂肪アルコール／燐酸エステル／エトキシレート混合物［アルコール  Ｃ１６−Ｃ１８／１−ヘキサデカノール  水素  燐酸塩／ポリオキシエチレン（１）セチル  エーテル  燐酸塩］
【００１１】
追加される好適な材料は、次ぎの高分子材である：
商品名ジョンクリルとしてＳ．Ｃ．ジョンソンから市販されるスチレンアクリル酸共重合体。
アライドシグナル社から市販されるエチレン・アクリル酸共重合体：Ａ−Ｃ５４０、５４０Ａ、５８０、５１２０、５１８０。
パリミチン酸、ステアリン酸および他の脂肪酸ならびにこれらの混合物。
プロピレン・アクリル酸共重合体。
ロジン、変性ロジン、例えばガムロジン、水素添加樹脂、フマル酸およびマレイン酸付加ロジン。
【００１２】
前述の被覆材は被覆粒子をして電荷付与材との処理をしやすくさせ、そうして粒子は電荷付与材で処理されることができて、それらは静電気的にまたは動電気的に移動する。この被覆は、表面を、たとえばヒドロキシ面そのものまたは酸性面そのものとして特性付けるものであり、それと続いて塗工される電荷付与材が反応することができる。
【００１３】
被覆材の選択では、粒子が半田として使用される金属粒子ならば、半田として使用される際の結果としての粒子にフラックス機能を付与することが好ましい。
【００１４】
本発明の被覆粒子に好適な有機酸としては、脂肪族および芳香族酸、モノ、ジ、トリカルボン酸およびさらに、アミノ酸、スルホン酸、スルファミン酸、ホスフィン酸、ホスホン酸などであり、次ぎのものを含む：炭素骨格長さがＣ１とＣ２０の間であるモノおよびジカルボン酸で、例えば、アジピン酸、クエン酸、アスコルビン酸、コハク酸、マレイン酸、マロン酸。
【００１５】
本発明の被覆粒子に好適な有機塩基は次ぎのものである：飽和および不飽和、脂肪族および芳香族  アミン、たとえば１級、２級、３級アミン、エチルアミン、第３級ブチルアミン、プロピルアミン、アルカノールアミン、アルキルアミン、アニシジン、Ｎ−フェニルベンジルアミン、Ｎ−フェニルジエタノールアミン、ジフェニルグアニジン、２−アミノベンゾ三フッ化物、など。
【００１６】
使用される極性有機溶剤は、被覆組成物が溶解する溶剤から選択される。これらの溶剤には芳香族および脂肪族材料があり、たとえば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノールのようなアルコール、他のアルコール、ケトン、グリコール、グリコールエーテル、エステル、トルエン、ベンゼン、およびこれらの混合物。
【００１７】
界面活性剤溶液の調製には、一つの態様では、界面活性剤またはポリマー含有量は、約０．０５と約１０重量％の間にあり、好ましくは約０．１と約１重量％の間にある。有機溶剤含量は、約９９．９５と９０重量％の間にあり、好ましくは約９９．９と９９重量％の間にある。
【００１８】
有機酸または塩基溶液の調製には、酸または塩基含量は、一つの態様で約０．０５と約１０重量％の間にあり、好ましくは約０．５と約２重量％の間にある。有機溶剤含量は、約９９．９５と９０重量％の間にあり、好ましくは約９９．５と約９８重量％の間にある。
【００１９】
粒子は、約９９．９ｗｔ％の量まで被覆混合物に導入される。好ましい態様では、粒子は、約８５％と約９９ｗｔ％の間の量で導入される。導入・混合の方法は、超音波処理混合、流動浸漬、低シェア攪拌器混合、ボールミリング、ビードミリングから選択される。
【００２０】
粒子被覆の後、上澄み液は傾斜して除き、粒子は少なくとも一度洗浄される。一つの態様では、粒子は２〜５回の間、中性の高誘電性有機液体で洗浄され、それは例えばヒューストンのエクソン化学が販売する商品名  アイソパールである。これにより、パターニング使用のための準備ができた半田粒子が得られる。また、被覆により創生される酸素拡散障壁により、粒子は酸素に耐性を有し、そして室温での長期間保存でも安定である。
【００２１】
上述の粒子の浸漬塗工の代わりとして、他の方法でも良く、これには流動浸漬、スプレー被覆、パン被覆、回転被覆、ロール被覆、プラズマ被覆、または溶液被覆がある。
【００２２】
前述の方法により、静電電荷を保持し得る電気絶縁性粒子被覆を有する粒子が得られる。半田粉末には、被覆は半田付温度で溶解することができ、ある場合には、被覆は半田付けの際フラックス機能を発揮する。
【００２３】
上述したように、被覆媒体は二つまたはそれ以上の記載した成分の混合物を含む。一つの例では、第１次の被覆媒体はアニオンまたはカチオンであって、対イオン種（アニオンまたはカチオン）を有し、全電荷の調整に使用される。
【００２４】
上述の範囲内で特に好適な態様は、金属粒子表面に結合する複数種のイオン種（アニオンまたはカチオン）を利用する。イオン種は粒子を静電気的にまたは動電気的に移動しやすくするためにその後塗付される電荷付与材を補完するように選択される。
【００２５】
２００４年７月９日に出願された名称「沈積とパターンニング方法」のアメリカ特許出願であって、その内容全体は明示的にここに参照として組み入れられるが、それに開示されるような静電気的または動電気的方法に粒子を使用するために、粒子は、電解質または高分子電解質を含む溶液に導入され、それは電荷付与材としても知られている。適当な電解質・高分子電解質には、例示されるが、限定されない、以下のものが示される：
ＨＰコンパックから入手可能なポリビニルレクチン
商品名ＮＰＨＯＳのジグリセリンの一価酸リン酸塩
硫酸ラウリルナトリウム塩（ＳＤＳ）
硫酸ラウリルナトリウム塩
硝酸コバルト
パーフルオロペンタノン酸、オクタノン酸、デカノン酸および類似の種
パーフルオロカルボン酸（パーフルオロセバシン酸、スベリン酸、コハク酸）
脂肪酸ナトリウムおよびカルシウム塩
アルコールのエトキシ化物の硫酸塩
硫酸ラウレートアンモニウム塩
硫酸およびスルホン酸アリルナトリウム塩
蒸留水のかん流で任意に変性されたバリウムペトロネート
塩化アリルメチルアンモニウム、塩化ヘキサデシルアンモニウム、および
塩化ドデシルトリメチルアンモニウムのような第４級アンモニア電解質および
高分子電解質
【００２６】
このようにして静電気的または動電気的沈積法に使用される静電気的にまたは動電気的に移動可能な粒子が得られる。粒子は、粒子本体；粒子本体上の上述の被覆媒体で、それにより電荷付与材が付着しやすくなり、ここで被覆媒体はアニオン種、非イオン種、カチオン種、酸、塩基およびこれらの混合物から選ばれるものであり；そして上述の電荷付与材は正または負の電荷を有し、そしてそれにより粒子本体を静電気的にまたは動電気的に移動可能とする。
【００２７】
次いで粒子はパン乾燥、スプレー乾燥、または他の適当な手段で乾燥される。電解質または高分子電解質の機能は、電荷の維持であって、それにより粒子は電場の存在で所望の方法で反応することになる。
【００２８】
印刷の準備には、粒子は適当な誘電特性を有する液体と組み合わされて湿潤される。このような液体の一つの例は、アイソパール製品である。他の例は、フロリナートの商品名で３−Ｍ社から入手可能な製品である。結合した粒子と液体は約２％の粒子重量から約９０％重量の粒子までの範囲である。粒子は混合物の約２から約６０％の容積基準を占める。
【００２９】
本発明の要素を導入するに、冠詞“ａ”、“ａｎ”、“ｔｈｅ”、“ｓａｉｄ”は、一つまたはそれ以上の要素があることを示す。用語“からなり”、“含む”、“有する”は包含することを意味するのを意図し、例示のもの以外の追加の要素があることを意味する。
【００３０】
本発明の範囲から離れることなしに種々の変形が可能であり、上記と添付の図面に含まれる全ての事項は例として示しており制限することを意図していない。上記の事項は、説明する目的でのみ提供される限られた数の実施態様に関連する。本発明の範囲は添付の請求の範囲でのみ画定され、上述の態様の変形は本発明の範囲から離れることはない。