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United S t a t e s P a t e n tUS007326367B2

( 1 2 ) ( 1 0 ) P a t e n t N 0 . : US 7,326,367 B 2O l l i v i e r e t a ] . ( 4 5 ) Date o f P a t e n t : * F e b . 5 , 2008

( 5 4 ) THICK FILM CONDUCTORPASTE 4 , 3 8 1 , 9 4 5 A 5 / 1 9 8 3 N a i r e t a 1 .COMPOSITIONS FORLTCC TAPE IN 4 , 6 5 4 , 0 9 5 A 3 / 1 9 8 7 S t e i n b e r gMICROWAVE APPLICATIONS 4 , 6 6 3 , 2 4 0 A 5 / 1 9 8 7 H a j d u e t a 1 ~

4 , 9 4 0 , 8 4 9 A 7 / 1 9 9 0 M o r r i s e t a 1 .( 7 5 ) I n v e n t o r s : P a t r i c i a J . O l l i v i e r , R a l e i g h , NC U S ) ; i * """""""" 361604Kenneth Warren H a n g , H i l l s b o r o u g h , 5 0 2 l 2 9 3 A @ 1 9 9 1 H 0 e a '

, , uang e t a 1 .NC Us) 5,162,062 A 11/1992 C a r r o l l 6 1 6 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 148/24

5 , 1 7 5 , 0 3 1 A 1 2 / 1 9 9 2 0 h k i( 7 3 ) A s s i g n e e : E . I . du P o n t d e Nemours and 5 , 2 2 5 , 2 8 7 A 7 / 1 9 9 3 p e c r r g c e t 3 1 Company, W i l m i n g t o n , DE U S ) 5 , 2 5 0 , 3 9 4 A 1 0 / 1 9 9 3 W e i e t a 1 .

5 , 2 5 4 , 1 9 1 A 1 0 / 1 9 9 3 Mikeska e t a 1 .( * ) N o t i c e : S u b j e c t t o any d i s c l a i m e r , t h e t e r m o f t h i s 5 , 3 7 8 , 4 0 8 A 1 / 1 9 9 5 C a r r o l l e t a 1 .p a t e n t i s extended o r a d j u s t e d under 35 5 , 4 3 9 , 8 5 2 A 8 / 1 9 9 5 H o r m a d a l y e t a 1 .U_S_C_ 1 5 4 ( 1 ) ) by 0 days_ 5 , 5 1 8 , 6 6 3 A * 5 / 1 9 9 6 LaBranche e t a 1 . . . . . . . . . . 252/514

5,7 1 4 ,2 4 6 A 2 / 1 9 9 8 S h a i k h e t a 1 . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 8 / 3 2 3T h i s p a t e n t i s s u b j e c t t o a t e r m i n a l d i s - 5 , 7 4 4 , 2 3 2 A 4 / 1 9 9 8 B a l l e y e t a l 'Claimer 5 , 7 5 3 , 5 7 1 A 5 / 1 9 9 8 Donoh u e e t a 1 .

' 2003/0096692 A1 5/2003 Wang t a 1 ._ 2004/0155227 A1* 8/2004 B e c h t l o i f et a 1 . . . . . . . . . . . 252/500

( 2 1 ) Appl' NO" 11/398141 2005/0104032 A1* 5 / 2 0 0 5 ( 3 1 1 0 e t a 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 2 / 1 8 1 . 1. 2006/0001009 A1* 1 / 2 0 0 6 Garreau-Iles et a 1 . . . . . . . . 252/500( 2 2 ) F l l e d : A P r - 5 2006 2 0 0 6 / 0 0 8 3 9 0 6 A1 * 4 / 2 0 0 6 4 2 8 / 2 0 9

(65) P P b l _ t _ D 2006/0128549 A1* 6/2006 H o r m a d a l y . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501/451101 n ma on a aUs 2007/0295939 A1 D e c . 2 7 , 2007 FOREIGNPATENT DOCUMENTS

EP 0 04 5 48 2 A 2/1982R e la t e d US. Application D a t a EP 0 7 1 8 8 5 5 A 6 / 1 9 9 6

. . . . EP 1 534 053 A 5/2005( 6 0 ) 5 2 0 3 1 8 5 0 5 1 1 2 1 1 a p p 1 1 c a t 1 0 n N o . 6 0 / 6 7 4 , 4 3 4 , ? l e d o n A p r . J P 0 8 0 5 0 8 0 6 A * 2 / l 9 9 6* c i t e d by examiner

5 1 I n t . C l .( ) H 0 1 B 1 / 0 0 ( 2 0 0 6 0 1 ) P r i r ' n a r y E x a m i n e r i M a r k K o p e cH01B 1 / 1 2 ( 2 0 0 6 0 1 ) A s s z s l a n l E x a m m e r i K h a n h T . Nguyen( 5 2 ) US. l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252/500; 428/209; 428/208;4 2 8 / 3 2 3 ; 2 5 2 / 5 1 4 ; 2 5 2 / 5 1 9 , 1 4 8 / 2 3 ; 1 4 8 / 2 4 ; ( 5 7 ) ABSTRACT

501/45; 501/47; 501/48; 501/26; 361/304 . . . . . .58 F , M f Cl , ? t , s h 5 0 1 / 2 6 T h 1 s mventlon 1 5 r e l a t e d t o t h 1 c k ?l m conductor compos1( ) 1 e 0 s g j c a g s o g i s if; 2 3 2 0 9 f t i o n s c o m p r i s i n g e l e c t r i c a l l y c o n d u c t i v e g o l d p o w d e r , o n e o r 1 ; 8 2 _ 3 1 B more g l a s s f r i t o r c e r a m i c o x i d e c o m p o s i t i o n s and a n o r g a n i c

S 1 . t . ? l f 1 t h hit v e h i c l e . I t i s f u r t h e r d i r e c t e d t o t h e c o m p o s i t i o n s u s e s f o ree app l e a Io n e or Comp e S e a m 1 5 D r y LTCC (loW temperature co-?red ceramic) t a p e , f o r f a b r i c a( 5 6 ) R e f e r e n c e s C i t e d t i o n o f m u l t i l a y e r e l e c t r o n i c c i r c u i t s a n d i n h i g h f r e q u e n c y

U . S . PATENT DOCUMENTS4 , 2 1 5 , 1 7 0 A 7 / 1 9 8 0 O l i v a

m i c r o e l e c t r o n i c a p p l i c a t i o n s .1 0 C l a i m s , N0 D r a w i n g s

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U S 7 , 3 2 6 , 3 6 7 B21

THICK FILM CONDUCTORPASTECOMPOSITIONS FOR LTCC TAPE IN

MICROWAVE APPLICATIONSFIELD OF THE INVENTION

T h i s i n v e n t i o n i s r e l a t e d t o t h i c k ?l m c o n d u c t o r compos i t i o n s f o r u s e on LTCC l o W t e m p e r a t u r e c o - ? r e d c e r a m i c )t a p e a n d f o r f a b r i c a t i o n o f m u l t i l a y e r e l e c t r o n i c c i r c u i t s . I t i sf u r t h e r d i r e c t e d t o t h e c o m p o s i t i o n s u s e i n h i g h f r e q u e n c ym i c r o e l e c t r o n i c a p p l i c a t i o n s .

BACKGROUND OF THE INVENTIONAn n t e r c o n n e c t c i r c u i t board of an LTCC d e s i g n i s a

p h y s i c a l r e a l i Z a t i o n o f e l e c t r o n i c c i r c u i t s o r s u b s y s t e m sm a d e from a number o f e x t r e m e l y s m a l l c i r c u i t e l e m e n t st h a t a r e e l e c t r i c a l l y a n d m e c h a n i c a l l y i n t e r c o n n e c t e d . I t i sf r e q u e n t l y d e s i r a b l e t o combine t h e s e d i v e r s e e l e c t r o n i ccomponents i n a n a r r a n g e m e n t s o t h a t t h e y can be p h y s i c a l l yi s o l a t e d and m o u n t e d a d j a c e n t t o on e a n o t h e r i n a s i n g l ec o m p a c t p a c k a g e a n d e l e c t r i c a l l y c o n n e c t e d t o e a c h o t h e ra n d / r t o c o m m o n c o n n e c t i o n s e x t e n d i n g from t h e p a c k a g e .

C o m p l e x e l e c t r o n i c c i r c u i t s g e n e r a l l y r e q u i r e t h a t t h ec i r c u i t b e c o n s t r u c t e d o f s e v e r a l l a y e r s o f c o n d u c t o r s s e p ar a t e d b y i n s u l a t i n g d i e l e c t r i c l a y e r s . T h e c o n d u c t i v e l a y e r sa r e i n t e r c o n n e c t e d b e t W e e n l e v e l s by l e c t r i c a l l y c o n d u c t i v ep a t h W a y s , c a l l e d v i a s , t h r o u g h a d i e l e c t r i c l a y e r . Use o f aL oW T e m p e r a t u r e C o ? r e d C e r a m i c ( L T C C ) m u l t i l a y e r s t r u ct u r e a l l o W s a c i r c u i t t o be m o r e compact than t r a d i t i o n a la l u m i n a s u b s t r a t e s b y a l l o W i n g v e r t i c a l i n t e g r a t i o n .

LTCC t a p e h a s b e e n u s e d i n p r i o r a r t h i g h f r e q u e n c ymicroWave a p p l i c a t i o n s , s u c h a s t e l e c o m m u n i c a t i o n s , a u t om o t i v e o r m i l i t a r y a p p l i c a t i o n s i n c l u d i n g r a d a r , f o r i t s mult i l a y e r , c o ? r i n g a n d ? e x i b l e d e s i g n c a p a b i l i t i e s . Many p r o pe r t i e s a r e r e q u i r e d o f t h e c o n d u c t o r s u s e d i n t h e f a b r i c a t i o no f m u l t i l a y e r c i r c u i t s f o r m i c r o W a v e a p p l i c a t i o n s , i n c l u d i n gd e s i r e d r e s i s t i v i t y , s o l d e r a b i l i t y , s o l d e r l e a c h r e s i s t a n c e , W i r eb o n d a b i l i t y , a d h e s i o n , m i g r a t i o n r e s i s t a n c e , a n d l o n g t e r ms t a b i l i t y . A d d i t i o n a l l y , m a n u f a c t u r e r s a r e n oW s e e k i n g t h i c k?l m c o n d u c t o r c o m p o s i t i o n s f o r u s e i n h i g h f r e q u e n c ym i c r o W a v e a p p l i c a t i o n s W h e r e i n t h e c o m p o s i t i o n s m i n i m i Z el e a d and c a d m i u m c o n t e n t i n t h e c i r c u i t s t o meet e n v i r o nm e n t a l concerns.

U . S . P a t . No. 5 , 7 4 4 , 2 3 2 t o B a i l e y d i s c l o s e s a t h i c k ?l mm e t a l l i Z a t i o n c o m p a t i b l e W i t h LTCC t h a t d i s p l a y v e r y l o WmicroWave i n s e r t i o n l o s s e s commensurate W i t h t h o s e o f t h i n?l m g o l d . Th e e l e c t r i c a l p e r f o r m a n c e o f t h e m e t a l l i Z a t i o n i sa t t a i n e d b y u s i n g a s p h e r i c a l m e t a l p a r t i c l e s h a p e a n du n i f o r m p a r t i c l e s i Z e d i s t r i b u t i o n i n t h e t h i c k ?l m p a s t e .B a i l e y d o e s n o t d i s c l o s e t h e u s e of l e a d f r e e , c a d m i u m f r e et h i c k ?l m c o n d u c t o r .

F u r t h e r m o r e , some p r i o r a r t t h i c k ?l m c o n d u c t o r compos i t i o n s u s e d i n h i g h f r e q u e n c y a p p l i c a t i o n s h a v e b e e n knoWnt o r e q u i r e a d o u b l e p r i n t ( i . e . , more t h a n o n e a p p l i c a t i o no f t h e c o n d u c t o r c o m p o s i t i o n on t h e s u b s t r a t e ) t o meet t h ed e s i r e d p r o p e r t i e s o f t h e s y s t e m , i n p a r t i c u l a r , t o m e e ts a t i s f a c t o r y W i r e b o n d a c c e p t a n c e a n d a d h e s i o n p r o p e r t i e s .

I t i s e s p e c i a l l y d i f ? c u l t t o m a i n t a i n t h e d e s i r e d t h i c k ?l mc o n d u c t o r p r o p e r t i e s W h i l e m i n i m i Z i n g o r e l i m i n a t i n g l e a dand cadmium. Th e p r e s e n t i n v e n t o r s p r o v i d e d s u c h a l e a df r e e a n d c a d m i um f r e e c o n d u c t o r t h a t s i m u l t a n e o u s l y maint a i n s t h e d e s i r e d t h i c k ?l m c o n d u c t o r p r o p e r t i e s a n d r e q u i r e so n l y on e a p p l i c a t i o n of t h e t h i c k ?l m on t h e s u b s t r a t e t om e e t W i r e b o n d i n g r e q u i r e m e n t s .

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2SUMMARYOF THE INVENTION

Th e i n v e n t i o n i s d i r e c t e d t o a t h i c k ?l m c o m p o s i t i o nc o m p r i s i n g : ( a ) a n e l e c t r i c a l l y c o n d uc t i v e g o l d p o W d e r ; ( b )one o r m o r e g l a s s f r i t o r ceramic oxide compositionsWherein s a i d g l a s s f r i t and o x i d e s d o n o t c o n t a i n l e a d o rc a d m i u m ; a n d ( c ) a n o r g a n i c v e h i c l e .

Th e i n v e n t i o n i s f u r t h e r d i r e c t e d t o a method of f o r m i n ga m u l t i l a y e r c i r c u i t c o m p r i s i n g : ( a ) f o r m i n g a p a t t e r n e da r r a y o f v i a s i n a p l u r a l i t y o f l a y e r s o f g r e e n t a p e ; ( b ) ? l l i n gt h e v i a s i n t h e g r e e n t a p e l a y e r ( s ) o f s t e p ( a ) W i t h a t h i c k ?l mc o m p o s i t i o n ; ( c ) p r i n t i n g o f a n y o f s e v e r a l t h i c k ?l m f u n ct i o n a l c o m p o s i t i o n s o v e r t h e s u r f a c e o f t h e v i a ? l l e d g r e e nt a p e l a y e r s o f s t e p ( b ) i i n c l u d i n g , b u t n o t l i m i t e d t o , t h e u s eo f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n ; ( d ) p r i n t i n g a t l e a s t o n e p a t t e r n e dl a y e r o f a n y t h i c k ?l m c o m p o s i t i o n , i n c l u d i n g , b u t n o tl i m i t e d t o , t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , o v e r t h e o u t e r m o s t s u r f a c eo f h e g r e e n t a p e l a y e r s o f t e p ( c ) ; ( e ) l a m i n a t i n g t h e p r i n t e dg r e e n t a p e l a y e r s o f s t e p ( d ) a n d a n y b l a n k l a y e r s deemedn e c e s s a r y t o form a n a s s e m b l a g e c o m p r i s i n g a p l u r a l i t y o fu n ? r e d f u n c t i o n a l a n d n o n - f u n c t i o n a l l a y e r s s e p a r a t e d b yu n ? r e d g r e e n t a p e ; a n d ( f ) c o ? r i n g t h e a s s e m b l a g e o fs t e p ( e ) .

DETAILED DESCRIPTIONOF INVENTIONT h e c o m p o s i t i o n ( s ) a n d m u l t i l a y e r c i r c u i t ( s ) o f t h e

p r e s e n t i n v e n t i o n a r e p a r t i c u l a r l y u s e f u l i n microWave a p p l ic a t i o n s . MicroWave a p p l i c a t i o n s a r e de?ned h e r e i n a sa p p l i c a t i o n s Which r e q u i r e a f r e q u e n c y i n t h e r a n g e o f 3 0 0MHZ o 300 GHZ ( 3 > < l 0 A 8 t o 3 > < l 0 A l l H Z ) . F u r t h e r m o r e , t h ep r e s e n t i n v e n t i o n i s u s e f u l i n h i g h f r e q u e n c y a p p l i c a t i o n ss u c h a s t r a n s m i t / r e c e i v e modules and r a d a r a p p l i c a t i o n s .S t i l l f u r t h e r , t h e c o m p o s i t i o n ( s ) o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n a r eu s e f u l i n t h e f o r m a t i o n o f microWave c i r c u i t componentsi n c l u d i n g , b u t n o t l i m i t e d t o : a n t e n n a , ? l t e r s , b a l u n s , beamf o r m e r , I / O s , c o u p l e r s , f e e d t h r o u g h s ( v i a o r EM o u p l e d ) ,W i r e b o n d c o n n e c t i o n , a n d t r a n s m i s s i o n l i n e s .Th e m a i n components of t h e t h i c k ?l m c o n d u c t o r c o mp o s i t i o n ( s ) o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n a r e e l e c t r i c a l l y c o n d u ct i v e m e t a l poWders and one o r m o re i n o r g a n i c b i n d e r ss e l e c t e d f r o m ( 1 ) g l a s s f r i t s , ( 2 ) t r a n s i t i o n m e t a l o x i d e s , ( 3 )p r e c u r s o r s t o t r a n s i t i o n m e t a l o x i d e s , a n d ( 4 ) m i x t u r e st h e r e o f , d i s p e r s e d i n a n o r g a n i c m e d i u m . T h e c o m p o n e n t sa r e discussed h e r e i n beloW.I . I n o r g a n i c C o m p o n e n t s

Th e i n o r g a n i c c o m p o n e n t s o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n co mp r i s e ( l ) e l e c t r i c a l l y c o n d u c t i v e m e t a l p o W d e r s a n d ( 2 )i n o r g a n i c b i n d e r s s e l e c t e d from on e o r more g l a s s f r i t s ,t r a n s i t i o n m e t a l o x i d e s , p r e c u r s o r s t o t r a n s i t i o n m e t a lo x i d e s , a n d m i x t u r e s t h e r e o f . A d d i t i o n a l o p t i o n a l i n o r g a n i cp h a s e s m a y be added t o t h e c o m p o s i t i o n a s n e c e s s a r y t om e e t t h e d e s i r e d p r o p e r t i e s o f t h e p a r t i c u l a r a p p l i c a t i o n .A . E l e c t r i c a l l y F u n c t i o n a l P o W d e r i E l e c t r i c a l l y Co n d u c t i v eGold PoWder

G e n e r a l l y , a t h i c k ?l m c o m p o s i t i o n c o m p r i s e s a f u n ct i o n a l p h a s e t h a t i m p a r t s a p p r o p r i a t e e l e c t r i c a l l y f u n c t i o n a lp r o p e r t i e s t o t h e c o m p o s i t i o n . Th e f u n c t i o n a l p h a s e co mp r i s e s e l e c t r i c a l l y f u n c t i o n a l p o W d e r s d i s p e r s e d i n a no r g a n i c m e d i u m h a t a c t s a s a c a r r i e r f o r t h e f u n c t i o n a l phaseWhich f o r m s t h e c o m p o s i t i o n . Th e c o m p o s i t i o n i s ? r e d t ob u r n o u t t h e o r g a n i c p h a s e , a c t i v a t e t h e i n o r g a n i c b i n d e rp h a s e a n d t o i m p a r t t h e e l e c t r i c a l l y f u n c t i o n a l p r o p e r t i e s .P r i o r t o ? r i n g , t h e p r i n t e d p a r t s a r e d r i e d t o remove v o l a t i l es o l v e n t s . O r g a n i c s , o r g a n i c mediums o r o r g a n i cv e h i c l e s a r e terms used t o d e s c r i b e t h e polymer o r r e s i n

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3/6

U S 7 , 3 2 6 , 3 6 7 B23

components of a t h i c k ?l m c o m p o s i t i o n , a s W e l l a s s o l v e n t sa n d s m a l l a m o u n t s o f a d d i t i o n a l o r g a n i c c o m p o n e n t s , s u c has s u r f a c t a n t s .

T h e e l e c t r i c a l l y f u n c t i o n a l p o W d e r s i n t h e p r e s e n t t h i c k?l m c o m p o s i t i o n a r e c o n d u c t i v e g o l d p o W d e r ( s ) . Th e e l e ct r i c a l l y f u n c t i o n a l p o W d e r s may c o m p r i s e e l e m e n t a l g o l d ,m i x t u r e s o f g o l d W i t h s m a l l a m o u n t s o f o t h e r m e t a l p o W d e r s( f o r e x a m p l e u p t o 3 W e i g h t p e r c e n t b a s e d o n t o t a l t h i c k ?l mc o m p o s i t i o n o f s i l v e r ) , a n d m i x t u r e s o f g o l d p o W d e r s ,a l l o y s , o r c o m p o u n d s o f s e v e r a l e l e m e n t s . T h e g o l d p o W d e ro f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n i s p r e s e n t i n t h e amount o f 5 0 - 9 5W e i g h t p e r c e n t t o t a l t h i c k ?l m c o m p o s i t i o n .

Th e a r t i c l e d i a m e t e r a n d s h a p e o f t h e m e t a l poWder s n o tp a r t i c u l a r l y i m p o r t a n t a s l o n g a s i t i s a p p r o p r i a t e t o t h ea p p l i c a t i o n m e t h o d . T h e e l e c t r i c a l l y c o n d u c t i v e g o l d poWd e r s o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n h a v e a t y p i c a l s i Z e o f D5 O l e s st h a n a b o u t 1 0 m i c r o n s .

As n o t e d a b o v e , m e t a l s i n a d d i t i o n t o t h e g o l d poWderm a y be added t o t h e t h i c k ?l m c o m p o s i t i o n t o meet t h ed e s i r e d p r o p e r t i e s o f t h e c o n d u c t o r a p p l i c a t i o n . F o re x a m p l e , i n o n e e m b o d i m e n t , s i l v e r ( A g ) i s u s e d i n a m o u n t so f l e s s t h a n 2 W e i g h t p e r c e n t b a s e d on t o t a l t h i c k ?l mc o m p o s i t i o n . Some e m b o d i m e n t s c o m p r i s e s m a l l a m o u n t so f A g , t y p i c a l l y i n t h e r a n g e o f 0 - 3 W e i g h t p e r c e n t t o t a lc o m p o s i t i o n .

M e t a l p o W d e r s m a y b e c o a t e d W i t h s u r f a c t a n t s W e l lk n o W n i n t h e a r t .B . I n o r g a n i c B i n d e r s

T r a d i t i o n a l l y , c o n d u c t i v e c o m p o s i t i o n s h a v e b e e n b a s e don l e a d o r c a d m i u m c o n t a i n i n g f r i t s . Th e e l i m i n a t i o n of e a df r o m g l a s s c o m p o s i t i o n s t o meet c u r r e n t t o x i c i t y a n d e n v ir o n m e n t a l r e g u l a t i o n s m a y l i m i t t h e t y p e s o f b i n d e r t h a t c a nb e u s e d t o a c h i e v e t h e d e s i r e d s o f t e n i n g and How c h a r a ct e r i s t i c s , W h i l e s i m u l t a n e o u s l y m e e t i n g W e t t a b i l i t y , t h e r m a le x p a n s i o n , c o s m e t i c a n d p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s .

Th e i n o r g a n i c b i n d e r s o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n a r es e l e c t e d from one o r more of 1 ) l e a d f r e e a n d c a d m i u m f r e eg l a s s f r i t s , ( 2 ) t r a n s i t i o n m e t a l o x i d e s , ( 3 ) p r e c u r s o r s t ot r a n s i t i o n m e t a l o x i d e s , a n d ( 4 ) m i x t u r e s t h e r e o f .

Th e p a r t i c l e s i Z e o f t h e f r i t s a n d o x i d e s i s n o t n a r r o W l yc r i t i c a l and m a t e r i a l s u s e f u l i n t h e p r e s e n t i n v e n t i o n W i l lt y p i c a l l y ( a l t h o u g h n o t l i m i t e d t o ) h a v e a n a v e r a g e p a r t i c l es i Z e from a b o u t 0 . 5 t o a b o u t 6 . 0 pm , p r e f e r a b l y from a b o u t1 t o about 4 um.

I t i s p r e f e r r e d t h a t t h e i n o r g a n i c b i n d e r i s a g l a s s f r i th a v i n g a s o f t e n i n g p o i n t o f b e t W e e n a b o u t 3 5 0 a n d 8 0 0 C .i n o r d e r t h a t t h e c o m p o s i t i o n s c a n b e ? r e d a t t h e d e s i r e dt e m p e r a t u r e s ( t y p i c a l l y 7 5 0 - 9 0 0 0 C . , p a r t i c u l a r l y 8 5 0 0 C . ) t oe f f e c t p r o p e r s i n t e r i n g , W e t t i n g a n d a d h e s i o n o t h e s u b s t r a t e ,p a r t i c u l a r l y a LTCC u b s t r a t e . I t i s k n o W n t h a t m i x t u r e s o fh i g h and loW m e l t i n g f r i t s c a n b e u s e d t o c o n t r o l t h es i n t e r i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e c o n d u c t i v e p a r t i c l e s . O n e o rmore d i f f e r e n t g l a s s f r i t c o m p o s i t i o n s m a y b e u s e d i n t h ep r e s e n t i n v e n t i o n .

As u s e d h e r e i n , t h e t e r m s o f t e n i n g p o i n t r e f e r s t os o f t e n i n g t e m p e r a t u r e s o b t a i n e d b y t h e ? b e r e l o n g a t i o nmethod ofASTM C338-57.

E x a m p l e s o f s o m e u s e f u l g l a s s c o m p o s i t i o n s ( c o m p o s it i o n s A o G) a r e g i v e n i n T a b l e 1 b e l o w ; t h e o x i d ec o m p o n e n t s a r e g i v e n i n W e i g h t p e r c e n t t o t a l g l a s s compos i t i o n .

20

25

30

4 0

50

55

60

6 5

4TABLE

G l a s s C o m p o s i t i o n s ( i n W e i g h t p e r c e n t t o t a l g l a s s c o m p o s i t i o n )A B c D E F G

B203 6 . 4 7 5 . 8 2 5 . 5 5 1 9 . 2 0 1 9 . 9 6 5 . 5 4 6 . 6$102 2 . 4 2 1 . 0 6 1 . 0 1 4 3 . 2 0 1 5 . 2 7 1 . 1 9 1 . 2A1203 1 9 . 1 1 1 6 . 9 2 1 6 . 1 5 3 . 8 4 1 0 . 1 7 1 6 . 4 7 1 9 . 2N320 9 . 3 2 3 . 3 9 7 . 5 2 7 . 8 8 8 . 9 0 0 . 0 4 9 . 5Li2O 3 . 5 3 2 . 3 3 1 . 9 0 1 . 9 2 1 . 1 8 0 . 9 3 3 . 6P205 4 0 . 1 3 3 6 . 0 9 3 4 . 4 5 2 . 4 0 1 3 . 3 8 4 0 . 7 1 4 0 . 9 5NaF 1 5 . 5 9 1 4 . 0 2 5 8 . 8 4 5 . 2 0 1 1 . 1 4 1 5 . 9CaO 0 . 4 7 2 . 8 2 8 . 9 2Z 1 0 2 2 . 6 7Z110 1 7 . 7 0 1 5 . 5 3 7 . 2 0 1 8 . 4 0 1 2 . 9 4B30 1 . 0 7z n r 2 1 0 . 3 3

As r e p r e s e n t e d i n T a b l e 1 , some l a s s c o m p o s i t i o n s u s e f u li n t h e p r e s e n t i n v e n t i o n a r e r e p r e s e n t e d b y t h e f o l l o W i n gc o m p o s i t i o n , b a s e d o n W e i g h t p e r c e n t t o t a l g l a s s c o m p o s it i o n : 5 - 2 0 B 2 0 3 , l - 4 4 S i O 2 , 3 - 2 0 A 1 2 0 3 , 0 - 1 0 N a 2 O , 0 - 4L i 2 O , 2 - 4 1 P 2 0 5 , 5 - 1 6 N a F , 0 - 9 C a O , 0 - 3 Z r O 3 , 0 - 1 9 Z n O ,0 - 2 BaO, a n d 0 - 1 1 Z n F 2 . I n o n e e m b o d i m e n t , t h e g l a s s f r i to f t h e p r e c e d i n g c o m p o s i t i o n i s p r e s e n t i n t h e t h i c k ?l mc o m p o s i t i o n i n t h e r a n g e o f 0 - 3 . 0 W e i g h t p e r c e n t t o t a l t h i c k? l m c o m p o s i t i o n .

Some o t h e r l e a d - f r e e a n d c a d m i u m - f r e e g l a s s f r i t s u s e f u li n t h e p r e s e n t i n v e n t i o n i n c l u d e a l k a l i b o r o s i l i c a t e - b a s e d andb i s m u t h b o r o s i l i c a t e - b a s e d f r i t s .

The g l a s s b i n d e r s ( g l a s s f r i t s ) a r e p r e p a r e d b y c o n v e nt i o n a l g l a s s - m a k i n g t e c h n i q u e s , b y m i x i n g t h e d e s i r e d comp o n e n t s ( o r p r e c u r s o r s t h e r e o f , e . g . , H3BO3 f o r B 2 O 3 ) i n t h ed e s i r e d p r o p o r t i o n s and h e a t i n g t h e m i x t u r e t o form a m e l t .As i s W e l l k n o W n i n t h e a r t , h e a t i n g i s c o n d u c t e d t o a peakt e m p e r a t u r e and f o r a t i m e s u c h t h a t t h e m e l t becomese n t i r e l y l i q u i d , y e t g a s e o u s e v o l u t i o n h a s c e a s e d . T h e p e a kt e m p e r a t u r e i s g e n e r a l l y i n t h e r a n g e l l 0 0 C . - l 5 0 0 o C , .u s u a l l y 1 2 0 0 o C . - l 4 0 0 o C . The m e l t i s t h e n q u e n c h e d b yc o o l i n g t h e m e l t , t y p i c a l l y by p o u r i n g o n t o a c o l d b e l t o r i n t oc o l d r u n n i n g W a t e r . P a r t i c l e s i Z e r e d u c t i o n ca n t h e n bea c c o m p l i s h e d b y m i l l i n g a s d e s i r e d .

O t h e r t r a n s i t i o n m e t a l o x i d e s m a y a l s o be employed a s a l lo r p a r t o f t h e i n o r g a n i c b i n d e r . O xides o r o x i d e p r e c u r s o r s ofZ i n c , c o b a l t , c o p p e r , n i c k e l , r h o d i u m , r u t h e n i u m , t i t a n i u m ,manganese and i r o n a r e u s e f u l i n t h e p r e s e n t i n v e n t i o n .T h e s e a d d i t i v e s i m p r o v e a d h e s i o n a s m e a s u r e d by W i r eb o n d i n g o r s o l d e r i n g .

T r a n s i t i o n m e t a l o x i d e s c a n a l s o be formed i n s i t u t h r o u g ht h e a d d i t i o n o f p r e c u r s o r compounds. These p r e c u r s o r s c a nb e i n t h e f o r m o f o r g a n o m e t a l l i c c o m p o u n d s , c a r b o n a t e s, o rf r i t s . R e a c t i o n s betWeen o x i d e s , f r i t s and a n y p r e c u r s o rm a t e r i a l s t h a t o c c u r upon ? r i n g ca n form e i t h e r g l a s s e s o ro x i d e s Which a i d b i n d i n g o f t h e f u n c t i o n a l m e t a l l a y e r t o t h es u b s t r a t e . I n o n e embodiment, t h e t h i c k ?l m c o m p o s i t i o n o ft h e p r e s e n t i n v e n t i o n c o m p r i s e s copper o x i d e o r a p r e c u r s o ro f c o p p e r o x i d e . As n o t e d a b o v e , t h e m e t a l o x i d e s p r e s e n t i nt h e t h i c k ?l m c o m p o s i t i o n c o u l d b e d i r e c t l y i n t h e f o r m o fan o x i d e o r c o n v e r t e d from m e t a l - c o n t a i n i n g compoundsu n d e r ? r i n g c o n d i t i o n s . F o r e x a m p l e , c o p p e r o x i d e ma y b ep r e s e n t o r e l e m e n t a l c o p p e r , organo c o p p e r s , o r c r y s t a l l i z at i o n p r o d u c t s from a f r i t Which form c o p p e r o x i d e . O t h e rt r a n s i t i o n m e t a l o x i d e s and t h e i r p r e c u r s o r s a r e a l s o u s e f u l i nt h e p r e s e n t i n v e n t i o n . F o r e x a m p l e , t h e f o l l o W i n g o x i d e s a n dt h e i r p r e c u r s o r s a r e u s e f u l i n t h e p r e s e n t i n v e n t i o n : T i O 2 ,C o 3 O 4 , R u O 2 , F e 2 O 3 , S n O 2 , Z r O 2 , S b 2 O 3 , M n O x , C u O x , a sW e l l a s o t h e r o x i d e s .

7/30/2019 Us 7326367

4/6

U S 7 , 3 2 6 , 3 6 7 B25

Th e t r a n s i t i o n m e t a l o x i d e s , t h e i r p r e c u r s o r s o r m i x t u r e st h e r e o f a r e p r e s e n t i n t h e r a n g e o f 0 - 3 W e i g h t p e r c e n t t o t a lt h i c k ?lm c o m p o s i t i o n . T h e g l a s s f r i t , t r a n s i t i o n m e t a l o x i d e ,p r e c u r s o r s of r a n s i t i o n m e t a l o x i d e a nd m i x t u r e s t h e r e o f a r ep r e s e n t i n t h e t o t a l t h i c k ?l m c o m p o s i t i o n i n u p t o 3 W e i g h tp e r c e n t . I n o n e embodiment, c o p p e r o x i d e i s p r e s e n t i n t h et o t a l c o m p o s i t i o n i n l e s s t h a n 2 . 0 W t . %. I n a f u r t h e re m b o d i m e n t , t h e c o p p e r o x i d e i s p r e s e n t i n t h e r a n g e o fa b o u t 0 . 1 t o 1 . 0 W e i g h t p e r c e n t o f t h e t o t a l t h i c k ?l mc o m p o s i t i o n . I n a f u r t h e r e m b o d i m e n t , t h e c o p p e r o x i d e i sp r e s e n t i n t h e amount o f a b o u t 0 . 2 - 0 . 6 W e i g h t p e r c e n t o f t h et o t a l t h i c k ?l m c o m p o s i t i o n .

O x i d e s a i d a d h e s i o n b y r e a c t i n g W i t h t h e g l a s s a n dc e r a m i c c o m p o n e n t s o f t h e s u b s t r a t e o r t h e p a s t e ( t h i c k? l m ) , t h u s f o r m i n g r e a c t i o n p r o d u c t s i n s i t u t h a t b i n d t h em e t a l c o n d u c t o r l a y e r t o t h e s u b s t r a t e s .C . O r g a n i c M e d i u m

Th e i n o r g a n i c c o m p o n e n t s a r e t y p i c a l l y d i s p e r s e d i n t o a no r g a n i c medium b y m e c h a n i c a l m i x i n g t o f o r m v i s c o u sc o m p o s i t i o n s c a l l e d p a s t e s h a v i n g s u i t a b l e c o n s i s t e n c ya n d r h e o l o g y f o r p r i n t i n g . A i d e v a r i e t y o f n e r t l i q u i d s c a nb e u s e d a s o r g a n i c medium. Th e h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s o f t h emedium m u s t b e s u c h t h a t t h e y l e n d g o o d a p p l i c a t i o np r o p e r t i e s t o t h e c o m p o s i t i o n , i n c l u d i n g : s t a b l e d i s p e r s i o n o fs o l i d s , a p p r o p r i a t e v i s c o s i t y a n d t h i x o t r o p y f o r s c r e e n p r i n ti n g , a c c e p t a b l e u n ? r e d g r e e n s t r e n g t h , a p p r o p r i a t e W e t t ab i l i t y o f t h e s u b s t r a t e a n d t h e p a s t e s o l i d s , a g o o d d r y i n gr a t e , a n d g o o d ? r i n g a n d b u r n o u t p r o p e r t i e s . T h e o r g a n i cmedi um i s t y p i c a l l y a s o l u t i o n o f p o l y m e r ( s ) i n s o l v e n t ( s ) .A d d i t i o n a l l y , a s m a l l amount o f a d d i t i v e s , such a s s u r f a ct a n t s , m a y b e a p a r t o f t h e o r g a n i c medium. The mostf r e q u e n t l y u s e d p o l y m e r f o r t h i s p u r p o s e i s e t h y l c e l l u l o s e .O t h e r e x a m p l e s o f p o l y m e r s i n c l u d e e t h y l h y d r o x y e t h y l c e ll u l o s e , Wood o s i n , m i x t u r e s o f e t h y l c e l l u l o s e a n d p h e n o l i cr e s i n s , p o l y m e t h a c r y l a t e s o f l o W e r a l c o h o l s , a n d m o n o b u t y le t h e r o f e t h y l e n e g l y c o l m o n o a c e t a t e c a n a l s o b e u s e d . Th em o s t W i d e l y u s e d s o l v e n t s f o u n d i n t h i c k ?l m c o m p o s i t i o n sa r e e s t e r a l c o h o l s and t e r p e n e s such a s a l p h a - o r b e t at e r p i n e o l o r m i x t u r e s t h e r e o f With o t h e r s o l v e n t s such a sk e r o s e n e , d i b u t y l p h t h a l a t e , b u t y l c a r b i t o l , b u t y l c a r b i t o la c e t a t e , h e x y l e n e g l y c o l a n d h i g h b o i l i n g a l c o h o l s a n da l c o h o l e s t e r s . I n a d d i t i o n , v o l a t i l e l i q u i d s f o r p r o m o t i n gr a p i d h a r d e n i n g a f t e r a p p l i c a t i o n on t h e s u b s t r a t e c a n b ei n c l u d e d i n t h e v e h i c l e . V a r i o u s c o m b i n a t i o n s o f t h e s e ando t h e r s o l v e n t s a r e f o r m u l a t e d t o o b t a i n t h e v i s c o s i t y andv o l a t i l i t y r e q u i r e m e n t s d e s i r e d .

Th e a t i o o f o r g a n i c medi um n t h e t h i c k ?l m c o m p o s i t i o nt o t h e i n o r g a n i c c o m p o n e n t s i n t h e d i s p e r s i o n i s d e p e n d e n ton t h e method o f a p p l y i n g t h e p a s t e a n d t h e k i n d o f o r g a n i cm e d i u m u s e d , a n d i t c a n v a r y . U s u a l l y , t h e d i s p e r s i o n W i l lc o n t a i n 5 0 - 9 5 Wt % f i n o r g a n i c components and 5 - 5 0 Wt %o f o r g a n i c medium v e h i c l e ) i n o r d e r t o o b t a i n g o o d c o a t i n g .

APPLICATIONTh e c o n d u c t o r c o m p o s i t i o n o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n ma y

b e u s e d i n c o n j u n c t i o n W i t h u n c u r e d c e r a m i c m a t e r i a l , s u c ha s Green TapeTM L o W T e m p e r a t u r e Co?red Ceramic( L T C C ) , and v a r i o u s o t h e r p as t e c o m p o n e n t s , t o form am u l t i l a y e r e l e c t r o n i c c i r c u i t . G r e e n T a p e T M i s t y p i c a l l y u s e da s a d i e l e c t r i c o r i n s u l a t i n g m a t e r i a l f o r m u l t i l a y e r e l e c t r o n i cc i r c u i t s . A h e e t o f G r e e n T a p e T M i s b l a n k e d W i t h r e g i s t r a t i o nh o l e s i n each c o r n e r t o a s i Z e someWhat l a r g e r t h a n t h e a c t u a ld i m e n s i o n s o f t h e c i r c u i t . To e l e c t r i c a l l y c o n n e c t v a r i o u sl a y e r s o f t h e m u l t i l a y e r c i r c u i t , v i a h o l e s a r e f o r m e d i n t h eG r e e n T a p e T M . T h i s i s t y p i c a l l y d o n e b y m e c h a n i c a l p u n c h

20

25

30

35

4 0

45

50

55

60

6 5

6i n g , h o W e v e r , a n y s u i t a b l e method ma y b e u t i l i Z e d . F o re x a m p l e , a s h a r p l y f o c u s e d l a s e r ca n be used t o v o l a t i l i Z ea n d form v i a h o l e s i n t h e Green T a p e T M .

Th e i n t e r c o n n e c t i o n s b e t W e e n l a y e r s a r e f o r m e d b y ? l l i n gt h e v i a s W i t h a t h i c k ?l m c o n d u c t i v e c o m p o s i t i o n ( v i a - ? l lc o m p o s i t i o n ) . I n t h e c a s e of t h i s i n v e n t i o n , a t h i c k ?l mc o n d u c t i v e c o m p o s i t i o n d i f f e r e n t t o t h a t d i s c l o s e d h e r e i n i st y p i c a l l y u t i l i Z e d a s a v i a - ? l l c o m p o s i t i o n . T h i s c o n d u c t i v ev i a - ? l l c o m p o s i t i o n i s u s u a l l y a p p l i e d b y s t a n d a r d s c r e e np r i n t i n g t e c h n i q u e s , h o W e v e r , a n y s u i t a b l e a p p l i c a t i o n t e c hn i q u e may b e e m p l o y e d . E a c h l a y e r o f c i r c u i t r y i s t y p i c a l l yc o m p l e t e d b y s c r e e n p r i n t i n g c o n d u c t o r t r a c k s . T h e s e t r a c k sc a n be o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , o f o t h e r s u i t a b l e c o n d u c t o rc o m p o s i t i o n s , o r a c o m b i n a t i o n t h e r e o f . A l s o , r e s i s t o r i n k so r high d i e l e c t r i c c o n s t a n t i n k s can be p r i n t e d on s e l e c t e dl a y e r ( s ) t o form r e s i s t i v e o r c a p a c i t i v e c i r c u i t e l e m e n t s .C o n d u c t o r s , r e s i s t o r s , c a p a c i t o r s a n d a n y o t h e r c o m p o n e n t sa r e t y p i c a l l y formed by c o n v e n t i o n a l s c r e e n p r i n t i n g t e c hn i q u e s .

Th e c o n d u c t o r c o m p o s i t i o n o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n ma yb e p r i n t e d on t h e o u t e r m o s t l a y e r s o f t h e c i r c u i t , e i t h e rb e f o r e o r a f t e r l a m i n a t i o n . A d d i t i o n a l l y , t h e conductor comp o s i t i o n of h e p r e s e n t i n v e n t i o n may e used o n on e o r m o r eo f t h e i n n e r l a y e r s o f t h e c i r c u i t , a s W e l l . T y p i c a l l y , t h ec o n d u c t o r c o m p o s i t i o n o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n i s n o t u s e da s a v i a ? l l c o m p o s i t i o n . I t i s u n d e r s t o o d by t h o s e s k i l l e d i nt h e a r t t h a t t h e c i r c u i t ma y c o m p r i s e b l a n k l a y e r s o r l a y e r sof d i e l e c t r i c o r i n s u l a t i n g m a t e r i a l on Which no f u n c t i o n a lc o n d u c t i v e , r e s i s t i v e , o r c a p a c i t i v e l a y e r s a r e d e p o s i t e d . Theo u t e r m o s t l a y e r s o f t h e c i r c u i t a r e u s e d t o a t t a c h compon e n t s . Components a r e t y p i c a l l y W i r e - b o n d e d , g l u e d o rs o l d e r e d t o t h e s u r f a c e of ?red p a r t s . I n t h e c a s e of aW i r e - b o n d e d c o m p o n e n t , t h e c o n d u c t o r c o m p o s i t i o n o f t h ep r e s e n t i n v e n t i o n i s p a r t i c u l a r l y u s e f u l a s i t h a s s u p e r i o rW i r e - b o n d a b i l i t y p r o p e r t i e s o v e r p r i o r a r t c o m p o s i t i o n s .

A f t e r e a c h l a y e r o f t h e c i r c u i t i s c o m p l e t e d , t h e i n d i v i d u a ll a y e r s a r e c o l l a t e d and l a m i n a t e d . A con?ned u n i a x i a l o ri s o s t a t i c p r e s s i n g d i e i s t y p i c a l l y u s e d t o e n s u r e p r e c i s ea l i g n m e n t betWeen l a y e r s . Th e a s s e m b l i e s a r e trimmed t o ana p p r o p r i a t e s i Z e e i t h e r a f t e r l a m i n a t i o n o r a f t e r ? r i n g . F i r i n gi s t y p i c a l l y c a r r i e d o u t i n a conveyor b e l t f u r n a c e o r i n a bo xf u r n a c e W i t h a programmed h e a t i n g c y c l e . Th e t a p e ma y b ee i t h e r c o n s t r a i n e d o r f r e e s i n t e r e d d u r i n g t h e ? r i n g p r o c e s s .F o r e x a m p l e , t h e m e t h o d s d i s c l o s e d i n U s. P a t . N o . 4 , 6 5 4 ,0 9 5 t o S t e i n b e r g and U s . P a t . No . 5 , 2 5 4 , 1 9 1 t o Mikeskamay be u t i l i Z e d , a s W e l l a s o t h e r s k n o W n t o t h o s e s k i l l e d i nt h e a r t .

As u s e d h e r e i n , t h e t e r m ? r i n g means h e a t i n g t h ea s s e m b l y i n an o x i d i Z i n g a t m o s p h e r e , s u c h a s a i r , t o at e m p e r a t u r e , and f o r a t i m e s u f ? c i e n t t o v o l a t i l i Z e ( b u r n - o u t )t h e o r g a n i c m a t e r i a l i n t h e l a y e r s o f t h e a s s e m b l a g e a n da l l o W r e a c t i o n a n d s i n t e r i n g o f t h e i n o r g a n i c c o m p o n e n t s o fb o t h t h e t a p e a n d c o n d u c t o r s . F i r i n g c a u s e s t h e i n o r g a n i cc o m p o n e n t s i n t h e l a y e r s , t o r e a c t o r s i n t e r , a n d t h u s d e n s i f yt h e e n t i r e a s s e m b l y , t h u s f o r m i n g a ? r e d a r t i c l e . T h i s ? r e da r t i c l e m a y be a m u l t i l a y e r e d c i r c u i t used i n telecommunic a t i o n s , m i l i t a r y o r a u t o m o t i v e a p p l i c a t i o n s ( s u c h a s a u t om o t i v e p o s i t i o n s e n s o r s , r a d a r , t r a n s m i t r e c e i v e m o d u l e s ,a n t e n n a s e t c ) .

Th e t e r m f u n c t i o n a l l a y e r r e f e r s t o t h e p r i n t e d GreenT a p e T M , W h i c h h a s c o n d u c t i v e , r e s i s t i v e , c a p a c i t i v e o rd i e l e c t r i c f u n c t i o n a l i t y . T h u s , a s i n d i c a t e d a b o v e , a t y p i c a lGreen TapeTM l a y e r may ave c o n t a i n one o r more conduct i v e t r a c e s , c o n d u c t i v e v i a s , r e s i s t o r s a n d / o r c a p a c i t o r s .

7/30/2019 Us 7326367

5/6

U S 7 , 3 2 6 , 3 6 7 B27

EXAMPLESTh e i n v e n t i o n W i l l n o W be d e s c r i b e d i n f u r t h e r d e t a i l Withp r a c t i c a l e x a m p l e s ( E x a m p l e s A - G ) . I n t h e s e e x a m p l e s , t h e

t h i c k ?l m p a s t e components and t h e i r p e r c e n t a g e s a r e l i s t e di n T a b l e 2 .

Th e t h i c k ?l m p a s t e s o f Examples A-G Were formeda c c o r d i n g t o t h e f o l l o w i n g m e t h o d o l o g y .A l l i n g r e d i e n t s Were thoroughly m i x e d i n a m i xe r on a

t h r e e r o l l m i l l o r b o t h i n o r d e r t o a c h i e v e a p p r o p r i a t ed i s p e r s i o n . Once t h e m e t a l s and o x i d e s Were s u i t a b l y d i sp e r s e d , t h e p a s t e Was f o r m u l a t e d t o t h e p r o p e r s o l i d s andv i s c o s i t y l e v e l s t h r o u g h t h e a d d i t i o n o f s o l v e n t o r r e s i nc o n t a i n i n g o r g a n i c v e h i c l e . V i s c o s i t y W a s c h o s e n ( h e r e1 5 0 - 5 0 0 P a S ) t o b e a b l e t o p r i n t c o n d u c t o r l i n e s u s i n gs t a n d a r d s c r e e n p r i n t i n g e q u i p m e n t a n d t e c h n i q u e s . Thes o l i d s l e v e l Was a l s o chosen f o r good s c r e e n p r i n t a b i l i t y , a sW e l l a s f o r o p t i m a l f u n c t i o n a l p e r f o r m a n c e ( a d h e s i o n , r e s i st i v i t y , e l e c t r i c a l c o n t a c t , e t c ) .

T e s t P r o c e d ur e s u s e d i n E x a m p l e sW i r e b o n d i n g :P a r t s Were p a t t e r n e d i n a m a n n e r Which provided 150 and3 0 0 u m b o n d i n g ? n g e r s a n d l a r g e r b o n d i n g p a d s . T h e s e

p a t t e r n e d p a r t s Were c o ? r e d a n d bonded u s i n g 2 5 an d 5 0 umg o l d W i r e u s i ng a Hughes 2460 o r K&S 4124 b o n d e rr e s p e c t i v e l y . D u r i n g t e s t i n g , b o n d s W e r e p l a c e d a t t h e c e n t e ro f t h e bond ?nger a s W e l l a s c l o s e t o t h e edge o f t h e bond? n g e r . T h i s Was done t o o b s e r v e a n y t e n d e n c y f o r m e t a l l iZ a t i o n l i f t i n g d u r i n g e i t h e r b o n d i n g o r b o n d p u l l t e s t i n g .

Bonds Were p u l l e d u s i n g a Dage S e r i e s 4000 bond e s t e r .O b s e r v a t i o n s W e r e made r e g a r d i n g b o t h t h e s t r e n g t h o f t h ebond and t h e f a i l u r e m o d e o f t h e p u l l . F a i l u r e modes Werec a t e g o r i Z e d i n s i x W a y s :

Metal - s u b s t r a t e s e p a r a t i o n u n d e r t h e b a l lBond metal s e p a r a t i o n a t t h e b a l lBreak a t t o p o f b a l lWire b r e a kBreak a t bond h e e lBond metal s e p a r a t i o n a t t h e h e e lMetal - s u b s t r a t e s e p a r a t i o n u n d e r t h e h e e lk I l - B U J I U H O

O p t i m a l l y , o n l y t y p e 2 , 3 o r 4 bond f a i l u r e s a r e o b s e r v e d .An y s e p a r a t i o n o f t h e m e t a l f r o m t h e s u b s t r a t e ( t y p e 0 , 6 )i n d i c a t e d a n a d h e s i o n i s s u e . An y s e p a r a t i o n o f t h e bond fromt h e m e t a l l i Z a t i o n i n d i c a t e d an i s s u e With b o n da b i l i t y o r bonda c c e p t a n c e . Examples A- F i n d i c a t e t h a t no t y p e 0 , 1 , 5 o r 6f a i l u r e m o d e s Were o b s e r v e d .

A n o t h e r t e s t o f t h e bond a c c e p t a n c e i n c l u d e d b o n d i n gm u l t i p l e 2 5 um W i r e s t o t h e m e t a l l i Z a t i o n . Good bondacceptance W a s d e ? n e d a s n o misses o r other e r r o r s duringt h e b o n d i n g . I n t h e e x a m p l e s c i t e d h e r e , a p p r o x i m a t e l y 1 9 2 0bonds Were formed and 75-100 Were p u l l e d f o r adhesionv a l u e s .

TABLED

DoubleA B C p r i n t E F

I n g r e d i e n t s ( W t % )Au 8 3 . 9 8 3 . 9 8 3 8 3 84Ag 1 1 1 1F r i t * 0 . 8 0 . 5 1 0 . 8CuOx 0 . 2 0 . 5 0 . 1 0 . 3 0 . 1

20

25

30

35

4 0

45

50

55

60

8TABLE - c o n t i n u e d

DDouble

A B C p r i n t E FCdO 0 0 0 . 5 0 0Bi203 0 0 1 0 0R h o d i u m complex 0 . 4 0 . 4 0 . 5 0 . 4 0 . 3O r g a n i c * * 1 3 . 7 1 3 . 7 1 4 . 9 1 4 . 3 1 3 . 8CosmeticF i r e d Appearance NG OK OK NT NT NTRe?re Appearance OK OK OK OK OK OK1 mi l Au 10 0 p u l l sM e a n 1 3 . 2 1 3 . 0 1 3 . 0 1 2 . 9 1 3 . 1 1 2 . 5S t d D e v 0 . 7 0 . 6 0 . 6 0 . 6 0 . 9 0 . 60 , 1 , 5 , 6 0 0 0 0 0Misses/1920 0 0 0 0 0bonds2 m i l Au , edge - 7 5 p u l l sM e a n 4 2 . 5 4 3 . 3 4 1 . 9 4 2 . 1 NTS t d D e v 1 . 7 1 . 7 1 . 8 2 . 10 , 1 , 5 , 6 0 0 0 02 mi l Au , center bond - 75p u l l sM e a n 4 3 . 7 4 3 . 4 4 2 . 9 4 2 . 0 40 4 2S t d D e v 2 . 9 2 . 1 1 . 9 2 . 2 2 . 1 1 . 80 , 1 , 5 , 6 0 0 0 0* T h e f r i t u s e d i n E x a m p l e s A , B , E , a n d F i s r e p r e s e n t e d b y F r i t G nT a b l e 1 .* * Th e o r g a n i c v e h i c l e f o r t h i s c o m p o s i t i o n i n c l u d e d e t h y l c e l l u l o s e , s o y al e c i t h i n a n d a p h e n o l i c r e s i n d i s p e r s e d i n a m i x t u r e o f t e x a n o l , d i e l t h y le n e g l y c o l d i b u t y l e t h e r , d i m e t h y l p h t h a l a t e , d i b u t y l p h t h a l a t e , g l y c o l e t h e ra n d p i n e o i l .

W ha t i s c l a i m e d i s :1 . A h i c k ?l m c o n d uc t i v e c o m p o s i t i o n f o r u s e i n micro

Wave a p p l i c a t i o n s c o m p r i s i n g :a ) g o l d p o W d e r ;b ) on e o r more i n o r g a n i c b i n d e r s s e l e c t e d from ( 1 ) g l a s sf r i t , s e l e c t e d f r o m t h e g r o u p c o n s i s t i n g o f 5 - 2 0 B 2 O 3 ,

1 - 4 4 S i O 2 , 3 - 2 0 A 1 2 0 3 , 0 - 1 0 N a 2 O , 0 - 4 L i 2 O , 2 - 4 1P 2 0 5 , 5 - 1 6 N a F , 0 - 9 C a O , 0 - 3 Z r O 3 , 0 - 1 9 Z n O , 0 - 2B a O , a n d 0 - 1 1 Z n F 2 ( 2 ) t r a n s i t i o n m e t a l o x i d e s a n d ( 3 )p r e c u r s o r s o f r a n s i t i o n m e t a l o x i d e s ; a n d ( 4 ) m i x t u r e st h e r e o f ; a n dc ) o r g a n i c m e d i u m

Wherein s a i d i n o r g a n i c b i n d e r s a r e l e a d f r e e and c a d m i u mf r e e .2 . The c o m p o s i t i o n o f c l a i m 1 W h e r e i n s a i d i n o r g a n i c

b i n d e r i s p r e s e n t i n an amount o f up t o 3 W e i g h t p e r c e n t ,b a s e d on t o t a l t h i c k ?l m c o m p o s i t i o n .3 . T h e c o m p o s i t i o n o f c l a i m 1 c o m p r i s i n g s a i d g l a s s f r i ti n t h e r a n g e o f 0 t o 2 . 0 W e i g h t p e r c e n t based on o t a l t h i c k? l m c o m p o s i t i o n .4 . Th e c o m p o s i t i o n o f c l a i m 1 W h e r e i n s a i d t r a n s i t i o nm e t a l o x i d e i s p r e s e n t i n t h e r a n g e o f 0 . 2 - 0 . 6 W e i g h t p e r c e n tt o t a l t h i c k ?l m c o m p o s i t i o n .5 . T h e c o m p o s i t i o n o f c l a i m 1 W h e r e i n s a i d g o l d poWderi s p r e s e n t i n t h e r a n g e o f 6 0 - 9 0 W e i g h t p e r c e n t b a s e d on o t a lt h i c k ?lm c o m p o s i t i o n .

6 . The c o m p o s i t i o n o f c l a i m 1 f u r t h e r c o m p r i s i n g s i l v e rpoWder i n t h e r a n g e o f 0 - 3 W e i g h t p e r c e n t b a s e d on t o t a lt h i c k ?lm c o m p o s i t i o n .

7 . Th e c o m p o s i t i o n o f c l a i m 1 W h e r e i n s a i d c o m p o s i t i o ni s c o m p a t i b l e W i t h l o W t e m p e r a t ur e c o - ? r e d c e r a m i c t a p e .8 . Th e c o m p o s i t i o n o f c l a i m 1 W h e r e i n s a i d g l a s s f r i t h a s

a s o f t e n i n g p o i n t i n t h e r a n g e o f 35 0 t o 8 0 0 0 C .

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6/6

U S 7 , 3 2 6 , 3 6 7 B29

9 . A ethod o f u s i n g t h e c o m p o s i t i o n o f c l a i m 1 t o f o r mh i g h f r e q u e n c y t r a n s m i t / r e c e i v e m o d u l e s o r r a d a r , c o m p r i si n g a m u l t i l a y e r c i r c u i t c o m p r i s i n g t h e f o l l o w i n g s t e p s :a ) f o r m i n g a p a t t e r n e d a r r a y o f V i a s i n a p l u r a l i t y o f l a y e r s

o f g r e e n t a p e ;b ) ? l l i n g t h e V i a s i n t h e g r e e n t a p e l a y e r ( s ) o f t e p ( a ) W i t ha t h i c k ?l m c o m p o s i t i o n ;c ) p r i n t i n g p a t t e r e d t h i c k ?l m f u n c t i o n a l l a y e r s o v e r as u r f a c e of some o r a l l o f t h e V i a - ? l l e d g r e e n t a p e l a y e r so f s t e p ( b ) ;d ) l a m i n a t i n g t h e p r i n t e d g r e e n t a p e l a y e r s o f s t e p ( c ) t oform a n a s s e m b l a g e c o m p r i s i n g a p l u r a l i t y o f un?redi n t e r c o n n e c t e d f u n c t i o n a l l a y e r s s e p a r a t e d b y u n ? r e dg r e e n t a p e ;

1 0e ) p r i n t i n g a t l e a s t o n e p a t t e r n e d l a y e r o f t h e t h i c k ?l m

c o m p o s i t i o n o f c l a i m 1 o v e r t h e a s s e m b l a g e o f t e p ( d ) ;and

f ) c o ? r i n g t h e a s s e m b l a g e a n d p a t t e r n e d l a y e r ( s ) o f s t e p( e )

1 0 . The method o f u s i n g o f c l a i m 9 t o form microWaVec i r c u i t c o m p o n e n t s s e l e c t e d f r o m t h e g r o u p c o n s i s t i n g o f :a n t e n n a , ? l t e r s , b a l u n s , beam f o r m e r , l / O s , c o u p l e r s , V i a1 0 f e e d t h r o u g h s , EM o u p l e d f e e d t h r o u g h s , W i r e b o n d c o n n e ct i o n , a n d t r a n s m i s s i o n l i n e s .