CN103183689A - 铜有机金属、用于制备铜有机金属的方法以及铜膏 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了铜有机金属、用于制备铜有机金属的方法以及铜膏。所述铜有机金属被构成为结合铜原子、[R-CO2]和基于胺的配体（L），由此使得可以进行低温烧结处理，并且与相关技术相比，在形成导电图案时具有提高的导电性。
Description
相关申请的引用
本申请要求在2011年12月27日提交的标题为“Copper Organic Metal,Method for Preparing Copper Organic Metal and Copper Paste（铜有机金属、用于制备铜有机金属的方法以及铜膏）”的韩国专利申请系列号10-2011-0143417的权益，由此将其全部内容以引用方式结合于本申请中。
技术领域
本发明涉及铜有机金属（copper organic metal）、用于制备铜有机金属的方法和铜膏（copper paste）。
背景技术
铜具有类似于银的比电阻值，但是其材料成本远低于银，从而使得目前将铜用于大多数电子元件的电线（布线，electric wiring）中。
在使用铜粉形成铜膏的情况中，铜粉自然氧化或者在烧结处理期间的加热处理时铜粉氧化等，使得其导电性劣化。
同时，已经提出了使用纳米尺寸的铜颗粒形成膏和使用所述膏形成导电图案的技术。
作为实例，专利文献1公开了其中在约350℃下对包含纳米尺寸的铜颗粒的膏进行烧结以形成铜金属线的技术。
通常，随着烧结温度升高，加剧了金属的氧化，使得导电性降低。
为了克服在上述高温烧结处理时的导电性降低，专利文献2公开了一种利用银涂覆铜颗粒的表面，从而降低铜颗粒的烧结温度的技术。然而，增加了额外的制备涂覆的银的工艺，并且增加了材料成本。
另外，在形成相关技术的由纳米尺寸的金属制成的膏的情况中，可以仅使用非极性溶液。在使用膏形成导电图案的过程中引入的其他材料如粘合剂等可溶解在极性溶剂中。因此，由于相关技术的包含纳米尺寸的金属的膏在溶剂的使用方面具有限制，所以考虑到膏组合物的粘度控制、分散性的提高等，在膏组合物的设计方面的自由度较低。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种铜有机金属，所述铜有机金属能够进行低温烧结处理并在烧结处理之后具有提高的导电性。
本发明的另一个目的是提供其设计自由度大的铜有机金属。
本发明的还另一个目的是提供一种用于制备所述铜有机金属的方法。
本发明的还另一个目的是提供一种包含所述铜有机金属的铜膏。
根据本发明的一个示例性实施方式，提供了一种铜有机金属，所述铜有机金属具有由如下式1表示的分子结构：
[化学式1]
其中R是烷基基团且L是基于胺的配体（amine based ligand）。
在这种情况下，所述基于胺的配体可包括烷基胺。
另外，所述烷基胺可以是选自R-NH2、R-NH-R'和R3-N中的任一种材料，R'是烷基基团并且R'与R相同或者与R不同。
另外，所述基于胺的配体可包含羟基（-OH）基团。
另外，所述基于胺的配体可包含HO-R-NH2。
同时，根据本发明的示例性实施方式，提供了一种用于制备铜有机金属的方法，所述方法包括：通过将链烷酸或脂肪酸溶解在氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液中来制备第一溶液；将所述第一溶液和其中溶解有铜盐的第二溶液混合；以及将铜有机金属从包含所述第一溶液和所述第二溶液的混合溶液中分离并提纯。
另外，根据本发明的示例性实施方式，提供了一种用于制备铜有机金属的方法，所述方法包括：通过将链烷酸或脂肪酸溶解在氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液中来制备第一溶液；将所述第一溶液和其中溶解有铜盐的第二溶液混合；将铜有机金属从包含所述第一溶液和所述第二溶液的混合溶液中分离并提纯；以及使所分离和提纯的铜有机金属与基于胺的溶剂反应。
所述基于胺的配体可包括烷基胺。
所述烷基胺可以是选自R-NH2、R-NH-R'和R3-N中的任一种材料，R'是烷基基团并且R'与R相同或者与R不同。
所述基于胺的配体可包含羟基（-OH）基团。
所述基于胺的配体可包含HO-R-NH2。
根据本发明的示例性实施方式，提供了一种铜膏，所述铜膏通过将普通的铜粉和如上所述的铜有机金属混合而制备。
附图说明
图1是示出根据本发明示例性实施方式的铜有机金属的分子结构的视图；
图2是示意性示出在对其中混合有铜粉和根据本发明示例性实施方式的铜有机金属的膏进行加热时颗粒状态的变化的视图；和
图3是示出用于制备根据本发明示例性实施方式的铜有机金属的方法的流程图。
具体实施方式
根据参考附图的实施方式的下列说明，本发明及其实现方法的各种优势和特征将变得显而易见。然而，本发明可以以许多不同的形式进行修改，并且其不应被限制为本文中提出的实施方式。可以提供这些实施方式使得本发明的公开内容是彻底和完整的，并将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。整个说明书中相同的附图标记表示相同的要素。
本说明书中所用的术语用于解释实施方式而不是限制本发明。除非明确说明与此相反，否则在本说明书中的单数形式包含了复数形式。措词“包含”及变体诸如“包括”或“含有”应被理解为意指包含所述成分、步骤、操作和/或要素，但是不排除任何其他成分、步骤、操作和/或要素。
在下文中，将参考附图对本发明的示例性实施方式的构造和作用效果进行更详细的说明。
图1是示出根据本发明示例性实施方式的铜有机金属的分子结构的视图。
参考图1，根据本发明示例性实施方式的铜有机金属可包含铜原子和两个结合至其的[R-CO2]离子。在此，R是指烷基基团。
另外，根据烷基基团中包含的碳数，亲水性可能增加或者疏水性可能增加。
例如，在应用具有1个碳原子的烷基基团的情况下，其与水的亲和力（affinity）最大，且在应用具有8个碳原子的烷基基团的情况下，其与醇的亲和力增加。
另外，作为基于胺的配体的L与铜原子结合。
在此，基于胺的配体可以是烷基胺或者包含羟基（-OH）基团的胺。
另外，烷基胺可以是选自R-NH2、R-NH-R'和R3-N中的任一种材料，R'是烷基基团并且R'与R相同或者与R不同。
另外，包含羟基（-OH）基团的胺可以是HO-R-NH2。
在其中基于胺的配体包括烷基胺的情况下，铜有机金属与非极性溶剂具有良好的反应性。
另外，在其中基于胺的配体是包含羟基（-OH）基团的胺的情况下，铜有机金属与极性溶剂具有良好的反应性。
因此，根据本发明另一个示例性实施方式的铜有机金属可以通过改变基于胺的配体的种类而使得铜有机金属与溶剂相容，从而包括极性或非极性，使得在设计金属膏时，可以提高自由度。
图2是示意性示出在对铜粉和混合有铜有机金属的膏进行加热时颗粒状态的变化的视图。
参考图2，在通过以适当比率将普通铜粉10和铜有机金属110混合而形成铜膏的情况下，当在低于约300℃下施加热时，铜有机金属110使得铜粉10中的结合性（组合性，combinability）提高，从而具有提高的导电性。
在这种情况下，在对铜有机金属进行加热的同时，铜有机金属中以Cu（II）状态存在的铜离子与R-CO2分离而以Cu原子的状态改变，使得形成导电图案。因此，因为铜离子变为Cu原子的反应，所以在比相关技术的温度更低的温度下进行烧结处理是可行的。
另外，在将Cu原子与基于胺的配体结合的情况中，基于胺的配体因加热而与Cu原子分离。在这种情况下，当基于胺的配体分离时，促进了R-CO2的分离，从而使得烧结温度可以进一步降低。
相关技术的普通铜膏被构成为包含铜粉和粘合剂。在对其进行加热和烧制时，通过粘合剂可以使铜颗粒相互结合。然而，由于相关技术的普通粘合剂都是电非导体（electrical nonconductor），所以在粘合剂位于铜颗粒中的情况下，导电性降低。
另外，相关技术的普通铜膏在高温烧制时被快速氧化，使得在铜颗粒的表面上形成氧化膜，从而降低导电性。
然而，如上所述的根据本发明示例性实施方式的铜有机金属可包含铜离子。随着烧结处理进行，铜离子转变为铜原子而结合在铜粉之间，使得与相关技术相比，导电性可以提高。
另外，在将根据本发明示例性实施方式的有机金属中包含的R-CO2和基于胺的配体与铜离子分离的同时，在铜颗粒表面中存在的氧化物被除去，使得导电性可以进一步提高。
同时，根据本发明示例性实施方式的铜膏可以通过将普通的铜粉和如上所述的铜有机金属混合而形成。
<实验例1>
通过改变铜粉和铜有机金属的含量来制备铜膏，并且在氮还原气氛下在200℃下将各种制备的铜膏进行烧结处理1小时，然后测量其电阻。
在此，为了制备铜膏，将环氧树脂（epoxy）、乙基纤维素、萜品醇和丁基卡必醇乙酸酯（butyl carbitol acetate）用作主要的粘合剂和溶剂。
[表1]
<表1>根据铜有机金属含量的线性电阻
参考表1，可以理解，随着铜有机金属的含量增大，线性电阻显著下降。
同时，随着铜有机金属的含量增大，铜膏的粘度增大。根据在形成导电图案的过程中容许密度（permissible density）的限制，优选控制铜有机金属的含量。
图3是示出用于制备根据本发明示例性实施方式的铜有机金属的方法的流程图。
参考图3，首先，将链烷酸或脂肪酸溶解在氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液中来制备第一溶液（S100）。
其次，将第一溶液和其中溶解有铜盐的第二溶液混合（S110）。
此时，第一溶液中包含的[R-CO2]基团和第二溶液中包含的铜原子相互离子结合（键合），使得形成铜有机金属。
然后，将铜有机金属从包含第一溶液和第二溶液的混合溶液中分离并提纯（S120）。
之后，添加基于胺的溶剂（S130）。
即，使所分离和提纯的铜有机金属与基于胺的溶剂反应，使得铜原子与基于胺的配体（L）结合，从而使得可以完成铜有机金属。
根据本发明的示例性实施方式，铜有机金属能够在还原气氛下在低于300℃下进行烧结处理，并且与相关领域相比，在烧结处理之后具有提高的导电性。
根据本发明的示例性实施方式，铜有机金属与极性溶剂或非极性溶剂具有相容性，使得包含铜有机金属的金属膏在其设计方面具有提高的自由度。
已经连同目前认为是实用的示例性实施方式的实施方式对本发明进行了说明。尽管已经描述了本发明的示例性实施方式，但是本发明也可以以各种其他组合、修改和环境使用。换言之，在本说明书中公开的本发明的概念的范围内可以对本发明进行改变或修改，所述范围等价于本发明公开内容和/或本发明所属领域的技术或知识的范围。已经提供了上述示例性实施方式以解释实施本发明的最佳状态。因此，它们可以在使用其他发明如本发明时以本发明所属领域中已知的其他状态实施，并且还可以以本发明的具体应用领域和用途中所需要的各种形式修改。因此，应理解，本发明不限于所公开的实施方式。应理解，其他实施方式也包括在所附权利要求书的精神和范围内。
Claims (12)
1.一种铜有机金属，具有由下式1表示的分子结构：
[化学式1]
其中，R是烷基基团且L是基于胺的配体。
2.根据权利要求1所述的铜有机金属，其中，所述基于胺的配体包括烷基胺。
3.根据权利要求2所述的铜有机金属，其中，所述烷基胺是选自R-NH2、R-NH-R'或R3-N中的任一种材料，R'是烷基基团并且R'与R相同或者与R不同。
4.根据权利要求1所述的铜有机金属，其中，所述基于胺的配体包含羟基（-OH）基团。
5.根据权利要求1所述的铜有机金属，其中，所述基于胺的配体包含HO-R-NH2。
6.一种用于制备具有基于胺的配体的铜有机金属的方法，包括：
通过将链烷酸或脂肪酸溶解在氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液中来制备第一溶液；
将所述第一溶液和其中溶解有铜盐的第二溶液混合；以及
将铜有机金属从包含所述第一溶液和所述第二溶液的混合溶液中分离并提纯。
7.一种用于制备具有基于胺的配体的铜有机金属的方法，包括：
通过将链烷酸或脂肪酸溶解在氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液中来制备第一溶液；
将所述第一溶液和其中溶解有铜盐的第二溶液混合；
将铜有机金属从包含所述第一溶液和所述第二溶液的混合溶液中分离并提纯；以及
使所分离和提纯的铜有机金属与基于胺的溶剂反应。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述基于胺的配体包括烷基胺。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述烷基胺是选自R-NH2、R-NH-R'和R3-N中的任一种材料，R'是烷基基团并且R'与R相同或者与R不同。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述基于胺的配体包含羟基（-OH）基团。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述基于胺的配体包含HO-R-NH2。
12.一种铜膏，包含：
铜粉；和
通过根据权利要求7所述的用于制备铜有机金属的方法制备的铜有机金属。
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