CN115461173A - 含氧化物的铜微粒及其制造方法、以及使用该含氧化物的铜微粒的烧结体的制造方法 - Google Patents

含氧化物的铜微粒及其制造方法、以及使用该含氧化物的铜微粒的烧结体的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115461173A
CN115461173A CN202180031320.1A CN202180031320A CN115461173A CN 115461173 A CN115461173 A CN 115461173A CN 202180031320 A CN202180031320 A CN 202180031320A CN 115461173 A CN115461173 A CN 115461173A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fine particles
oxide
copper
mass
copper fine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180031320.1A
Other languages
English (en)
Inventor
米泽彻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hokkaido University NUC
Original Assignee
Hokkaido University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hokkaido University NUC filed Critical Hokkaido University NUC
Publication of CN115461173A publication Critical patent/CN115461173A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/102Metallic powder coated with organic material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/16Metallic particles coated with a non-metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054Nanosized particles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B22F7/04Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G3/00Compounds of copper
    • C01G3/02Oxides; Hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0425Copper-based alloys
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/042Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling using a particular milling fluid
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/043Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/10Copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2302/00Metal Compound, non-Metallic compound or non-metal composition of the powder or its coating
    • B22F2302/25Oxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2302/00Metal Compound, non-Metallic compound or non-metal composition of the powder or its coating
    • B22F2302/45Others, including non-metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/10Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying using centrifugal force

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

一种含氧化物的铜微粒,其包含Cu64O和根据需要的Cu2O,并且被羧酸类被覆,其中,Cu64O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0.5~2.0质量%。

Description

含氧化物的铜微粒及其制造方法、以及使用该含氧化物的铜 微粒的烧结体的制造方法
技术领域
本公开涉及一种含氧化物的铜微粒及其制造方法、以及使用了该含氧化物的铜微粒的烧结体的制造方法。
背景技术
近年来,在印刷基板的制造中,作为无需以往使用的曝光和刻蚀、不排出有害的化学物质的清洁技术,利用喷墨或印刷法直接形成微细布线的被称为全印制电子(PrintFull Electronic)的技术受到关注。
上述微细布线主要通过对金属微粒进行加热使其烧结而得到。从基材等的耐热性的观点考虑,要求该金属微粒例如在低于250~350℃的温度下进行烧结。目前,大多使用能够在低温下进行烧结的银微粒,但银微粒昂贵且可能产生基于离子迁移的布线短路的影响。作为银微粒的替代,廉价且离子迁移耐性高的铜微粒受到关注,但铜微粒存在低温下不易烧结的问题,未达到实用化。
相对于此,本发明人等通过两阶段加热(专利文献1)、铜络合物墨液的导入(专利文献2)、以及使铜微粒中含有氧化亚铜(Cu2O)(专利文献3),均能够在200℃以下进行铜微粒的烧结。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2015-214722号公报
专利文献2:日本特开2017-1978号公报
专利文献3:国际公开第2019/106739号
发明内容
发明所要解决的问题
然而,在专利文献1中需要两阶段的加热(氧化处理和还原处理),在专利文献2中除了铜微粒(铜粉末)以外,还需要准备追加的铜材料(铜络合物),均需要许多工序。在专利文献3中,需要在高真空下进行烧结,为了出入真空设备而需要间歇处理,生产率变低。
本发明是鉴于这样的状况而完成的,其目的之一在于,提供一种铜微粒及其制造方法以及使用了该铜微粒的烧结体的制造方法,所述铜微粒无需两阶段的加热和追加的铜材料,通过在常压(或其以上的压力)下、200℃以下的一次加热,能得到显示充分导电性的烧结体。
用于解决问题的方案
本发明的方案1为一种含氧化物的铜微粒,所述含氧化物的铜微粒包含Cu64O和根据需要的Cu2O,并且被羧酸类被覆,其中,Cu64O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0.5~2.0质量%。
本发明的方案2为方案1所述的含氧化物的铜微粒,其中,Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0质量%以上且小于0.5质量%。
本发明的方案3为方案1所述的含氧化物的铜微粒,其中,Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0.5~2.0质量%。
本发明的方案4为一种含氧化物的铜微粒的制造方法,其为如方案1~3中任一项所述的含氧化物的铜微粒的制造方法,所述制造方法包括:准备铜微粒的工序;利用羧酸类被覆所述铜微粒的工序;以及将被羧酸类被覆的所述铜微粒添加至分散介质中并利用珠磨机或高压湿式微粒化装置使其分散的工序。
本发明的方案5为方案4所述的制造方法,其中,在惰性气体氛围下进行所述分散的工序。
本发明的方案6为方案4所述的制造方法,其中,在大气下进行所述分散的工序。
本发明的方案7为方案4~6中任一项所述的制造方法,其中,所述珠磨机的搅拌器的转速为1000rpm以上且小于3000rpm。
本发明的方案8为一种铜微粒烧结体的制造方法,其包括:将如方案1~3中任一项所述的含氧化物的铜微粒在惰性气体氛围下加热至100℃~200℃的工序。
本发明的方案9为方案8所述的制造方法,其中,所述惰性气体包含N2
本发明的方案10为方案9所述的制造方法,其中,所述惰性气体中混合有小于4体积%的H2
发明效果
根据本发明的实施方式,能够提供如下铜微粒及其制造方法以及使用该铜微粒的烧结体的制造方法,所述铜微粒无需两阶段的加热和追加的铜材料,通过常压(或其以上的压力)下、200℃以下的一次加热,能得到显示充分导电性的烧结体。
附图说明
图1是试样No.1的含氧化物的铜微粒的XRD图谱。
图2是试样No.2的含氧化物的铜微粒的XRD图谱。
图3是试样No.1的含氧化物的铜微粒的高分辨TEM图像。
图4是试样No.2的含氧化物的铜微粒的高分辨TEM图像。
图5是将试样No.1的含氧化物的铜微粒在常压、纯度4N的氮气和氢气混合气体(氢气浓度3体积%))氛围下加热至120℃后的烧结体的SEM图像。
图6是将试样No.1的含氧化物的铜微粒在常压、纯度4N的氮气和氢气混合气体(氢气浓度3体积%))氛围下加热至200℃后的烧结体的SEM图像。
图7是使用试样No.3的含氧化物的铜微粒将铜圆柱试验片1和铜圆柱试验片2在无加压下接合时的温度和压力的测线(profile)。
图8是用于对使用试样No.3的含氧化物的铜微粒将铜圆柱试验片1和铜圆柱试验片2接合时的粘接强度测定方法进行说明的示意图。
图9是表示使用试样No.3的含氧化物的铜微粒将铜圆柱试验片1与铜圆柱试验片2在无加压下接合时的粘接强度测定结果的曲线图。
图10是图9的粘接强度测定后的铜圆柱试验片1侧的断裂面的光学显微镜图像。
图11是图9的粘接强度测定后的铜圆柱试验片2侧的断裂面的光学显微镜图像。
图12是图9的粘接强度测定后的铜圆柱试验片2侧的断裂面的FE-SEM图像。
图13是使用试样No.3的含氧化物的铜微粒将铜圆柱试验片1与铜圆柱试验片2加压接合时的温度和压力的测线。
图14是表示使用试样No.3的含氧化物的铜微粒将铜圆柱试验片1和铜圆柱试验片2加压接合时的粘接强度测定结果的曲线图。
图15是图14的粘接强度测定后的铜圆柱试验片1侧的断裂面的光学显微镜图像。
图16是图14的粘接强度测定后的铜圆柱试验片2侧的断裂面的光学显微镜图像。
图17是图14的粘接强度测定后的铜圆柱试验片2侧的断裂面的FE-SEM图像。
具体实施方式
本发明人等为了实现如下铜微粒,从各种角度进行了研究,即所述铜微粒无需两阶段的加热和追加的铜材料,通过常压(或其以上的压力)下、200℃以下的一次加热,能得到显示充分导电性的烧结体。
其结果是,发现了,通过在铜微粒以特定的质量比含有Cu64O且利用羧酸类被覆,在常压(或其以上的压力)下、200℃以下的加热时,通过羧酸类的助焊剂作用,Cu64O被还原,铜微粒彼此容易结合(颈缩(necking)),结果是,无需现有技术那样的两阶段的加热和追加的铜材料,在常压(或其以上的压力)下、200℃以下的一次加热下能得到显示充分导电性的烧结体。
以下,示出本发明的实施方式所规定的各项要求的详情。
本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒包含Cu64O和根据需要的Cu2O,并且被羧酸类被覆,Cu64O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0.5~2.0质量%。即,该含氧化物的铜微粒也可以不含Cu2O,在该情况下,将Cu64O相对于Cu和Cu64O的合计质量的质量比设为0.5~2.0质量%即可。另一方面,该含氧化物的铜微粒可以含有Cu2O,在该情况下,将Cu64O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比设为0.5~2.0质量%即可。
在Cu64O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比小于0.5质量%的情况下,因Cu64O量的不足,会抑制加热时的铜原子的扩散,铜微粒彼此的结合作用减弱,通过常压(或其以上的压力)下、200℃以下的一次加热而得到的烧结体的导电性可能会变得不充分。因此,将Cu64O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比设为0.5质量%以上,优选设为1.0质量%以上。另一方面,在Cu64O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比超过2.0质量%的情况下,Cu64O量过剩,在常压(或其以上的压力)下、200℃以下的一次加热下无法充分还原Cu64O,由此得到的烧结体的导电性可能会变得不充分。
本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒可以根据需要包含Cu2O。Cu2O与Cu64O相比,不易通过羧酸类的助焊剂作用而被还原,但只要在常压(或其以上的压力)下为180℃以上、优选为200℃以上的较高温即可,至少一部分可以被还原。因此,通过使Cu64O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0.5~2.0质量%,并且在此基础上进一步包含Cu2O,进行较高温的加热,从而能够促进铜微粒的颈缩,提高由此得到的烧结体的导电性。
本发明的优选的一个实施方式是将Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比设为0质量%以上且小于0.5质量%。即,不含Cu2O(将Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比设为0质量%),或者包含Cu2O并将Cu64O相对于Cu和Cu64O的合计质量的质量比设为超过0质量%且小于0.5质量%。由此,能得到即使在更低温的加热(例如120℃以下)下也显示出充分导电性的烧结体。
本发明的优选的另一实施方式是将Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比设为0.5~2.0质量%。由此,通过例如180℃以上、进而200℃以上的高温的加热,能得到导电性更高的烧结体。
在本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒中,Cu64O和Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比可以通过获取XRD图谱并使用RIR(Reference Intensity Ratio:参考强度比)法来计算出。RIR法是根据被检成分的最强线中的扣除了引出基线所确定的背景强度而得到的积分强度,使用数据库中记载的RIR值来计算定量值的方法。在本发明的实施方式中,使用各成分的最强线(Cu(111)、Cu64O(044)以及Cu2O(111))的积分强度和各RIR值(Cu:8.86、Cu64O:4.89、Cu2O:8.28),计算出该质量比。需要说明的是,Cu(111)在2θ=43.298°的位置具有衍射峰,Cu64O(044)在2θ=40.710°的位置具有衍射峰,Cu2O(111)在2θ=36.419°的位置具有衍射峰。
本发明的优选的一个实施方式是含氧化物的铜微粒由Cu、Cu64O以及不可避免的杂质构成,Cu64O相对于Cu、Cu64O的合计质量的质量比为0.5~2.0质量%,并且含氧化物的铜微粒被羧酸类被覆。不可避免的杂质优选为2.0质量%以下,更优选为1.0质量%以下。由此,能提高烧结体的导电性。
本发明的优选的另一实施方式是含氧化物的铜微粒由Cu、Cu64O、Cu2O以及不可避免的杂质构成,Cu64O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0.5~2.0质量%,Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比超过0质量%且小于0.5质量%,并且含氧化物的铜微粒被羧酸类被覆。本发明的优选的再一实施方式是,含氧化物的铜微粒由Cu、Cu64O、Cu2O以及不可避免的杂质构成,Cu64O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0.5~2.0质量%,Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0.5~2.0质量%,并且含氧化物的铜微粒被羧酸类被覆。不可避免的杂质优选为2.0质量%以下,更优选为1.0质量%以下。由此,能提高烧结体的导电性。
需要说明的是,不可避免的杂质是指因原料、物资、制造设备等状况所带入的元素。
在本发明的实施方式中,优选Cu64O存在于含氧化物的铜微粒的表面。即,优选Cu64O存在于含氧化物的铜微粒的表面,该表面被羧酸类被覆。由此,能促进特别是在低温(例如120℃以下)下加热时的铜微粒彼此的颈缩。此时,优选具有存在于含氧化物的铜微粒的表面的Cu64O的距所述表面的厚度为5nm以下的部分。由此,特别是在低温(例如120℃以下)下加热的情况下,通过羧酸类的助焊剂作用容易还原Cu64O。Cu64O距所述表面的厚度的下限没有特别限制,例如可以为0.1nm以上。
在本发明的实施方式中,Cu64O是否存在于含氧化物的铜微粒的表面,这可以如图3和图4所示根据包含含氧化物的铜微粒的端部的高分辨TEM图像来确认。即,衍射强度高的Cu(111)面、Cu64O(044)面以及Cu2O(111)面的晶格条纹间距(面间距)分别为
Figure BDA0003911601090000071
以及
Figure BDA0003911601090000072
因此能够根据在高分辨TEM图像中出现的晶格条纹间距的差异来判别Cu、Cu64O以及Cu2O,能够确认在含氧化物的铜微粒的端部(表面)是否存在Cu64O。
本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒的平均粒径优选为20~300nm。在此“粒径”是指含氧化物的铜微粒的一次粒径且当量圆直径,“平均粒径”是指中位径。通过使平均粒径适度大,微粒间的凝聚力降低,例如在分散于分散介质中时,含氧化物的铜微粒变得容易分散。此外,通过使平均粒径适度大,作为整体能减小表面积,因此也能减少作为绝缘体的羧酸类的被覆量,容易提高烧结体的导电性。进而,作为整体能减小表面积,因此也能抑制不必要的过度的表面氧化。另一方面,通过使平均粒径适度小,容易得到均匀的表面的烧结体,不仅降低烧结体的体积电阻率,也提高高速传输性。该现象起因于表皮效果。即,在高频信号中,在导电体表面产生电流集中,因此若烧结体表面粗糙,则传输路径延伸,损失变大。通过减小构成烧结体的铜微粒的平均粒径,表面粗糙度变小,容易确保烧结体的均匀性。
上述平均粒径可以通过使用扫描型电子显微镜(SEM)随机拍摄至少10个以上含氧化物的铜微粒,测定它们的粒径来求出。
作为本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒的形状,没有特别限定,可以为球状、椭圆体形状、多边体形状(多棱锥状、立方体状、长方体状等)、板状、棒状和/或不规则形状,从分散性优异的方面考虑,优选为球状等各向同性形状。
在本发明的实施方式中,在加热时利用羧酸类的助焊剂作用,将Cu64O和根据情况的Cu2O还原。作为被覆本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒的羧酸类,例如可列举出饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、羟基酸、芳香族羧酸、萜烯系羧酸类等,可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。作为羧酸类,优选使用选自脂肪族单羧酸、脂肪族二羧酸、芳香族羧酸以及萜烯系羧酸中的至少一种以上。此外,羧酸类优选为疏水性。通过为疏水性,可以抑制保存时(非加热时)由下述式(1)表示的平衡反应,抑制由H3O+引起的腐蚀反应的进行。
Figure BDA0003911601090000081
在上述式(1)中,R例如为一价的烃基。
作为脂肪族单羧酸,碳原子数为5以上的脂肪族单羧酸显示出疏水性,因此优选。脂肪族单羧酸可以为直链状和支链状中的任意,而且也可以为饱和脂肪族单羧酸和不饱和脂肪族单羧酸中的任意。其中,优选直链状的饱和脂肪族单羧酸。此外,脂肪族单羧酸的碳原子数优选为5~18。脂肪族单羧酸可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。作为脂肪族单羧酸,碳原子数为偶数的己酸(碳原子数6)、辛酸(碳原子数8)、癸酸(碳原子数10)、月桂酸(碳原子数12)、肉豆蔻酸(碳原子数14)、棕榈酸(碳原子数16)、硬脂酸(碳原子数18)等廉价且容易获得,是优选的。
作为脂肪族二羧酸,碳原子数为6以上的脂肪族二羧酸显示出疏水性,因此优选。脂肪族二羧酸也可以为直链状和支链状中的任意,而且也可以为饱和脂肪族二羧酸和不饱和脂肪族二羧酸中的任意。其中,优选直链状的饱和脂肪族二羧酸。此外,脂肪族二羧酸的碳原子数优选为6~18。脂肪族二羧酸可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。作为脂肪族二羧酸,例如可列举出:己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、1,0-壬烷二羧酸、1,10-癸烷二羧酸、十三烷二酸(Brassylic acid)、1,12-十二烷二羧酸、1,13-十三烷二羧酸、十六碳二酸(Thapsic acid)、1,15-十五烷二羧酸、1,16-十六烷二羧酸等。
作为芳香族羧酸,例如可列举出:苯甲酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、连苯三酸(hemimellitic acid)、偏苯三酸(Trimellitic acid)、均苯三酸(Trimesicacid)等。
作为萜烯系羧酸,可以使用松香等中所包含的萜烯系羧酸。例如可列举出:松香酸、新松香酸、长叶松酸(Palustric acid)、海松酸(Pimaric acid)、异海松酸、脱氢枞酸(Dehydroabieticacid)等。
在本发明的实施方式中,羧酸类是否被覆含氧化物的铜微粒可以通过公知的质量分析法来确认,例如可以通过利用激光解吸电离(Laser Desorption Ionization:LDI)等使表面的羧酸类离子化,利用飞行时间测定法(Time of Flight:TOF)等求出质荷比来确认。
本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒的制造方法包括:准备铜微粒的工序;利用羧酸类被覆所述铜微粒的工序;将用羧酸类被覆后的所述铜微粒添加至分散介质中并利用珠磨机或高压湿式微粒化装置使其分散的工序。
以下,对各工序进行详细叙述。
<1.准备铜微粒的工序>
准备铜微粒的方法没有特别限定,可列举出气相法(溅射法、蒸发法、等离子体法等)或液相法(化学还原法、加热分解法、多元醇法等)。作为铜微粒的纯度,优选为98.0质量%以上,更优选为99.0质量%以上。由此,能提供烧结体的导电性。此外,作为铜微粒的平均粒径,优选设为20~300nm。在通过化学还原法准备铜微粒的情况下,使铜化合物分散或溶解于溶剂中,进而将还原剂和羧酸类添加至溶剂中,然后进行铜化合物的还原反应,由此可以同时进行后述的利用羧酸类被覆的工序。
<2.利用羧酸类被覆的工序>
通过使上述铜微粒和羧酸类混合,能利用羧酸类被覆铜微粒。混合时,若羧酸类为液体,则可以在羧酸类中添加铜微粒进行混合,若羧酸类为固体,则可以将羧酸类溶解于适当的溶剂中之后,添加铜微粒进行混合。作为混合时的温度,优选设为25~90℃,作为混合时间,优选设为10~180分钟。
以下,示出本发明的实施方式的<1.准备铜微粒的工序>和<2.利用羧酸类被覆的工序>的一个例子。
首先,使铜化合物分散或溶解于溶剂中,将羧酸类和还原剂添加至溶剂中,在升温等进行还原反应的条件下使其反应,生成被所述羧酸类被覆的铜微粒。
作为溶剂,可以使用极性比水低的甲醇、乙醇、2-丙醇等低级醇类、丙酮等酮类。它们可以单独使用,也可以组合使用两种以上。
作为铜化合物,可以使用在溶剂中以粒子形式分散的氧化铜(CuO)、氧化亚铜(Cu2O)、氢氧化铜(Cu(OH)2)等,或者在部分或全部量溶解于溶剂中而成为铜离子溶液的甲酸铜(Cu(HCOO)2)、乙酸铜(Cu(CH3COO)2)、硫酸铜(CuSO4)等的酸酐或水合物。
铜化合物的添加量取决于铜化合物的种类,没有特别限定,但从铜微粒的生产率、抑制反应液的粘度上升等观点考虑,优选以铜离子的浓度为0.01~5mol/L的方式添加,更优选为0.1~3mol/L。
羧酸类的添加量取决于其链长等,但从控制对于铜微粒的被覆量的观点等考虑,例如,相对于溶剂中的铜离子,优选为0.0001~4当量的范围,更优选为0.002~0.1当量的范围。
作为还原剂,可列举出肼、盐酸肼、硫酸肼、水合肼等肼系还原剂;氢氧化硼钠等氢硼酸盐;柠檬酸、抗坏血酸类。还原剂的添加量考虑与铜化合物的反应,在化学计量上确定即可。
通过加热分散或溶解了铜化合物的溶剂,从铜化合物还原成铜微粒的金属核,生成被羧酸类被覆的铜微粒。作为加热温度,优选设为25~90℃,作为加热时间,优选设为10~300分钟。
反应结束后,可以利用有机溶剂对被羧酸类被覆的铜微粒进行清洗、精制后,适当地进行分离、干燥等。
<3.利用珠磨机或高压湿式微粒化装置进行分散的工序>
将如上所述生成的被羧酸类被覆的铜微粒添加至分散介质中,利用珠磨机或高压湿式微粒化装置使其分散。通过该工序,在利用珠磨机或高压湿式微粒化装置进行分散的过程中,能借助羧酸类和分散介质适当地氧化铜微粒,其结果是,能生成Cu64O(根据情况也生成Cu2O),并且能使Cu64O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0.5~2.0质量%。需要说明的是,高压湿式微粒化装置是在充满液体(分散介质)的容器中从与增压机连接的柱塞以高压挤出(分散介质)而与陶瓷球碰撞来进行微粒化的装置,例如可列举出STAR BURST mini((株)SUGINO MACHINE制)等。由高压湿式微粒化装置进行的分散与由珠磨机进行的分散相比,分散时的由珠等引起的污染少,优选。
作为分散介质,从能使铜微粒(以及通过其氧化而生成的含氧化物的铜微粒)以高浓度分散的观点考虑,优选有机溶剂。作为有机溶剂,例如可列举出烷醇类、脂肪族多元醇类、脂环族醇类等醇系溶剂、胺系溶剂、乙酸酯等酯系溶剂、链状酮类、环状酮类等酮系溶剂、链状醚类、环状醚类等醚系溶剂、芳香族烃类等芳香族系溶剂、卤代烷类等卤素系溶剂、腈系溶剂、硝基系溶剂等。它们可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。作为分散介质的粘度,0.1Pa·s以上时铜微粒(及其氧化后生成的含氧化物的铜微粒)的分散性提高,因此优选。
从生产效率的观点考虑,分散介质中的铜微粒的添加量例如优选为30质量%以上,更优选为50质量%以上。对该添加量的上限没有特别限制,但在假定之后用作涂布液的情况下,从涂布性的观点考虑,优选为90质量%以下,更优选为80质量%以下。为了增加分散介质中的铜微粒的添加量并使其分散,只要适当调整分散介质的粘度、珠的材质(密度)、珠径(珠的个数)以及转速等即可。关于使用高压湿式微粒化装置的情况下的各种条件(例如喷出压力和以及道次数等),只要根据使用的装置的规格适当调整即可,例如在使用STARBURST mini((株)SUGINO MACHINE)的情况下,喷出压力可以设为100~245MPa,道次数没有特别限制,但从生产性的观点考虑,可以设为1~20次。
分散介质中可以根据需要包含各种添加剂。作为添加剂,可列举出偶联剂、分散剂、着色剂、色相改良剂、染料固定材料、光泽赋予剂等。
珠磨机分散时的气氛可以设为惰性气体氛围,也可以设为大气。压力没有特别限制。通过在惰性气体氛围下分散,能够生成不含Cu2O、或者Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比小于0.5质量%的含氧化物的铜微粒。作为惰性气体,可列举出氮气、氩气、氦气等,其纯度越高,越能够生成Cu2O少(或无)的含氧化物的铜微粒。作为惰性气体,从廉价且容易获得的方面考虑,优选N2,更优选例如纯度为4N以上的N2。另一方面,通过在大气中进行分散,能够生成Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0.5质量%以上的含氧化物的铜微粒。由于高压湿式微粒化装置的体系内充满液体(分散介质),因此通过高压湿式微粒化装置进行的分散时,氛围没有特别限制。
为了抑制例如羧酸类与分散介质的反应等,通过珠磨机进行的分散时的温度优选设为室温。在分散时,可以一边适当冷却一边进行,以免由于珠彼此的摩擦、与陶瓷球的碰撞等影响而成为高温。在通过高压湿式微粒化装置进行的分散时也同样,可以一边适当冷却一边进行,以免由于与陶瓷球的碰撞等影响而成为高温。
作为珠磨机的珠的材质,可以使用二氧化硅、氧化铝、氧化锆等。从高密度、耐磨耗性等观点考虑,优选使用氧化锆。作为珠径,没有特别限制,根据铜微粒的添加量等其他条件适当调整即可,例如可以设为1μm~2mm。
作为珠磨机的搅拌构件(搅拌器:agitator)的转速,从抑制铜微粒的过度的氧化、变形、融合、一体化以及过分散的方面考虑,优选低于3000rpm。另一方面,从解除铜微粒的凝聚、使其分散、使表面适当氧化的方面考虑,优选设为1000rpm以上。此外,也可以使转速变化而进行多次分散,例如也可以首先以1000~1500rpm旋转,在进行一定程度分散后将转速提高至1500~2500rpm而进行分散。
在珠磨机中的分散时间没有特别限制,根据铜微粒的添加量、分散介质和在珠磨机中使用的珠径等其他条件适当调整即可,例如可以设为10~180分钟。
通过珠磨机进行的分散结束后,使用适当的分离器(separator)将珠和含氧化物的铜微粒分离。需要说明的是,在使用高压湿式微粒化装置的情况下,与珠磨机不同,陶瓷球不进入分散液中,因此无需将陶瓷球与含氧化物的铜微粒分离。
根据以上,可以得到分散于分散介质中的本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒。分散介质可以根据需要通过干燥等去除。
在实现本发明的实施方式的目的的范围内,本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒的制造方法可以包括其他工序。
如上所述,对本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒的制造方法进行了说明,理解了本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒的所期望的特性的本领域技术人员进行了反复试验,可能发现制造本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒的方法,即上述制造方法以外的方法。
本发明的实施方式的铜微粒烧结体的制造方法包括在惰性气体氛围下将如上所述制造的含氧化物的铜微粒加热至100℃~200℃进行烧结的工序。上述的“惰性气体氛围下”可以为常压(或其以上的压力)下(即,可以为常压,也可以为比常压加压的状态)。
在本发明的实施方式中,能够在惰性气体氛围下进行烧结。所述氛围的压力可以为常压(或其以上的压力)。惰性气体氛围下的加热与真空下的加热不同,具有无需间歇处理、生产率高的优点。作为惰性气体,可列举出氮气、氩气、氦气等,从廉价且容易获得的方面考虑,优选包含氮气(N2),更优选惰性气体由高纯度(例如4N以上)的N2构成。此外,从提高烧结体的导电性的观点考虑,也可以在惰性气体中混合氢气(H2)等还原性气体。H2可以以小于爆炸下限(4体积%)与惰性气体混合,例如可以以3体积%以下进行混合。优选惰性气体由高纯度(例如4N以上)的N2构成,进而在该惰性气体中以3体积%以下混合有H2
在本发明的实施方式中,能在200℃以下进行烧结。从基材等的耐热性的观点考虑,加热温度越低越优选。另一方面,从生产性的观点考虑,例如优选设为100℃以上。更优选为120℃以上,进一步优选为150℃以上。由此,能缩短加热时间。在根据用途,基材等的耐热性高的情况下,从提高烧结体的导电性的观点考虑,可以加热至超过200℃。
在本发明的实施方式中,加热烧结时间可以根据加热温度和铜微粒的烧结体的厚度等适当调整,例如可以设为180分钟以下。从生产性的观点考虑,优选设为120分钟以下。
在本发明的实施方式的铜微粒烧结体的制造方法中,可以对本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒进行直接加热来生成烧结体,或者可以通过将该微粒分散于分散介质中,将该分散液涂布于基材上并加热,来生成烧结体。作为分散介质,从能使含氧化物的铜微粒以高浓度分散的观点考虑,优选有机溶剂。作为有机溶剂,例如可列举出:烷醇类、脂肪族多元醇类、脂环族醇类等醇系溶剂、胺系溶剂、乙酸酯等酯系溶剂、链状酮类、环状酮类等酮系溶剂、链状醚类、环状醚类等醚系溶剂、芳香族烃类等芳香族系溶剂、卤代烷类等卤素系溶剂、腈系溶剂、硝基系溶剂等。它们可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。假定将分散液用于丝网印刷,可以将分散介质设为乙二醇、丙二醇、甘油等粘性高的多元醇类,假定将分散液用于喷墨印刷,可以将分散介质设为甲醇、乙醇、2-丙醇等粘性低的低级醇。此外,直接使用本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒的制造方法中所使用的分散介质能够简化工序,优选。
分散液可以根据需要包含各种添加剂。作为添加剂,可列举出偶联剂、分散剂、着色剂、色相改良剂、染料固定材料、光泽赋予剂等。
基材可以使用有机材料或无机材料。作为有机材料,例如可列举出聚甲基丙烯酸甲酯系树脂、聚丙烯系树脂、环状聚烯烃系树脂、苯乙烯系树脂、氯乙烯系树脂、聚酯系树脂、聚酰胺系树脂、聚碳酸酯系树脂、聚砜系树脂、聚醚砜系树脂、聚酰亚胺系树脂、纤维素衍生物、氟树脂、酚醛树脂、环氧树脂等。作为无机材料,例如可列举出钠钙玻璃、硼硅酸玻璃、冕玻璃(crown glass)、含钡玻璃、含锶玻璃、含硼玻璃、低碱玻璃、无碱玻璃、结晶化透明玻璃、二氧化硅玻璃、石英玻璃以及耐热玻璃等玻璃类;氧化铝、蓝宝石、氧化锆、二氧化钛、氧化钇、氧化铟-氧化锡系复合氧化物(ITO)、掺氟的氧化锡(FTO)以及掺锑的氧化锌(AZO)等金属氧化物等。它们可以是单独一种也可以组合两种以上的复合材料。基材的厚度没有特别限定,考虑到隔着基材进行加热的情况的热传递等,优选为5mm以下。
作为分散液的涂布方法,可以使用惯用的方法,在形成布线等图案的情况下,例如,可以使用丝网印刷法、喷墨印刷法、凹版印刷法、胶版印刷法、凹版胶版印刷法、凸版印刷法、柔版印刷法、反转印刷等。布线图案的形成例如可以通过将分散液以形成所期望的图案的方式涂布于基材上,并在上述条件下进行加热来进行。
涂布量没有特别限定,例如可以设为1~100g/m2。作为烧结体的厚度,没有特别限定,例如可以设为1~100μm。
实施例
以下,列举实施例对本发明的实施方式更具体地进行说明。本发明的实施方式不受以下的实施例的限制,在能够符合上述和后述的主旨的范围内,也可以适当加以变更而实施,这些均包含在本发明的实施方式的技术的范围内。
在1L烧瓶中,相对于原料氧化铜(CuO,NISSIN CHEMCO制)0.1mol投入溶剂醇(2-丙醇或乙醇)100mL,一边用搅拌叶片充分搅拌一边以2~6mmol的范围添加己酸,利用水浴升温至70℃升温后,添加肼一水合物0.2mol,使其反应1~2小时。反应后,冷却至室温后,利用离心分离去除上清液后,使用乙醇、丙酮、甲醇等溶剂进行同样的操作,由此进行铜微粒的精制。最后,利用氮气流充分干燥,回收粉末。对所得到的粉末的水接触角进行测定,结果显示高疏水性,确认到微粒表面被己酸被覆。此外,获取所得到的粉末的XRD图谱,利用RIR法对铜(Cu)的纯度进行分析,结果为99.0质量%以上。
将上述铜微粒添加至分散介质中,利用珠磨机(NIPPON COKE&ENGINEERING(株)制,制品名:POWDER LAB)使其分散。将二丙二醇用作分散介质,上述铜微粒的含量为50质量%。珠的材质为氧化锆(ZrO2),珠径为0.03mm。就分散而言,在试样No.1中在纯度4N的氮气氛围下进行,试样No.2在大气下进行。分散时维持室温,珠磨机的搅拌器的转速最初为1000rpm进行30分钟分散,之后以2000rpm进行30分钟。分散结束后,利用分离器分离氧化锆珠,得到分散于二丙二醇中、被己酸被覆的含氧化物的铜微粒(试样No.1和2)。
获取试样No.1和2的含氧化物的铜微粒的XRD图谱。需要说明的是,XRD图谱是将试样No.1和2的含氧化物的铜微粒的分散液原样涂布于试样基板而得到的。图1和2分别示出试样No.1和2的XRD图谱。在图1和图2中,仅观察到基于Cu、Cu64O以及Cu2O的峰。可以说不可避免的杂质至多为1.0质量%以下。
关于试样No.1和2的Cu64O和Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比,使用RIR法来计算。即,使用图1和2的各成分的最强线(Cu(111)、Cu64O(044)以及Cu2O(111))中的扣除了引出基线所确定的背景强度而得到的积分强度和各RIR值(Cu:8.86,Cu64O:4.89,Cu2O:8.28),来计算出该质量比。需要说明的是,Cu(111)在2θ=43.298°的位置具有衍射峰,Cu64O(044)在2θ=40.710°的位置具有衍射峰,Cu2O(111)在2θ=36.419°的位置具有衍射峰。
获取试样No.1和2的含氧化物的铜微粒的端部的高分辨TEM图像。需要说明的是,TEM用试样是将试样No.1和2的含氧化物的铜微粒的分散液稀释并涂布于高分辨TEM用碳涂层网格上,进行真空干燥而得到的。图3和4分别示出试样No.1和2的高分辨TEM图像。需要说明的是,在基础申请(日本专利申请,日本特愿第2020-144680号)中,关于图3和图4,将原图作为案件提交书与本申请同时提出,以便能更详细地理解晶格条纹的差异。根据需要也可以参照该原图。
在图3和图4中,1所示的区域是确认到与Cu(111)的面间距对应的晶格条纹的区域,2所示的区域是确认到与Cu64O(044)的面间距对应的晶格条纹的区域,3所示的区域是确认到与Cu2O(111)的面间距对应的晶格条纹的区域。在图3和图4中,确认到一个粒子中存在Cu、Cu64O以及Cu2O。
将分散于二丙二醇中的试样No.1和2的含氧化物的铜微粒涂布于氧化铝基板上,在常压下、在两种加热时的氛围(纯度4N的氮气氛围、或纯度4N的氮气和氢气混合气体(氢气浓度3体积%)氛围)和三种加热温度(120℃、150℃、200℃)的合计六种条件下分别加热60分钟,得到烧结体。使用电阻率计(三菱化学Analytech制Loresta GP),通过四探针法测定所得到的烧结体的体积电阻率。将结果示于表1。需要说明的是,在表1中,在“加热条件”的“气氛”栏中,在纯度4N的氮气氛围下加热的情况下记载为“N2”,在纯度4N的氮气和氢气混合气体(氢气浓度3体积%)氛围下加热的情况记载为“N2-H2(3%)”。此外,试样No.2的加热条件为“压力:常压,加热温度:120℃,气氛:N2”时,烧结体的电阻值非常高(>107Ω),无法测定体积电阻率,因此在体积电阻率栏中记载为“-”。
[表1]
Figure BDA0003911601090000171
根据表1的结果,能够如下考察。表1的试样No.1和2是满足本发明的实施方式中规定的全部必要条件的例子,在常压下、200℃的加热下,体积电阻率为5.0×10-4Ω·cm以下,得到了显示充分导电性的烧结体。
试样No.1满足本发明的优选的一个实施方式的必要条件,即满足Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0质量%以上且小于0.5质量%,在常压下150℃的加热下也为1.0×10-4Ω·cm以下,得到了显示高导电性的烧结体,在常压下120℃的加热下也为5.0×10-4Ω·cm以下,得到了显示充分导电性的烧结体。
试样No.2满足本发明的优选的另一实施方式的必要条件,即满足Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0.5~2.0质量%,在常压下200℃的加热下,体积电阻率为1.5×10-5Ω·cm以下,得到了显示更高导电性的烧结体。
在试样No.1和2中,通过在加热时的惰性气体N2中混合还原性气体H2,与不含H2的情况相比,除了试样No.1的120℃下的加热以外,体积电阻率变低。
图5中示出将试样No.1的含氧化物的铜微粒在常压、纯度4N的氮气和氢气混合气体(氢气浓度3体积%))氛围下加热至120℃后的烧结体的SEM图像,图6中示出将试样No.1的含氧化物的铜微粒在常压、纯度4N的氮气和氢气混合气体(氢气浓度3体积%))氛围下加热至200℃后的烧结体的SEM图像。与图5(在120℃下加热,体积电阻率:4.6×10-4Ω·cm)相比,在图6(在200℃下加热,体积电阻率:1.9×10-5Ω·cm)中,观察到铜微粒彼此良好地颈缩。
进而,如下制作试样No.3的含氧化物的铜微粒,对于该试样No.3,调查作为接合材料的粘接强度。调查粘接强度的背景是由于近年来的功率半导体的工作温度的上升,以往用作接合材料的焊料类的熔点低,因此有时会无法得到充分的强度。因此,要求更高熔点的金属接合材料和其接合温度的低温度化。因此,为了研究本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒的作为接合材料的可应用性,调查了粘接强度。
将与试样No.1和2的情况同样地准备出的铜微粒添加到分散介质中,利用高压湿式微粒化装置(STAR BURST mini((株)SUGINO MACHINE制)使其分散。需要说明的是,将三乙醇胺用作分散介质,上述铜微粒的含量设为90质量%。此外,将分散时的喷出压力设为150MPa,使喷出后的分散液在0℃的冰浴中一边冷却一边进行分散,将其反复进行五次(即将道次数设为五次)。分散结束后,得到了分散于三乙醇胺中、被己酸被覆的含氧化物的铜微粒(试样No.3)。对于试样No.3,与试样No.1和2的情况同样地获得XRD图谱,计算Cu、Cu64O以及Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比,结果为Cu:98.8质量%,Cu64O:1.2质量%,未检测到Cu2O。
对于上述试样No.3,调查作为接合材料的粘接强度。
首先,使用试样No.3的含氧化物的铜微粒,以如下方式调查将试验片在无加压下接合时的粘接强度。
准备铜圆柱试验片1(φ5mm,高度5mm)和铜圆柱试验片2(φ12mm,高度5mm),对各自的平坦部的表面进行镜面研磨(作为研磨剂依次使用粒度#4000和粒度0.5μm的氧化铝)。研磨后,利用稀盐酸清洗铜圆柱试验片1和铜圆柱试验片2。清洗后,在铜圆柱试验片2的平坦部的一方涂布试样No.3的含氧化物的铜微粒。需要说明的是,在涂布时,使用具有圆形开口的金属掩模(φ12mm,厚度0.15mm,开口部:φ5mm),仅在该平坦部的中心部进行涂布。使铜圆柱试验片1的平坦部的一方与该涂布面(φ5mm)密合,进一步施加160g的载荷,保持30秒。之后,将铜圆柱试验片1和铜圆柱试验片2放入利用100mL/分钟的N2流而处于惰性气体氛围下的加热炉中进行加热。将加热时的温度(和压力)的测线示于图7。由图7可知,加热温度为200℃以下。
如上所述,使用试样No.3的含氧化物的铜微粒在无加压下将铜圆柱试验片1和铜圆柱试验片2接合。
使用如上接合的试验片,测定粘接强度。在图8中示出用于对粘接强度测定方法进行说明的示意图。如图8所示,利用夹具3夹住铜圆柱试验片1,将使铜圆柱试验片2沿虚线箭头的方向以1mm/分钟移动时施加的最大负荷(MPa)作为粘接强度进行评价。在图9中示出粘接强度测定结果。需要说明的是,图8中的粘接强度测定时的向虚线箭头方向的移动和负荷的检测使用自动伺服立式试验机(JSV-H1000,日本计测系统株式会社制)和手持数字测力计(HF-100,日本计测系统株式会社制)进行。根据图9,使用试样No.3的含氧化物的铜微粒在无加压下将铜圆柱试验片1和铜圆柱试验片2接合时的粘接强度为17.0MPa。
利用光学显微镜(VHX-7000,株式会社KEYENCE制)观察上述粘接强度测定后的铜圆柱试验片1和2的接合面(断裂面)。在图10中示出铜圆柱试验片1的断裂面的光学显微镜图像,在图11中示出铜圆柱试验片2的断裂面的光学显微镜图像。根据图10和图11,与铜圆柱试验片1相比,在铜圆柱试验片2中残留大量试样No.3的含氧化物的铜微粒的烧结体。进而,使用FE-SEM(JSM-6701F,日本电子株式会社制)观察铜圆柱试验片2的断裂面。在图12中示出铜圆柱试验片2的断裂面的FE-SEM图像。如图12所示,与图6同样地,试样No.3的含氧化物的铜微粒彼此良好地颈缩,确认了良好的烧结状态。因此,可认为图12所示的含氧化物的铜微粒的烧结体显示充分导电性。
接着,使用试样No.3的含氧化物的铜微粒,如下所述地调查对试验片进行加压接合时的粘接强度。
与上述同样地,在铜圆柱试验片2上涂布试样No.3的含氧化物的铜微粒。使铜圆柱试验片1的平坦部的一方与该涂布面(φ5mm)密合,进一步施加5kg的载荷,保持10秒钟。之后,将铜圆柱试验片1和铜圆柱试验片2放入利用100mL/分钟的N2流而处于惰性气体氛围下的加热炉中,一边对试验片的平坦部施加载荷一边进行加热。将加热时的温度和压力的测线示于图13。由图13可知,加热温度为200℃以下。
使用如上接合的试验片,测定粘接强度。如图8所示,利用夹具3夹住铜圆柱试验片1,将使铜圆柱试验片2沿虚线箭头方向以1mm/分钟移动时施加的最大负荷(MPa)作为粘接强度进行评价。将粘接强度测定结果示于图14。需要说明的是,使用小型台式试验机(EZ-X,株式会社岛津制作所制)进行图8中的粘接强度测定时的向虚线箭头方向的移动和负荷的检测。根据图14,使用试样No.3的含氧化物的铜微粒对铜圆柱试验片1和铜圆柱试验片2进行加压接合时的粘接强度为63.9MPa。
利用光学显微镜(VHX-7000,株式会社KEYENCE制)观察上述粘接强度测定后的铜圆柱试验片1和2的接合面(断裂面)。在图15中示出铜圆柱试验片1的断裂面的光学显微镜图像,在图16中示出铜圆柱试验片2的断裂面的光学显微镜图像。根据图15和图16,在铜圆柱试验片1和铜圆柱试验片2这两者残留有试样No.3的烧结体。进而,使用FE-SEM(JSM-6701F,日本电子株式会社制)观察铜圆柱试验片2的断裂面。在图17中示出铜圆柱试验片2的断裂面的FE-SEM图像。根据图17,试样No.3的含氧化物的铜微粒彼此良好地颈缩,确认了良好的烧结状态。因此,可认为图17所示的含氧化物的铜微粒的烧结体显示充分导电性。
本申请主张以申请日为2020年8月28日的日本专利申请、日本特愿第2020-144680号为基础申请的优先权。日本特愿第2020-144680号通过参考引用于本说明书中。
产业上的可利用性
本发明的实施方式的含氧化物的铜微粒无需两阶段的加热和追加的铜材料,通过在常压(或其以上的压力)下、200℃以下的一次加热,能得到显示充分导电性的烧结体,因此除了例如印刷基板(特别是柔性基板)的电路形成材料以及其他微小布线材料以外,作为热传导用途,还可以用作功率半导体的芯片接合(die bonding)材料。此外,也可以用作抗静电材料、电磁波屏蔽材料、红外线屏蔽材料。

Claims (10)

1.一种含氧化物的铜微粒,其包含Cu64O和根据需要的Cu2O,并且被羧酸类被覆,其中,
Cu64O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0.5~2.0质量%。
2.根据权利要求1所述的含氧化物的铜微粒,其中,
Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0质量%以上且小于0.5质量%。
3.根据权利要求1所述的含氧化物的铜微粒,其中,
Cu2O相对于Cu、Cu64O以及Cu2O的合计质量的质量比为0.5~2.0质量%。
4.一种含氧化物的铜微粒的制造方法,其为如权利要求1~3中任一项所述的含氧化物的铜微粒的制造方法,所述制造方法包括:
准备铜微粒的工序;
利用羧酸类被覆所述铜微粒的工序;以及
将用羧酸类被覆后的所述铜微粒添加至分散介质中并利用珠磨机或高压湿式微粒化装置使其分散的工序。
5.根据权利要求4所述的制造方法,其中,
在惰性气体氛围下进行所述分散的工序。
6.根据权利要求4所述的制造方法,其中,
在大气下进行所述分散的工序。
7.根据权利要求4~6中任一项所述的制造方法,其中,
所述珠磨机的搅拌器的转速为1000rpm以上且小于3000rpm。
8.一种铜微粒烧结体的制造方法,其包括:
将如权利要求1~3中任一项所述的含氧化物的铜微粒在惰性气体氛围下加热至100℃~200℃的工序。
9.根据权利要求8所述的制造方法,其中,
所述惰性气体包含N2
10.根据权利要求9所述的制造方法,其中,
所述惰性气体中混合有小于4体积%的H2
CN202180031320.1A 2020-08-28 2021-08-26 含氧化物的铜微粒及其制造方法、以及使用该含氧化物的铜微粒的烧结体的制造方法 Pending CN115461173A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-144680 2020-08-28
JP2020144680 2020-08-28
PCT/JP2021/031373 WO2022045252A1 (ja) 2020-08-28 2021-08-26 酸化物含有銅微粒子およびその製造方法、ならびにそれを用いた焼結体の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115461173A true CN115461173A (zh) 2022-12-09

Family

ID=80353412

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180031320.1A Pending CN115461173A (zh) 2020-08-28 2021-08-26 含氧化物的铜微粒及其制造方法、以及使用该含氧化物的铜微粒的烧结体的制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230173578A1 (zh)
EP (1) EP4205882A4 (zh)
JP (1) JP7507511B2 (zh)
CN (1) CN115461173A (zh)
WO (1) WO2022045252A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023191023A1 (ja) 2022-03-31 2023-10-05 京セラ株式会社 酸化物含有銅粒子、ペースト組成物、半導体装置、電気部品及び電子部品

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009060803A1 (ja) * 2007-11-05 2009-05-14 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. 銅微粒子とその製造方法及び銅微粒子分散液
WO2016125581A1 (ja) * 2015-02-06 2016-08-11 国立大学法人北海道大学 複合微粒子及び分散液並びにそれらの製造方法及び用途
CN106029261A (zh) * 2014-02-27 2016-10-12 学校法人关西大学 铜纳米粒子及其制造方法、铜纳米粒子分散液、铜纳米油墨、铜纳米粒子的保存方法和铜纳米粒子的烧结方法
CN106457407A (zh) * 2014-05-30 2017-02-22 协立化学产业株式会社 被覆铜颗粒及其制造方法
CN110181041A (zh) * 2019-05-29 2019-08-30 深圳第三代半导体研究院 一种表面进行抗氧化保护的铜颗粒、低温烧结铜膏及使用其的烧结工艺
WO2020035859A2 (en) * 2018-08-13 2020-02-20 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Ltd. Thin copper flakes for conductive inks
JP2020029392A (ja) * 2017-12-21 2020-02-27 国立大学法人北海道大学 銅酸化物粒子組成物、導電性ペースト及び導電性インク
JP2020100893A (ja) * 2018-08-17 2020-07-02 国立大学法人北海道大学 銅クラスター、混合粒子、導電性ペースト及び導電性インク
CN111526952A (zh) * 2017-11-29 2020-08-11 国立大学法人北海道大学 低温烧结性铜粒子及使用该低温烧结性铜粒子的烧结体的制造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6562196B2 (ja) 2014-05-08 2019-08-21 国立大学法人北海道大学 銅微粒子焼結体と導電性基板の製造方法
JP2017001978A (ja) 2015-06-08 2017-01-05 国立大学法人北海道大学 銅錯体の製造方法およびこれを含有する導電膜形成用組成物
JP6877474B2 (ja) 2019-03-07 2021-05-26 シスメックス株式会社 医療関係者による遺伝子情報の解釈を支援する方法、情報管理システム、統合データ管理装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009060803A1 (ja) * 2007-11-05 2009-05-14 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. 銅微粒子とその製造方法及び銅微粒子分散液
CN101835555A (zh) * 2007-11-05 2010-09-15 住友金属矿山株式会社 铜微粒和其制造方法及铜微粒分散液
CN106029261A (zh) * 2014-02-27 2016-10-12 学校法人关西大学 铜纳米粒子及其制造方法、铜纳米粒子分散液、铜纳米油墨、铜纳米粒子的保存方法和铜纳米粒子的烧结方法
CN106457407A (zh) * 2014-05-30 2017-02-22 协立化学产业株式会社 被覆铜颗粒及其制造方法
WO2016125581A1 (ja) * 2015-02-06 2016-08-11 国立大学法人北海道大学 複合微粒子及び分散液並びにそれらの製造方法及び用途
CN111526952A (zh) * 2017-11-29 2020-08-11 国立大学法人北海道大学 低温烧结性铜粒子及使用该低温烧结性铜粒子的烧结体的制造方法
JP2020029392A (ja) * 2017-12-21 2020-02-27 国立大学法人北海道大学 銅酸化物粒子組成物、導電性ペースト及び導電性インク
WO2020035859A2 (en) * 2018-08-13 2020-02-20 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Ltd. Thin copper flakes for conductive inks
JP2020100893A (ja) * 2018-08-17 2020-07-02 国立大学法人北海道大学 銅クラスター、混合粒子、導電性ペースト及び導電性インク
CN110181041A (zh) * 2019-05-29 2019-08-30 深圳第三代半导体研究院 一种表面进行抗氧化保护的铜颗粒、低温烧结铜膏及使用其的烧结工艺

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022045252A1 (ja) 2022-03-03
US20230173578A1 (en) 2023-06-08
JP7507511B2 (ja) 2024-06-28
JPWO2022045252A1 (zh) 2022-03-03
EP4205882A4 (en) 2024-01-24
EP4205882A1 (en) 2023-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5700864B2 (ja) 銅微粒子分散液、導電膜形成方法及び回路基板
CN111526952B (zh) 低温烧结性铜粒子及使用该低温烧结性铜粒子的烧结体的制造方法
JP7094331B2 (ja) 分散体並びにこれを用いた導電性パターン付構造体の製造方法及び導電性パターン付構造体
TWI527069B (zh) And a method for producing metal powder paste
TWI661012B (zh) 核殼型金屬微粒子之製造方法、核殼型金屬微粒子、導電性墨水及基板之製造方法
JP5092630B2 (ja) 微粒銀粉およびその製造方法並びにその微粒銀粉を用いた導電性ペースト用分散液
CN115461173A (zh) 含氧化物的铜微粒及其制造方法、以及使用该含氧化物的铜微粒的烧结体的制造方法
JP6446069B2 (ja) 導電性の微小粒子
JP2014185372A (ja) 銀粉
JP2019178059A (ja) 分散体の製造方法
WO2017179524A1 (ja) 銀被覆銅粉およびその製造方法
JP7482214B2 (ja) 銅粒子及びその製造方法
JP7498378B1 (ja) 銅粉及びこれを含む銅ペースト並びに導電膜の製造方法
JP2020012187A (ja) 積層体の製造方法
CN113597350B (zh) 银钯合金粉末及其应用
JP2016039008A (ja) 銅層付き基板の製造方法、及び銅層付き基板
JP2019210469A (ja) インクジェット用酸化銅インク及びこれを用いて導電性パターンを付与した導電性基板の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination