JP2009070727A - Forming method of metal nanoparticle sintered body layer having fine pattern form - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細なパターン形状を有する金属ナノ粒子焼結体層を形成する方法に関する。本発明は、特に、微細なパターン形状の描画に適用可能な、金属ナノ粒子の分散液を、目的のパターン形状で基板上に塗布し、該塗布層中に含まれる金属ナノ粒子を低温焼結処理することで、高い導電性を有する金属ナノ粒子焼結体層を基板上に形成する方法に関する。 The present invention relates to a method of forming a metal nanoparticle sintered body layer having a fine pattern shape. The present invention is particularly applicable to fine pattern shape drawing, and a dispersion of metal nanoparticles is applied on a substrate in a desired pattern shape, and the metal nanoparticles contained in the coating layer are sintered at a low temperature. It is related with the method of forming the metal nanoparticle sintered compact layer which has high electroconductivity on a board | substrate by processing.
近年の電子機器関連分野において、利用される配線基板上の配線パターンの微細化が進んでいる。また、種々の電極パターン部の形成に利用される金属薄膜層に関しても、極薄い膜厚の金属薄膜層の活用が進められている。例えば、スクリーン印刷法を利用して、微細配線形成や薄膜形成を達成する際、超ファインなパターン描画、あるいは極薄い膜厚の薄膜塗布層形成に、極めて粒子径の小さな金属微粒子分散液の応用が図られている。現時点において、前記の用途に応用可能な、金および銀の微粒子分散液が既に商品化されている。 In recent years in the field of electronic equipment, miniaturization of wiring patterns on a wiring board to be used is progressing. In addition, regarding a metal thin film layer used for forming various electrode pattern portions, utilization of an extremely thin metal thin film layer is being promoted. For example, when fine wiring formation or thin film formation is achieved using screen printing, the application of a metal particle dispersion with a very small particle diameter is required for drawing ultrafine patterns or forming thin film coating layers with extremely thin film thickness. Is planned. At present, gold and silver fine particle dispersions that can be applied to the above-mentioned applications have already been commercialized.
なかでも、金属ナノ粒子を利用して、超ファインな配線パターンを形成する方法に関して、例えば、金ナノ粒子あるいは銀ナノ粒子を用いる際には、既に方法論が確立されている。例えば、金ナノ粒子あるいは銀ナノ粒子を含む、超ファイン印刷用分散液を利用した極めて微細な回路パターンの描画と、その後、金属ナノ粒子相互の焼結を施すことにより、得られる焼結体型配線層において、配線幅および配線間スペースが5〜50μm、体積固有抵抗率が1×10-5Ω・cm以下の配線形成が可能となっている(特許文献1、特許文献2を参照)。 In particular, regarding the method of forming an ultrafine wiring pattern using metal nanoparticles, for example, when using gold nanoparticles or silver nanoparticles, a methodology has already been established. For example, a sintered-type wiring obtained by drawing an extremely fine circuit pattern using a dispersion for ultra fine printing containing gold nanoparticles or silver nanoparticles, and then performing sintering between metal nanoparticles. In the layer, it is possible to form a wiring having a wiring width and a space between the wirings of 5 to 50 μm and a volume resistivity of 1 × 10 −5 Ω · cm or less (see Patent Document 1 and Patent Document 2).
具体的には、金ナノ粒子あるいは銀ナノ粒子を含む、超ファイン印刷用分散液では、金ナノ粒子あるいは銀ナノ粒子の表面をアミン化合物などの被覆剤分子で被覆した上で、分散溶媒中に分散させている。この超ファイン印刷用分散液を所望のパターンに塗布した後、分散溶媒を蒸散させる乾燥処理を施し、さらに、金属ナノ粒子表面を被覆する被覆剤分子を加熱して除去し、金属ナノ粒子の金属表面を互いに接触させ、比較的に低温で焼結を行っている。
上記の金属ナノ粒子を低温焼結させ、金属ナノ粒子焼結体を製造する手法は、比較的に低い温度で加熱処理を施すことで、導電性に優れた金属ナノ粒子焼結体を作製することが可能である。しかし、金属ナノ粒子を被覆するアミン化合物の離脱が十分に達成できない条件では、得られる焼結体は、目的とする高い導電性を達成することができないという課題を有している。 The method for producing the metal nanoparticle sintered body by sintering the above metal nanoparticles at a low temperature is to produce a metal nanoparticle sintered body excellent in conductivity by performing heat treatment at a relatively low temperature. It is possible. However, the obtained sintered body has a problem that the intended high conductivity cannot be achieved under conditions where the separation of the amine compound covering the metal nanoparticles cannot be sufficiently achieved.
すなわち、予め、比較的に低い沸点を有する分散溶媒を蒸散させた後、さらに、加熱処理を進めると、金属ナノ粒子表面を被覆するアミン化合物は、金属表面から離脱し、該アミン化合物の気体分子となって、気相へ蒸散する。その際、金属ナノ粒子が、層状に積層されている状態では、その積層構造の内部の隙間空間は、蒸散された該アミン化合物の気体分子で占められた状態となる。すなわち、金属ナノ粒子が層状に積層されている状態では、比較的に低い沸点を有する分散溶媒が蒸散して、乾燥状態に至ると、積層構造の内部の隙間空間は、該アミン化合物の蒸気で充満された状態となり、この隙間空間の金属ナノ粒子表面からのアミン化合物の離脱は、緩やかにしか進行しなくなる。この段階でも、金属ナノ粒子の表面を被覆していたアミン化合物による被覆層は部分的に消失しているため、その被覆層が消失した局所的な領域において、金属ナノ粒子相互が接触すると、金属ナノ粒子の融着は進行し、焼結体層が形成されていく。 That is, after evaporating a dispersion solvent having a relatively low boiling point in advance, when the heat treatment is further performed, the amine compound covering the surface of the metal nanoparticles is detached from the metal surface, and the gas molecules of the amine compound are separated. And evaporates into the gas phase. At that time, in a state where the metal nanoparticles are laminated in layers, the gap space inside the laminated structure is occupied by the vaporized gas molecules of the amine compound. That is, in the state where the metal nanoparticles are laminated in layers, when the dispersion solvent having a relatively low boiling point evaporates and reaches a dry state, the interstitial space in the laminated structure is vaporized by the amine compound. It becomes a full state, and the detachment of the amine compound from the surface of the metal nanoparticles in the gap space proceeds only slowly. Even at this stage, since the coating layer of the amine compound that coats the surface of the metal nanoparticles has partially disappeared, if the metal nanoparticles contact each other in the local region where the coating layer has disappeared, The fusion of the nanoparticles proceeds and a sintered body layer is formed.
一方、全体の金属ナノ粒子の表面全体に対して、被覆層が消失した局所的な領域の比率は、その加熱温度における、隙間空間の気相中のアミン化合物分子の局所的な分圧と、金属ナノ粒子表面に吸着しているアミン化合物の面密度との間の平衡関係が達成される結果、「飽和」する。その「飽和」状態に達すると、積層構造の内部の隙間空間では、アミン化合物の離脱が停止し、また、金属ナノ粒子相互の融着も、それ以上進行できない状態となる。結果的に、形成される焼結体層中において、金属ナノ粒子相互が融着することで形成される導通経路を介して、導電性が付与されるが、金属ナノ粒子相互が融着している箇所の密度が低い場合には、全体の導電性は低い状態に留まる。換言するならば、予め、比較的に低い沸点を有する分散溶媒を蒸散させ、乾燥状態とした時点で、金属ナノ粒子相互が接触している箇所の密度が低いと、最終的に形成される焼結体層全体の導電性の低下が引き起こされる。 On the other hand, the ratio of the local region in which the coating layer disappears with respect to the entire surface of the entire metal nanoparticles is determined by the local partial pressure of the amine compound molecules in the gas phase of the gap space at the heating temperature, As a result of achieving an equilibrium relationship between the surface density of the amine compound adsorbed on the surface of the metal nanoparticle, it becomes “saturated”. When the “saturated” state is reached, the separation of the amine compound stops in the interstitial space inside the laminated structure, and the fusion between the metal nanoparticles cannot proceed any further. As a result, in the formed sintered body layer, conductivity is imparted through the conduction path formed by the fusion of the metal nanoparticles, but the metal nanoparticles are fused. When the density of the locations is low, the overall conductivity remains low. In other words, when the density of the portions where the metal nanoparticles are in contact with each other is low at the time when the dispersion solvent having a relatively low boiling point is evaporated and dried to obtain a sintered state that is finally formed. A decrease in conductivity of the entire bonded layer is caused.
また、低温焼結処理に伴って、金属ナノ粒子相互の融着が進行すると、金属ナノ粒子の積層構造の内部に存在する隙間空間は減少し、形成される焼結体層全体の嵩密度は減少する。その際、金属ナノ粒子相互が接触している箇所の密度が低いと、隙間空間の減少の程度は相対的に低くなり、最終的に形成される焼結体層全体の嵩密度は相対的に低い状態となる。換言すると、焼結体層全体の嵩密度が相対的に低い状態では、焼結体層の内部には、隙間空間が多く残留している状態となっている。金属ナノ粒子相互が接触している箇所の密度が低いと、金属ナノ粒子相互の融着に因る連結箇所の密度が低くなり、最終的に形成される焼結体層全体の機械的強度も相対的に小さくなっている。 In addition, as the fusion of metal nanoparticles progresses with the low temperature sintering process, the gap space existing inside the laminated structure of metal nanoparticles decreases, and the bulk density of the formed sintered body layer as a whole becomes Decrease. At that time, if the density of the portions where the metal nanoparticles are in contact with each other is low, the degree of reduction of the gap space is relatively low, and the bulk density of the entire sintered body layer finally formed is relatively low. It becomes a low state. In other words, when the bulk density of the entire sintered body layer is relatively low, a large amount of gap space remains inside the sintered body layer. If the density of the places where the metal nanoparticles are in contact with each other is low, the density of the connection places due to the fusion of the metal nanoparticles will be low, and the mechanical strength of the entire sintered body layer that will eventually be formed will also be low. It is relatively small.
すなわち、金属ナノ粒子相互が接触している箇所の密度が低く、また、各接触箇所において、金属ナノ粒子相互の融着に因る連結部位での接触面積が相対的に小さくなると、最終的に形成される焼結体層全体の嵩密度は相対的に低い状態となる。その際、金属ナノ粒子相互の融着に因る連結部位の密度と、その接触面積に依存する、形成される焼結体層全体の導電性、ならびに、機械的強度も相対的に低い状態となる。 That is, the density of the places where the metal nanoparticles are in contact with each other is low, and if the contact area at the connection site due to the fusion between the metal nanoparticles is relatively small at each contact place, finally, The bulk density of the formed sintered body layer is relatively low. At that time, the density of the connection sites due to the fusion of the metal nanoparticles, the conductivity of the entire sintered body layer to be formed, and the mechanical strength are relatively low depending on the contact area. Become.
本発明は、前記の課題を解決するものである。本発明の目的は、金属ナノ粒子を低温焼結させ、金属ナノ粒子焼結体を製造する際、形成される焼結体層全体の嵩密度、機械的強度、導電性の低下を抑え、例えば、微細なパターン形状に作製される焼結体層全体の導電性を、高い再現性で、体積固有抵抗率が1×10-5Ω・cm以下の範囲にすることが可能な金属ナノ粒子焼結体の製造方法を提供することにある。特には、基板上に微細なパターン形状の導電層の作製に応用できる、焼結処理温度を150℃以上、300℃以下の範囲に選択した際、焼結処理時間を1時間以下に抑えても、形成される焼結体層全体の嵩密度、機械的強度、導電性の低下を抑え、高い再現性で、例えば、得られる焼結体層全体の緻密さを高めることが可能な金属ナノ粒子焼結体の製造方法を提供することにある。更には、得られる焼結体層全体の緻密さを高めることで、その下地層と焼結体層との界面において、高い密着性を達成することが可能な金属ナノ粒子焼結体の製造方法を提供することにある。 The present invention solves the aforementioned problems. The object of the present invention is to suppress the reduction in bulk density, mechanical strength, and conductivity of the entire sintered body layer when the metal nanoparticles are sintered at low temperature to produce a metal nanoparticle sintered body. The sintered metal layer produced in a fine pattern shape has high reproducibility, and the volume resistivity is in the range of 1 × 10 −5 Ω · cm or less. It is in providing the manufacturing method of a zygote. In particular, when the sintering treatment temperature is selected in the range of 150 ° C. or more and 300 ° C. or less, which can be applied to the production of a fine patterned conductive layer on the substrate, the sintering treatment time can be suppressed to 1 hour or less. , Metal nanoparticles capable of reducing the bulk density, mechanical strength, and conductivity of the entire sintered body layer to be formed, and increasing the density of the entire sintered body layer, for example, with high reproducibility It is providing the manufacturing method of a sintered compact. Furthermore, by increasing the density of the entire sintered body layer obtained, a method for producing a metal nanoparticle sintered body capable of achieving high adhesion at the interface between the underlayer and the sintered body layer Is to provide.
本発明者らは、先ず、従来の手順・条件において、金属ナノ粒子焼結体を製造する際、形成される焼結体層全体の嵩密度、機械的強度、導電性の低下を引き起こす要因を更に詳細に検討した。その検討過程において、金属ナノ粒子の分散液を塗布した後、この塗布層に含まれる比較的に低い沸点を有する分散溶媒を蒸散させると、分散されている金属ナノ粒子は、積層構造となるが、この段階では、金属ナノ粒子の表面は、被覆剤分子層が相当の範囲で残留していることを見出した。その場合、被覆剤分子層が残余する部分では、金属ナノ粒子は、被覆剤分子層を介して、接触する状態となる。金属ナノ粒子相互が、被覆剤分子層を介して、接触する状態となる部位では、その後、加熱を行って、金属ナノ粒子の表面上の被覆剤分子を気化させ、除去を図っても、金属ナノ粒子の金属面が互いに接し、融着を引き起こす確率は低いことを見出した。 First, when manufacturing metal nanoparticle sintered bodies according to conventional procedures and conditions, the present inventors have factors that cause a decrease in the bulk density, mechanical strength, and conductivity of the entire sintered body layer to be formed. Further details were discussed. In the examination process, after applying a dispersion of metal nanoparticles, when the dispersion solvent having a relatively low boiling point contained in this coating layer is evaporated, the dispersed metal nanoparticles have a laminated structure. At this stage, the surface of the metal nanoparticles was found to have a considerable amount of coating molecule layer remaining. In that case, in the part where the coating material molecular layer remains, the metal nanoparticles are brought into contact with each other through the coating material molecular layer. At the site where the metal nanoparticles are in contact with each other via the coating molecule layer, heating is then performed to vaporize the coating molecules on the surface of the metal nanoparticles and remove the metal. It has been found that the metal surfaces of the nanoparticles are in contact with each other and have a low probability of causing fusion.
加えて、分散溶媒が蒸散され、金属ナノ粒子の周囲に残余している隙間空間が気相となると、この隙間空間中に、周辺雰囲気中に含まれる気体分子が侵入する。例えば、周辺雰囲気中に酸素分子が含まれていると、金属ナノ粒子の積層構造の表面からその内部へと、隙間を介する拡散過程に因って、酸素分子は徐々に侵入する。加熱状態において、金属ナノ粒子を覆っている被覆剤分子層が除去され、清浄な金属表面が露呈されている部位では、侵入する酸素分子に因って、表面の金属原子が酸化される。その結果、金属ナノ粒子の表面の一部に酸化被膜が形成される。勿論、表面に部分的に酸化被膜が形成された部位では、酸化被膜は、金属ナノ粒子相互の融着の進行を阻害する。例えば、金属ナノ粒子が積層した状態で、その時点で金属ナノ粒子相互が接触している箇所から、金属ナノ粒子相互の融着は開始するが、その後、金属ナノ粒子の表面に酸化被膜が形成されると、その段階で、融着の進行は停止することを見出した。 In addition, when the dispersion solvent is evaporated and the gap space remaining around the metal nanoparticles becomes a gas phase, gas molecules contained in the surrounding atmosphere enter the gap space. For example, when oxygen molecules are included in the surrounding atmosphere, oxygen molecules gradually invade from the surface of the laminated structure of metal nanoparticles into the interior due to the diffusion process through the gap. In the heated state, the metal molecule on the surface is oxidized due to the invading oxygen molecules at the site where the coating molecule layer covering the metal nanoparticles is removed and the clean metal surface is exposed. As a result, an oxide film is formed on a part of the surface of the metal nanoparticles. Of course, the oxide film inhibits the progress of fusion between the metal nanoparticles at the site where the oxide film is partially formed on the surface. For example, in a state in which metal nanoparticles are laminated, fusion of metal nanoparticles starts from the point where metal nanoparticles are in contact with each other at that time, but then an oxide film is formed on the surface of metal nanoparticles At that stage, it was found that the progress of fusion was stopped.
一方、分散溶媒に浸された状態では、金属ナノ粒子の表面を被覆している、被覆剤分子の面密度が低くなると、積層状態の金属ナノ粒子が、金属面で接触している部位の比率が急激に増し、金属ナノ粒子相互が、被覆剤分子層を介して、接触する状態となる部位の比率は急速に低下することも見出した。積層状態の金属ナノ粒子が、金属面で接触している部位では、低温加熱によって、融着が進行するため、金属ナノ粒子が、金属面で接触している部位の比率が高くなると、積層状態の金属ナノ粒子全体が、融着の進行に伴って、有意に「嵩体積の収縮」を示すことも確認された。この「嵩体積の収縮」が進むと、当初、金属ナノ粒子間に僅かな隙間が存在していた部位でも、金属ナノ粒子相互が接触し、融着が可能となる。この二次的な効果を含めて、金属ナノ粒子の表面を被覆している、被覆剤分子の面密度を低くすると、塗布層に含まれる金属ナノ粒子は、積層構造を構成し、その内部は、金属ナノ粒子相互の融着部位が高い密度で形成される。更には、個々の融着部位の接触面積は、金属ナノ粒子相互の融着が進行するとともに拡がる。従って、積層構造の内部には、金属ナノ粒子相互の融着部位が高い密度で形成され、個々の融着部位の接触面積も広くなり、「嵩体積の収縮」が十分に進行した焼結体層が形成されることを見出した。その結果、得られる焼結体層全体の嵩密度、機械的強度、導電性は優れ、例えば、焼結体層全体の導電性を、高い再現性で、体積固有抵抗率が1×10-5Ω・cm以下の範囲にすることが可能であることを見出した。 On the other hand, in the state immersed in the dispersion solvent, when the surface density of the coating molecule that covers the surface of the metal nanoparticles is low, the ratio of the portions where the metal nanoparticles in the stacked state are in contact with the metal surface It has also been found that the ratio of the sites where the metal nanoparticles contact each other via the coating agent molecular layer rapidly decreases. In the part where the metal nanoparticles in the laminated state are in contact with each other on the metal surface, the fusion proceeds by low-temperature heating. Therefore, if the ratio of the part in which the metal nanoparticles are in contact with the metal surface increases, It was also confirmed that the entire metal nanoparticles showed significantly “bulk volume shrinkage” as the fusion progressed. As this “bulk volume shrinkage” proceeds, the metal nanoparticles are brought into contact with each other even at a site where a slight gap is initially present between the metal nanoparticles, and fusion is possible. Including this secondary effect, when the surface density of the coating molecule that covers the surface of the metal nanoparticles is lowered, the metal nanoparticles contained in the coating layer constitute a laminated structure, The fusion sites between the metal nanoparticles are formed at a high density. Furthermore, the contact area of each fusion site increases as the fusion of metal nanoparticles progresses. Therefore, in the laminated structure, the fusion sites between the metal nanoparticles are formed at a high density, the contact area of each fusion site is widened, and the sintered body in which the “bulk volume shrinkage” has sufficiently progressed. It was found that a layer was formed. As a result, the bulk density, mechanical strength, and electrical conductivity of the entire sintered body layer are excellent. For example, the electrical conductivity of the entire sintered body layer is high reproducibility and the volume resistivity is 1 × 10 −5. It has been found that it is possible to make the range Ω · cm or less.
加熱処理を行っている時点で、金属ナノ粒子の表面を被覆している、被覆剤分子の面密度を低くする条件を検討した結果、金属ナノ粒子の分散液を塗布した後、この塗布層に対して、非加圧の還元性雰囲気下で、150℃〜300℃の範囲で加熱処理を施す条件が適することを確認した。すなわち、乾燥処理を施さず、非加圧の還元性雰囲気下で、塗布層に加熱処理を施すと、分散液中に含まれる分散溶媒の蒸散速度が低くなり、分散溶媒によって、金属ナノ粒子全体が浸漬されている状態で、被覆剤分子の離脱が進み、金属ナノ粒子の表面を被覆している、被覆剤分子の面密度が低くでき、緻密な金属ナノ粒子焼結体が製造されることを確認した。 As a result of investigating the conditions for reducing the surface density of the coating agent molecules covering the surface of the metal nanoparticles at the time of the heat treatment, after applying the metal nanoparticle dispersion liquid, On the other hand, it was confirmed that the conditions for performing the heat treatment in the range of 150 ° C. to 300 ° C. in a non-pressurizing reducing atmosphere were suitable. That is, when the coating layer is heated in a non-pressurizing reducing atmosphere without being dried, the transpiration rate of the dispersion solvent contained in the dispersion is lowered. In the state where the coating is immersed, the detachment of the coating molecule proceeds, the surface density of the coating molecule covering the surface of the metal nanoparticle can be lowered, and a dense sintered metal nanoparticle is produced. It was confirmed.
すなわち、加熱処理を非加圧の還元性雰囲気中で実施すると、分散溶媒の蒸散が進み、金属ナノ粒子の周囲に残余している隙間空間が気相となると、この隙間空間中に、周辺雰囲気中に含まれる気体分子が侵入するが、金属ナノ粒子の表面に酸化被膜が形成される現象が回避される。従って、酸化被膜の形成に因って、融着の進行が阻害される現象は回避されるため、積層構造の内部には、金属ナノ粒子相互の融着部位が高い密度で形成され、個々の融着部位の接触面積も広くなり、「嵩体積の収縮」が十分に進行した焼結体層が形成されることを確認した。 That is, when the heat treatment is carried out in a non-pressurizing reducing atmosphere, the transpiration of the dispersion solvent proceeds, and when the gap space remaining around the metal nanoparticles becomes a gas phase, Although gas molecules contained therein penetrate, the phenomenon that an oxide film is formed on the surface of the metal nanoparticles is avoided. Therefore, the phenomenon in which the progress of the fusion is hindered due to the formation of the oxide film is avoided, so that the fusion sites between the metal nanoparticles are formed at a high density inside the laminated structure, It was confirmed that the contact area of the fusion part was increased and a sintered body layer in which “bulk volume shrinkage” sufficiently progressed was formed.
「嵩体積の収縮」が十分に進行する結果、得られる焼結体層全体の緻密さが高くなるため、その下地層と焼結体層との界面において、高い密着性を達成することが可能であることも確認した。 As a result of sufficient progress of “bulk volume shrinkage”, the density of the entire sintered body layer is increased, so that high adhesion can be achieved at the interface between the underlying layer and the sintered body layer. It was also confirmed that.
本発明者らは、上記の一連の知見に基づき、本発明を完成するに至った。 Based on the above-described series of findings, the inventors have completed the present invention.
すなわち、本発明にかかる微細パターンの金属ナノ粒子焼結体層を形成する方法は:
基板上に、金属ナノ粒子相互の焼結体層からなる微細なパターン形状を有する導電層を形成する方法であって、
平均粒子径を1〜100nmの範囲に選択する、金属ナノ粒子を含有する分散液を用いて、目的とする微細なパターン形状を有する塗布層を基板上に描画する工程と、
前記塗布層中に含まれる金属ナノ粒子の焼成処理を行って、微細なパターン形状を有する金属ナノ粒子焼結体層を基板上に形成する工程を有し;
前記分散液中に含有される、金属ナノ粒子は、該金属ナノ粒子表面の金属原子に対して、アミノ基の窒素原子上の孤立電子対を利用して配位的な結合が可能な沸点150℃以上のアルキルアミンにより、表面を被覆されており、
前記アルキルアミンにより表面を被覆されている金属ナノ粒子は、沸点150℃以上の炭化水素溶媒中に分散されており、
該分散液中に、前記沸点150℃以上の炭化水素は、金属ナノ粒子100質量部当たり、10質量部〜100質量部の範囲で含有されており;
前記金属ナノ粒子の焼成処理は、
加熱温度を、150℃以上、300℃以下の範囲に選択して、
水素ガス、または水素ガスと不活性気体との混合気体からなる還元性雰囲気下で実施する
ことを特徴とする微細パターンの金属ナノ粒子焼結体層を形成する方法である。
That is, the method of forming a finely patterned metal nanoparticle sintered body layer according to the present invention is:
A method of forming a conductive layer having a fine pattern shape composed of sintered layers of metal nanoparticles on a substrate,
Drawing an application layer having a desired fine pattern shape on a substrate using a dispersion containing metal nanoparticles, selecting an average particle size in the range of 1 to 100 nm;
Performing a firing process of metal nanoparticles contained in the coating layer to form a metal nanoparticle sintered body layer having a fine pattern shape on a substrate;
The metal nanoparticles contained in the dispersion have a boiling point of 150, which enables a coordinate bond to a metal atom on the surface of the metal nanoparticle using a lone electron pair on a nitrogen atom of an amino group. The surface is coated with an alkylamine of ℃ or higher,
The metal nanoparticles whose surface is coated with the alkylamine are dispersed in a hydrocarbon solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher,
In the dispersion, the hydrocarbon having a boiling point of 150 ° C. or higher is contained in the range of 10 to 100 parts by mass per 100 parts by mass of the metal nanoparticles;
Firing treatment of the metal nanoparticles,
Select the heating temperature in the range of 150 ° C or higher and 300 ° C or lower,
It is a method for forming a metal nanoparticle sintered body layer having a fine pattern, which is carried out in a reducing atmosphere composed of hydrogen gas or a mixed gas of hydrogen gas and inert gas.
その際、分散液中に含有される、金属ナノ粒子が、
金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウムの金属種の群から選択される、一種の金属からなるナノ粒子、または、二種以上の金属種からなる合金のナノ粒子であることが好ましい。
At that time, metal nanoparticles contained in the dispersion,
A nanoparticle made of one kind of metal or an alloy made of two or more kinds of metal selected from the group of gold, silver, platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium and osmium. Is preferred.
本発明においては、前記金属ナノ粒子の焼成処理工程に用いる、還元性雰囲気中の水素ガスの含有率は、1体積%〜100体積%の範囲に選択されていることが好ましい。特に、前記水素ガスと不活性気体との混合気体中において、利用される前記不活性気体は、窒素、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノン、あるいは、それらの二種以上を混合したものであることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the content rate of the hydrogen gas in a reducing atmosphere used for the baking process process of the said metal nanoparticle is selected in the range of 1 volume%-100 volume%. Particularly, in the mixed gas of hydrogen gas and inert gas, the inert gas used may be nitrogen, helium, argon, krypton, xenon, or a mixture of two or more thereof. preferable.
通常、前記金属ナノ粒子の焼成処理工程において、
水素ガス、または水素ガスと不活性気体との混合気体を所定の流速で流し、
非加圧の還元性雰囲気下で、加熱がなされている形態を選択することが望ましい。
Usually, in the firing process of the metal nanoparticles,
Flow hydrogen gas or a mixed gas of hydrogen gas and inert gas at a predetermined flow rate,
It is desirable to select a form that is heated in a non-pressurizing reducing atmosphere.
加えて、前記分散液中には、
加熱した際、水素原子の供給源として機能を有する、ロジン誘導体が、金属ナノ粒子100質量部当たり、0.5質量部〜5質量部の範囲で含有されていることが好ましい。その際、前記分散液中には、前記ロジン誘導体として、
アビエチン酸、ネオアビエチン酸、パラストリン酸、レボピマール酸、ピマール酸、イソピマール酸、サンダラコピマール酸、デヒドロアビエチン酸、アクリル化ロジン、マレイン化ロジン、重合ロジン、水添ロジンのうち少なくとも一種類以上の化合物が含有されている形態を選択することが、より好ましい。
In addition, in the dispersion,
When heated, the rosin derivative having a function as a hydrogen atom supply source is preferably contained in the range of 0.5 to 5 parts by mass per 100 parts by mass of the metal nanoparticles. At that time, in the dispersion, as the rosin derivative,
At least one compound selected from abietic acid, neoabietic acid, parastrinic acid, levopimaric acid, pimaric acid, isopimaric acid, sandaracopimaric acid, dehydroabietic acid, acrylated rosin, maleated rosin, polymerized rosin, hydrogenated rosin It is more preferable to select a form in which is contained.
また、前記分散液中にロジン誘導体を含有する際には、
前記基板は、金属材料で形成される表面を有し、
該金属材料の表面には、該金属材料の酸化物を含んでなる酸化被膜が形成され、
前記酸化被膜に含まれる該金属材料の酸化物は、塩基性の金属酸化物であり、
前記ロジン誘導体を利用するフラックス処理によって、前記塩基性の金属酸化物の除去が可能である形態とすることが可能である。
When the rosin derivative is contained in the dispersion,
The substrate has a surface formed of a metal material;
An oxide film containing an oxide of the metal material is formed on the surface of the metal material,
The oxide of the metal material contained in the oxide film is a basic metal oxide,
The basic metal oxide can be removed by a flux treatment using the rosin derivative.
本発明にかかる微細パターンの金属ナノ粒子焼結体の形成方法を適用して、前記基板上に形成される、金属ナノ粒子相互の焼結体層からなる微細なパターン形状を有する導電層の一部は、ワイヤボンディング・パッドとして使用される形態とすることができる。その際、ワイヤボンディング・パッドとして使用される、金属ナノ粒子相互の焼結体層の部分は、該焼結体層の膜厚を0.5μm〜10μmの範囲に選択することが好ましい。 One of conductive layers having a fine pattern shape formed of a sintered body layer of metal nanoparticles formed on the substrate by applying the method for forming a finely patterned metal nanoparticle sintered body according to the present invention. The part may be configured to be used as a wire bonding pad. In that case, it is preferable to select the film thickness of the sintered body layer in the range of 0.5 μm to 10 μm for the part of the sintered body layer between the metal nanoparticles used as the wire bonding pad.
本発明にかかる微細パターンの金属ナノ粒子焼結体の形成方法では、先ず、アルキルアミンからなる表面被覆層を有する金属ナノ粒子の分散液を利用して、基板上に描画される微細なパターンを有する塗布膜を形成する。その際、該分散液中に、該表面被覆層を有する金属ナノ粒子を分散させるための分散溶媒として、沸点150℃以上の炭化水素溶媒を含有させている。従って、加熱温度を150℃以上、300℃以下の範囲に選択し、非加圧の還元性雰囲気下で、加熱処理を実施すると、少なくとも金属ナノ粒子を浸す程度の分散溶媒が残余している状態で、アルキルアミンは、金属ナノ粒子表面から離脱され、金属ナノ粒子の金属表面を互いに接触させることが可能となる。すなわち、金属ナノ粒子の表面は、分散溶媒による液層で覆われた状態で、金属ナノ粒子相互の融着が開始する結果、当初の塗布膜の平面形状を保持した状態で、含まれる金属ナノ粒子相互が緻密に融着した焼結体層の形成が可能となる。すなわち、金属ナノ粒子の表面を覆っている被覆剤分子のアルキルアミンは、加熱処理を行う際、分散溶媒中に一旦溶出した上、蒸散がなされるので、乾燥処理済みの金属ナノ粒子の表面を被覆している状態と比較して、より速やかに、金属表面を被覆するアルキルアミンの離脱が可能となる。引き続き、加熱処理を進めると、金属ナノ粒子を浸していた分散溶媒は全て蒸散した状態に至るが、非加圧の還元性雰囲気下では、金属ナノ粒子の表面酸化は回避されている。結果として、融着は継続して進行するため、金属ナノ粒子相互の融着部位が高い密度で形成され、個々の融着部位の接触面積も広くなり、「嵩体積の収縮」が十分に進行した焼結体層が形成される。特に、基板と焼結体層との界面においては、分散溶媒が残余する時間は相対的に長くなり、「嵩体積の収縮」が十分に進行する結果、得られる焼結体層全体の緻密さがより高くなるため、基板表面の下地層と焼結体層との界面では、高い密着性が達成される。 In the method for forming a finely patterned metal nanoparticle sintered body according to the present invention, first, a fine pattern drawn on a substrate is formed using a dispersion of metal nanoparticles having a surface coating layer made of alkylamine. The coating film which has is formed. At that time, a hydrocarbon solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher is contained in the dispersion as a dispersion solvent for dispersing the metal nanoparticles having the surface coating layer. Therefore, when the heating temperature is selected in the range of 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower and the heat treatment is performed in a non-pressurizing reducing atmosphere, a state where a dispersion solvent at least enough to immerse the metal nanoparticles remains. Thus, the alkylamine is released from the surface of the metal nanoparticles, and the metal surfaces of the metal nanoparticles can be brought into contact with each other. That is, the surface of the metal nanoparticle is covered with a liquid layer of a dispersion solvent, and as a result of the fusion of the metal nanoparticles starting, the metal nanoparticle contained therein is maintained while maintaining the original planar shape of the coating film. It is possible to form a sintered body layer in which the particles are fused closely. That is, the alkylamine of the coating molecule covering the surface of the metal nanoparticles is once eluted in the dispersion solvent and then evaporated when the heat treatment is performed. Compared to the coated state, the alkylamine covering the metal surface can be detached more quickly. Subsequently, when the heat treatment is advanced, all of the dispersion solvent in which the metal nanoparticles are immersed is evaporated, but the surface oxidation of the metal nanoparticles is avoided under a non-pressurizing reducing atmosphere. As a result, the fusion proceeds continuously, so that the fusion sites between the metal nanoparticles are formed at a high density, the contact area between the individual fusion sites is widened, and the “bulk volume shrinkage” is sufficiently advanced. The sintered body layer thus formed is formed. In particular, at the interface between the substrate and the sintered body layer, the time for which the dispersion solvent remains is relatively long, and as a result of sufficient “bulk volume shrinkage”, the resulting denseness of the entire sintered body layer Therefore, high adhesion is achieved at the interface between the base layer and the sintered body layer on the substrate surface.
以下に、本発明を詳しく説明する。 The present invention is described in detail below.
本発明にかかる微細パターンの金属ナノ粒子焼結体の製造方法では、アルキルアミンからなる表面被覆層を有する金属ナノ粒子の分散液を利用して、基板上に所望の微細なパターン形状に描画塗布された塗布層を形成する。次いで、この塗布層中に含まれる金属ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子を、非加圧の還元性雰囲気下で加熱することにより、離脱させ、金属ナノ粒子相互の融着を起こさせ、焼結体を形成している。この金属ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子を離脱させる過程では、金属ナノ粒子分散液の塗布層中に、少なくとも、金属ナノ粒子を浸す程度に分散溶媒が残留する状態を維持する。そのため、沸点150℃以上の炭化水素溶媒を分散溶媒に用い、さらに、周囲の雰囲気を非加圧の還元性雰囲気とした上で、前記炭化水素溶媒の沸点より若干低い温度で加熱を行う条件を選択し、分散溶媒の急激な気化に起因する「気泡」の発生を回避している。 In the method for producing a metal nanoparticle sintered body with a fine pattern according to the present invention, a dispersion of metal nanoparticles having a surface coating layer made of alkylamine is used to draw and apply a desired fine pattern shape on a substrate. A coated layer is formed. Next, the coating molecules covering the surface of the metal nanoparticles contained in the coating layer are released by heating in a non-pressurizing reducing atmosphere, causing fusion between the metal nanoparticles. To form a sintered body. In the process of releasing the coating agent molecules covering the surface of the metal nanoparticles, the state where the dispersion solvent remains in the coating layer of the metal nanoparticle dispersion at least to the extent that the metal nanoparticles are immersed is maintained. For this reason, a hydrocarbon solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher is used as a dispersion solvent, and the heating is performed at a temperature slightly lower than the boiling point of the hydrocarbon solvent after the surrounding atmosphere is a non-pressurizing reducing atmosphere. Selected to avoid the generation of “bubbles” due to rapid vaporization of the dispersion solvent.
前記非加圧の還元性雰囲気下において、炭化水素溶媒の沸点より若干低い温度で加熱を行うと、1気圧における沸点150℃以上の炭化水素溶媒は、「沸騰状態」ではなく、この加熱温度の液体として存在できる。その状態では、塗布層中に含まれる炭化水素溶媒は、その表面から徐々に蒸散するが、「沸騰状態」のように、急速な気化を起こし、「気泡」を形成することはない。従って、加熱に因って、塗布層中に含まれる金属ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子が離脱すると、分散性が損なわれ、金属ナノ粒子は沈降して、基板表面上に堆積して、積層構造を形成する。その際、金属ナノ粒子の粒子径が大きく、表面を被覆している被覆剤分子の離脱の程度が高い程、分散性の低下が大きく、金属ナノ粒子の粒子径が小さく、表面を被覆している被覆剤分子の離脱の程度が低い程、分散性の低下は小さい。そのため、基板表面との界面には、粒子径が大きく、被覆剤分子の離脱の程度が最も高い金属ナノ粒子が高い比率で沈積している状態となっている。一方、基板表面との界面から離れるに従って、粒子径が小さく、表面を被覆している被覆剤分子の離脱の程度が低い金属ナノ粒子の比率が増す状態となっている。基板表面に沈降した金属ナノ粒子により形成される積層構造は、前記ように厚さ方向に粒子径の分布が形成されている。この金属ナノ粒子の積層構造中、金属ナノ粒子相互の隙間を、分散溶媒が浸している状態で、その積層構造の表面を覆っている分散溶媒が徐々に蒸散する。 When heating is performed at a temperature slightly lower than the boiling point of the hydrocarbon solvent in the non-pressurizing reducing atmosphere, the hydrocarbon solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher at 1 atm is not in a “boiling state”, but at this heating temperature. Can exist as a liquid. In this state, the hydrocarbon solvent contained in the coating layer gradually evaporates from the surface, but does not cause rapid vaporization and form “bubbles” unlike the “boiling state”. Therefore, when the coating molecules that coat the surface of the metal nanoparticles contained in the coating layer are released due to heating, the dispersibility is impaired, and the metal nanoparticles settle and deposit on the substrate surface. Thus, a laminated structure is formed. At that time, the larger the particle size of the metal nanoparticles and the higher the degree of detachment of the coating molecules covering the surface, the greater the decrease in dispersibility, and the smaller the particle size of the metal nanoparticles, The lower the degree of detachment of the coating molecules that are, the smaller the decrease in dispersibility. Therefore, metal nanoparticles having a large particle diameter and the highest degree of detachment of the coating agent molecules are deposited at a high ratio at the interface with the substrate surface. On the other hand, as the distance from the interface with the substrate surface increases, the ratio of metal nanoparticles with a small particle size and a low degree of detachment of the coating agent molecules covering the surface increases. In the laminated structure formed by the metal nanoparticles settled on the substrate surface, the particle size distribution is formed in the thickness direction as described above. In the laminated structure of the metal nanoparticles, the dispersion solvent covering the surface of the laminated structure gradually evaporates in a state where the dispersion solvent is immersed in the gap between the metal nanoparticles.
一方、液相の温度Tにおいて、金属ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子は、液相中に溶解している該被覆剤分子と、吸着・脱着過程を介して、平衡状態となっている。すなわち、温度Tにおいて、金属ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子の面密度:Cabsorb(T)は、その表面を覆っている分散溶媒中に溶解している被覆剤分子の濃度:Csol(T)と、
Cabsorb(T)/Csol(T)=Kabsorb・exp{ΔEabsorb/(kT)}
で近似的に記述可能な平衡状態となっている。
On the other hand, at the temperature T of the liquid phase, the coating molecule that coats the surface of the metal nanoparticles is in an equilibrium state with the coating molecule dissolved in the liquid phase through the adsorption / desorption process. ing. That is, at the temperature T, the area density of the coating molecules covering the surface of the metal nanoparticles: C absorb (T) is the concentration of the coating molecules dissolved in the dispersion solvent covering the surface: C sol (T),
C absorb (T) / C sol (T) = K absorb · exp {ΔE absorb / (kT)}
Is in an equilibrium state that can be described approximately.
また、温度Tにおける、分散溶媒に対する、被覆剤分子の飽和溶解度:Ceq。(T)は、近似的に、
Ceq。(T)/Ceq。(T0)=exp{−ΔEsol./(kT)}/exp{−ΔEsol./(kT0)}
で記述可能な温度依存性を示す。
Further, the saturation solubility of the coating agent molecule in the dispersion solvent at the temperature T: C eq . (T) is approximately
C eq . (T) / C eq . (T 0 ) = exp {−ΔE sol. / (KT)} / exp {−ΔE sol. / (KT 0 )}
Shows the temperature dependence that can be described by.
さらに、温度Tにおける、分散溶媒中に溶解している被覆剤分子と、気相中に存在している気体状の被覆剤分子とは、気相−液相間の平衡関係にある。その際、温度Tにおける、分散溶媒中に溶解している被覆剤分子の濃度:Csol(T)と、気相中に存在する気体状の被覆剤分子の分圧:Pvapor(T)は、気相の全体圧力Ptotal(T)が一定の場合、近似的に、
Csol(T)/Csol(T0)={Pvapor(T)/Pvapor(T0)}・exp{ΔEvol./(kT)}/exp{ΔEvol./(kT0)}
で記述可能な温度依存性を示す。
Furthermore, the coating agent molecule dissolved in the dispersion solvent and the gaseous coating agent molecule existing in the gas phase at the temperature T are in an equilibrium relationship between the gas phase and the liquid phase. At that time, the concentration of the coating molecule dissolved in the dispersion solvent at the temperature T: C sol (T) and the partial pressure of the gaseous coating molecule existing in the gas phase: P vapor (T) When the total pressure P total (T) in the gas phase is constant,
C sol (T) / C sol (T 0 ) = {P vapor (T) / P vapor (T 0 )} · exp {ΔE vol. / (KT)} / exp {ΔE vol. / (KT 0 )}
Shows the temperature dependence that can be described by.
従って、室温(T1)では、塗布された分散液中においては、分散溶媒中に溶解している被覆剤分子の濃度:Csol(T1)と平衡する面密度Cabsorb(T1)で、金属ナノ粒子表面を被覆剤分子が覆っている。温度を上昇させると、金属ナノ粒子表面を被覆している被覆剤分子の離脱が進み、分散溶媒中に溶解している被覆剤分子の濃度:Csol(T)は上昇する。その際、金属ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子の面密度:Cabsorb(T)は、当初の面密度Cabsorb(T1)から大幅に減少する。その結果、加熱温度Tでは、金属ナノ粒子の表面の相当部分は、被覆剤分子が被覆していない状態となり、分散性が大幅に低下し、沈降する。そして、沈降した金属ナノ粒子相互は、金属表面を接触した状態となり、融着を開始する。 Thus, the room temperature (T 1), During coated dispersion, the concentration of the coating agent molecules dissolved in the dispersion solvent: in C sol (T 1) and the equilibrium surface density C absorb (T 1) The surface of the metal nanoparticles is covered with coating molecules. When the temperature is raised, the release of the coating molecules covering the surface of the metal nanoparticles proceeds, and the concentration of the coating molecules dissolved in the dispersion solvent: C sol (T) increases. At that time, the surface density of the coating molecules covering the surface of the metal nanoparticles: C absorb (T) is greatly reduced from the initial surface density C absorb (T 1 ). As a result, at the heating temperature T, a considerable portion of the surface of the metal nanoparticles is not coated with the coating agent molecules, and the dispersibility is significantly lowered and settles. Then, the precipitated metal nanoparticles are brought into contact with the metal surface and start fusion.
一方、加熱処理を進める間に、分散溶媒の蒸散が進み、同様に、その中に溶解している被覆剤分子の蒸散も進む。金属ナノ粒子の分散液の塗布層中に含有される、分散溶媒と被覆剤分子との含有比率を比較すると、加熱処理開始時は、分散溶媒の含有比率が格段に高い。そのため、含有比率が格段に高い分散溶媒の蒸散速度は、被覆剤分子の蒸散速度より優っているため、分散溶媒の蒸散が優先して進行する。その結果、実際に蒸散が進行している塗布層の表面では、分散溶媒中に溶解している被覆剤分子の濃縮が進む。 On the other hand, as the heat treatment proceeds, the transpiration of the dispersion solvent proceeds, and similarly, the transpiration of the coating agent molecules dissolved therein also proceeds. When the content ratio of the dispersion solvent and the coating agent molecules contained in the coating layer of the dispersion liquid of metal nanoparticles is compared, the content ratio of the dispersion solvent is remarkably high at the start of the heat treatment. Therefore, the transpiration rate of the dispersion solvent having a remarkably high content ratio is superior to the transpiration rate of the coating agent molecule, and thus the transpiration of the dispersion solvent proceeds with priority. As a result, the concentration of coating molecules dissolved in the dispersion solvent proceeds on the surface of the coating layer where transpiration is actually proceeding.
この被覆剤分子の濃縮が進むと、分散溶媒中に溶解している被覆剤分子の濃度:Csol(T)は急速に上昇する。基板表面上に積層構造を形成して、沈降した金属ナノ粒子相互の融着が進行する段階で、分散溶媒中に溶解している被覆剤分子の濃度:Csol(T)は急速に上昇すると、その金属ナノ粒子表面への被覆剤分子の再吸着が引き起こされる。その結果、金属ナノ粒子表面を被覆する被覆剤分子の面密度:Cabsorbは、加熱開始後、当初の面密度Cabsorb(T1)から減少して、一旦極小値を示すが、その後、再び上昇する。金属ナノ粒子表面を被覆する被覆剤分子の面密度:Cabsorbが、その加熱温度Tにおける閾値:Cabsorb-0(T)を超えると、金属ナノ粒子相互の融着の進行が阻害を受ける。 As the concentration of the coating molecules proceeds, the concentration of the coating molecules dissolved in the dispersion solvent: C sol (T) increases rapidly. The concentration of the coating molecule dissolved in the dispersion solvent: C sol (T) rapidly rises at the stage where the deposited metal nanoparticles are fused to each other by forming a laminated structure on the substrate surface. , Causing re-adsorption of coating molecules on the surface of the metal nanoparticles. As a result, the surface density of the coating molecule covering the surface of the metal nanoparticle: C absorb decreases from the initial surface density C absorb (T 1 ) after the start of heating, and once shows a minimum value. To rise. When the surface density of the coating molecule covering the surface of the metal nanoparticle: C absorb exceeds the threshold at the heating temperature T: C absorb-0 (T), the progress of fusion between the metal nanoparticles is inhibited.
更に、分散溶媒の蒸散が進み、分散溶媒が完全に蒸散する段階に至ると、金属ナノ粒子表面は、被覆剤分子の再吸着によって、少なくとも、その表面全体を被覆剤分子層で緻密に被覆された状態まで戻っている。その後、非加圧の雰囲気に曝された、金属ナノ粒子表面を覆う被覆剤分子は、再び、離脱し、気体となって、離散を開始する。そのため、金属ナノ粒子表面を被覆する被覆剤分子の面密度:Cabsorbが、徐々に減少し、閾値:Cabsorb-0(T)より低くなると、金属ナノ粒子相互の融着が再開される。 Furthermore, when the dispersion solvent evaporates and the dispersion solvent completely evaporates, the surface of the metal nanoparticle is densely coated with the coating molecule layer at least over the entire surface by re-adsorption of the coating molecule. It has returned to the state. Thereafter, the coating molecule covering the surface of the metal nanoparticle exposed to the non-pressurized atmosphere is detached again, becomes a gas, and starts discrete. Therefore, when the surface density of the coating molecule covering the surface of the metal nanoparticle: C absorb gradually decreases and becomes lower than the threshold value: C absorb-0 (T), the fusion between the metal nanoparticles is resumed.
但し、金属ナノ粒子表面が曝される非加圧の雰囲気中に、酸素分子が存在していると、被覆剤分子が離脱した金属表面に、その加熱温度において、酸素分子が作用する結果、表面の酸化が進行する。この表面酸化に因って、金属ナノ粒子表面に酸化被膜が形成されると、金属ナノ粒子相互の融着の進行が阻害を受ける。本発明では、非加圧の還元性雰囲気下において、加熱処理を進めることで、前記の金属ナノ粒子表面に酸化被膜が形成される現象を回避している。その結果、非加圧の還元性雰囲気に曝された、金属ナノ粒子表面を覆う被覆剤分子は、再び、離脱し、気体となって、離散を開始すると、金属ナノ粒子相互の融着が再開される。最終的に、基板上に、金属ナノ粒子が緻密な密度で低温焼結している焼結体層が形成される。 However, if oxygen molecules are present in the non-pressurized atmosphere to which the metal nanoparticle surface is exposed, the oxygen molecules act on the metal surface from which the coating agent molecules are detached at the heating temperature. Oxidation proceeds. Due to this surface oxidation, when an oxide film is formed on the surface of the metal nanoparticles, the progress of fusion between the metal nanoparticles is inhibited. In the present invention, a phenomenon in which an oxide film is formed on the surface of the metal nanoparticles is avoided by proceeding the heat treatment in a non-pressurizing reducing atmosphere. As a result, the coating molecule covering the surface of the metal nanoparticles exposed to the non-pressurizing reducing atmosphere is detached again, becomes a gas, and starts to dissociate. Is done. Finally, a sintered body layer in which the metal nanoparticles are sintered at a low density at a low density is formed on the substrate.
まず、本発明の方法では、表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子を含有する分散液を用いて、目的とする微細なパターン形状に、該分散液の塗布層を描画する。その際、分散質とする表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子の平均粒子径は、100nm以下であり、極めて微細なパターンの形成にも応用できる。 First, in the method of the present invention, a coating layer of the dispersion is drawn in a desired fine pattern shape using a dispersion containing metal nanoparticles having a coating agent molecular layer on the surface. In that case, the average particle diameter of the metal nanoparticle which has a coating agent molecular layer on the surface made into a dispersoid is 100 nm or less, and it can apply also to formation of a very fine pattern.
例えば、本発明にかかる微細パターンの金属ナノ粒子焼結体の製造方法では、目的とする微細なパターン形状の描画精度は十分高く、その微細なパターンの最小の配線幅を、1〜300μmの範囲、実用的には、5〜200μmの範囲に、対応させて、最小の配線間スペースを、1〜300μmの範囲、実用的には、5〜200μmの範囲に選択する際に、より好適な方法となる。 For example, in the method for producing a metal nanoparticle sintered body with a fine pattern according to the present invention, the drawing accuracy of the desired fine pattern shape is sufficiently high, and the minimum wiring width of the fine pattern is in the range of 1 to 300 μm. In practice, it is more suitable for selecting the minimum inter-wiring space in the range of 1 to 300 μm, and practically in the range of 5 to 200 μm, corresponding to the range of 5 to 200 μm. It becomes.
前記最小の配線幅を考慮して、その精度に対応可能な、焼結体層の形成に用いる金属ナノ粒子として、少なくとも、平均粒子径が100nm以下のナノ粒子を利用している。一方、前記数μm程度の最小の配線幅(WLmin)に対応して、焼結体層の膜厚(tL)もサブμm〜数μmの範囲に選択される。そのため、かかる膜厚における平坦性を十分に満足させる観点からも、使用する金属ナノ粒子の平均粒子径は、1〜100nmの範囲に、より好ましくは、1〜20nmの範囲に選択する。少なくとも、本発明にかかる金属ナノ粒子焼結体の製造方法を、微細なパターンの形成に適用する際には、前記の極めて微細なパターンを、ナノ粒子の分散液を用いて、高い配線幅の均一性で描画する上では、使用するナノ粒子の平均粒子径は、目標とする最小の配線幅(WLmin)ならびに最小の配線間スペース(WSmin)に対して、その1/10以下に選択することが望ましい。同時に、最小の配線幅(WLmin)に応じて、焼結体配線層の層厚も適宜決定されるが、通常、最小の配線幅(WLmin)と比較し、焼結体層の層厚(tL)は有意に小さな形態である。通常、最小の配線幅(WLmin)と焼結体層の膜厚(tL)の比率:tL/WLminは、1/100≦(tL/WLmin)≦1、好ましくは1/50≦(tL/WLmin)≦1/2の範囲に選択される。その際、ナノ粒子の平均粒子径を、1〜100nmの範囲に、より好ましくは、1〜20nmの範囲に選択することで、焼結体層の層厚(tL)のバラツキ、局所的な高さの不均一を抑制することが可能となる。 In consideration of the minimum wiring width, at least nanoparticles having an average particle diameter of 100 nm or less are used as metal nanoparticles that can be used for forming a sintered body layer that can cope with the accuracy. On the other hand, corresponding to the minimum wiring width (W Lmin ) of about several μm, the film thickness (t L ) of the sintered body layer is also selected in the range of sub μm to several μm. Therefore, also from the viewpoint of sufficiently satisfying the flatness in the film thickness, the average particle diameter of the metal nanoparticles to be used is selected in the range of 1 to 100 nm, more preferably in the range of 1 to 20 nm. At least, when applying the method for producing a metal nanoparticle sintered body according to the present invention to the formation of a fine pattern, the above-mentioned extremely fine pattern is formed using a nanoparticle dispersion liquid with a high wiring width. When drawing with uniformity, the average particle size of the nanoparticles used is selected to be less than 1/10 of the target minimum wiring width (W Lmin ) and minimum inter-wiring space (W Smin ). It is desirable to do. At the same time, the layer thickness of the sintered body wiring layer is also appropriately determined according to the minimum wiring width (W Lmin ), but the layer thickness of the sintered body layer is usually compared with the minimum wiring width (W Lmin ). (T L ) is a significantly smaller form. Usually, the ratio between the minimum wiring width (W Lmin ) and the thickness of the sintered body layer (t L ): t L / W Lmin is 1/100 ≦ (t L / W Lmin ) ≦ 1, preferably 1 / A range of 50 ≦ (t L / W Lmin ) ≦ 1/2 is selected. At that time, by selecting the average particle size of the nanoparticles in the range of 1 to 100 nm, more preferably in the range of 1 to 20 nm, variation in the layer thickness (t L ) of the sintered body layer, local It becomes possible to suppress unevenness in height.
本発明にかかる金属ナノ粒子焼結体の製造方法は、使用する表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子の平均粒子径は、1〜100nmの範囲に、より好ましくは、1〜20nmの範囲に選択することで、平均膜厚がサブμm〜数μm、例えば、0.3μm〜2μmの極薄い導電層を形成する際、高い膜厚の均一性、制御性を達成できる。一方、本発明にかかる金属ナノ粒子焼結体の製造方法は、平均膜厚が数μm〜数10μm、例えば、4μm〜20μmの範囲の導電層の形成にも適用できる。 In the method for producing a sintered metal nanoparticle according to the present invention, the average particle diameter of the metal nanoparticles having a coating molecular layer on the surface to be used is in the range of 1 to 100 nm, more preferably in the range of 1 to 20 nm. Therefore, when forming an extremely thin conductive layer having an average film thickness of sub μm to several μm, for example, 0.3 μm to 2 μm, high film thickness uniformity and controllability can be achieved. On the other hand, the method for producing a metal nanoparticle sintered body according to the present invention can be applied to the formation of a conductive layer having an average film thickness of several μm to several tens of μm, for example, 4 μm to 20 μm.
なお、分散液中に含有される、表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子は、被覆剤分子として、該金属ナノ粒子表面の金属原子に対して、アミノ基の窒素原子上の孤立電子対を利用して配位的な結合が可能なアルキルアミンを利用している。従って、分散液の液相部分は、50℃以下の温度において、金属ナノ粒子の表面を被覆しているアルキルアミンの面密度:Cabsorb(T)と平衡する濃度:Csol(T)で、被覆剤分子のアルキルアミンが分散溶媒中に溶解している状態とする。 The metal nanoparticles having a coating molecule layer on the surface thereof contained in the dispersion liquid have a lone electron pair on the nitrogen atom of the amino group as a coating molecule with respect to the metal atoms on the surface of the metal nanoparticles. An alkylamine capable of coordinative bonding is utilized. Therefore, the liquid phase part of the dispersion is a concentration of C sol (T) which is in equilibrium with the surface density of the alkylamine covering the surface of the metal nanoparticles: C absorb (T) at a temperature of 50 ° C. or less. The alkylamine of the coating agent molecule is dissolved in the dispersion solvent.
その際、このアルキルアミンは、金属ナノ粒子の表面に、少なくとも、一分子層に相当する被覆剤分子層を形成することで、分散溶媒中における分散性を維持している。この被覆剤分子層の形成を確実に行うため、金属ナノ粒子100質量部あたり、アルキルアミンを、2質量部〜25質量部の範囲、より好ましくは、5質量部〜20質量部の範囲で含有されている状態を選択することが好ましい。この被覆剤分子のアルキルアミンは、加熱処理することで、金属ナノ粒子表面から離脱できることが必要であるが、分散液を50℃以下の温度で保存する間には、分散液中から容易に蒸散することのないものが好ましい。従って、1気圧における沸点は、150℃以上、300℃以下の範囲、好ましくは、150℃以上、280℃以下の範囲のアルキルアミンを利用することが好ましい。 At this time, the alkylamine maintains dispersibility in the dispersion solvent by forming at least a coating agent molecular layer corresponding to a monomolecular layer on the surface of the metal nanoparticles. In order to surely form the coating agent molecular layer, the alkylamine is contained in the range of 2 to 25 parts by mass, more preferably in the range of 5 to 20 parts by mass per 100 parts by mass of the metal nanoparticles. It is preferable to select the state that is being performed. The alkylamine of the coating molecule needs to be able to be detached from the surface of the metal nanoparticle by heat treatment. However, while the dispersion is stored at a temperature of 50 ° C. or less, it easily evaporates from the dispersion. Those which do not do are preferable. Therefore, it is preferable to use an alkylamine having a boiling point at 1 atmosphere of 150 ° C. or more and 300 ° C. or less, preferably 150 ° C. or more and 280 ° C. or less.
アルキルアミンとしては、モノアルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミンのいずれを利用することも可能である。モノアルキルアミンを利用する際には、炭素数8〜14のアルキル基を有するモノアルキルアミンが好ましい。H2N(CH2R’)の形状を有するアルキルアミン、例えば、ドデシルアミン(融点28.3℃、沸点248℃)、デシルアミン(融点14℃、沸点218℃)などを利用することができる。 As the alkylamine, any of monoalkylamine, dialkylamine, and trialkylamine can be used. When using a monoalkylamine, a monoalkylamine having an alkyl group having 8 to 14 carbon atoms is preferred. Alkylamines having the form of H 2 N (CH 2 R ′) such as dodecylamine (melting point 28.3 ° C., boiling point 248 ° C.), decylamine (melting point 14 ° C., boiling point 218 ° C.), etc. can be used.
ジアルキルアミンを利用する際には、二つのアルキル基の炭素数の合計は、8〜16の範囲が好ましく、その際、利用されるアルキル基が同じであっても、異なっていてもよい。例えば、ジアルキルアミンとして、二つのアルキル基は、炭素数5以上、9以下の範囲のジアルキルアミンが好適に利用できる。特には、炭素数5以上、9以下の範囲のアルキル基を持ち、HN(CH2R’)2の形状を有するジアルキルアミン、例えば、ビス(2−エチルヘキシル)アミン((CH3−CH2−CH2−CH2−CH(C2H5)−CH2)2NH;沸点:281℃)などを利用することができる。 When dialkylamine is used, the total number of carbon atoms of the two alkyl groups is preferably in the range of 8 to 16, and the alkyl groups used may be the same or different. For example, as the dialkylamine, dialkylamines having 5 to 9 carbon atoms can be suitably used as the two alkyl groups. In particular, a dialkylamine having an alkyl group having 5 to 9 carbon atoms and having the shape of HN (CH 2 R ′) 2 , such as bis (2-ethylhexyl) amine ((CH 3 —CH 2 — CH 2 —CH 2 —CH (C 2 H 5 ) —CH 2 ) 2 NH (boiling point: 281 ° C.) can be used.
室温(T1)では、分散液中には、分散すべき金属ナノ粒子の表面には、被覆剤分子のアルキルアミンが、面密度:Cabsorb(T1)で存在し、それと平衡するように、分散溶媒中には、アルキルアミンが濃度:Csol(T1)で溶解している。従って、分散液全体には、金属ナノ粒子の表面に被覆に使用されているアルキルアミンの量は、金属ナノ粒子の表面積の総和をSとすると、{S・Cabsorb(T1)}であり、分散溶媒中に溶解しているアルキルアミンの量は、分散液の液相部分の総量をVtotal(T1)とすると、{Vtotal(T1)・Csol(T1)}となる。従って、アルキルアミンの総量は、{S・Cabsorb(T1)}+{Vtotal(T1)・Csol(T1)}である。 At room temperature (T 1 ), in the dispersion, the surface of the metal nanoparticles to be dispersed contains the alkylamine of the coating molecule with an areal density: C absorb (T 1 ) so that it equilibrates with it. In the dispersion solvent, alkylamine is dissolved at a concentration of C sol (T 1 ). Therefore, in the entire dispersion, the amount of the alkylamine used for coating the surface of the metal nanoparticles is {S · C absorb (T 1 )} where S is the total surface area of the metal nanoparticles. The amount of alkylamine dissolved in the dispersion solvent is {V total (T 1 ) · C sol (T 1 )}, where V total (T 1 ) is the total amount of the liquid phase portion of the dispersion. . Therefore, the total amount of alkylamine is {S · C absorb (T 1 )} + {V total (T 1 ) · C sol (T 1 )}.
加熱し、液温がT2に上昇した際、分散溶媒は一部蒸散して、残余する液相部分の総量は、Vtotal(T2)となる。この状態において、分散溶媒中には、アルキルアミンが濃度:Csol(T2)で溶解し、それと平衡するように、金属ナノ粒子の表面にはアルキルアミンが、面密度:Cabsorb(T2)で存在している。その際、アルキルアミンの総量は、{S・Cabsorb(T2)}+{Vtotal(T2)・Csol(T2)}である。
この加熱状態において、残余する液相部分の総量:Vtotal(T2)を、少なくとも、塗布層に存在する金属ナノ粒子全体を浸漬している状態とすることが望ましい。その際、分散溶媒の残余量は、塗布層に存在する金属ナノ粒子全体の隙間を充填可能な量であることが望ましい。従って、利用される分散液中には、1気圧における沸点150℃以上の炭化水素溶媒、通常、1気圧における沸点150℃以上、300℃以下の、好ましくは、沸点200℃以上、300℃以下の炭化水素溶媒を、分散溶媒として含有させる。該炭化水素溶媒が、金属ナノ粒子100質量部当たり、少なくとも、10質量部〜100質量部の範囲、好ましくは、20質量部〜100質量部の範囲、より好ましくは、20質量部〜80質量部の範囲で含まれることが望ましい。
When heated and the liquid temperature rises to T 2 , the dispersion solvent partially evaporates and the total amount of the remaining liquid phase becomes V total (T 2 ). In this state, the dispersion solvent, alkylamine concentrations were dissolved in C sol (T 2), therewith to equilibrium, the surface of the metal nanoparticles alkylamine, surface density: C absorb (T 2 ). At that time, the total amount of alkylamine is {S · C absorb (T 2 )} + {V total (T 2 ) · C sol (T 2 )}.
In this heating state, it is desirable that the total amount of the remaining liquid phase portion: V total (T 2 ) is at least the state in which the entire metal nanoparticles present in the coating layer are immersed. In that case, it is desirable that the remaining amount of the dispersion solvent is an amount capable of filling the entire gap between the metal nanoparticles present in the coating layer. Therefore, in the dispersion to be used, a hydrocarbon solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher at 1 atm, usually 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or higher and 300 ° C. or lower of boiling point at 1 atm. A hydrocarbon solvent is included as a dispersion solvent. The hydrocarbon solvent is at least in the range of 10 to 100 parts by weight, preferably in the range of 20 to 100 parts by weight, more preferably in the range of 20 to 80 parts by weight per 100 parts by weight of the metal nanoparticles. It is desirable to be included in the range.
本発明においては、該炭化水素溶媒は、分散溶媒の機能、ならびに、アルキルアミンおよびロジン誘導体に対する溶媒の機能を有する。そのため、融点が高いロジン誘導体を溶解して、溶液とするためには、ロジン誘導体の含有量/該炭化水素溶媒の含有量の比率は、1/2以下、好ましくは、1/5以下とすることが望ましい。一方、アルキルアミン自体は、液体であり、炭化水素溶媒と均一な混合物を形成することが可能である。含有されているアルキルアミンの全量が、炭化水素溶媒と混合物を形成した際、アルキルアミンの含有量/該炭化水素溶媒の含有量の比率は、高くとも、3/2以下、一般に、2/2以下、好ましくは、1/2以下とすることが望ましい。一般に、アルキルアミンおよびロジン誘導体の含有量の合計よりも、該炭化水素溶媒の含有量が多くなるように、含有比率を選択することが望ましい。例えば、アルキルアミンおよびロジン誘導体の含有量の合計/該炭化水素溶媒の含有量の比率は、高くとも、3/2以下、一般に、2/2以下、好ましくは、3/5以下とすることが望ましい。 In the present invention, the hydrocarbon solvent has a function of a dispersion solvent and a function of a solvent for alkylamines and rosin derivatives. Therefore, in order to dissolve the rosin derivative having a high melting point to obtain a solution, the ratio of the content of the rosin derivative / the content of the hydrocarbon solvent is 1/2 or less, preferably 1/5 or less. It is desirable. On the other hand, the alkylamine itself is a liquid and can form a uniform mixture with the hydrocarbon solvent. When the total amount of alkylamine contained forms a mixture with the hydrocarbon solvent, the ratio of the alkylamine content / the content of the hydrocarbon solvent is at most 3/2, generally 2/2. In the following, it is desirable to set it to 1/2 or less. In general, it is desirable to select the content ratio so that the content of the hydrocarbon solvent is larger than the total content of the alkylamine and the rosin derivative. For example, the ratio of the total content of alkylamine and rosin derivative / the content of the hydrocarbon solvent is at most 3/2 or less, generally 2/2 or less, preferably 3/5 or less. desirable.
本発明にかかる金属ナノ粒子焼結体の製造方法では、金属ナノ粒子相互の焼結体形成は、金属ナノ粒子が金属表面を接触する際、低温で相互融着を起こす現象を利用している。また、分散溶媒が蒸散した後、非加圧の還元性雰囲気下で、加熱処理を継続して、金属ナノ粒子相互融着を更に進行させている。本発明においては、非加圧の還元性雰囲気として、水素ガス、または水素ガスと不活性気体との混合気体からなる還元性雰囲気を利用している。この還元性雰囲気中における水素ガスの含有率は、1体積%〜100体積%の範囲、好ましくは、2体積%〜100体積%の範囲に選択する。前記水素ガスと不活性気体との混合気体中において、利用される前記不活性気体は、窒素、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノン、あるいは、それらの二種以上を混合したものであることが好ましい。非加圧の還元性雰囲気中に、分散液の塗布層から蒸散する、分散溶媒、ならびに、被覆剤分子として利用するアルキルアミンの気体が混入する。特に、非加圧の還元性雰囲気中における、被覆剤分子として利用するアルキルアミンの分圧を低下させることが好ましい。その目的で、前記金属ナノ粒子の焼成処理工程において、水素ガス、または水素ガスと不活性気体との混合気体を所定の流速で流し、非加圧の還元性雰囲気下で、加熱がなされている形態を選択することが望ましい。 In the method for producing a metal nanoparticle sintered body according to the present invention, formation of a sintered body between metal nanoparticles utilizes a phenomenon in which mutual fusion occurs at a low temperature when the metal nanoparticles contact the metal surface. . In addition, after the dispersion solvent evaporates, the heat treatment is continued in a non-pressurizing reducing atmosphere to further advance the metal nanoparticle mutual fusion. In the present invention, a reducing atmosphere composed of hydrogen gas or a mixed gas of hydrogen gas and inert gas is used as the non-pressurizing reducing atmosphere. The hydrogen gas content in the reducing atmosphere is selected in the range of 1% to 100% by volume, preferably in the range of 2% to 100% by volume. In the mixed gas of hydrogen gas and inert gas, the inert gas used is preferably nitrogen, helium, argon, krypton, xenon, or a mixture of two or more thereof. In a non-pressurized reducing atmosphere, a dispersion solvent evaporating from the coating layer of the dispersion and an alkylamine gas used as a coating agent molecule are mixed. In particular, it is preferable to reduce the partial pressure of the alkylamine used as the coating agent molecule in a non-pressurized reducing atmosphere. For that purpose, in the firing process of the metal nanoparticles, hydrogen gas or a mixed gas of hydrogen gas and inert gas is flowed at a predetermined flow rate, and heating is performed in a non-pressurizing reducing atmosphere. It is desirable to select a form.
一方、金属ナノ粒子相互の融着が進み、全体として、金属ナノ粒子の緻密な焼結体が形成された後、その焼結体内部の隙間空間には、分散溶媒が残余しない状態とする。すなわち、焼成処理が完了した時点では、不要な分散溶媒は、かかる加熱処理温度において、気化し、蒸散がなされる分散溶媒であることが必要となる。 On the other hand, after the fusion of metal nanoparticles progresses and a dense sintered body of metal nanoparticles is formed as a whole, no dispersion solvent remains in the gap space inside the sintered body. That is, when the baking treatment is completed, the unnecessary dispersion solvent needs to be a dispersion solvent that is vaporized and evaporated at the heat treatment temperature.
従って、利用される分散溶媒は、室温では、液状である必要があり、融点は、少なくとも、20℃以下、好ましくは、10℃以下である。一方、非加圧300℃以下に選択される加熱処理温度では、一定水準以上の蒸散性を示す必要もある。従って、分散溶媒として利用する炭化水素溶媒の沸点は、少なくとも、320℃以下、好ましくは、300℃以下、より好ましくは、280℃以下であることが望ましい。但し、その沸点が、150℃を下回ると、塗布膜層の描画を行う過程で、分散溶媒の蒸散が相当に進行するため、塗布膜層に含有される金属ナノ粒子の量にバラツキを引き起こす要因ともなる。従って、分散溶媒には、沸点が、好ましくは、150℃以上、300℃以下の範囲である炭化水素溶媒、より好ましくは、沸点が、200℃以上、300℃以下の範囲である炭化水素溶媒を選択する。具体的には、金属ナノ粒子相互の融着が開始する温度、例えば、銀ナノ粒子相互の融着が開始する温度、220℃程度に対して、分散溶媒として用いる炭化水素溶媒の沸点が高くなるように、選択を行うとより好ましい。 Therefore, the dispersion solvent to be used must be liquid at room temperature, and the melting point is at least 20 ° C. or less, preferably 10 ° C. or less. On the other hand, at the heat treatment temperature selected to be non-pressurized 300 ° C. or lower, it is also necessary to show transpiration of a certain level or higher. Therefore, it is desirable that the boiling point of the hydrocarbon solvent used as the dispersion solvent is at least 320 ° C. or less, preferably 300 ° C. or less, more preferably 280 ° C. or less. However, when the boiling point is lower than 150 ° C., the evaporation of the dispersion solvent proceeds considerably in the process of drawing the coating film layer, which causes variations in the amount of metal nanoparticles contained in the coating film layer. It also becomes. Therefore, the dispersion solvent is a hydrocarbon solvent having a boiling point of preferably 150 ° C. or more and 300 ° C. or less, more preferably a hydrocarbon solvent having a boiling point of 200 ° C. or more and 300 ° C. or less. select. Specifically, the boiling point of the hydrocarbon solvent used as the dispersion solvent becomes higher than the temperature at which the fusion of the metal nanoparticles starts, for example, the temperature at which the fusion of the silver nanoparticles starts, about 220 ° C. Thus, it is more preferable to make the selection.
表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子を含有する分散液の調製に利用される分散溶媒には、例えば、テトラデカン(融点5.86℃、沸点253.57℃)などの高い沸点を有する鎖式炭化水素溶媒を利用することができる。特には、分散溶媒は、加熱した際、アルキルアミンを容易に溶解する機能を具えていることが必要である。従って、テトラデカン(融点5.86℃、沸点253.57℃)などの高い沸点を有する鎖式炭化水素溶媒を利用することが好ましい。沸点が200℃〜300℃の範囲の炭化水素溶媒として、炭素数が12〜18の範囲の直鎖のアルカン、炭素数が11〜16の範囲の分岐を有するアルカンが好適に利用可能である。 Examples of the dispersion solvent used for preparing a dispersion containing metal nanoparticles having a coating agent molecular layer on the surface include chains having a high boiling point such as tetradecane (melting point 5.86 ° C., boiling point 253.57 ° C.). Formula hydrocarbon solvents can be utilized. In particular, the dispersion solvent needs to have a function of easily dissolving the alkylamine when heated. Therefore, it is preferable to use a chain hydrocarbon solvent having a high boiling point such as tetradecane (melting point 5.86 ° C., boiling point 253.57 ° C.). As the hydrocarbon solvent having a boiling point in the range of 200 ° C. to 300 ° C., straight chain alkanes having 12 to 18 carbon atoms and branched alkanes having 11 to 16 carbon atoms can be suitably used.
一方、上記の150℃以上、300℃以下の温度で加熱することによって、金属ナノ粒子は、その金属面を接する部位で、融着を起こすことが不可欠である。この低温加熱によって融着を起こすため、平均粒子径1〜100nmの範囲に、より好ましくは、1〜20nmの範囲に選択する。その際、金属ナノ粒子を構成する金属は、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウムの金属種の群から選択される、一種の金属、または、二種以上の金属種からなる合金が利用できる。なお、金属ナノ粒子は、通常の金属微粉末と比較しても、遥かに酸化を受けやすいため、その表面に被覆剤分子として、アルキルアミンを被覆した状態で分散液中に分散されている。その分散液を調製する段階で、金属ナノ粒子の表面を被覆している、被覆剤分子が脱離した部位に酸化被膜が形成されることが懸念される。この分散液の調製段階で生じる、酸素分子による表面酸化の影響は、酸化を受け難い金属、例えば、貴金属、すなわち、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウムで構成される金属ナノ粒子を用いる際には、問題とならない。 On the other hand, it is indispensable for the metal nanoparticles to cause fusion at a portion in contact with the metal surface by heating at a temperature of 150 ° C. or more and 300 ° C. or less. In order to cause fusion by this low-temperature heating, the average particle diameter is selected in the range of 1 to 100 nm, more preferably in the range of 1 to 20 nm. At that time, the metal constituting the metal nanoparticle is selected from the group of metal species of gold, silver, platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium, and osmium, or one or more metal species. An alloy can be used. Since metal nanoparticles are far more susceptible to oxidation than ordinary metal fine powders, they are dispersed in a dispersion with alkylamine coated on the surface as a coating molecule. At the stage of preparing the dispersion, there is a concern that an oxide film is formed at a site covering the surface of the metal nanoparticles where the coating agent molecules are detached. The effect of surface oxidation by oxygen molecules, which occurs during the preparation of this dispersion, is caused by metals that are not easily oxidized, such as noble metals, that is, metals composed of gold, silver, platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium, and osmium. There is no problem when using nanoparticles.
本発明においては、金属ナノ粒子の焼成処理は、加熱温度を、150℃以上、300℃以下の範囲に選択して、水素ガス、または水素ガスと不活性気体との混合気体からなる還元性雰囲気下で実施する。その際、加熱処理中、上述するように、先ず、分散溶媒に浸された状態で、金属ナノ粒子の表面を被覆する被覆剤分子の離脱を進行させる。この金属ナノ粒子の表面を被覆する被覆剤分子の離脱に伴って、金属ナノ粒子相互が金属表面を接触させる状態となり、融着が開始する。その後、分散溶媒が蒸散した後、非加圧の還元性雰囲気に曝された、金属ナノ粒子の表面上に残余している被覆剤分子を熱的に解離(気化)させ、金属ナノ粒子相互の融着をさらに進行させる。このように、金属ナノ粒子の焼成処理は、詳細に見ると、二つの部分過程で構成されている。前半の過程では、金属ナノ粒子が分散溶媒に浸された状態において、金属ナノ粒子の表面全体を被覆する被覆剤分子の離脱がなされる。後半の過程では、分散溶媒が蒸散した後、非加圧の還元性雰囲気に曝された状態で、金属ナノ粒子の表面上に残余している被覆剤分子を熱的に解離(気化)させている。 In the present invention, the metal nanoparticles are fired by selecting a heating temperature in the range of 150 ° C. or more and 300 ° C. or less, and a reducing atmosphere composed of hydrogen gas or a mixed gas of hydrogen gas and inert gas. Implement below. At that time, during the heat treatment, as described above, first, the detachment of the coating agent molecules covering the surface of the metal nanoparticles is advanced while being immersed in the dispersion solvent. With the release of the coating agent molecules that coat the surface of the metal nanoparticles, the metal nanoparticles come into contact with each other and the fusion starts. Thereafter, after the dispersion solvent evaporates, the coating molecules remaining on the surface of the metal nanoparticles exposed to the non-pressurizing reducing atmosphere are thermally dissociated (vaporized), and the metal nanoparticles are mutually bonded. The fusion is further advanced. As described above, the firing treatment of the metal nanoparticles is composed of two partial processes. In the first half of the process, in the state where the metal nanoparticles are immersed in the dispersion solvent, the coating molecules covering the entire surface of the metal nanoparticles are detached. In the latter half of the process, after the dispersion solvent evaporates, the coating molecules remaining on the surface of the metal nanoparticles are thermally dissociated (vaporized) while exposed to a non-pressurized reducing atmosphere. Yes.
従って、前半の過程では、分散溶媒の急激な気化に起因する「気泡」の発生を回避可能な加熱温度T2を選択することが好ましい。分散液の塗布層中では、分散溶媒中には、上記のように被覆剤分子が溶解しているため、「沸点上昇」が起こり、分散溶媒の本来の沸点よりも高い温度で「沸騰状態」となる。換言すれば、前半の過程では、加熱温度T2を、分散溶媒の本来の沸点以下の範囲に選択すれば、分散溶媒の急激な気化に起因する「気泡」の発生を回避可能である。すなわち、前半の過程では、加熱温度T2を、150℃以上、300℃以下の範囲中、分散溶媒の本来の沸点(Ts-b)以下の範囲、好ましくは、分散溶媒の沸点(Ts-b)との温度差:(Ts-b−T2)が、10℃〜50℃の範囲となるように選択することが望ましい。 Therefore, in the first half of the process, it is preferable to select a heating temperature T 2 that can avoid the generation of “bubbles” due to rapid vaporization of the dispersion solvent. In the coating layer of the dispersion, since the coating agent molecules are dissolved in the dispersion solvent as described above, “boiling point rise” occurs, and “boiling state” occurs at a temperature higher than the original boiling point of the dispersion solvent. It becomes. In other words, in the first half of the process, if the heating temperature T 2 is selected within the range below the original boiling point of the dispersion solvent, the generation of “bubbles” due to the rapid vaporization of the dispersion solvent can be avoided. That is, in the first half of the process, the heating temperature T 2 is in the range of 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, and is within the original boiling point (T sb ) of the dispersion solvent, preferably the dispersion solvent boiling point (T sb ). The temperature difference of ( Tsb− T 2 ) is preferably selected so as to be in the range of 10 ° C. to 50 ° C.
一方、後半の過程では、非加圧の還元性雰囲気に曝された、金属ナノ粒子の表面上に残余している被覆剤分子を熱的に解離(気化)させるため、被覆剤分子のアルキルアミンが速やかに気化可能な加熱温度(T3)を選択することが望ましい。すなわち、前半の過程では、加熱温度T3を、150℃以上、300℃以下の範囲中、被覆剤分子のアルキルアミンの沸点(Tc-b)以上の範囲に選択することが好ましい。 On the other hand, in the latter process, the alkylamine of the coating molecule is used to thermally dissociate (vaporize) the coating molecule remaining on the surface of the metal nanoparticles exposed to the non-pressurizing reducing atmosphere. However, it is desirable to select a heating temperature (T 3 ) that can quickly vaporize. That is, in the first half of the process, the heating temperature T 3 is preferably selected in the range of 150 ° C. or more and 300 ° C. or less in the range of the boiling point (T cb ) of the alkylamine of the coating agent molecule.
例えば、金属ナノ粒子の焼成処理は、前述のように、前半の過程と後半の過程に対応させて、それぞれ、加熱温度T2と加熱温度T3を選択する、二段階の加熱処理を実施することも可能である。その際、加熱温度T2と加熱温度T3は、少なくとも、150℃≦T2≦T3≦300℃、好ましくは、200℃≦T2≦T3≦300℃となるように選択することが望ましい。例えば、アルキルアミンの沸点(Tc-b)が分散溶媒の沸点(Ts-b)より高い場合には、少なくとも、150℃≦T2≦Ts-b<Tc-b≦T3≦300℃の関係、好ましくは、200℃≦T2≦Ts-b<Tc-b≦T3≦300℃の関係を満たすように選択することが望ましい。また、アルキルアミンの沸点(Tc-b)が分散溶媒の沸点(Ts-b)より低い場合には、少なくとも、150℃≦Tc-b≦T2≦Ts-b≦T3≦300℃の関係、好ましくは、200℃≦Tc-b≦T2≦Ts-b≦T3≦300℃の関係を満たすように選択することが望ましい。 For example, as described above, the firing process of the metal nanoparticles is performed in two stages in which the heating temperature T 2 and the heating temperature T 3 are selected in accordance with the first half process and the second half process, respectively. It is also possible. At that time, the heating temperature T 2 and the heating temperature T 3 are selected so that at least 150 ° C. ≦ T 2 ≦ T 3 ≦ 300 ° C., preferably 200 ° C. ≦ T 2 ≦ T 3 ≦ 300 ° C. desirable. For example, when the boiling point (T cb ) of the alkylamine is higher than the boiling point (T sb ) of the dispersion solvent, at least a relationship of 150 ° C. ≦ T 2 ≦ T sb <T cb ≦ T 3 ≦ 300 ° C., It is desirable to select so as to satisfy the relationship of 200 ° C. ≦ T 2 ≦ T sb <T cb ≦ T 3 ≦ 300 ° C. Further, when the boiling point (T cb ) of the alkylamine is lower than the boiling point (T sb ) of the dispersion solvent, at least a relationship of 150 ° C. ≦ T cb ≦ T 2 ≦ T sb ≦ T 3 ≦ 300 ° C., preferably It is desirable to select so as to satisfy the relationship of 200 ° C. ≦ T cb ≦ T 2 ≦ T sb ≦ T 3 ≦ 300 ° C.
また、分散液中に分散されている金属ナノ粒子自体、その表面は被覆剤分子で被覆し、酸化を回避しているが、分散溶媒中に溶解する被覆剤分子との間で、吸着・脱着の平衡状態となっている。偶々、脱着が生じた際に、金属ナノ粒子の金属表面に酸素分子が作用して、局所的に酸化被膜が生成する場合もある。その点を考慮して、酸化を受け易い金属で構成される金属ナノ粒子を利用する際には、分散液中に、加熱した際、水素原子の供給源として機能を有する、ロジン誘導体を、金属ナノ粒子100質量部当たり、0.5質量部〜5質量部の範囲、好ましくは、0.7質量部〜3質量部の範囲で添加する形態とすることもできる。その際、分散液中添加される、加熱した際、水素原子の供給源として機能を有する、前記ロジン誘導体として、アビエチン酸(分子量302.4、融点172℃)、ネオアビエチン酸(分子量302.4、融点172℃)、パラストリン酸(分子量302.4、融点165℃)、レボピマール酸(分子量302.4、融点150℃)、ピマール酸(分子量302.4、融点218℃)、イソピマール酸(分子量302.4、融点160℃)、サンダラコピマール酸(分子量302.4、融点174℃)、デヒドロアビエチン酸(分子量300.4、融点172℃)、アクリル化ロジン、マレイン化ロジン、重合ロジン、水添ロジンのうち少なくとも一種類以上の化合物が利用可能である。 In addition, the metal nanoparticles themselves dispersed in the dispersion liquid are coated with coating molecules to avoid oxidation, but are adsorbed and desorbed between the coating molecules dissolved in the dispersion solvent. Is in an equilibrium state. Occasionally, when desorption occurs, oxygen molecules may act on the metal surface of the metal nanoparticles to locally generate an oxide film. In consideration of this point, when using metal nanoparticles composed of a metal that is susceptible to oxidation, a rosin derivative that functions as a hydrogen atom supply source when heated in a dispersion is used as a metal. It can also be set as the form added in the range of 0.5 mass part-5 mass parts per 100 mass parts of nanoparticles, Preferably, it is 0.7 mass part-3 mass parts. At that time, as the rosin derivative, which is added to the dispersion and has a function as a hydrogen atom supply source when heated, abietic acid (molecular weight 302.4, melting point 172 ° C.), neoabietic acid (molecular weight 302.4). , Melting point 172 ° C.), parastrinic acid (molecular weight 302.4, melting point 165 ° C.), levopimaric acid (molecular weight 302.4, melting point 150 ° C.), pimaric acid (molecular weight 302.4, melting point 218 ° C.), isopimaric acid (molecular weight 302). .4, melting point 160 ° C.), sandaracopimaric acid (molecular weight 302.4, melting point 174 ° C.), dehydroabietic acid (molecular weight 300.4, melting point 172 ° C.), acrylated rosin, maleated rosin, polymerized rosin, hydrogenated At least one compound among rosins can be used.
加熱処理を進める際、分散溶媒は液相として残余しており、水素原子の供給源としての機能を有する、ロジン誘導体は、分散溶媒中に溶解して、金属ナノ粒子の表面に局所的に生成した酸化被膜の還元に利用される水素の供給源として利用される。その還元処理によって、金属ナノ粒子相互の融着の進行を阻害する、局所的に生成した酸化被膜の除去がなされる。従って、酸化を受け易い金属で構成される金属ナノ粒子を利用する際には、前記の水素原子の供給源としての機能を有する、ロジン誘導体の添加を行うことで、形成される金属ナノ粒子焼結体は、緻密な焼結状態を示すものとなる。 When the heat treatment proceeds, the dispersion solvent remains as a liquid phase, and the rosin derivative, which functions as a hydrogen atom supply source, dissolves in the dispersion solvent and locally forms on the surface of the metal nanoparticles. It is used as a source of hydrogen used for reducing the oxidized film. By the reduction treatment, the locally formed oxide film that inhibits the progress of fusion between the metal nanoparticles is removed. Therefore, when metal nanoparticles composed of a metal that is susceptible to oxidation are used, the metal nanoparticle formed by adding a rosin derivative having a function as a supply source of the hydrogen atom is added. The bonded body exhibits a dense sintered state.
さらに、以下に説明するように、添加されているロジン誘導体は、加熱処理を施す際、金属材料の表面に存在する酸化被膜を除去する、フラックス成分として機能させることもできる。本発明において、基板上に金属ナノ粒子焼結体層を形成する際、その下地層として、金属材料で形成される表面を利用することが可能である。例えば、該金属材料の表面には、該金属材料の酸化に因って、金属材料の酸化物を含んでなる酸化被膜が形成される場合もある。その際には、該酸化被膜を予め除去した上で、分散液の塗布を行うことが好ましい。前記の酸化被膜を除去する処理を施した際にも、その後の酸化などの要因によって、該金属材料の酸化物を含んでなる酸化被膜が僅かに形成される場合がある。この酸化被膜が僅かに残余している際、該酸化被膜に含まれる該金属材料の酸化物が、塩基性の金属酸化物である場合、ロジン誘導体を利用するフラックス処理によって、前記塩基性の金属酸化物の除去が可能である。例えば、銅、銅合金に含まれる銅などは、その酸化被膜中には、二価の金属カチオンを含むM(II)O型の金属酸化物が含有されている。この塩基性の金属酸化物に対して、ロジン誘導体を作用させると、そのカルボキシル基(−COOH)を利用して、M(II)O型の金属酸化物を除去することが可能である。このロジン誘導体を利用するフラックス処理は、一般に、加熱条件下で進行するため、本発明では、上述の加熱処理を行う際に、分散液の液温が上昇するとともに、フラックス処理が進行する。 Furthermore, as will be described below, the rosin derivative added can also function as a flux component that removes an oxide film present on the surface of the metal material when the heat treatment is performed. In this invention, when forming a metal nanoparticle sintered compact layer on a board | substrate, it is possible to utilize the surface formed with a metal material as the base layer. For example, an oxide film containing an oxide of a metal material may be formed on the surface of the metal material due to oxidation of the metal material. In that case, it is preferable to apply the dispersion after removing the oxide film in advance. Even when the treatment for removing the oxide film is performed, an oxide film containing an oxide of the metal material may be slightly formed due to factors such as subsequent oxidation. When this oxide film remains slightly, and the oxide of the metal material contained in the oxide film is a basic metal oxide, the basic metal is obtained by flux treatment using a rosin derivative. Oxide removal is possible. For example, copper and copper contained in a copper alloy contain an M (II) O type metal oxide containing a divalent metal cation in the oxide film. When a rosin derivative is allowed to act on this basic metal oxide, the M (II) O type metal oxide can be removed using the carboxyl group (—COOH). Since the flux treatment using this rosin derivative generally proceeds under heating conditions, in the present invention, when the above-mentioned heat treatment is performed, the liquid temperature of the dispersion rises and the flux treatment proceeds.
本発明において、基板上に金属ナノ粒子焼結体層を形成する際、例えば、銅、あるいは、銅合金を、その下地層として利用することができる。例えば、銅のフレーム材、あるいは、銅を主成分とする銅系合金のフレーム材の表面に金属ナノ粒子焼結体層を形成する形態とすることができる。 In this invention, when forming a metal nanoparticle sintered compact layer on a board | substrate, copper or a copper alloy can be utilized as the base layer, for example. For example, the metal nanoparticle sintered body layer can be formed on the surface of a copper frame material or a copper alloy frame material containing copper as a main component.
この銅、あるいは、銅系合金を下地層として、その表面に金属ナノ粒子焼結体層を形成する際、高沸点の炭化水素溶媒中に添加されているロジン誘導体は、金属表面に残留する酸化被膜を除去するために利用される、フラックス成分の機能をも有する。ロジン誘導体は、何れも、沸点が200℃以上のカルボン酸である。金属表面に残留する酸化被膜は、一般に、M(II)Oの形態の金属酸化物で構成されている。加熱処理の際、この金属酸化物M(II)Oに、カルボン酸(R−COOH)が作用すると、まず、下記のような反応によって、カルボン酸の塩基性金属塩が生成される。 When forming a metal nanoparticle sintered body layer on the surface of this copper or copper-based alloy as a base layer, the rosin derivative added in the hydrocarbon solvent with a high boiling point is the oxidation remaining on the metal surface. It also has the function of a flux component that is used to remove the coating. All the rosin derivatives are carboxylic acids having a boiling point of 200 ° C. or higher. The oxide film remaining on the metal surface is generally composed of a metal oxide in the form of M (II) O. When a carboxylic acid (R-COOH) acts on the metal oxide M (II) O during the heat treatment, a basic metal salt of the carboxylic acid is first generated by the following reaction.
M(II)O+R−COOH → R−COO-[M2+・OH-]
一方、分散溶媒中には、金属ナノ粒子の被覆剤分子として利用される、アルキルアミン、例えば、モノアルキルアミン(R’−NH2)が溶解している。このアルキルアミン(R’−NH2)は、金属原子Mに対する配位よりも、金属イオンM2+に対する配位を遥かに起し易い。従って、前記のカルボン酸の塩基性金属塩に対して、アルキルアミン(R’−NH2)が作用して、例えば、下記のようアミン錯体を生成する。
M (II) O + R—COOH → R—COO − [M 2+ · OH − ]
On the other hand, an alkylamine, for example, a monoalkylamine (R′—NH 2 ) used as a metal nanoparticle coating molecule is dissolved in the dispersion solvent. This alkylamine (R′—NH 2 ) is much easier to cause coordination with the metal ion M 2+ than with the metal atom M. Accordingly, alkylamine (R′—NH 2 ) acts on the basic metal salt of the carboxylic acid to produce an amine complex as described below, for example.
R-COO-[M2+・OH-]+4R'-NH2 → R-COO-[M2+(R'-NH2)4]OH-
上記のアミン錯体を構成すると、分散溶媒中への溶解がより容易になる。その際、分散溶媒中に溶解している、アルキルアミン(R’−NH2)自体の濃度は低下するため、金属ナノ粒子の金属表面の金属原子に配位的に結合しているアルキルアミン(R’−NH2)の解離が促進される。
R-COO - [M 2+ · OH -] + 4R'-NH 2 → R-COO - [M 2+ (R'-NH 2) 4] OH -
When the above amine complex is constituted, dissolution in the dispersion solvent becomes easier. At that time, since the concentration of the alkylamine (R′—NH 2 ) itself dissolved in the dispersion solvent decreases, the alkylamine (Coordinatively bonded to the metal atom on the metal surface of the metal nanoparticle ( R'-NH 2) dissociation is accelerated.
R’−NH2:M → R’−NH2 + M
従って、炭化水素溶媒中に添加されているロジン誘導体は、金属表面に残留する酸化被膜を除去するために利用される、フラックス成分の機能に加えて、上記の機構を介して、金属ナノ粒子の表面を被覆する被覆剤分子、アルキルアミンの離脱を促進する機能をも発揮する。
R′—NH 2 : M → R′—NH 2 + M
Therefore, the rosin derivative added in the hydrocarbon solvent can be used to remove the oxide film remaining on the metal surface through the above mechanism in addition to the function of the flux component. It also exhibits the function of promoting the release of alkylamines, coating molecules that coat the surface.
なお、生成されるアミン錯体は、その後、非加圧の還元性雰囲気に曝され、水素分子と接触すると、還元され、金属原子を生成する。生成される金属原子は、銅、あるいは、銅系合金の下地層表面、あるいは、金属ナノ粒子焼結体層中の金属ナノ粒子の表面に析出する。銅、あるいは、銅系合金の下地層表面に残留している酸化被膜の除去が達成されると、その清浄な金属表面と、金属ナノ粒子が接触すると、両者の界面では、融着が進行する。結果として、銅、あるいは、銅系合金の下地層と、金属ナノ粒子焼結体層の界面では、前記の融着の進行に起因して、高い密着性が達成される。 The produced amine complex is then exposed to a non-pressurized reducing atmosphere, and when it comes into contact with hydrogen molecules, it is reduced to produce a metal atom. The generated metal atoms are deposited on the surface of the metal nanoparticle in the surface of the base layer of copper or a copper-based alloy or the metal nanoparticle sintered body layer. When removal of the oxide film remaining on the surface of the copper or copper-based alloy underlayer is achieved, when the clean metal surface comes into contact with the metal nanoparticles, fusion proceeds at the interface between the two. . As a result, high adhesion is achieved at the interface between the copper or copper alloy underlayer and the metal nanoparticle sintered body layer due to the progress of the fusion.
本発明では、金属表面を有する基板上、特には、銅、あるいは、銅合金の表面を有する下地層上に金属ナノ粒子焼結体層を形成する際、ロジン誘導体を添加した金属ナノ粒子の分散液を利用する。このロジン誘導体を添加した金属ナノ粒子の分散液の塗布層に対して、非加圧の還元性雰囲気中、比較的低い温度で加熱し、金属ナノ粒子を焼成することで、優れた導電性を示す金属ナノ粒子焼結体型の導電体を形成し、銅あるいは銅合金基板上への密着性を向上させることができる。 In the present invention, when forming a metal nanoparticle sintered body layer on a substrate having a metal surface, in particular, an underlayer having a copper or copper alloy surface, dispersion of metal nanoparticles to which a rosin derivative is added. Use liquid. The coating layer of the dispersion of metal nanoparticles to which the rosin derivative is added is heated at a relatively low temperature in a non-pressurizing reducing atmosphere, and the metal nanoparticles are baked to provide excellent conductivity. The metal nanoparticle sintered body type conductor shown can be formed, and the adhesion to the copper or copper alloy substrate can be improved.
前記の銅あるいは銅合金基板上への密着性に優れる利点を利用して、本発明の方法で形成される金属ナノ粒子相互の焼結体層を、ワイヤボンディング・パッドとして使用することができる。ワイヤボンディング・パッドとして利用する際には、金属ナノ粒子相互の焼結体層の表面に、ボンディング・ワイヤが、鍛接(welding)によって、接合される。そのため、ワイヤボンディング・パッドとして利用される、金属ナノ粒子相互の焼結体層の膜厚は、接合されるボンディング・ワイヤのワイヤ径に応じて、選択される。例えば、ボンディング・ワイヤのワイヤ径(直径)dwが、5μm〜500μmの範囲である際には、対応させて、ワイヤボンディング・パッド用の金属ナノ粒子相互の焼結体層の膜厚tpadは、0.5μm〜10μmの範囲、好ましくは、1μm〜5μmの範囲に選択することが望ましい。勿論、ワイヤボンディング・パッド用の金属ナノ粒子相互の焼結体層のサイズ(パッド面のサイズ)は、ボンディング方法、ならびに、ボンディング・ワイヤのワイヤ径(直径)dwに応じて、適宜設定される。例えば、ウエディ・ボンディング方法を採用する際には、鍛接(welding)接合部位におけるボンディング・ワイヤの潰れ変形量を考慮して、パッド面のサイズを選択する。 Utilizing the advantage of excellent adhesion to the copper or copper alloy substrate, the metal nanoparticle-sintered sintered body layer formed by the method of the present invention can be used as a wire bonding pad. When used as a wire bonding pad, the bonding wire is bonded to the surface of the sintered body layer between the metal nanoparticles by welding. Therefore, the film thickness of the sintered body layer between the metal nanoparticles used as the wire bonding pad is selected according to the wire diameter of the bonding wire to be joined. For example, when the wire diameter (diameter) d w of the bonding wire is in the range of 5 μm to 500 μm, the thickness t pad of the sintered body layer of the metal nanoparticles for the wire bonding pad is correspondingly set. Is selected in the range of 0.5 μm to 10 μm, preferably in the range of 1 μm to 5 μm. Of course, the size of the sintered metal layer between the metal nanoparticles for the wire bonding pad (pad surface size) is appropriately set according to the bonding method and the wire diameter (diameter) d w of the bonding wire. The For example, when adopting the wet bonding method, the size of the pad surface is selected in consideration of the amount of deformation of the bonding wire at the welded joint.
なお、ワイヤボンディング・パッド用の金属ナノ粒子相互の焼結体層の作製に利用される金属ナノ粒子の金属材料は、ボンディング・ワイヤの金属材料に応じて、選択される。一般に、ワイヤボンディング・パッド用の金属ナノ粒子相互の焼結体層に利用される金属ナノ粒子の金属材料と、ボンディング・ワイヤの金属材料には、同じ金属材料を選択することが望ましい。勿論、鍛接(welding)接合によって、十分に高い接合強度が得られる限り、金属ナノ粒子相互の焼結体層に利用される金属ナノ粒子の金属材料と、ボンディング・ワイヤの金属材料の組み合わせを、異なる金属材料の組み合わせとすることも可能である。 In addition, the metal material of the metal nanoparticle utilized for preparation of the sintered compact layer between the metal nanoparticles for wire bonding pads is selected according to the metal material of the bonding wire. In general, it is desirable to select the same metal material as the metal material of the metal nanoparticles used for the sintered body layer between the metal nanoparticles for the wire bonding pad and the metal material of the bonding wire. Of course, as long as sufficiently high bonding strength can be obtained by welding bonding, a combination of metal materials of metal nanoparticles and bonding wire metal materials used for the sintered layer of metal nanoparticles, A combination of different metal materials is also possible.
また、本発明の方法で形成される金属ナノ粒子相互の焼結体層では、金属ナノ粒子を被覆しているアルキルアミンの除去がなされ、有機物は残余していない状態となる。そのため、ワイヤボンディングにおいて、鍛接(welding)接合を形成する際、金属ナノ粒子相互の焼結体層の金属材料と、ボンディング・ワイヤの金属材料とが、相互に緻密な金属結合を形成する結果、その接合強度は、十分に高いものとなる。 Moreover, in the sintered metal layer between the metal nanoparticles formed by the method of the present invention, the alkylamine covering the metal nanoparticles is removed, and no organic matter remains. Therefore, in wire bonding, when forming a welded joint, the metal material of the sintered metal layer between the metal nanoparticles and the metal material of the bonding wire form a dense metal bond with each other. The bonding strength is sufficiently high.
以下に、実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。これらの実施例は、本発明にかかる最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例により限定を受けるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. These examples are examples of the best mode according to the present invention, but the present invention is not limited by these examples.
(実施例1)
銀ナノ粒子原料として、市販されている銀の超微粒子分散液(商品名:独立分散超微粒子Ag1T アルバックマテリアル製)、具体的には、銀超微粒子35質量部、アルキルアミンとして、ドデシルアミン(分子量185.36、融点28.3℃、沸点248℃、比重d4 40=0.7841)7質量部、有機溶剤として、トルエン(沸点110.6℃、比重d4 20=0.867)58質量部を含む、平均粒子径3nmの銀超微粒子の分散液を利用した。なお、該銀超微粒子分散液の液粘度は、1 mPa・s(20℃)である。
Example 1
As a silver nanoparticle raw material, a commercially available silver ultrafine particle dispersion (trade name: independent dispersed ultrafine particle Ag1T manufactured by ULVAC MATERIAL), specifically, 35 mass parts of silver ultrafine particles, alkylamine as dodecylamine (molecular weight) 185.36, melting point 28.3 ° C., boiling point 248 ° C., specific gravity d 4 40 = 0.7841) 7 parts by mass, as an organic solvent, toluene (boiling point 110.6 ° C., specific gravity d 4 20 = 0.867) 58 mass A dispersion of ultrafine silver particles having an average particle diameter of 3 nm including a part was used. The liquid viscosity of the silver ultrafine particle dispersion is 1 mPa · s (20 ° C.).
先ず、1Lのナス型フラスコ中にて、銀超微粒子分散液Ag1T、500g(Ag35wt%含有)に、ドデシルアミン5.8gを添加・混合し、80℃で1時間加熱攪拌した。攪拌終了後、減圧濃縮により、Ag1T中に含まれる分散溶媒トルエンを脱溶剤した。 First, 5.8 g of dodecylamine was added to and mixed with 500 g (containing 35 wt% of Ag) of silver ultrafine particle dispersion Ag1T in a 1 L eggplant-shaped flask, and the mixture was heated and stirred at 80 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the dispersion solvent toluene contained in Ag1T was removed by concentration under reduced pressure.
前記の脱溶剤後の混合物に対して、含有される銀超微粒子175質量部当たり、N14(テトラデカン、粘度 2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、比重d4 20=0.7924、日鉱石油化学製)95質量部、アビエチン酸(和光純薬工業製)1.2質量部を添加し、室温(25℃)で攪拌して、均一な分散液とした。攪拌終了後、0.2μmメンブランフィルターで分散液の濾過を行った。得られる分散液は、液粘度(B型回転粘度計、測定温度20℃) 8mPa・sの、均一な濃紺色の高流動性ペースト状の銀ナノ粒子分散液(銀ナノ粒子インク)であった。なお、バルクの銀単体は、密度10.49g・cm-3(20℃)、抵抗率1.59μΩ・cm(20℃)を示す。 N14 (tetradecane, viscosity: 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point: 5.86 ° C., boiling point: 253 per 175 parts by mass of the ultrafine silver particles contained in the mixture after the solvent removal. .57 ° C., specific gravity d 4 20 = 0.7924, manufactured by Nikko Petrochemical Co., Ltd.) 95 parts by mass, abietic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 1.2 parts by mass, and stirred at room temperature (25 ° C.) A uniform dispersion was obtained. After the stirring, the dispersion was filtered with a 0.2 μm membrane filter. The resulting dispersion was a uniform dark blue high flow paste silver nanoparticle dispersion (silver nanoparticle ink) having a liquid viscosity (B-type rotational viscometer, measurement temperature 20 ° C.) of 8 mPa · s. . Bulk silver alone has a density of 10.49 g · cm −3 (20 ° C.) and a resistivity of 1.59 μΩ · cm (20 ° C.).
先ず、銅板上に、インクジェット装置を用いて、銀ナノ粒子分散液(銀ナノ粒子インク)を塗布し、パッドパターンを描画する。この描画直後、銀ナノ粒子分散液の塗布層の層厚は、約20μmであった。 First, a silver nanoparticle dispersion (silver nanoparticle ink) is applied onto a copper plate using an ink jet apparatus, and a pad pattern is drawn. Immediately after this drawing, the layer thickness of the silver nanoparticle dispersion coating layer was about 20 μm.
ガス焼成炉内に前記塗布層形成を終えた基板を設置後、炉内にアルゴン96%−水素4%混合ガスを流し、還元性雰囲気下とする。10分かけて、常温から温度220℃まで昇温し、加熱温度220℃で、10分間保持する。次いで、2分30秒かけて、温度220℃から温度270℃まで昇温し、加熱温度270℃で、9分間保持する。次いで、常温まで、10分間をかけて、降温する。 After installing the substrate on which the coating layer has been formed in a gas baking furnace, an argon 96% -hydrogen 4% mixed gas is allowed to flow into the furnace to form a reducing atmosphere. The temperature is raised from room temperature to 220 ° C. over 10 minutes and held at a heating temperature of 220 ° C. for 10 minutes. Next, the temperature is raised from 220 ° C. to 270 ° C. over 2 minutes and 30 seconds, and held at a heating temperature of 270 ° C. for 9 minutes. Next, the temperature is lowered to room temperature over 10 minutes.
前記の還元性雰囲気下での焼成処理によって、作製される焼結体層の膜厚は、幅200μm、長さ200μmの平面形状のパターン部分では、平均膜厚2.0μmであった。得られた焼結体層について、断面観察を行ったところ、図1に示すようにボイドのないバルク構造をしていた。 The film thickness of the sintered body layer produced by the firing treatment in the reducing atmosphere was an average film thickness of 2.0 μm in a planar pattern portion having a width of 200 μm and a length of 200 μm. When the obtained sintered body layer was subjected to cross-sectional observation, it had a bulk structure without voids as shown in FIG.
また、作製された焼結体層ボンディング・パッド上に、金ワイヤ(ワイヤ径30μm)を用いてワイヤ接合試験を行ったところ、平均プル強度が13.9gと高く、バラツキも小さかった。 Further, when a wire bonding test was performed on the produced sintered body layer bonding pad using a gold wire (wire diameter: 30 μm), the average pull strength was as high as 13.9 g and the variation was small.
すなわち、銅板と、その上に作製された焼結体層ボンディング・パッドとの界面における密着性は、良好であり、その再現性も高いことが確認される。 That is, it is confirmed that the adhesion at the interface between the copper plate and the sintered body layer bonding pad produced thereon is good and the reproducibility is high.
(比較例1)
実施例1に記載する手順に従って、アビエチン酸を添加している銀ナノ粒子分散液(銀ナノ粒子インク)を塗布し、インクジェット描画パターンを作製する。描画直後、銀ナノ粒子分散液の塗布層の層厚は、約20μmであった。この銅板上に形成されたインクジェット描画パターンをホットプレート上に設置し、空気中にて、加熱温度220℃で、10分間保持する。次いで、加熱温度270℃で、1分間保持し、常温まで、10分間をかけて、降温する。
(Comparative Example 1)
According to the procedure described in Example 1, a silver nanoparticle dispersion liquid (silver nanoparticle ink) to which abietic acid is added is applied to produce an ink jet drawing pattern. Immediately after drawing, the layer thickness of the coating layer of the silver nanoparticle dispersion was about 20 μm. The ink jet drawing pattern formed on the copper plate is placed on a hot plate and held in air at a heating temperature of 220 ° C. for 10 minutes. Subsequently, it hold | maintains for 1 minute at the heating temperature of 270 degreeC, and cools down over 10 minutes to normal temperature.
前記の大気中での焼成処理によって、作製される焼結体層の膜厚は、幅200μm、長さ200μmの平面形状のパターン部分では、平均膜厚3.0μmであった。得られた焼結体層について、断面観察を行ったところ、ボイドが多数存在し、バルク構造になっていなかった(図2、図3)。 The film thickness of the sintered body layer produced by the above-described firing treatment in the atmosphere was an average film thickness of 3.0 μm in a planar pattern portion having a width of 200 μm and a length of 200 μm. When the obtained sintered body layer was subjected to cross-sectional observation, a large number of voids were present and the bulk structure was not formed (FIGS. 2 and 3).
また、作製された焼結体層ボンディング・パッド上に、金ワイヤ(ワイヤ径30μm)を用いてワイヤ接合試験を行ったところ、平均プル強度が13.0gで、バラツキも大きかった。 Further, when a wire bonding test was performed on the produced sintered body layer bonding pad using a gold wire (wire diameter: 30 μm), the average pull strength was 13.0 g and the variation was large.
すなわち、銅板と、その上に作製された焼結体層ボンディング・パッドとの界面における密着性は、実施例1よりも若干劣っており、その再現性も低いと判断される。 That is, the adhesion at the interface between the copper plate and the sintered body bonding pad produced thereon is slightly inferior to that of Example 1, and it is judged that the reproducibility is also low.
(比較例2)
実施例1に記載する手順に従って、アビエチン酸を添加している銀ナノ粒子分散液(銀ナノ粒子インク)を塗布し、インクジェット描画パターンを作製する。描画直後、銀ナノ粒子分散液の塗布層の層厚は、約20μmであった。
(Comparative Example 2)
According to the procedure described in Example 1, a silver nanoparticle dispersion liquid (silver nanoparticle ink) to which abietic acid is added is applied to produce an ink jet drawing pattern. Immediately after drawing, the layer thickness of the coating layer of the silver nanoparticle dispersion was about 20 μm.
ガス焼成炉内に塗布層形成を終えた基板を設置後、炉内に窒素ガスを流す。10分かけて、常温から温度220℃まで昇温し、加熱温度220℃で、10分間保持する。次いで、2分30秒かけて、温度220℃から温度270℃まで昇温し、加熱温度270℃で、9分間保持する。次いで、常温まで、10分間をかけて、降温する。 After installing the substrate on which the coating layer has been formed in the gas firing furnace, nitrogen gas is allowed to flow into the furnace. The temperature is raised from room temperature to 220 ° C. over 10 minutes and held at a heating temperature of 220 ° C. for 10 minutes. Next, the temperature is raised from 220 ° C. to 270 ° C. over 2 minutes and 30 seconds, and held at a heating temperature of 270 ° C. for 9 minutes. Next, the temperature is lowered to room temperature over 10 minutes.
前記の窒素雰囲気下での焼成処理によって、作製される焼結体層の膜厚は、幅200μm、長さ200μmの平面形状のパターン部分では、平均膜厚4.0μmであった。 The film thickness of the sintered body layer produced by the firing treatment under the nitrogen atmosphere was 4.0 μm on the average film thickness in a planar pattern portion having a width of 200 μm and a length of 200 μm.
また、作製された焼結体層ボンディング・パッド上に、金ワイヤ(ワイヤ径30μm)を用いてワイヤ接合試験を行ったところ、接合性が悪く、プル強度測定に至らなかった。 Further, when a wire bonding test was performed on the fabricated sintered body layer bonding pad using a gold wire (wire diameter: 30 μm), the bonding property was poor and the pull strength measurement was not achieved.
なお、別途、同じ条件で作製される焼結体層の体積固有抵抗率を測定したところ、バルク銀の抵抗率1.59μΩ・cm(20℃)と比較し、10倍程度高い値であった。比較例1で作製される焼結体層の体積固有抵抗率と、比較例2で作製される焼結体層の体積固有抵抗率を比較したところ、約8倍となっている。 Separately, the volume resistivity of the sintered body layer produced under the same conditions was measured, which was about 10 times higher than the bulk silver resistivity of 1.59 μΩ · cm (20 ° C.). . When the volume resistivity of the sintered body layer produced in Comparative Example 1 is compared with the volume resistivity of the sintered body layer produced in Comparative Example 2, it is about 8 times.
前記の結果より、大気中で焼成処理を施している比較例1と比較して、窒素雰囲気中で焼成処理を施している比較例2では、被覆剤分子のアルキルアミンの除去が抑制されていると判断される。従って、比較例2で作製された焼結体層ボンディング・パッドは、比較例1で作製される焼結体層ボンディング・パッドと比較しても、ワイヤ接合性が劣っていると判断される。 From the above results, in Comparative Example 2 in which the baking treatment is performed in a nitrogen atmosphere, the removal of the alkylamine of the coating molecule is suppressed as compared with Comparative Example 1 in which the baking treatment is performed in the air. It is judged. Therefore, it is judged that the sintered body layer bonding pad manufactured in Comparative Example 2 is inferior in wire bondability even when compared with the sintered body layer bonding pad manufactured in Comparative Example 1.
(比較例3)
銀ナノ粒子原料として、市販されている銀の超微粒子分散液(商品名:独立分散超微粒子Ag1T アルバックマテリアル製)、具体的には、銀超微粒子35質量部、アルキルアミンとして、ドデシルアミン(分子量185.36、融点28.3℃、沸点248℃、比重d4 40=0.7841)7質量部、有機溶剤として、トルエン(沸点110.6℃、比重d4 20=0.867)58質量部を含む、平均粒子径3nmの銀超微粒子の分散液を利用した。なお、該銀超微粒子分散液の液粘度は、1 mPa・s(20℃)である。
(Comparative Example 3)
As a silver nanoparticle raw material, a commercially available silver ultrafine particle dispersion (trade name: independent dispersed ultrafine particle Ag1T manufactured by ULVAC MATERIAL), specifically, 35 mass parts of silver ultrafine particles, alkylamine as dodecylamine (molecular weight) 185.36, melting point 28.3 ° C., boiling point 248 ° C., specific gravity d 4 40 = 0.7841) 7 parts by mass, as an organic solvent, toluene (boiling point 110.6 ° C., specific gravity d 4 20 = 0.867) 58 mass A dispersion of ultrafine silver particles having an average particle diameter of 3 nm including a part was used. The liquid viscosity of the silver ultrafine particle dispersion is 1 mPa · s (20 ° C.).
先ず、1Lのナス型フラスコ中にて、銀超微粒子分散液Ag1T、500g(Ag35wt%含有)に、ドデシルアミン5.8gを添加・混合し、80℃で1時間加熱攪拌した。攪拌終了後、減圧濃縮により、Ag1T中に含まれる分散溶媒トルエンを脱溶剤した。 First, 5.8 g of dodecylamine was added to and mixed with 500 g (containing 35 wt% of Ag) of silver ultrafine particle dispersion Ag1T in a 1 L eggplant-shaped flask, and the mixture was heated and stirred at 80 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the dispersion solvent toluene contained in Ag1T was removed by concentration under reduced pressure.
前記の脱溶剤後の混合物に対して、含有される銀超微粒子175質量部当たり、N14(テトラデカン、粘度 2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、比重d4 20=0.7924、日鉱石油化学製)96.2質量部を添加し、室温(25℃)で攪拌して、均一な分散液とした。攪拌終了後、0.2μmメンブランフィルターで分散液の濾過を行った。得られる分散液は、液粘度(B型回転粘度計、測定温度20℃) 8mPa・sの、均一な濃紺色の高流動性ペースト状の銀ナノ粒子分散液(銀ナノ粒子インク)であった。従って、該銀ナノ粒子分散液(銀ナノ粒子インク)中には、ロジン誘導体は添加されていない。 N14 (tetradecane, viscosity: 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point: 5.86 ° C., boiling point: 253 per 175 parts by mass of the ultrafine silver particles contained in the mixture after the solvent removal. .57 ° C., specific gravity d 4 20 = 0.7924, manufactured by Nikko Petrochemical Co., Ltd.) was added 96.2 parts by mass and stirred at room temperature (25 ° C.) to obtain a uniform dispersion. After the stirring, the dispersion was filtered with a 0.2 μm membrane filter. The resulting dispersion was a uniform dark blue high flow paste silver nanoparticle dispersion (silver nanoparticle ink) having a liquid viscosity (B-type rotational viscometer, measurement temperature 20 ° C.) of 8 mPa · s. . Therefore, no rosin derivative is added to the silver nanoparticle dispersion (silver nanoparticle ink).
先ず、銅板上に、インクジェット装置を用いて、銀ナノ粒子分散液(銀ナノ粒子インク)を塗布し、パッドパターンを描画する。この描画直後、銀ナノ粒子分散液の塗布層の層厚は、約20μmであった。 First, a silver nanoparticle dispersion (silver nanoparticle ink) is applied onto a copper plate using an ink jet apparatus, and a pad pattern is drawn. Immediately after this drawing, the layer thickness of the silver nanoparticle dispersion coating layer was about 20 μm.
前記の大気中での焼成処理によって、作製される焼結体層の膜厚は、幅200μm、長さ200μmの平面形状のパターン部分では、平均膜厚4.0μmであった。得られた焼結体層について、断面観察を行ったところ、ボイドが多数存在し、バルク構造になっていなかった(図3)。 The film thickness of the sintered body layer produced by the firing treatment in the atmosphere was an average film thickness of 4.0 μm in a planar pattern portion having a width of 200 μm and a length of 200 μm. When the obtained sintered body layer was subjected to cross-sectional observation, many voids existed and the bulk structure was not formed (FIG. 3).
また、作製された焼結体層ボンディング・パッド上に、金ワイヤ(ワイヤ径30μm)を用いてワイヤ接合試験を行ったところ、平均プル強度が12.0gで、バラツキも大きかった。 Further, when a wire bonding test was performed on the produced sintered body layer bonding pad using a gold wire (wire diameter: 30 μm), the average pull strength was 12.0 g and the variation was large.
すなわち、銅板と、その上に作製された焼結体層ボンディング・パッドとの界面における密着性は、実施例1よりも若干劣っており、その再現性も低いと判断される。 That is, the adhesion at the interface between the copper plate and the sintered body bonding pad produced thereon is slightly inferior to that of Example 1, and it is judged that the reproducibility is also low.
(実施例2)
比較例3に作製した銀ナノ粒子分散液(銀ナノ粒子インク)を用いて、銅板上に、インクジェット装置を用いて、銀ナノ粒子分散液(銀ナノ粒子インク)を塗布し、パッドパターンを描画する。この描画直後、銀ナノ粒子分散液の塗布層の層厚は、約20μmであった。従って、該銀ナノ粒子分散液(銀ナノ粒子インク)中には、ロジン誘導体は添加されていない。
(Example 2)
Using the silver nanoparticle dispersion liquid (silver nanoparticle ink) prepared in Comparative Example 3, a silver nanoparticle dispersion liquid (silver nanoparticle ink) is applied onto a copper plate using an inkjet device, and a pad pattern is drawn. To do. Immediately after this drawing, the layer thickness of the silver nanoparticle dispersion coating layer was about 20 μm. Therefore, no rosin derivative is added to the silver nanoparticle dispersion (silver nanoparticle ink).
ガス焼成炉内に塗布層形成を終えた基板を設置後、炉内にアルゴン96%−水素4%混合ガスを流し、還元性雰囲気下とする。10分かけて、常温から温度220℃まで昇温し、加熱温度220℃で、10分間保持する。次いで、2分30秒かけて、温度220℃から温度270℃まで昇温し、加熱温度270℃で、9分間保持する。次いで、常温まで、10分間をかけて、降温する。 After installing the substrate on which the coating layer has been formed in a gas firing furnace, a 96% argon-hydrogen 4% mixed gas is flowed into the furnace to create a reducing atmosphere. The temperature is raised from room temperature to 220 ° C. over 10 minutes and held at a heating temperature of 220 ° C. for 10 minutes. Next, the temperature is raised from 220 ° C. to 270 ° C. over 2 minutes and 30 seconds, and held at a heating temperature of 270 ° C. for 9 minutes. Next, the temperature is lowered to room temperature over 10 minutes.
前記の還元性雰囲気下での焼成処理によって、作製される焼結体層の膜厚は、幅200μm、長さ200μmの平面形状のパターン部分では、平均膜厚2.5μmであった。 The film thickness of the sintered body layer produced by the firing treatment in the reducing atmosphere was an average film thickness of 2.5 μm in a planar pattern portion having a width of 200 μm and a length of 200 μm.
また、作製された焼結体層ボンディング・パッド上に、金ワイヤ(ワイヤ径30μm)を用いてワイヤ接合試験を行ったところ、平均プル強度が13.3gで、バラツキも小さかった。 Further, when a wire bonding test was performed on the produced sintered body layer bonding pad using a gold wire (wire diameter: 30 μm), the average pull strength was 13.3 g and the variation was small.
すなわち、ロジン誘導体を利用するフラックス処理がなされていなくとも、還元性雰囲気下での焼成処理を行うことによって、銅板と、その上に作製された焼結体層ボンディング・パッドとの界面における密着性は、十分に高い水準となっている。 In other words, even if the flux treatment using the rosin derivative is not performed, the adhesion at the interface between the copper plate and the sintered body bonding pad produced thereon is performed by performing the firing treatment in a reducing atmosphere. Is sufficiently high.
本発明の微細なパターン形状を有する金属ナノ粒子焼結体層の形成方法は、基板上に金属ナノ粒子焼結体を製造する際、形成される焼結体層全体の嵩密度、機械的強度、導電性の低下を抑え、更には、得られる焼結体層全体の緻密さを高めることで、その下地層と焼結体層との界面において、高い密着性を達成することが可能である。従って、例えば、銅あるいは銅合金製基板の表面に、良好な密着性を示すボンディング・パッド用の導電層として利用可能な金属ナノ粒子焼結体層の作製に適用できる。 In the method for forming a metal nanoparticle sintered body layer having a fine pattern according to the present invention, when the metal nanoparticle sintered body is produced on a substrate, the bulk density and mechanical strength of the entire sintered body layer to be formed are as follows. It is possible to achieve high adhesion at the interface between the underlying layer and the sintered body layer by suppressing the decrease in conductivity and further increasing the density of the entire sintered body layer obtained. . Therefore, for example, the present invention can be applied to the production of a metal nanoparticle sintered body layer that can be used as a conductive layer for a bonding pad that exhibits good adhesion on the surface of a copper or copper alloy substrate.
Claims (10)
平均粒子径を1〜100nmの範囲に選択する、金属ナノ粒子を含有する分散液を用いて、目的とする微細なパターン形状を有する塗布層を基板上に描画する工程と、
前記塗布層中に含まれる金属ナノ粒子の焼成処理を行って、微細なパターン形状を有する金属ナノ粒子焼結体層を基板上に形成する工程を有し;
前記分散液中に含有される、金属ナノ粒子は、該金属ナノ粒子表面の金属原子に対して、アミノ基の窒素原子上の孤立電子対を利用して配位的な結合が可能な沸点150℃以上のアルキルアミンにより、表面を被覆されており、
前記アルキルアミンにより表面を被覆されている金属ナノ粒子は、沸点150℃以上の炭化水素溶媒中に分散されており、
該分散液中に、前記沸点150℃以上の炭化水素は、金属ナノ粒子100質量部当たり、10質量部〜100質量部の範囲で含有されており;
前記金属ナノ粒子の焼成処理は、
加熱温度を、150℃以上、300℃以下の範囲に選択して、
水素ガス、または水素ガスと不活性気体との混合気体からなる還元性雰囲気下で実施する
ことを特徴とする微細パターンの金属ナノ粒子焼結体層を形成する方法。 A method of forming a conductive layer having a fine pattern shape composed of sintered layers of metal nanoparticles on a substrate,
Drawing an application layer having a desired fine pattern shape on a substrate using a dispersion containing metal nanoparticles, selecting an average particle size in the range of 1 to 100 nm;
Performing a firing process of metal nanoparticles contained in the coating layer to form a metal nanoparticle sintered body layer having a fine pattern shape on a substrate;
The metal nanoparticles contained in the dispersion have a boiling point of 150, which enables a coordinate bond to a metal atom on the surface of the metal nanoparticle using a lone electron pair on a nitrogen atom of an amino group. The surface is coated with an alkylamine of ℃ or higher,
The metal nanoparticles whose surface is coated with the alkylamine are dispersed in a hydrocarbon solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher,
In the dispersion, the hydrocarbon having a boiling point of 150 ° C. or higher is contained in the range of 10 to 100 parts by mass per 100 parts by mass of the metal nanoparticles;
Firing treatment of the metal nanoparticles,
Select the heating temperature in the range of 150 ° C or higher and 300 ° C or lower,
A method for forming a metal nanoparticle sintered body layer having a fine pattern, which is performed in a reducing atmosphere composed of hydrogen gas or a mixed gas of hydrogen gas and an inert gas.
金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウムの金属種の群から選択される、一種の金属からなるナノ粒子、または、二種以上の金属種からなる合金のナノ粒子である
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 The metal nanoparticles contained in the dispersion are
A nanoparticle made of one kind of metal or an alloy made of two or more kinds of metal selected from the group of gold, silver, platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium and osmium. The method of claim 1, wherein:
1体積%〜100体積%の範囲に選択されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 The content of hydrogen gas in the reducing atmosphere used for the firing process of the metal nanoparticles is:
3. The method according to claim 1, wherein the method is selected in the range of 1% by volume to 100% by volume.
窒素、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノン、あるいは、それらの二種以上を混合したものである
ことを特徴とする請求項3に記載の方法。 In the mixed gas of the hydrogen gas and the inert gas, the inert gas used is:
The method according to claim 3, wherein nitrogen, helium, argon, krypton, xenon, or a mixture of two or more thereof is used.
水素ガス、または水素ガスと不活性気体との混合気体を所定の流速で流し、
非加圧の還元性雰囲気下で、加熱がなされている
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 In the firing process of the metal nanoparticles,
Flow hydrogen gas or a mixed gas of hydrogen gas and inert gas at a predetermined flow rate,
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein heating is performed in a non-pressurizing reducing atmosphere.
加熱した際、水素原子の供給源として機能を有する、ロジン誘導体が、金属ナノ粒子100質量部当たり、0.5質量部〜5質量部の範囲で含有されている
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。 In the dispersion,
The rosin derivative having a function as a hydrogen atom supply source when heated is contained in the range of 0.5 to 5 parts by mass per 100 parts by mass of the metal nanoparticles. The method as described in any one of -8.
アビエチン酸、ネオアビエチン酸、パラストリン酸、レボピマール酸、ピマール酸、イソピマール酸、サンダラコピマール酸、デヒドロアビエチン酸、アクリル化ロジン、マレイン化ロジン、重合ロジン、水添ロジンのうち少なくとも一種類以上の化合物が含有されている
ことを特徴とする請求項6に記載の方法。 In the dispersion, as the rosin derivative,
At least one compound selected from abietic acid, neoabietic acid, parastrinic acid, levopimaric acid, pimaric acid, isopimaric acid, sandaracopimaric acid, dehydroabietic acid, acrylated rosin, maleated rosin, polymerized rosin, hydrogenated rosin The method according to claim 6, further comprising:
該金属材料の表面には、該金属材料の酸化物を含んでなる酸化被膜が形成され、
前記酸化被膜に含まれる該金属材料の酸化物は、塩基性の金属酸化物であり、
前記ロジン誘導体を利用するフラックス処理によって、前記塩基性の金属酸化物の除去が可能である
ことを特徴とする請求項6または7に記載の方法。 The substrate has a surface formed of a metal material;
An oxide film containing an oxide of the metal material is formed on the surface of the metal material,
The oxide of the metal material contained in the oxide film is a basic metal oxide,
The method according to claim 6 or 7, wherein the basic metal oxide can be removed by a flux treatment using the rosin derivative.
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。 9. A part of a conductive layer having a fine pattern formed of a sintered body layer of metal nanoparticles formed on the substrate is used as a wire bonding pad. The method as described in any one of.
ことを特徴とする請求項9に記載の方法。 The portion of the sintered body layer between the metal nanoparticles used as the wire bonding pad has a thickness of the sintered body layer selected in a range of 0.5 μm to 10 μm. The method described.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011090061A1 (en) | 2010-01-22 | 2011-07-28 | 荒川化学工業株式会社 | Easily thermally decomposable binder resin, binder resin composition and use of said composition |
WO2015151725A1 (en) * | 2014-03-31 | 2015-10-08 | 富士フイルム株式会社 | Aqueous inkjet pigment dispersion, method for producing same and aqueous inkjet ink |
WO2020195104A1 (en) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | Circuit board, and method for manufacturing electrical connection box including circuit board |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002356630A (en) * | 2001-05-30 | 2002-12-13 | Dowa Mining Co Ltd | Copper powder for low-temperature baking or conductive paste |
JP2004296424A (en) * | 2003-03-11 | 2004-10-21 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd | Method for forming metal layer, metal layer, and display device using metal layer |
WO2005025787A1 (en) * | 2003-09-12 | 2005-03-24 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Metal nano particle liquid dispersion capable of being sprayed in fine particle form and being applied in laminated state |
JP2007035353A (en) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Namics Corp | Metal paste |
JP2007200660A (en) * | 2006-01-25 | 2007-08-09 | Nippon Shokubai Co Ltd | Method of manufacturing metal film |
-
2007
- 2007-09-14 JP JP2007239237A patent/JP5260923B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002356630A (en) * | 2001-05-30 | 2002-12-13 | Dowa Mining Co Ltd | Copper powder for low-temperature baking or conductive paste |
JP2004296424A (en) * | 2003-03-11 | 2004-10-21 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd | Method for forming metal layer, metal layer, and display device using metal layer |
WO2005025787A1 (en) * | 2003-09-12 | 2005-03-24 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Metal nano particle liquid dispersion capable of being sprayed in fine particle form and being applied in laminated state |
JP2007035353A (en) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Namics Corp | Metal paste |
JP2007200660A (en) * | 2006-01-25 | 2007-08-09 | Nippon Shokubai Co Ltd | Method of manufacturing metal film |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011090061A1 (en) | 2010-01-22 | 2011-07-28 | 荒川化学工業株式会社 | Easily thermally decomposable binder resin, binder resin composition and use of said composition |
US8829077B2 (en) | 2010-01-22 | 2014-09-09 | Arakawa Chemical Industries, Ltd. | Easily thermally decomposable binder resin, binder resin composition and use of said composition |
WO2015151725A1 (en) * | 2014-03-31 | 2015-10-08 | 富士フイルム株式会社 | Aqueous inkjet pigment dispersion, method for producing same and aqueous inkjet ink |
WO2020195104A1 (en) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | Circuit board, and method for manufacturing electrical connection box including circuit board |
JP2020161694A (en) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | Circuit board and manufacturing method of electric connection box including the same |
US12040245B2 (en) | 2019-03-27 | 2024-07-16 | Autonetworks Technologies, Ltd. | Circuit board and method for manufacturing electrical connection box including circuit board |
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