JP2013136577A - 銅有機金属、銅有機金属の製造方法及び銅ペースト - Google Patents
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Abstract
【課題】従来より低温で焼成が可能であり、焼結後に導電性が向上する銅有機金属、その製造方法及びその銅有機金属を含む銅ペーストを提供する。
【解決手段】本発明による銅有機金属は、銅原子と［Ｒ−ＣＯ２］及びアミン系配位子（Ｌ）が結合されてなる。
【選択図】図２
【解決手段】本発明による銅有機金属は、銅原子と［Ｒ−ＣＯ２］及びアミン系配位子（Ｌ）が結合されてなる。
【選択図】図２
Description
本発明は、銅有機金属、銅有機金属の製造方法及び銅ペーストに関する。
銅は、銀と同様の水準の比抵抗値を有する反面、銀に比べ材料費が非常に安いため、現在殆どの電子部品の電気配線に用いられている。
しかし、銅粉末を用いて銅ペーストを形成する場合、銅粉末が自然酸化されたり、焼結などのための熱処理過程で酸化されたりすることにより、導電性が低くなるという問題点があった。
一方、ナノサイズの銅粒子を用いてペーストを形成し、このペーストを用いて導電パターンを形成する技術が提案されている。
一例として、特許文献1には、ナノサイズの銅粒子を含むペーストを約３５０℃で焼結して銅金属配線を形成する技術が紹介されている。
しかし、一般に、焼結温度が高いほど金属の酸化が激しくなり、導電性が減少する。
上記のような高温焼結時における導電性の減少問題を解決すべく、銅粒子の焼結温度を低めるために銅粒子の表面を銀でコーティングする技術が特許文献２に提案されているが、銀コーティングのための製造工程が追加され、材料費が上昇するという限界があった。
また、従来のナノ金属でペーストを形成する過程では無極性溶剤のみを用いることができたが、ペーストを用いた導電パターンの形成過程で投入されるバインダなどの他の物質は極性溶剤に溶解される。従って、従来のナノ金属を含むペーストは溶剤の使用において限界があるため、ペーストの粘度調節や分散性の向上などのためのペースト組成物の設計自由度が非常に低いという問題があった。
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために導き出されたものであり、低温焼結が可能であるとともに、焼結後に導電性が向上する銅有機金属を提供することを目的とする。
また、本発明は、銅ペースト組成物の設計自由度が高い銅有機金属を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記銅有機金属を製造する方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記銅有機金属を含む銅ペーストを提供することを目的とする。
上記のような目的を果たすために導き出された本発明の一実施形態による銅有機金属は、下記化学式１の分子構造からなり、化学式１中、Ｒはアルキル基であり、Ｌはアミン系配位子であることができる。
この際、前記アミン系配位子は、アルキルアミンを含むことができる。
また、前記アルキルアミンは、Ｒ−ＮＨ２、Ｒ−ＮＨ−Ｒ´、Ｒ３−Ｎから選択される何れか一つの物質であることができる。
また、前記アミン系配位子は、水酸基（ＯＨ−）を含むものであることができる。
また、前記アミン系配位子は、ＨＯ−Ｒ−ＮＨ２を含むものであることができる。
一方、本発明の一実施形態による銅有機金属の製造方法は、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液にアルカン酸または脂肪酸を溶解させて第１溶液を製造する段階と、銅塩が溶解された第２溶液を前記第１溶液と混合する段階と、前記第１溶液と第２溶液とが混合された溶液から銅有機金属を分離精製する段階と、を含むことができる。
また、本発明の他の実施形態による銅有機金属の製造方法は、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液にアルカン酸または脂肪酸を溶解させて第１溶液を製造する段階と、銅塩が溶解された第２溶液を前記第１溶液と混合する段階と、前記第１溶液と第２溶液とが混合された溶液から銅有機金属を分離精製する段階と、分離精製された銅有機金属をアミン系溶剤と反応させる段階と、を含むことができる。
この際、前記アミン系配位子は、アルキルアミンを含むことができる。
また、前記アルキルアミンは、Ｒ−ＮＨ２、Ｒ−ＮＨ−Ｒ´、Ｒ３−Ｎから選択される何れか一つの物質であることができる。
また、前記アミン系配位子は、水酸基（ＯＨ−）を含むものであることができる。
また、前記アミン系配位子は、ＨＯ−Ｒ−ＮＨ２を含むものであることができる。
一方、本発明の一実施形態による銅ペーストは、通常の銅粉末に上述の銅有機金属を混合してなることができる。
上記のように構成された本発明の一実施形態による銅有機金属は、３００℃未満の温度で焼結が可能であるとともに、焼結後に導電性が従来より向上されるという有用な効果を提供する。
また、本発明の一実施形態による銅有機金属は、極性溶剤または無極性溶剤と相溶性を有するため、銅有機金属を含む金属ペーストの設計自由度が向上される。
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを果たす技術などは、添付図面とともに詳細に後述される実施形態を参照すると明確になるであろう。しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されず、相異なる多様な形態で具現されることができる。本実施形態は、本発明の開示が完全になるようにするとともに、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に伝達するために提供されることができる。明細書全体において、同一参照符号は同一構成要素を示す。
本明細書で用いられる用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。本明細書で、単数型は特別に言及しない限り複数型も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された構成要素、段階、動作及び／または素子は一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／または素子の存在または追加を排除しない。
以下、添付図面を参照して本発明の構成及び作用効果をより詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態による銅有機金属の分子構造を例示した図面である。
図１を参照すると、本発明の銅有機金属は、銅原子に２個の［Ｒ−ＣＯ２］がイオン結合されてなることができる。この際、Ｒはアルキル基を意味する。
また、前記アルキル基を構成する炭素の数により、親水性が大きくなったり、疎水性が大きくなったりする。
例えば、炭素数が１個のアルキル基が適用された場合には水との親和性がもっとも大きく、炭素数が８個以上の場合にはアルコールとの親和性が大きくなる。
また、Ｌはアミン系配位子であり、銅原子と結合される。
この際、前記アミン系配位子は、アルキルアミン（Ａｌｋｙｌａｍｉｎｅ）または水酸基（Ｈｙｄｒｏｘｙ；ＯＨ−）を含むアミン類であることができる。
この際、前記アルキルアミンは、Ｒ−ＮＨ２、Ｒ−ＮＨ−Ｒ´、Ｒ３−Ｎから選択される何れか一つの物質であることができる。
また、水酸基（Ｈｙｄｒｏｘｙ；ＯＨ−）を含むアミン類は、ＨＯ−Ｒ−ＮＨ２であることができる。
前記アミン系配位子がアルキルアミンを含む場合、銅有機金属の無極性溶剤との反応性が良好になる。
また、前記アミン系配位子が水酸基（Ｈｙｄｒｏｘｙ；ＯＨ−）を含むアミン類である場合は、極性溶剤との反応性が良好になる。
これにより、本発明の他の実施形態による銅有機金属は、アミン系配位子の種類を異ならせることにより、銅有機金属の極性溶剤との相溶性または無極性溶剤との相溶性を付与することができるため、金属ペーストの設計自由度が増加する。
図２は銅粉末と本発明の一実施形態による銅有機金属とを混合したペーストを加熱する時、粒子状態の変化を概略的に例示した図面である。
図２を参照すると、通常の銅粉末１０と銅有機金属１１０とを適切な比率で混合して銅ペーストを形成すると、約３００℃未満の熱を加えた時に、銅有機金属１１０が銅粉末１０の間の結合性を向上させるため、導電性が向上する。
この際、銅有機金属でＣｕ（II）状態で存在していた銅イオンは、加熱されながらＲ−ＣＯ２から分離されＣｕ原子状態に変化して導電パターンを形成するが、このように銅イオンが銅原子に変化する反応により、従来より低い温度での焼結が可能になる。
また、銅原子にアミン系配位子も結合されている場合には、加熱によりアミン系配位子も銅原子から分離されるが、この際、アミン系配位子の分離時にＲ−ＣＯ２の分離が促進されるため、焼結温度がより低くなる。
従来の通常の銅ペーストは銅粉末とバインダからなり、加熱焼成時にバインダによって銅粒子が互いに結合されることができた。しかし、従来の通常のバインダは全て電気的不導体であったため、銅粒子の間にバインダが位置する場合、導電性が減少するという問題があった。
また、従来の通常の銅ペーストは、高温焼成時に酸化が急速に進んで銅粒子の表面に酸化膜が形成されることにより、導電性が減少するという問題もあった。
しかし、上述の本発明の一実施形態による銅有機金属は銅イオンを含んでおり、焼結が進むにつれて銅イオンが銅原子に変化され銅粉末の間に結合されるため、従来より導電性が向上する。
また、本発明の一実施形態による銅有機金属に含まれたＲ−ＣＯ２及びアミン系配位子が銅イオンから分離されながら、銅粒子の表面に存在する酸化物を除去する役割もするため、導電性がさらに向上されることができる。
一方、本発明の一実施形態による銅ペーストは、通常の銅粉末に上述の銅有機金属を混合してなることができる。
＜実験例１＞
銅粉末と銅有機金属の含量を異ならせて銅ペーストを製造し、製造された銅ペーストを窒素還元雰囲気で２００℃で１時間焼結した後、抵抗を測定した。
銅粉末と銅有機金属の含量を異ならせて銅ペーストを製造し、製造された銅ペーストを窒素還元雰囲気で２００℃で１時間焼結した後、抵抗を測定した。
この際、銅ペーストを製造するにあたり、主要バインダと溶剤として、エポキシ（ｅｐｏｘｙ）、エチルセルロース（ｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、テルピネオール（ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ）、ブチルカルビトールアセテート（ｂｕｔｙｌ ｃａｒｂｉｔｏｌ ａｃｅｔａｔｅ）を用いた。
前記表１を参照すると、銅有機金属の含量が増加するにつれて、線形抵抗が著しく減少することを確認することができる。
一方、銅有機金属の含量が増加するほど銅ペーストの粘性が増加するが、導電パターンの形成工程において許容される粘性の限界によって、銅有機金属の含量を調節することが好ましい。
図３は本発明の一実施形態による銅有機金属の製造方法を例示したフローチャートである。
図３を参照すると、まず、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液にアルカン酸または脂肪酸を溶解させて第１溶液を製造する（Ｓ１００）。
次に、銅塩（Ｃｏｐｐｅｒ Ｓａｌｔ）が溶解された第２溶液を前記第１溶液と混合する（Ｓ１１０）。
本段階において、第１溶液に含まれた［Ｒ−ＣＯ２］基が第１溶液に含まれた銅原子とイオン結合をなすことにより、銅有機金属が形成される。
次に、第１溶液と第２溶液とが混合された溶液から、銅有機金属を分離精製する（Ｓ１２０）。
次に、アミン系溶剤を添加する（Ｓ１３０）。
即ち、分離精製された銅有機金属をアミン系溶剤と反応させて、銅原子をアミン系配位子（Ｌ）と結合させることにより、銅有機金属を完成させることができる。
以上の詳細な説明は本発明を例示するものである。また、上述の内容は本発明の好ましい実施形態を示して説明するものに過ぎず、本発明は多様な他の組合、変更及び環境で用いることができる。即ち、本明細書に開示された発明の概念の範囲、述べた開示内容と均等な範囲及び／または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。上述の実施形態は本発明を実施するにおいて最善の状態を説明するためのものであり、本発明のような他の発明を用いるにおいて当業界に公知された他の状態での実施、そして発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。従って、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付された請求範囲は他の実施状態も含むと解釈されるべきであろう。
Ｒ アルキル基
Ｌ アミン系配位子
１０ 銅粉末
１１０ 銅有機金属
Ｌ アミン系配位子
１０ 銅粉末
１１０ 銅有機金属
Claims (12)
- 下記化学式１の分子構造からなり、化学式１中、Ｒはアルキル基であり、Ｌはアミン系配位子である銅有機金属。
- 前記アミン系配位子は、アルキルアミンを含むものである請求項１に記載の銅有機金属。
- 前記アルキルアミンは、Ｒ−ＮＨ２、Ｒ−ＮＨ−Ｒ´、Ｒ３−Ｎから選択される何れか一つの物質である請求項２に記載の銅有機金属。
- 前記アミン系配位子は、水酸基（ＯＨ−）を含むものである請求項１に記載の銅有機金属。
- 前記アミン系配位子は、ＨＯ−Ｒ−ＮＨ２を含むものである請求項１に記載の銅有機金属。
- 水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液にアルカン酸または脂肪酸を溶解させて第１溶液を製造する段階と、
銅塩が溶解された第２溶液を前記第１溶液と混合する段階と、
前記第１溶液と第２溶液とが混合された溶液から銅有機金属を分離精製する段階と、を含んでアミン系配位子が備えられた銅有機金属を製造するための銅有機金属の製造方法。 - 水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液にアルカン酸または脂肪酸を溶解させて第１溶液を製造する段階と、
銅塩が溶解された第２溶液を前記第１溶液と混合する段階と、
前記第１溶液と第２溶液とが混合された溶液から銅有機金属を分離精製する段階と、
分離精製された銅有機金属をアミン系溶剤と反応させる段階と、
を含んでアミン系配位子が備えられた銅有機金属を製造するための銅有機金属の製造方法。 - 前記アミン系配位子は、アルキルアミンを含むものである請求項７に記載の銅有機金属の製造方法。
- 前記アルキルアミンは、Ｒ−ＮＨ２、Ｒ−ＮＨ−Ｒ´、Ｒ３−Ｎから選択される何れか一つの物質である請求項８に記載の銅有機金属の製造方法。
- 前記アミン系配位子は、水酸基（ＯＨ−）を含むものである請求項７に記載の銅有機金属の製造方法。
- 前記アミン系配位子は、ＨＯ−Ｒ−ＮＨ２を含むものである請求項７に記載の銅有機金属の製造方法。
- 銅粉末と請求項７に記載の銅有機金属の製造方法により製造される銅有機金属とを含む銅ペースト。
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