JP2015506049A - パターン付き基材上の導電性ネットワーク - Google Patents

パターン付き基材上の導電性ネットワーク Download PDF

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Abstract

特に、自己集合した導電性ネットワークが、貫通孔を有する基材の表面上に形成される。パターンを有する導電性ネットワークは、導電性ネットワークにおける導電性材料の少なくともいくらかが前記孔内に達し、場合によっては該孔を通って基材の反対側の表面までも達するように、形成される。基材の表面上のネットワークは、良好なコンダクタンスで前記孔内の導電性材料と電気的に接続している。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その内容の全体が本明細書に組み入れられる、2011年10月29日に出願された米国特許仮出願第61/553,192号の優先権を主張するものである。
技術分野
本開示は、パターン付き基材上の導電性ネットワーク、特に、貫通孔を有する基材上の自己集合した導電性ネットワークに関する。
背景
光起電力学の分野では、高性能な太陽電池の効率のためには、太陽電池に所望の特徴を製作するための複数の高価な加工工程が必要とされる。そのような工程は、加工コストを増加させることから、太陽電池の有用性を制限している。
従来の太陽電池設計では、光生成された電流は、2つの電極、(1)太陽電池の底面上の(多くの場合、連続的で均一な)底部電極と、(2)底面とは反対側の前面(照射面)上の微細印刷されたアレイ状の配線へと、送られる。太陽電池の前面上の微細印刷されたアレイ状の配線は、銀ペーストを微細パターンの線状にスクリーン印刷することによって形成することができる。例えば、太陽電池上の電極のパターニングを改良することによって太陽電池の性能(例えば、単位面積あたりに生成されるワット)を向上させることが、試みられている。
太陽電池の前面上の印刷された銀のエリアを減らすことにより太陽電池の性能を改良することが所望されている。銀のエリアを減らすことで、太陽電池の光活性部分に入る光を増やすことができ、結果として効率を向上させることができる。メタルラップスルー(MWT)設計は、これを達成する方法として説明されており、この設計では、太陽電池の前面と底面との間の電気接触が、スルーシリコンビア(TSV)を使用して作製される。
太陽電池上におよび太陽電池を貫通して導電性ネットワークを形成する方法を改良することには有益性があるであろう。より一般には、フィルム基材上におよびフィルム基材を貫通して導電性ネットワークを形成する方法を改良することによる有益性が、他の光起電用途(例えば、薄膜光発電用途)ならびにより一般には(フラットパネルディスプレイ、透明ヒーター、照明などのための透明電極用途を含む)電子工学的用途における応用を含め、存在するであろう。
概要
一局面において、本開示は、貫通孔を有する基材の表面上の自己集合した導電性ネットワークを特徴とする。パターンを有する導電性ネットワークは、導電性ネットワークにおける導電性材料の少なくともいくらかが孔内に達し、場合によっては孔を通って基材の反対側の表面までも達するように、形成される。導電性材料が孔内に形成され、一方、導電性ネットワークが基材の表面上に形成される。基材の表面上のネットワークは、良好なコンダクタンスで孔内の導電性材料と電気的に接続している。いくつかの実施形態において、基材の表面上の導電性ネットワークによって集められた電流は、孔内の導電性材料を通って、基材の反対側へと送られ得る。そのような基材は、太陽電池、例えばメタルラップスルー(MWT)設計を有する太陽電池において使用することができる。導電性ネットワークおよび孔内のまたはさらには第二表面上の導電性材料の、(例えば自己集合による)一段階での形成は、表面と孔との間および表面と該表面の反対側との間に良好なコンダクタンスを提供しつつ、製造プロセスを簡素化し、プロセススループットを向上させ、コストを低減することができる。
別の局面において、本開示は、基材、導電性材料、および自己集合した導電性ネットワークを含む、物品を特徴とする。基材は、第一表面と、第二表面と、第一表面から第二表面までの厚さと、基材の該厚さを貫通して延びる1つまたは複数の孔とを含む。導電性材料は、前記1つまたは複数の孔内に存在する。自己集合した導電性ネットワークは、第一表面上に存在し、かつ導電性材料を含む。自己集合した導電性ネットワークは、前記1つまたは複数の孔内の導電性材料と電気的に連通している。
別の局面において、本開示は、第一表面と、第二表面と、第一表面から第二表面までの厚さと、基材の該厚さを貫通して延びる1つまたは複数の孔とを含む基材を提供する工程；ならびに、エマルションおよび該エマルション中に分散された不揮発性成分を基材の第一表面上に適用する工程、を含む方法を特徴とする。エマルションおよび不揮発性成分は、基材の第一表面上で導電性ネットワークへと、ならびに前記1つまたは複数の孔内で導電性材料へと、自己集合する。導電性ネットワークおよび導電性材料は、第一表面から、前記1つまたは複数の孔を通って、第二表面に向かって電流を送るように、電気的に連通している。
本開示は、以下の態様の1つまたは複数を特徴とする。自己集合した導電性ネットワークは、1つまたは複数の孔内へと延びており、該1つまたは複数の孔内の導電性材料は、自己集合した導電性ネットワークの延長部分である。自己集合した導電性ネットワークは、前記1つまたは複数の孔を通って第二表面上へと延びている。前記1つまたは複数の孔内の導電性材料および自己集合した導電性ネットワークは、第一表面から第二表面へと電流を送るように電気的に連通している。自己集合した導電性ネットワークは、前記1つまたは複数の孔から離れた所の第一の異方性と、該1つまたは複数の孔に近接する所の第二の異方性とを有し、ここで、第二の異方性が第一の異方性よりも高い。自己集合した導電性ネットワークは、前記1つまたは複数の孔から離れた所では等方性である。自己集合した導電性ネットワークは、金属トレースと該トレースに囲まれた細孔とを含み、前記1つまたは複数の孔に近接する金属トレースは、放射状のパターンで、該1つまたは複数の孔に向かっておよび該孔内へと延びている。自己集合した導電性ネットワークは、金属ナノ粒子から形成される。金属ナノ粒子は、銀ナノ粒子を含む。基材は、半導体、ポリマーフィルム、またはガラスを含む。前記1つまたは複数の孔は、レーザードリル加工またはエッチングによって形成される。
本開示は、以下の態様の1つまたは複数も特徴とする。前記1つまたは複数の孔内の導電性材料は、導電性ネットワークの延長部であり、導電性ネットワークの自己集合化中に形成される。エマルションおよび不揮発性成分は、前記1つまたは複数の孔を通って第二表面上へ延びる導電性ネットワークへと自己集合する。基材における前記1つまたは複数の孔は、レーザードリル加工またはエッチングによって形成される。エマルションは、油中水型エマルションまたは水中油型エマルションを含む。不揮発性成分は、金属ナノ粒子またはセラミックナノ粒子を含む。導電性ネットワークを自己集合させることは、前記1つまたは複数の孔から離れた所の低い異方性と該1つまたは複数の孔に近接する所の高い異方性とを有する導電性ネットワークを形成することを含む。前記1つまたは複数の孔に近接する所の高い異方性を有する導電性ネットワークを形成することは、放射状のパターンで該1つまたは複数の孔に向かっておよび該孔内へと延びる金属トレースを形成することを含む。導電性ネットワークは、焼結される。
他の特徴、目的、および利点は、明細書および図面から明らかとなるであろう。
基材の表面上の導電性ネットワークの顕微鏡写真である。 貫通孔を有する基材の表面上の導電性ネットワークの顕微鏡写真である。 貫通孔を有する基材の表面上の導電性ネットワークの顕微鏡写真である。 貫通孔を有する基材の表面上の導電性ネットワークの顕微鏡写真である。 図5Aは、貫通孔を有する基材上の導電性ネットワークの概略図である。図5Bは、あるパターンで配置された貫通孔を有する基材の概略図である。図5Cは、貫通孔を有する基材の表面上のランダムな導電性ネットワークの概略図である。図5Dは、貫通孔を有する基材の表面上の、本開示の特徴を有する導電性ネットワークの概略図である。
詳細な説明
いくつかの実施形態において、エマルションの自己組織化特性は、ランダムな金属メッシュの製作など、有用なパターンを表面上に作製するために、有利に使用することができる。そのようなランダムな金属メッシュも、光電池において有用であり得る。一例として、図1は、そのような金属メッシュの顕微鏡写真を示しており、ここで、暗いエリアは銀トレースであり、明るいエリアは、銀トレースで囲まれた非導電性の光透過性間隙または細孔である。ランダムな金属メッシュは、米国特許第7,601,406号に記載されており、光電池におけるそのようなメッシュの使用は、米国特許出願公開第2011/0175065号に記載されており、両文献の内容の全体は参照により本明細書に組み入れられる。
孔またはビアを有する基材上に透明な導電性ネットワークを形成するために、エマルションまたはフォーム(例えば、ガスが混ぜ込まれた液相)を含む自己組織化性コーティング材料が使用される。例えば、透明な導電性ネットワークは、TSVを有する太陽電池の前部電極であり得る。そのようなプロセスは、自己組織化によって孔の周りにおよび/または孔を通って特定の有利なネットワークパターンを生成することができるので、ランダムな金属メッシュを形成するために使用されるプロセスに勝る利点を有する。特に、孔の周りのおよび/または孔を通るネットワークパターンならびに該孔から離れた所のネットワークパターンを、一段階内で自己組織化させることができる。エマルションまたはフォームは、孔に浸透して、該孔が画定されている表面上のネットワークパターンの延長部分として、導電性材料を該孔内に形成する。
ランダムなメッシュ導体は、名目上等方性のシート抵抗のみを有すると考えられるが、一方で、より最適化された非均一なメッシュパターンは、電流集中点、例えば孔またはビアにおいてそのような導電性メッシュに指向性(異方性)を生じるために有用であり得る。
好ましいパターン(例えば、導電性ネットワーク)は、エマルションと基材との間の直接相互作用によって形成(例えば、自己集合)され得る。基材、コーティング材料、およびプロセスは、以下の特徴を有し得る。
基材−パターンのない様々な基材を使用することができる。透明な導電性コーティングを有する物品を製造することが目的の場合、基材は、好ましくは、可視領域(400〜800nm)の光に対して実質的に透明である。好適な基材の例には、ガラス、ポリマー材料(例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、またはポリカーボネート)、セラミック(例えば、透明な金属酸化物)、および半導体材料(例えば、シリコンまたはゲルマニウム)が含まれる。基材は、そのまま使用してもよく、あるいはその表面特性を変更するために前処理してもよい。例えば、基材は、コーティングと基材表面との間の接着性を向上させるために、または基材の表面エネルギーを増加または制御するために、前処理してもよい。物理的前処理および化学的前処理の両方を使用することができる。物理的前処理の例には、コロナ処理、プラズマ処理、紫外線処理、熱処理、または火炎処理が含まれる。化学的前処理の例には、エッチング(例えば、酸エッチング)、プライマー、反射防止コーティング、またはハードコート層(例えば、耐スクラッチ性を付与するため)が含まれる。特に、基材は、光電池を含む基材、例えば半導体基材であり得る。
基材は、パターン付き基材であってもよい。例えば、パターンのない基材に透明な導電性コーティングを適用する前に、該基材にパターン形成してもよい。いくつかの実施形態において、半導体基材は、例えばレーザードリル加工またはエッチングを使用して、貫通孔を形成するようにパターン形成され得る。いくつかの実施形態において、基材は、パターン形成される前または導電性ネットワークの形成に使用される前に、エマルションをベースとして形成された第一のランダムなネットワークを有する基材であってもよい。第一のランダムなネットワークの形成の例は、本願と同日に出願された代理人整理番号17709-0031P01において説明されており、その内容の全体は参照により本明細書に組み入れられる。
コーティング材料−使用に適したコーティング材料は、不揮発性成分および液体キャリアを含み得る。液体キャリアは、連続相と該連続相中に分散されたドメインとを有するエマルションの形態である。
好適な不揮発性成分の例には、金属ナノ粒子およびセラミックナノ粒子が含まれる。ナノ粒子は、好ましくは、約100ナノメートル未満のD90値を有する。具体例には、米国特許第5,476,535号および米国特許第7,544,229号に記載のプロセスに従って調製された金属ナノ粒子が含まれ、両文献は参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。これら2つの特許に記載されているように、ナノ粒子は、一般に、2種の金属の合金を形成すること；例えば銀とアルミニウムの合金で、塩基性または酸性の溶出剤を使用して一方の金属、例えばアルミニウムを溶出して、多孔性金属塊を形成すること；次いで、(例えば、機械的分散機、機械的ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、またはミリング装置を使用して)該塊を崩壊させて、ナノ粒子を形成すること、によって調製される。ナノ粒子は、凝集を防ぐために、崩壊の前にコーティングしてもよい。いくつかの実施形態において、粒子は、ナノサイズよりも大きいものであり得る。ナノサイズまたはより大きな粒子のための材料には、ガラスフリットも含まれ得る。
ナノ粒子の作製に有用な金属の例には、銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、銅、チタン、イリジウム、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、スズ、およびそれらの組み合わせが含まれる。凝集を防ぐためにナノ粒子をコーティングするのに有用な材料の例には、ソルビタンエステル、ポリオキシエチレンエステル、アルコール、グリセリン、ポリグリコール、有機酸、有機酸塩、有機酸エステル、チオール、ホスフィン、低分子量ポリマー、およびそれらの組み合わせが含まれる。
液体キャリア中の不揮発性成分(例えば、ナノ粒子)の濃度は、概して、約1〜50重量％、好ましくは1〜10重量％の範囲である。特定の量が、基材表面上にコーティングされ得る組成物が得られるように選択される。電気伝導性コーティングが所望される場合は、前記量は、乾燥したコーティングにおいて適切なレベルの導電性が得られるように選択される。
液体キャリアは、連続相と該連続相中に分散されたドメインとを特徴とするエマルションの形態である。いくつかの実施形態において、エマルションは、1種または複数種の有機液体が連続相を形成し、ならびに1種または複数種の水性液体が分散ドメインを形成している、油中水(W/O)型エマルションである。他の実施形態において、エマルションは、1種または複数種の水性液体が連続相を形成し、ならびに1種または複数種の有機液体が分散ドメインを形成している、水中油(O/W)型エマルションである。両方の場合において、水性液体および有機液体は、2つの異なる相が形成されるように、お互いに実質的に不混和性である。
W/O型またはO/W型エマルションのいずれかについて好適な水性液体の例には、水、メタノール、エタノール、エチレングリコール、グリセロール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン、およびそれらの組み合わせが含まれる。W/O型またはO/W型エマルションのいずれかについて好適な有機液体の例には、石油エーテル、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、ベンゼン、ジクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、ジクロロメタン、ニトロメタン、ジブロモメタン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、およびそれらの組み合わせが含まれる。溶媒は、エマルションにおける連続相の溶媒が分散ドメインの溶媒よりも速く蒸発するように選択されるべきである。例えば、いくつかの実施形態において、エマルションは、有機液体が水性液体よりも速く蒸発する、W/O型エマルションである。
液体キャリアは、他の添加剤を含有していてもよい。具体例には、反応性または非反応性の希釈剤、酸素捕捉剤、ハードコート成分、抑制剤、安定化剤、着色剤、顔料、IR吸収剤、界面活性剤、湿潤剤、レベリング剤、流動調節剤、レオロジー調整剤、スリップ剤、分散助剤、消泡剤、結合剤、接着促進剤、腐食防止剤、およびそれらの組み合わせが含まれる。
いくつかの態様において、コーティング材料は、ガスが混ぜ込まれた液相中、例えばフォームの形態中に、不揮発性要素を有し得る。好ましい態様において、不揮発性要素は、金属ナノ粒子である。金属粒子は、水系液体の分散液中に分散させて、フォームを形成するよう空気と混合してもよい。いくつかの態様において、そのような分散液は水性であり、不混和性有機溶媒およびエマルションを必要としない。そのようなコーティング材料は、米国特許出願公開第2011/0193032号に記載されており、その内容の全体は参照により本明細書に組み入れられる。
プロセス−好適なコーティングプロセスは、スクリーン印刷、手動塗布機、および手動スプレッディングを含み得る。他の好適な技術、例えば、スピンコーティング、スプレーコーティング、インクジェット印刷、オフセット印刷、マイヤーロッド(Mayer rod)コーティング、グラビアコーティング、マイクログラビアコーティング、カーテンコーティング、および任意の好適な技術も使用することができる。コーティング材料が適用された後、溶媒は、周囲よりも高い温度を使用してまたは使用せずに、エマルションから蒸発させる。好ましくは、残留するコーティングは、およそ室温から約850℃までの範囲内の温度で焼結される。焼結は、好ましくは、周囲大気圧で行われる。
あるいはまたはさらに、焼結プロセスの全てまたは一部は、焼結プロセスを誘導する化学物質の存在下で行うことができる。好適な化学物質の例には、ホルムアルデヒド、または酸、例えば、ギ酸、酢酸、および塩酸が含まれる。化学物質は、蒸気または液体の形態であってもよく、付着した粒子がそれに曝露される。あるいは、そのような化学物質は、付着の前に、ナノ粒子を含む組成物中に組み入れてもよく、または粒子を基材上に付着させた後で、該ナノ粒子上に付着させてもよい。
プロセスは、焼結後処理の工程も含んでいてもよく、この工程では、形成された導電層は、さらに焼結またはアニール処理され得るか、あるいは、熱処理、レーザー処理、UV処理、酸処理、もしくは他の処理を用いて、および/または化学物質、例えば、金属塩、塩基、もしくはイオン性液体への曝露を用いて、別の方法で後処理され得る。処理された導電層は、水または他の化学洗浄液、例えば、酸溶液、アセトン、または他の好適な液体によって洗浄され得る。コーティングの後処理は、ロールツーロールプロセスなど、小規模の実験室スケールでまたはより大規模の工業スケールで、バッチプロセス設備または連続コーティング設備によって実施することができる。
好適な基材、コーティング材料、およびプロセス、ならびに自己集合プロセスについては、米国特許出願第12/809,195号(2011年7月26日出願)、米国特許仮出願第61/495,582号(2011年6月10日出願)、および米国特許第7,566,360号にも記載されており、その内容の全体は参照により本明細書に組み入れられる。
実施例1
4ミルのMitsubishi E100ポリエチレンテレフタレート(PET)基材(Mitsubishi Polyester Film、三菱、日本)のプライマー処理された面を使用した。
基材は、PET基材の厚さを貫通するおよそ100μmの直径の孔(すなわち、ビア)が形成されるようにレーザードリル加工により調製した。Epilog Mini 24 30Wレーザーシステム(ゴールデン、コロラド)を使用し、およそ1インチ間隔の正方形のパターンで孔を形成した。
表1に示された組成物(グラム量)を含有するエマルションを含むコーティング材料を、ビーカー中で、Misonix 3000超音波処理ミキサーを使用して、40Wで40秒間、超音波処理によって混合した。
Figure 2015506049
この分散液に、以下の表2の材料を加え(グラム量)、ピペットによる再混合を可能にする30秒間のインターバルを挟んだ、各サイクル30秒の2サイクルの超音波処理によって、他の材料と混合した。超音波処理は、ビーカー中で、Misonix 3000超音波処理ミキサーを使用して40Wで行った。
Figure 2015506049
コーティング材料を、上記の調製したPET基材の4インチ×4インチ片の一端に、ピペットによって過剰に適用し、マイヤーロッドによって引き延ばして、30ミクロンの名目厚さのコーティングを得た。次いで、コーティングの直後に、この適用されたコーティング材料を、50℃のオーブン中で1分間乾燥させた。
図2は、結果として得られるコーティングの顕微鏡写真を示しており、中心に1つの100μmの孔が視認され、ならびに顕微鏡写真の上側および下側の左隅にさらに2つの孔の一部が視認される。明るい色のエリアは、ネットワーク中の、銀を含有しない光透過性セルまたは間隙であり、一方、暗い線は、導電性の銀のネットワークトレースである。
上記の図に見られるように、孔から離れた所では、孔の近位とは異なるネットワークパターンが形成されている。異方性の低い小さなネットワーク構造が、ビア孔から離れた所に存在している。特に、孔の近くでは、銀トレースが凝集して金属含有量がより高い線が形成され、そのような線では(孔に向かう)指向性が増加している。表面上の金属トレースがビア孔と電気的に接続していることがわかる(孔の周縁の内側に微細な金属接続線が存在することに留意されたい)。孔から離れた所では、ネットワーク構造は等方性であり得る。
以下の方法に基づいて、コーティングの透明度(または透過率)およびシート抵抗を試験した。
％透過率(％T)
％透過率は、積分球を備えるGretagMacbeth Color Eye 3000分光光度計(X-rite Corp、グランド・ラピッズ、MI)によって測定される、20nmの解像度の400〜740nmの波長で試料を透過した光の平均パーセントである。
シート抵抗(Rs)
シート抵抗を、Loresta-GP MCP T610四点プローブ(Mitsubishi Chemical、チェサピーク、VA)を使用して測定した。
試験結果は、ビア孔から離れた所の透明度はおよそ67.5％であり、シート抵抗はおよそ8Ω/□であることを示した。
実施例2
パターン形成の際に、コーティングされたフィルム/基材をオーブン中で乾燥させるのではなく室温で放置することによってよりゆっくりと乾燥させたこと以外は、実施例1に従って、第二のコーティングされたフィルム/基材を作製した。
結果として得られるコーティングされたフィルムの顕微鏡写真を図3(A)および3(B)に示しており、該図においては、中心に視認できる孔が示されている。図3(A)は、反射光の画像である。図3(B)は、透過光の画像である。
この場合、コーティング材料は、乾燥およびパターン形成が完了する前に、ビア内へおよびビアを通ってフィルムの裏面(または底面)まで浸透することが可能であった。小さい細孔サイズのネットワークにおいて、ビア/孔の近くの材料による、より濃くおよびより暗い「スミア」は、(焦点深度の違いと反射光/透過光におけるコントラストからも明らかなように)ビアの裏面上の材料(すなわち、銀)である。ビア/孔から遠い所のより大きい細孔サイズのネットワークは、コーティング材料が適用されている前面上にある。
実施例3
以下の変更を含めて、実施例1に従って、第三のコーティングされたフィルム/基材を作製した。調製されたコーティング材料を、ビーカー中に周囲実験室条件で、覆いをせずに一晩放置し、次いで、コーティングの直前にピペットによって穏やかに再混合した。さらに、コーティングを、マイヤーロッドによって60μmの名目厚さで適用した。
結果として得られるコーティングの顕微鏡写真が図4に示されており、中心に1つの100μmの孔が視認される。この実施例では、導電性ネットワークに不均一性はほとんど存在しない。しかしながら、導電性の銀が孔内へおよび孔を通って浸透しているように明確に視認され、これにより、同心円状の暗い色のエリアが、透明フィルム/基材を通して示されている。銀トレースも、放射線状のパターンで孔へおよび孔内へと延びていることが明確に示されている。
図5A、5B、および5Dを参照すると、導電性材料のネットワークが、基材の前面上に形成されている。基材は、パターン状のミクロンサイズの貫通孔を含み、ならびに導電性材料は、該孔に達して、該孔を濡らしている。導電性材料のいくらかは、基材の底面に達する。
図5Cを参照すると、コーティング材料が、ランダムなネットワークを有する透明導電性コーティングを形成する場合(ここでは、四角形として描かれているが、一般にネットワークはランダムであり得る)、導電性材料の濃縮も、電流をビア/孔へ向けて引き寄せる異方性も存在しない。対照的に、図5Dに示されている自己集合したネットワークは、バックグラウンドにランダムなネットワークを有しかつ孔/ビアの近くに濃縮された導電性材料を有する、好ましい構造を有する。孔/ビアの近くの導電性材料は、孔/ビアと電気的に接続し、かつ孔/ビア内へと延びている。孔/ビアの近くの導電性材料は、ランダムなネットワークよりもよく整列している(異方性)。高いコンダクタンスが、孔/ビアの近くに提供される。

Claims (20)

  1. 第一表面と、第二表面と、第一表面から第二表面までの厚さと、基材の該厚さを貫通して延びる1つまたは複数の孔とを含む、基材；
    該1つまたは複数の孔内の導電性材料；および
    導電性材料を含み、かつ該1つまたは複数の孔内の導電性材料と電気的に連通している、第一表面上の自己集合した導電性ネットワーク
    を含む物品。
  2. 自己集合した導電性ネットワークが、前記1つまたは複数の孔内へと延び、該1つまたは複数の孔内の導電性材料が、自己集合した導電性ネットワークの延長部分である、請求項1記載の物品。
  3. 自己集合した導電性ネットワークが、前記1つまたは複数の孔を通って、第二表面上へと延びている、請求項2記載の物品。
  4. 前記1つまたは複数の孔内の導電性材料と、自己集合した導電性ネットワークとが、第一表面から第二表面へと電流を送るように電気的に連通している、請求項1記載の物品。
  5. 自己集合した導電性ネットワークが、前記1つまたは複数の孔から離れた所の第一の異方性と、該1つまたは複数の孔に近接する所の第二の異方性とを有し、第二の異方性が第一の異方性よりも高い、請求項1記載の物品。
  6. 自己集合した導電性ネットワークが、前記1つまたは複数の孔から離れた所で等方性である、請求項5記載の物品。
  7. 自己集合した導電性ネットワークが、金属トレースと該トレースに囲まれた細孔とを含み、前記1つまたは複数の孔に近接する該金属トレースが、放射状のパターンで、該1つまたは複数の孔に向かっておよび該孔内へと延びている、請求項5記載の物品。
  8. 自己集合した導電性ネットワークが金属ナノ粒子から形成される、請求項1記載の物品。
  9. 金属ナノ粒子が銀ナノ粒子を含む、請求項8記載の物品。
  10. 基材が、半導体、ポリマーフィルム、またはガラスを含む、請求項1記載の物品。
  11. 前記1つまたは複数の孔が、レーザードリル加工またはエッチングによって形成される、請求項1記載の物品。
  12. 第一表面と、第二表面と、第一表面から第二表面までの厚さと、基材の該厚さを貫通して延びる1つまたは複数の孔とを含む基材を提供する工程；ならびに
    エマルションおよび該エマルション中に分散された不揮発性成分を、基材の第一表面上に適用する工程であって、エマルションおよび不揮発性成分が、基材の第一表面上で導電性ネットワークへと、ならびに該1つまたは複数の孔内で導電性材料へと、自己集合し、導電性ネットワークおよび導電性材料が、第一表面から、該1つまたは複数の孔を通って、第二表面に向かって電流を送るように電気的に連通している、工程
    を含む方法。
  13. 前記1つまたは複数の孔内の導電性材料が、導電性ネットワークの延長部であり、かつ第一表面上の導電性ネットワークの自己集合化中に形成される、請求項12記載の方法。
  14. エマルションおよび不揮発性成分が、前記1つまたは複数の孔を通って第二表面上へと延びる導電性ネットワークへと自己集合する、請求項12記載の方法。
  15. レーザードリル加工またはエッチングによって基材に前記1つまたは複数の孔を形成する工程をさらに含む、請求項12記載の方法。
  16. エマルションが、油中水型エマルションまたは水中油型エマルションを含む、請求項12記載の方法。
  17. 不揮発性成分が、金属ナノ粒子またはセラミックナノ粒子を含む、請求項12記載の方法。
  18. 導電性ネットワークへと自己集合することが、前記1つまたは複数の孔から離れた所の低い異方性と、該1つまたは複数の孔に近接する所の高い異方性とを有する導電性ネットワークを形成することを含む、請求項12記載の方法。
  19. 前記1つまたは複数の孔に近接する所の高い異方性を有する導電性ネットワークを形成することが、放射状のパターンで該1つまたは複数の孔に向かっておよび該孔内へと延びる金属トレースを形成することを含む、請求項18記載の方法。
  20. 導電性ネットワークを焼結する工程をさらに含む、請求項12記載の方法。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016020766A1 (en) 2014-08-07 2016-02-11 Sabic Global Technologies B.V. Conductive multilayer sheet for thermal forming applications
US20230065796A1 (en) * 2020-03-02 2023-03-02 Kuprion Inc. Ceramic-based circuit board assemblies formed using metal nanoparticles
CN111524906B (zh) * 2020-04-26 2021-04-02 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 导电组件及显示装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002359347A (ja) * 2001-03-28 2002-12-13 Seiko Epson Corp 半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器
JP2005530005A (ja) * 2002-06-13 2005-10-06 ナノパウダーズ インダストリーズ リミテッド 導電性及び透明性を有するナノ被覆物及びナノインクの製造方法、並びにこの製造方法により製造されるナノ粉末被覆物及びインク

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4497545A (en) * 1982-05-05 1985-02-05 Litton Systems, Inc. Method and device for increasing the density of a plurality of switchable magnetic elements
US6160714A (en) * 1997-12-31 2000-12-12 Elpac (Usa), Inc. Molded electronic package and method of preparation
US7566360B2 (en) * 2002-06-13 2009-07-28 Cima Nanotech Israel Ltd. Nano-powder-based coating and ink compositions
ATE515078T1 (de) * 2003-01-17 2011-07-15 Jsr Corp Anisotroper leitfähiger verbinder und herstellungsverfahren dafür und untersuchungseinheit für eine schaltungseinrichtung
US7129567B2 (en) * 2004-08-31 2006-10-31 Micron Technology, Inc. Substrate, semiconductor die, multichip module, and system including a via structure comprising a plurality of conductive elements
KR101300442B1 (ko) * 2005-06-10 2013-08-27 시마 나노 테크 이스라엘 리미티드 강화 투명 전도성 코팅 및 이의 제조 방법
US7528006B2 (en) * 2005-06-30 2009-05-05 Intel Corporation Integrated circuit die containing particle-filled through-silicon metal vias with reduced thermal expansion
US20070237706A1 (en) * 2006-04-10 2007-10-11 International Business Machines Corporation Embedded nanoparticle films and method for their formation in selective areas on a surface
US7807217B2 (en) * 2006-07-05 2010-10-05 Seagate Technology Llc Method of producing self-assembled cubic FePt nanoparticles and apparatus using same
US20090127667A1 (en) * 2007-11-21 2009-05-21 Powertech Technology Inc. Semiconductor chip device having through-silicon-via (TSV) and its fabrication method
JP5302332B2 (ja) * 2007-12-20 2013-10-02 シーマ ナノ テック イスラエル リミティド ナノ粒子で形成された透明電極を有する光起電力デバイス
FR2936360B1 (fr) * 2008-09-24 2011-04-01 Saint Gobain Procede de fabrication d'un masque a ouvertures submillimetriques pour grille electroconductrice submillimetrique, masque et grille electroconductrice submillimetrique.
US8415784B2 (en) * 2009-06-02 2013-04-09 Napra Co., Ltd. Electronic device, conductive composition, metal filling apparatus, and electronic device manufacturing method
US20110193032A1 (en) * 2010-02-05 2011-08-11 Tecona Technologies, Inc. Composition for making transparent conductive coating based on nanoparticle dispersion
US20120174392A1 (en) * 2011-01-06 2012-07-12 Ron Shih Method of fabricating printed circuit board
TWI584485B (zh) * 2011-10-29 2017-05-21 西瑪奈米技術以色列有限公司 於基材上對齊的網路

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002359347A (ja) * 2001-03-28 2002-12-13 Seiko Epson Corp 半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器
JP2005530005A (ja) * 2002-06-13 2005-10-06 ナノパウダーズ インダストリーズ リミテッド 導電性及び透明性を有するナノ被覆物及びナノインクの製造方法、並びにこの製造方法により製造されるナノ粉末被覆物及びインク

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