JP2023106183A - 複合金属粒子及び該複合金属粒子が分散している複合金属粒子分散液 - Google Patents

Abstract

【課題】経時変化によって劣化しない分散性を有する複合金属粒子を提供する。【解決手段】複合金属粒子は、卑金属の水酸化物マトリクスと、卑金属の水酸化物マトリクス中に分散している卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶と、を有し、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶は、直径３～５０ｎｍであって、卑金属の水酸化物マトリクスと卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶との合計質量に対して６０～９０質量％の比率で分散している。【選択図】図１

Description

本発明は、ナノ粒子インクに用いることができる複合金属粒子、及び、この複合金属粒子を用いた複合金属粒子分散液に関する。より詳細には、絶縁基板の上に導電性の配線を形成した回路基板を作製するための複合金属粒子及び複合金属粒子分散液に関する。

絶縁基板の表面に配線パターンを形成してプリント配線板等の回路基板を製造する方法として、以下の方法が知られている。例えば、銅張積層板に配線パターンのレジストを施した後にエッチングで不要部分の銅箔を取り除いて配線パターンのみを残すサブトラクティブ法や、絶縁基板表面の必要な部分にメッキをして配線パターンを形成するアディティブ法が用いられている。しかしながら、これらの配線パターン形成方法は、製造工程数が多いために設備コストが高くなり、かつ製造に要する時間も長くなる。さらに製造時に多量の廃液が生じるという問題もある。

そこで、これらの問題を解決するために金属ナノ粒子を含有する導電性インクを用いて配線パターンを形成することが行われている。金属ナノ粒子を用いた導体膜として、Ｃｕ_２Ｏを主成分とする銅系ナノ粒子を用いた導体膜が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載された導体膜は、分散液を基材上に塗布および乾燥させる工程と、２００℃以下の温度で加熱する工程と、還元性雰囲気中で塗膜を還元する工程と、を実施することで導電性の高い導体膜を形成することができる。

また、粒径が５０ｎｍ以下のＣｕまたはＡｇナノ粒子を用いた回路導体が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載された回路導体は、ナノ粒子を含む導電性インクをアルコールが存在する低酸素雰囲気下で焼成することで多層に形成された配線パターンを形成することができる。

これらの配線パターンを形成する際に用いられる導電性インクは、金属ナノ粒子を溶媒中に分散させたものである。金属ナノ粒子として、Ｃｕナノ粒子を用いた導電性インクが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。特許文献３に記載された第１の導電性インクは、Ｃｕナノ粒子およびＡｇの化合物ナノ粒子と、ナノ粒子を被覆する有機分散剤と、ナノ粒子を分散させる分散媒とを備えることで十分な導電性を持った配線パターンを形成することができる。

さらに、熱分解性有機ポリマーを加えた導電性インクが提案されている（例えば、特許文献４参照。）。特許文献４に記載された第２の導電性インクは、ナノスケールの金属粒子、有機溶剤、熱分解性有機ポリマーで構成されている。熱分解性有機ポリマーを加えることで導電性インクの粘度を制御することができる。

特開２０１６－９６１３６号公報 特開２００７－５３２１２号公報 特開２０１２－１７２１３５号公報 特開２００７－１８２５４７号公報

溶媒中の粒子には、ファンデルワールス力に由来する凝集力と、静電気的反発による分散力とが作用する。粒子サイズがナノスケールまで小さくなり、粒子間距離が短くなるとファンデルワールス力が優位になるため粒子の凝集が発生する。そこで、粒子の凝集を防ぐためにナノ粒子の導電性インクでは分散剤を用いている。

しかしながら、前記従来の第１の導電性インクは、分散性を維持するために有機分散剤を用いているため、有機物の反応が進行するのを抑制するために低温で保存しなければならないという問題を有している。また、低温で保存した場合でも分散性を維持できるのは６ヶ月程度であるという問題がある。

また、前記従来の第２の導電性インクは、熱分解性有機ポリマーを用いているため、前記第１の導電性インクと同様に有機物の反応に起因する問題を有している。

本発明は、前記従来の問題を解決するもので、経時変化によって劣化する有機物の分散剤を用いることなく、金属ナノ粒子の分散性を維持させることができる複合金属粒子、および該複合金属粒子が分散している複合金属粒子分散液を提供することを目的とする。

上記目標を達成するために、本発明に係る複合金属粒子は、卑金属の水酸化物マトリクスと、卑金属の水酸化物マトリクス中に分散している卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶とを有し、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶は、直径３～５０ｎｍであって、卑金属の水酸化物マトリクスと卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶との合計質量に対して６０～９０質量％の比率で分散している。

また、本発明に係る複合金属粒子が分散している複合金属粒子分散液は、上記複合金属粒子がアルコール、アルカン、エーテル、芳香族、例えば、プロパノール、エタノール、イソプロピルエーテル、ヘキサン、メタノール、ブタノール、シクロヘキサン、及び、灯油から選ばれた少なくとも１つ以上の有機溶媒に分散している。

以上のように、本発明に係る複合金属粒子によれば、無機物である卑金属の水酸化物マトリクス中に、前記卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶が分散した構造を有しているため、化学的安定性が高く、低温での保存が不要になる。

また、本発明に係る複合金属粒子が分散している複合金属粒子分散液によれば、化学的に安定な複合金属粒子を用いた分散液であるため、低温で保存することなく長期保存が可能になる。

実施の形態１に係る複合金属粒子の断面構造を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る複合金属粒子の作製過程を示す概略図である。 実施の形態１に係る複合金属粒子を用いて焼結体を形成する過程を示す図であり、（ａ）は、複合金属粒子をフラックスと混合したペーストの構成を示す概略図であり、（ｂ）は、焼結で加熱する前の複合金属粒子の状態を示す部分拡大図であり、（ｃ）は、卑金属の水酸化物マトリクスが収縮した状態を示す概略図であり、（ｄ）は、焼結後の状態を示す概略図である。 配線材料がパターニングされた配線基板の模式図である。 複合金属粒子に含まれるＳｎのナノサイズ単結晶又は多結晶の径と、複合金属粒子の比抵抗およびシェア強度との関係を示す図である。 複合金属粒子に含まれるＳｎのナノサイズ単結晶又は多結晶の含有比率と、複合金属粒子の比抵抗およびシェア強度との関係を示す図である。 実施例１－９と、比較例１－７とにおける複合金属粒子の比抵抗とシェア強度と、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の直径及び含有比率との関係を示す表１である。 実施例１０－２３と、比較例８－１１とにおける複合金属粒子の比抵抗とシェア強度と、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の直径及び含有比率との関係を示す表２である。 実施の形態２に係る複合金属粒子分散液の構造を示す概略断面図である。

第１の態様に係る複合金属粒子は、卑金属の水酸化物マトリクスと、卑金属の水酸化物マトリクス中に分散している卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶とを有し、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶は、直径３～５０ｎｍであって、卑金属の水酸化物マトリクスと卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶との合計質量に対して６０～９０質量％の比率で分散している。

本構成によって、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶と卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶との間に無機物からなる物理障壁を形成して卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の分散性を維持させることが可能となる。

第２の態様に係る複合金属粒子は、上記第１の態様において、卑金属がＳｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、及びＳｂの何れかの元素であってもよい。

第３の態様に係る複合金属粒子は、上記第１の態様において、卑金属がＣｕであってもよい。

第４の態様に係る複合金属粒子分散液は、上記第１から第３のいずれかの態様に係る複合金属粒子がアルコール、アルカン、エーテル、芳香族、例えば、プロパノール、エタノール、イソプロピルエーテル、ヘキサン、メタノール、ブタノール、シクロヘキサン、及び、灯油から選ばれた少なくとも１つ以上の有機溶媒に分散している。

以下、本開示の実施の形態に係る複合金属粒子及び複合金属粒子分散液について、添付図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
＜複合金属粒子１０１＞
図１は、本開示の実施の形態１に係る複合金属粒子１０１の断面構造を示す概略断面図である。
図１において、複合金属粒子１０１は、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２と、卑金属の水酸化物マトリクス１０３とで構成されており、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２は、卑金属の水酸化物マトリクス１０３中に分散している。卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２の周囲には卑金属の水酸化物マトリクス１０３が存在するため、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２同士が接触していない。
上記構成によって、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶と卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶との間に無機物からなる物理障壁を形成して卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の分散性を維持させることができる。

以下に、この複合金属粒子を構成する各部材について説明する。

＜卑金属＞
卑金属としては、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｂ、及びＣｕから選ばれる少なくとも１つの元素であってもよい。また、上記卑金属元素間の合金、例えば、ＳｎＢｉ、ＳｎＩｎ、ＢｉＩｎ等の合金であってもよい。
＜卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶＞
卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶は、直径３～５０ｎｍであればよい。
＜卑金属の水酸化物マトリクス＞
卑金属がＳｎの場合には、水酸化物マトリクスは、Ｓｎ（ＯＨ）_２である。卑金属がＢｉの場合には、水酸化物マトリクスは、Ｂｉ（ＯＨ）_３であり、卑金属がＩｎの場合には、水酸化物マトリクスは、Ｉｎ（ＯＨ）_３であり、卑金属がＺｎの場合には、水酸化物マトリクスは、Ｚｎ（ＯＨ）_２である。また、卑金属がＳｂの場合には、水酸化物マトリクスは、Ｓｂ（ＯＨ）_３であり、卑金属がＣｕの場合には、水酸化物マトリクスは、Ｃｕ（ＯＨ）_２である。なお、卑金属が複数の元素を含む場合には、水酸化物マトリクスは、それぞれの元素の水酸化物マトリクスの混合物又は各元素が固溶している固溶体であってもよい。

＜複合金属粒子の作製＞
図２は、実施の形態１に係る複合金属粒子の作製過程を示す図である。
（ｉ）はじめに、卑金属の原料粒子１０４を有機溶媒１０５に浸漬する（図２（ａ））。
（ｉｉ）ここに周波数２６ｋＨｚで出力６００Ｗの超音波を照射すると、超音波キャビテーション圧壊時の衝撃圧によって卑金属の原料粒子１０４の表面から卑金属のナノ１次粒子１０６が分離して有機溶媒１０５中に飛び出してくる。同時に、有機溶媒の酸化反応、分子間脱水、分子内脱水によってＨ_２Ｏ１０７を生成する（図２（ｂ））。
（ｉｉｉ）さらに、超音波照射を続けることによって卑金属のナノ１次粒子１０６とＨ_２Ｏ１０７の生成量は増加していく（図２（ｃ））。
（ｉｖ）卑金属のナノ１次粒子１０６とＨ_２Ｏ１０７との生成物の濃度が高くなると、卑金属のナノ１次粒子１０６は、クラスタを形成して卑金属のナノ２次粒子である卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２となる。一方で、卑金属のナノ１次粒子１０６の一部は、Ｈ_２Ｏ１０７と反応して卑金属の水酸化物１０８となる（図２（ｄ））。
（ｖ）これらの現象は時間とともに進行していく（図２（ｅ））。卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２と卑金属の水酸化物１０８の濃度が高くなると、これらが凝集して卑金属の水酸化物１０８で構成された卑金属の水酸化物マトリクス１０３に卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２が分散した構造となる（図２（ｆ））。

卑金属の原料粒子１０４の成分は、例えば、Ｓｎ（融点２３２℃）であり、粒子のメジアン径は３０μｍである。また、有機溶媒１０５は、例えば、プロパノールであり、卑金属の原料粒子１０４と有機溶媒１０５の合計質量に対する、卑金属の原料粒子１０４の質量比率は１２質量％である。

＜焼結体形成プロセス＞
図３は、前記複合金属粒子を用いて焼結体を形成する過程を示した概略図である。
（１）準備した複合金属粒子１０１をフラックス１０９と混合したペースト１１０（図３（ａ））を絶縁基板（図示せず）の上にディスペンサーによって供給する。この時、絶縁基板の上に供給するペースト量は配線パターンに応じて適宜調節する。図３（ｂ）は、加熱する前のペースト１１０の一部分を拡大して示した部分拡大図である。図３（ｂ）に示すように、卑金属の水酸化物マトリクス１０３中に、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２が分散した複合金属粒子１０１がフラックス１０９で覆われている。
（２）次に、これを酸素濃度２００ｐｐｍの窒素雰囲気で２００℃に加熱する。熱エネルギーを加えると、図３（ｃ）に示すように、卑金属の水酸化物マトリクス１０３は収縮して空隙が形成され、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２同士が接触して焼結が始まる。同時に、フラックス１０９は、卑金属の水酸化物マトリクス１０３を構成する水酸化物と酸化物とを還元して卑金属原子と水とを生成する（図示せず）。この卑金属原子は、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶と結合し、水は気化して取り除かれる。なお、卑金属の水酸化物マトリクス１０３が収縮するのは、卑金属の水酸化物マトリクス１０３がアモルファス状態で存在しているからである。
（３）時間の経過に伴って、上記の反応が進行し、およそ３０分後に図３（ｄ）に示すように、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２が焼結した焼結体１１１を得ることができる。

＜パターニングされた配線基板＞
図４は、絶縁基板１１２の上に、ペースト１１０を供給して焼結体を形成した配線基板を示した模式図である。絶縁基板１１２はポリイミドフィルム製であり、絶縁基板表面に複合金属粒子の焼結体で導電性パターンが形成されている。絶縁基板１１２は、ポリイミドフィルに限らず、アルミナ基板、ガラスエポキシ基板等を用いてもよい。

＜特性＞
複合金属粒子１０１をフラックス１０９と混合したペースト１１０を、ポリイミドフィルム（１００ｍｍ×４０ｍｍ）の上にディスペンサーを用いて線幅１００μｍで供給し、酸素濃度２００ｐｐｍの雰囲気に保ち２００℃で３０分間加熱して配線パターンの焼結体を形成した。この配線パターンの比抵抗を測定すると２８μΩｃｍであり、比抵抗が４０μΩｃｍ以下の導電性を持っていることがわかる。また、無酸素Ｃｕ継手をペースト１１０で接合した試験片を作製して、シェア強度を測定した結果は６．７ＭＰａであり、４ＭＰａ以上の十分な強度であった。

＜卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２＞
本実施の形態１において卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２は、単結晶又は多結晶の直径が５ｎｍのＳｎを用いているが、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２の直径は５ｎｍに限らず、３ｎｍ以上で５０ｎｍ以下の任意の直径の粒子を用いてもよい。
卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２は、直径１ｎｍまで形成可能であるが、直径３ｎｍ未満の単結晶又は多結晶は卑金属の水酸化物マトリクス中への分散が困難になるため、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２の径の下限値は３ｎｍである。卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の焼結体形成プロセスは卑金属粒子のナノ効果によって行われている。卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の径が小さくなると、粒子の体積に対する表面積の割合である比表面積が増加する。この効果によって径が５０ｎｍ以下になると、単位時間当たりの拡散量が多くなるため、短時間で卑金属相の拡散を進行させて焼結することができるようになる。
また、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２の金属成分はＳｎに限らず、水酸化物を形成する組成であればよく、例えば、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｃｕ等を用いることができる。また、単一金属に限らず、ＳｎＢｉ、ＳｎＩｎ、ＢｉＩｎ等の合金を用いてもよい。

＜卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の直径（径）＞
ここで、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２の直径（径）について説明する。
図５は、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２の直径と、複合金属粒子の比抵抗（●：黒丸）およびシェア強度（○：白丸）との関係を示す図である。ここでは、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２にＳｎ、卑金属の水酸化物マトリクス１０３に水酸化スズ（Ｓｎ（ＯＨ）_２）を用いた複合金属粒子１０１を、フラックスと混ぜてペースト化している。複合金属粒子１０１の全体を１００質量％とした場合に対する卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２の含有比率は、８０質量％である。このペーストを、ディスペンサーを用いてポリイミドフィルム（１００ｍｍ×４０ｍｍ）の上に線幅１００μｍで供給し、酸素濃度２００ｐｐｍの雰囲気に保ち２００℃で３０分間加熱して配線パターンの焼結体を形成して比抵抗を測定した。また、無酸素Ｃｕ継手をペースト１１０で接合した試験片を作製してシェア強度を測定した。図５において、横軸は卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２の直径である。縦軸は抵抗率計で測定した比抵抗と、ボンドテスターで測定したシェア強度である。

卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の直径が５ｎｍの時の比抵抗は２８μΩｃｍであり、直径が大きくなると比抵抗は上昇する。これは、直径が大きくなることで比表面積が小さくなり、単位時間当たりの拡散量が減少するため所定の時間内で十分な焼結状態を得られないためである。直径が５０ｎｍの時は、比抵抗は３９μΩｃｍであるが、直径が７０ｎｍになると比抵抗は４６μΩｃｍに上昇し、４０μΩｃｍを超えてしまう。また、直径を小さくした場合も比抵抗は上昇する。直径が２ｎｍになると比抵抗は４７μΩｃｍになる。これは、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の直径が小さくなると卑金属の水酸化物マトリクスへの分散が不十分となり直径の大きい単結晶又は多結晶が生じるためである。比抵抗は４０μΩｃｍ以下が必要であるので、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の直径は３ｎｍから５０ｎｍがよい。さらに比抵抗は３０μΩｃｍ以下が望ましいため、直径は５～１０ｎｍがよい。

シェア強度は、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の直径が５ｎｍの時に６．７ＭＰａであり、４ＭＰａ以上の良好な結果である。しかしながら、直径が大きくなると比抵抗の場合と同じ理由でシェア強度は低下し、直径が７０ｎｍの時に４ＭＰａ以下の３．２ＭＰａになる。また、直径を小さくした場合のシェア強度は直径３ｎｍの時は４．８ＭＰａであるが、直径２ｎｍで４ＭＰａ以下の３．０ＭＰａになる。シェア強度は４ＭＰａ以上が必要であるので、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の直径は３ｎｍから５０ｎｍがよい。さらにシェア強度は６ＭＰａ以上が望ましいため、直径は５～１０ｎｍがよい。

図５の結果からわかるように、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の直径が３～５０ｎｍであれば比抵抗が４０μΩｃｍ以下かつシェア強度が４ＭＰａ以上であり、配線パターンとして使用することができる。また、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の直径が、５～１０ｎｍであれば比抵抗が３０μΩｃｍ以下に低下するため、より汎用性の高い配線パターンとして使用することが可能である。

＜卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の含有比率＞
つぎに、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２の含有比率について説明する。
図６は、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２の含有比率と、複合金属粒子の比抵抗（●：黒丸）およびシェア強度（○：白丸）との関係を示した図である。ここでは、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２に直径５ｎｍのＳｎ、卑金属の水酸化物マトリクス１０３に水酸化スズ（Ｓｎ（ＯＨ）_２）を用いた複合金属粒子１０１を、フラックスと混ぜてペースト化している。このペーストを、ディスペンサーを用いてポリイミドフィルム（１００ｍｍ×４０ｍｍ）の上に線幅１００μｍで供給し、酸素濃度２００ｐｐｍの雰囲気に保ち、２００℃で３０分間加熱して配線パターンの焼結体を形成して比抵抗を測定した。また、無酸素Ｃｕ継手をペースト１１０で接合した試験片を作製してシェア強度を測定した。図６において、横軸は卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２の含有比率である。縦軸は抵抗率計で測定した比抵抗と、ボンドテスターで測定したシェア強度である。

卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の含有比率が８０質量％の時の比抵抗は２８μΩｃｍであり、含有比率が大きくなると比抵抗は上昇する。これは、含有比率が大きくなることで卑金属の水酸化物マトリクスの量が不足し、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の分散性が保てなくなり、直径の大きい単結晶又は多結晶が生じるためである。含有比率が９０質量％の時は３６μΩｃｍであるが、含有比率が９５質量％になると５０μΩｃｍ以上に上昇し、４０μΩｃｍを超えてしまう。また、含有比率を小さくした場合も比抵抗は上昇する。含有比率が６０質量％の時は３８μΩｃｍであるが、含有比率が５０質量％になると４５μΩｃｍに上昇し、４０μΩｃｍを超えてしまう。これは、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の含有比率が小さくなると焼結で形成される金属ネットワークが少なくなるためである。比抵抗は４０μΩｃｍ以下が必要であるので、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の含有比率は６０～９０質量％がよい。さらに比抵抗は３０μΩｃｍ以下が望ましいため、含有比率は７０～８０質量％がよい。

シェア強度は、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の含有比率が８０質量％の時に６．７ＭＰａであり、４ＭＰａ以上の良好な結果である。しかしながら、含有比率が大きくなるとシェア強度は低下し、含有比率が９０質量％の時に５．０ＭＰａとなり、９５質量％の時に４ＭＰａ以下の１．４ＭＰａになる。また、含有比率を小さくした場合のシェア強度は含有比率が５０質量％の時は４．５ＭＰａであるが、含有比率４０質量％で４ＭＰａ以下の１．２ＭＰａになる。シェア強度は４ＭＰａ以上が必要であるので、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の含有比率は５０～９０質量％がよい。さらにシェア強度は６ＭＰａ以上が望ましいため、含有比率は７０～８０質量％がよい。しかしながら、５０質量％の時は比抵抗が４０μΩｃｍ以上となるので適さない。

図６の結果からわかるように、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の含有比率が６０～９０質量％であれば比抵抗が４０μΩｃｍ以下かつシェア強度が４ＭＰａ以上であり、配線パターンとして使用することができる。また、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の含有比率が、７０～９０質量％であれば比抵抗が３０μΩｃｍ以下に低下するため、より汎用性の高い配線パターンとして使用することが可能である。

＜卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２＞
本実施の形態１において卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２は、直径５ｎｍのＳｎを用いているが、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２の直径は５ｎｍに限らず、３ｎｍ以上で５０ｎｍ以下の任意の直径の粒子を用いてもよい。また、本実施の形態１において卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の含有比率は、８０質量％を用いているが、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の含有比率は８０質量％に限らず、６０質量％以上で９０質量％以下の任意の含有比率を用いることができる。

図７の表１は、実施例１－９と、比較例１－７とについて、複合金属粒子の比抵抗とシェア強度が卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の直径と含有比率によって変化することを示す表である。表１は、複合金属粒子１０１をフラックス１０９と混合したペースト１１０を、ポリイミドフィルム（１００ｍｍ×４０ｍｍ）の上にディスペンサーを用いて線幅１００μｍで供給し、酸素濃度２００ｐｐｍの雰囲気に保ち２００℃で３０分間加熱して形成した配線パターン焼結体の比抵抗と、無酸素Ｃｕ継手をペースト１１０で接合した試験片のシェア強度である。

図７の表１の結果からわかるように、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の直径が３ｎｍ～５０ｎｍであり、かつ卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の含有比率が６０質量％～９０質量％であれば、比抵抗は４０μΩｃｍ以下の十分な導電性が得られ、シェア強度は４ＭＰａ以上の十分な強度が得られる。

また、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２はＳｎに限らず、卑金属の水酸化物を生成するＢｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｃｕ等を用いることができる。また、単一金属に限らず、Ｓｎ－５８質量％Ｂｉ、Ｓｎ－５０質量％Ｉｎ、Ｂｉ－４５質量％Ｉｎ等を用いることができる。図８の表２は、実施例１０－２３と、比較例８－１１とについて、Ｓｎ以外の卑金属を用いた場合の複合金属粒子の比抵抗とシェア強度を示す表である。

図８の表２の結果からわかるように、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の直径が３ｎｍ～５０ｎｍであり、かつ卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の含有比率が６０質量％～９０質量％であれば、比抵抗は４０μΩｃｍ以下の十分な導電性が得られ、シェア強度は４ＭＰａ以上の十分な強度が得られる。

＜フラックス１０９＞
フラックス１０９は、溶剤と活性剤とチクソ剤で構成されている。溶剤はポリエチレングリコール、活性剤はトリメチロールエタンとメタンスルホン酸、チクソ剤はゲルオールである。フラックス１０９と複合金属粒子１０１は、８５：１５の質量比で混合してペースト化している。

溶剤はポリエチレングリコールに限らず、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ヘキシルカルビトール等を用いてもよい。活性剤はトリメチロールエタンとメタンスルホン酸に限らず、アントラニル酸、レブリン酸、トリエチルアミン等を用いてもよい。チクソ剤はゲルオールに限らず、カスターワックス、テピルス等を用いてもよい。また、フラックス１０９と複合金属粒子１０１との混合比率は８５：１５に限らず、フラックスの粘度、複合金属粒子の大きさに応じて適宜調節してもよい。

かかる構成によれば、卑金属の水酸化物マトリクス中に、前記卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶が分散した構造を有した複合金属粒子とすることによって、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶と卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶との間に無機物からなる物理障壁を形成して卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の分散性を維持させることが可能となる。これによって、化学的安定性が高く、低温での保存が不要になる。

（実施の形態２）
図９は、本実施の形態２に係る複合金属粒子分散液の構成を示す概略断面図である。
図９において、複合金属粒子分散液１１３は、複合金属粒子１０１と、有機溶媒１１４とで構成されている。複合金属粒子１０１は、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２と、卑金属の水酸化物マトリクス１０３とで構成されており、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２は、卑金属の水酸化物マトリクス１０３中に分散している。卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２の周囲には卑金属の水酸化物マトリクス１０３が存在するため、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶１０２同士が接触していない。

＜有機溶媒１１４＞
有機溶媒１１４は、複合金属粒子１０１を分散させるための液体であり、例えば、プロパノールである。有機溶媒１１４と複合金属粒子１０１は、８７：１３の質量比で混合して分散液にしている。
有機溶媒１１４は、プロパノールに限らず、アルコール、アルカン、エーテル、芳香族、例えば、プロパノール、エタノール、イソプロピルエーテル、ヘキサン、メタノール、ブタノール、シクロヘキサン、及び、灯油から選ばれた少なくとも１つ以上の有機溶媒を用いてもよい。なお、灯油（ケロシン）は、ＪＩＳ Ｋ２２０３に基づく品質を有するものであればよく、例えば、１号灯油であってもよい。また、有機溶媒１１４と複合金属粒子１０１の混合比率は８７：１３に限らず、有機溶媒の粘度、複合金属粒子の大きさに応じて適宜調節してもよい。

かかる構成によれば、複合金属粒子を有機溶媒に浸漬しているため、複合金属粒子の表面の酸化を防止して高品質な状態を保つことができる。さらに、複合金属粒子は、卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶と卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶との間に無機物からなる物理障壁を形成して卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶の分散性を維持させているため、化学的安定性が高く、低温での保存が不要になる。

なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。

本発明に係る複合金属粒子、および複合金属粒子が分散している複合金属粒子分散液は、無機物である卑金属の水酸化物マトリクス中に、前記卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶が分散した構造を有している。このため、化学的安定性が高く、低温での保存が不要になる。さらに、複合金属粒子と複合金属粒子分散液とは、ナノ粒子インクに用いることができ、これを用いて絶縁基板の上に高品質な導電性の配線を形成した回路基板を作製することができる。

１０１ 複合金属粒子
１０２ 卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶
１０３ 卑金属の水酸化物マトリクス
１０４ 卑金属の原料粒子
１０５ 有機溶媒
１０６ 卑金属のナノ１次粒子
１０７ Ｈ_２Ｏ
１０８ 卑金属の水酸化物
１０９ フラックス
１１０ ペースト
１１１ 焼結体
１１２ 絶縁基板
１１３ 複合金属粒子分散液
１１４ 有機溶媒

Claims (4)

1. 卑金属の水酸化物マトリクスと、
   前記卑金属の水酸化物マトリクス中に分散している前記卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶と
   を有し
   前記卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶は、直径３～５０ｎｍであって、前記卑金属の水酸化物マトリクスと前記卑金属のナノサイズ単結晶又は多結晶との合計質量に対して６０～９０質量％の比率で分散している、複合金属粒子。
2. 前記卑金属がＳｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、及びＳｂの何れかの元素である、請求項１に記載の複合金属粒子。
3. 前記卑金属がＣｕである、請求項１に記載の複合金属粒子。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の複合金属粒子がプロパノール、エタノール、イソプロピルエーテル、ヘキサン、メタノール、ブタノール、シクロヘキサン、及び、灯油から選ばれた少なくとも１つ以上の有機溶媒に分散している、複合金属粒子分散液。

Images