JPWO2005025787A1 - 微細な液滴の形状で噴射し、積層塗布可能な金属ナノ粒子分散液 - Google Patents
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Abstract
Description
微細な液滴の形状で噴射し、積層塗布可能な金属ナノ粒子分散液であって、
前記金属ナノ粒子の平均粒子径は、1〜100nmの範囲に選択され、
該金属ナノ粒子分散液は、固形成分として、前記金属ナノ粒子を分散溶媒中に均一に分散してなる分散液であり、
該金属ナノ粒子表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物1種以上により被覆されており、
前記金属ナノ粒子100質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物一種以上を総和として、10〜50質量部を含有し、
前記分散溶媒は、有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒であり、少なくとも、温度15℃以上において、均一な液体状態を示し、該分散溶媒を構成する、有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物の少なくとも一つは、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物一種以上に対する親和性を有し、
該分散溶媒自体の液粘度(20℃)は、10mPa・s以下の範囲に選択され、
前記金属ナノ粒子分散液中において、前記分散溶媒の容積比率は、55〜80体積%の範囲に選択し、該金属ナノ粒子分散液の液粘度(20℃)は、2mPa・s〜30mPa・sの範囲に選択され、
前記金属ナノ粒子分散液中に含まれる分散溶媒を一部蒸散除去して、前記分散溶媒の容積比率が、20〜50体積%の範囲となるまで濃縮が施された濃縮分散液は、その液粘度(20℃)は、20Pa・s〜1000Pa・sの範囲の粘稠な濃縮液となることを特徴とする金属ナノ粒子分散液である。
該金属ナノ粒子分散液中において、該金属ナノ粒子の含有比率は、40質量%以上に選択されていることが好ましい。例えば、前記金属ナノ粒子は、
金、銀、銅、白金、パラジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、錫、亜鉛、チタン、アルミニウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、あるいは、
該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子であることが好ましい。
該金属ナノ粒子の平均粒子径は、1〜20nmの範囲に選択され、
該金属ナノ粒子分散液中において、該金属ナノ粒子の含有比率は、40質量%以上に選択されている形態、あるいは、
前記金属ナノ粒子は、銀のナノ粒子であり、
該金属ナノ粒子の平均粒子径は、1〜20nmの範囲に選択され、
該金属ナノ粒子分散液中において、該金属ナノ粒子の含有比率は、40質量%以上に選択されている形態であると、さらに好ましい。
少なくとも、その一つは、融点は、20℃以下、沸点は、80〜300℃の範囲である有機溶剤であることがより好ましい。特には、前記分散溶媒は、100℃以上に加熱した際、該分散溶媒100質量部当たり、金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物を50質量部以上溶解可能な、高溶解性を有する有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒であることが好ましい。
例えば、上述する構成を有する、本発明にかかる金属ナノ粒子分散液を、導電体層の形成に利用する方法は、
本発明にかかる金属ナノ粒子分散液を利用して、
基板上に金属ナノ粒子相互の焼結体層からなる、微細形状の良導電性導電体層を形成する方法であって、
前記焼結体層は、少なくとも、層の厚さが、1μm以上で、層の厚さ/幅の比率が1/4以上の高いアスペクト比を示す領域を含み、
前記高いアスペクト比を示す領域においては、微細形状の平面パターンに、前記金属ナノ粒子分散液を微細な液滴の形状で噴射して、一回当たり、塗布膜厚0.1μm〜1μmの範囲の塗布層を設ける操作を複数回繰り返して、前記焼結体層の層の厚さを超える、積層塗布膜を形成する工程と、
前記金属ナノ粒子分散液の積層塗布膜中に含まれる、金属ナノ粒子に対して焼成処理を行って、該金属ナノ粒子相互の焼結体層を形成する工程とを有し、
前記積層塗布膜を形成する工程において、
前記金属ナノ粒子分散液を微細な液滴の形状で噴射した後、該微細な液滴が塗布面に到達する間に、液滴中に含有する分散溶媒の一部が蒸散されて、濃縮された液滴による塗布がなされ、
該金属ナノ粒子相互の焼結体層形成は、300℃を超えない温度に前記塗布層を加熱することによってなされ、
該焼成処理における加熱を施す際、該金属ナノ粒子表面を被覆する窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物が、高溶解性を有する有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒を用いる分散溶媒中に、金属ナノ粒子表面からの解離、溶出がなされて、金属ナノ粒子相互の表面接触が達成され、
該金属ナノ粒子相互の焼結と、分散溶媒の蒸散除去とがなされることを特徴とする導電体層の形成方法である。
前記焼結体層には、少なくとも、前記高いアスペクト比を示す領域として、
微細形状の平面パターン上に形成される層の形状が、柱状である領域が含まれる場合に好適に適用できる。その際、前記柱状の形状を示す焼結体層部において、その柱の高さは、10〜100μmの範囲に選択することができ、また、その底面の形状は、直径が0.5〜50μmの範囲に選択されている円形であることができる。
微細形状の平面パターン上に形成される層の形状が、円板状の外形、あるいは、段階的に直径が減少する円板状の膜が順次積層され、全体として、円錐台様の外形を示す領域が含まれる場合にも好適に適用できる。例えば、前記円板状の外形を示す焼結体層部において、その底面の形状は、直径が0.5〜50μmの範囲に選択されている円形であってもよい。
多層配線用基板において、その上層と下層とを連結するスルーホールに対して、該スルーホール穴部の下端から上端へと、穴部内を充満する埋め込み形状を示す領域が含まれる場合にも好適に適用できる。例えば、前記スルーホール穴部内を充満する埋め込み形状を示す焼結体層部において、そのスルーホール穴の形状は、直径が1〜100μmの範囲に選択されている円形であってもよい。加えて、スルーホール穴の形状が、直径が1〜500μmの範囲に選択されている円形の場合に適用できる。例えば、直径が5〜300μmの範囲、より好ましくは、20〜200μmの範囲に選択されている円形形状のスルーホール穴に対して、好適に応用可能である。
前記金属ナノ粒子分散液を微細な液滴の形状で噴射して、積層塗布膜を形成する工程において、
前記金属ナノ粒子分散液を微細な液滴の形状で噴射する手法として、デポジション法またはインクジェット法を選択することが好ましい。また、該金属ナノ粒子相互の焼結体層形成における、加熱温度は、150℃〜300℃の範囲に選択することが好ましい。
前記金属ナノ粒子分散液中に含まれる、前記金属ナノ粒子は、
金、銀、銅、白金、パラジウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子であることが好ましい。特には、前記金属ナノ粒子は、
金のナノ粒子または銀のナノ粒子であり、
該金属ナノ粒子の平均粒子径は、1〜20nmの範囲に選択されていることがより好ましい。
その第一の形態は、上述の構成を有する本発明にかかる金属ナノ粒子分散液を利用して、
基板上に金属ナノ粒子相互の焼結体層からなる、微細形状の良導電性導電体層を形成してなる配線基板を作製する方法であって、
前記配線基板は、その所定位置にチップ部品を実装搭載する際に、上層との電気的な接合用の導電体ピラーを設けており、
チップ部品の実装搭載を終えた後、チップ部品の搭載面を覆う樹脂封入層が形成されてなる、樹脂封入層を具えるチップ部品搭載基板とされ、
前記導電体ピラーを、上記の柱状形状を有する導電体層の形成方法を用いて作製される、柱状の形状を示す焼結体層として、作製する工程と、
前記導電体ピラーを設けた配線基板上に、前記チップ部品を実装搭載する工程と、
前記実装搭載されたチップ部品を含め、搭載面を覆う樹脂封入層を形成する工程とを有することを特徴とするチップ部品搭載基板の作製方法である。
基板上に金属ナノ粒子相互の焼結体層からなる、微細形状の良導電性導電体層を形成してなる配線基板を作製する方法であって、
前記配線基板は、
前記チップ部品搭載基板の作製方法を用いて作製されるチップ部品搭載基板に対して、その樹脂封入層の表面に、上層の回路配線パターンを設け、
前記上層の回路配線パターン上に、別のチップ部品の実装搭載を終えた後、該チップ部品の搭載面を覆う樹脂封入層が形成されてなる、樹脂封入層を具えるチップ部品搭載多層基板とされ、
前記チップ部品搭載基板の作製方法を用いて、下層の回路配線パターン上にチップ部品搭載し、搭載面を覆う樹脂封入層を形成する工程と、
前記チップ部品搭載基板に設ける樹脂封入層の表面に、上層の回路配線パターンを形成する工程と、
前記上層の回路配線パターン上に、別のチップ部品を実装搭載する工程と、
前記実装搭載されたチップ部品を含め、搭載面を覆う樹脂封入層を形成する工程とを有し、
前記上層との電気的な接合用の導電体ピラーが、下層と上層間における電気的な接合部の少なくとも一つに利用されることを特徴とするチップ部品搭載多層基板の作製方法である。
基板上に金属ナノ粒子相互の焼結体層からなる、微細形状の良導電性導電体層を形成してなる配線基板を作製する方法であって、
前記配線基板は、その所定位置にチップ部品を実装搭載する際に、該チップ部品に対する電気的な接合用のバンプを設けており、
前記バンプ上にチップ部品の電極部を配置して、実装搭載してなるチップ部品搭載基板とされ、
前記バンプを、上記円板状(又は円錐台様)の外形形状の導電体層形成方法を用いて、円板状(又は円錐台様)の形状を示す焼結体層として、作製する工程と、
前記円板状(又は円錐台様)のバンプを設けた配線基板上に、前記チップ部品を実装搭載する工程とを有することを特徴とするチップ部品搭載基板の作製方法である。
基板上に金属ナノ粒子相互の焼結体層からなる、微細形状の良導電性導電体層を形成してなる配線基板を作製する方法であって、
前記配線基板は、
少なくとも、二層以上の回路配線が、各層用の基板上面に形成され、
その上層用の基板を貫通するスルーホールを設け、
上層と下層間の電気的な接合経路として、少なくとも、該スルーホール内に形成する、埋め込み導電体層からなるビア・ホール接続を利用する多層配線基板とされ、
上記の埋め込み導電体層を該スルーホール内に形成する方法により、前記ビア・ホール接続に利用する、該スルーホール内の埋め込み導電体層を形成する工程を有することを特徴とする多層配線基板の作製方法である。
実施例1〜3においては、インクジェット印刷に適する液粘度を示す、銀ナノ粒子を導電性媒体として含むペースト状の分散液を下記の手順で調製した。
実施例4、5においては、インクジェット印刷に適する液粘度を示す、銀ナノ粒子を導電性媒体として含むペースト状の分散液を下記の手順で調製した。
実施例6、7においては、インクジェット印刷に適する液粘度を示す、金ナノ粒子を導電性媒体として含むペースト状の分散液を下記の手順で調製した。
上述する実施例3の銀ナノ粒子分散液、実施例5の銀ナノ粒子分散液、実施例7の金ナノ粒子分散液に関して、分散溶媒を除く、他の成分の配合量は等しく、分散溶媒の配合量を1/2以下に減することで、参考例1〜3の粘稠なペースト状の分散液を調製する。
実施例1において調製される銀ナノ粒子分散液を用いて、超微細流体噴射装置(超微細インクジェット装置)により、直径4.5μmの底面を有する円板状パターンをガラス上に描画する。描画条件は、上記実施例1と同様として、一回当たりの塗布膜厚を0.3μmとし、複数回、同一のパターン上にインクジェット法で反復塗布し、積層厚さが3.5μmの円板状の銀ナノ粒子塗布層を作製した。描画後、ガラス上の円板状の銀ナノ粒子層に対して、240℃、1時間の熱処理を施し、銀ナノ粒子層の焼成処理を行って、銀ナノ粒子の焼結体層とした。得られる焼結体層は、その外形形状は、直径4.5μmの円形底面を維持し、2.5μmの厚さを示す円板状(円錐台状)の金属焼結体パッドを形成している。図3に、顕微鏡観察において、同様の条件により別途作製された金属焼結体パッドの外形形状を観察したイメージ画像のプリントアウトを示す。
多層配線用の基板材料に対して、かかる基板の上層表面からその裏面(下層表面)に達する、直径200μmのスルーホールを設ける。なお、該スルーホールを形成する多層配線用基板上層の層厚は、1.6mmであり、該スルーホールの穴径/深さ比は、1/8の高いアスペクト比に選択されている。裏面側は、下層表面の配線層が配置され、該スルーホールに設ける導電体埋め込み部は、ビア・ホール接続を構成する形態とする。
Claims (12)
- 微細な液滴の形状で噴射し、積層塗布可能な金属ナノ粒子分散液であって、
前記金属ナノ粒子の平均粒子径は、1〜100nmの範囲に選択され、
該金属ナノ粒子分散液は、固形成分として、前記金属ナノ粒子を分散溶媒中に均一に分散してなる分散液であり、
該金属ナノ粒子表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物1種以上により被覆されており、
前記金属ナノ粒子100質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物一種以上を総和として、10〜50質量部を含有し、
前記分散溶媒は、有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒であり、少なくとも、温度15℃以上において、均一な液体状態を示し、該分散溶媒を構成する、有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物の少なくとも一つは、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物一種以上に対する親和性を有し、
該分散溶媒自体の液粘度(20℃)は、10mPa・s以下の範囲に選択され、
前記金属ナノ粒子分散液中において、前記分散溶媒の容積比率は、55〜80体積%の範囲に選択し、該金属ナノ粒子分散液の液粘度(20℃)は、2mPa・s〜30mPa・sの範囲に選択され、
前記金属ナノ粒子分散液中に含まれる分散溶媒を一部蒸散除去して、前記分散溶媒の容積比率が、20〜50体積%の範囲となるまで濃縮が施された濃縮分散液は、その液粘度(20℃)は、20Pa・s〜1000Pa・sの範囲の粘稠な濃縮液となる
ことを特徴とする金属ナノ粒子分散液。 - 前記金属ナノ粒子の平均粒子径は、1〜20nmの範囲に選択され、
該金属ナノ粒子分散液中において、該金属ナノ粒子の含有比率は、40質量%以上に選択されている
ことを特徴とする請求項1に記載の金属ナノ粒子分散液。 - 前記金属ナノ粒子は、
金、銀、銅、白金、パラジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、錫、亜鉛、チタン、アルミニウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、あるいは、
該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子である
ことを特徴とする請求項1に記載の金属ナノ粒子分散液。 - 前記分散溶媒を構成する有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物は、
少なくとも、その一つは、融点は、20℃以下、沸点は、80〜300℃の範囲である有機溶剤である
ことを特徴とする請求項1に記載の金属ナノ粒子分散液。 - 前記分散溶媒は、100℃以上に加熱した際、該分散溶媒100質量部当たり、金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物を50質量部以上溶解可能な、高溶解性を有する有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒である
ことを特徴とする請求項1に記載の金属ナノ粒子分散液。 - 請求項1に記載の金属ナノ粒子分散液を利用して、
基板上に金属ナノ粒子相互の焼結体層からなる、微細形状の良導電性導電体層を形成する方法であって、
前記焼結体層は、少なくとも、層の厚さが、1μm以上で、層の厚さ/幅の比率が1/4以上の高いアスペクト比を示す領域を含み、
前記高いアスペクト比を示す領域においては、微細形状の平面パターンに、前記金属ナノ粒子分散液を微細な液滴の形状で噴射して、一回当たり、塗布膜厚0.1μm〜1μmの範囲の塗布層を設ける操作を複数回繰り返して、前記焼結体層の層の厚さを超える、積層塗布膜を形成する工程と、
前記金属ナノ粒子分散液の積層塗布膜中に含まれる、金属ナノ粒子に対して焼成処理を行って、該金属ナノ粒子相互の焼結体層を形成する工程とを有し、
前記積層塗布膜を形成する工程において、
前記金属ナノ粒子分散液を微細な液滴の形状で噴射した後、該微細な液滴が塗布面に到達する間に、液滴中に含有する分散溶媒の一部が蒸散されて、濃縮された液滴による塗布がなされ、
該金属ナノ粒子相互の焼結体層形成は、300℃を超えない温度に前記塗布層を加熱することによってなされ、
該焼成処理における加熱を施す際、該金属ナノ粒子表面を被覆する窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物が、高溶解性を有する有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒を用いる分散溶媒中に、金属ナノ粒子表面からの解離、溶出がなされて、金属ナノ粒子相互の表面接触が達成され、
該金属ナノ粒子相互の焼結と、分散溶媒の蒸散除去とがなされることを特徴とする導電体層の形成方法。 - 前記金属ナノ粒子分散液を微細な液滴の形状で噴射して、積層塗布膜を形成する工程において、
前記金属ナノ粒子分散液を微細な液滴の形状で噴射する手法として、デポジション法またはインクジェット法を選択する
ことを特徴とする請求項6に記載の導電体層の形成方法。 - 該金属ナノ粒子相互の焼結体層形成における、加熱温度は、150℃〜300℃の範囲に選択する
ことを特徴とする請求項6に記載の導電体層の形成方法。 - 前記金属ナノ粒子は、金のナノ粒子であり、
該金属ナノ粒子の平均粒子径は、1〜20nmの範囲に選択され、
該金属ナノ粒子分散液中において、該金属ナノ粒子の含有比率は、40質量%以上に選択されている
ことを特徴とする請求項1に記載の金属ナノ粒子分散液。 - 前記金属ナノ粒子は、銀のナノ粒子であり、
該金属ナノ粒子の平均粒子径は、1〜20nmの範囲に選択され、
該金属ナノ粒子分散液中において、該金属ナノ粒子の含有比率は、40質量%以上に選択されている
ことを特徴とする請求項1に記載の金属ナノ粒子分散液。 - 前記金属ナノ粒子は、
金、銀、銅、白金、パラジウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子であることを特徴とする請求項8に記載の導電体層の形成方法。 - 前記金属ナノ粒子は、
金のナノ粒子または銀のナノ粒子であり、
該金属ナノ粒子の平均粒子径は、1〜20nmの範囲に選択されている
ことを特徴とする請求項11に記載の導電体層の形成方法。
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