專利名稱：金屬納米粒子糊及使用了金屬納米粒子糊的電子器件接合體、led組件及印制電路板的電 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含有表面被保護(hù)膜被覆的金屬納米粒子和羧酸類的金屬納米粒子糊，更具體而言，涉及能夠利用網(wǎng)板印刷或噴墨印刷等印刷通過(guò)非常低溫的熱處理在基板上形成布線圖案、并能夠通過(guò)非常低溫的熱處理將電子器件接合在基板上的金屬納米粒子糊。
背景技術(shù)：
近年，在將電子器件安裝于基板的領(lǐng)域中，對(duì)于電接合而言，雖然無(wú)鉛焊錫、特別是錫-銀-銅合金焊錫成為主流，但因?yàn)榘惭b溫度為240°c以上的非常高的溫度，所以無(wú)法應(yīng)對(duì)全部電子器件或基板。例如，使用PET等耐熱性差的基板時(shí)或因組件的耐熱性問(wèn)題等而不得不通過(guò)低溫接合時(shí)，使用能夠在比較低的溫度下進(jìn)行電接合的鉍或銦系合金。但是，鉍在接合強(qiáng)度、合金的脆性方面存在問(wèn)題，銦系合金存在價(jià)格高的問(wèn)題。另外，因耐熱性而不適合錫焊的電子器件的安裝、組件的裝配使用能夠在比較低的溫度下進(jìn)行電接合的銀糊，但與錫電極的局部電池使得導(dǎo)通電阻上升、出現(xiàn)柯肯德?tīng)柨斩?Kirkendall void)及成本等構(gòu)成問(wèn)題。另一方面，為了防止導(dǎo)通電阻上升，在銀糊中添加低熔點(diǎn)金屬或?qū)щ娞盍?、金屬納米粒子。作為表面被被覆、分散成膠體狀的金屬納米粒子的制造方法，例如可以舉出氣體中蒸發(fā)法、還原析出法等(專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2)。另外，活性連續(xù)界面蒸鍍法也是表面被被覆、分散成膠體狀的金屬納米粒子的制造方法之一，通過(guò)比較簡(jiǎn)單的裝置能夠得到最小、尺寸均勻且形狀均勻的金屬·合金微粒膠體，并且能夠適用于多種金屬·合金(專利文獻(xiàn)3)。因?yàn)榻饘偌{米粒子的比表面積大且反應(yīng)活性高，所以與金屬塊(metal bulk)相t匕，具有在低溫下熱粘接的低溫?zé)Y(jié)特性。例如，已知銀的情況下，遠(yuǎn)低于本來(lái)的熔點(diǎn)964°C的200 300°C左右的加熱處理引發(fā)熱粘接接合現(xiàn)象，顯示與金屬塊同等的導(dǎo)通性。另一方面，近年來(lái)，加熱工序的復(fù)雜化使金屬接點(diǎn)可能再次暴露于熱中，此時(shí)，錫-鉍合金所代表的低熔點(diǎn)合金存在由再熔融導(dǎo)致的連接可靠性降低問(wèn)題。另外，適用于功率晶體管等的聞溫發(fā)熱部位的聞溶點(diǎn)焊錫中，依然使用擔(dān)心對(duì)環(huán)境廣生不良影響的聞鉛焊錫。因此，利用金屬納米粒子、特別是銀納米粒子的低溫?zé)Y(jié)特性和燒結(jié)后恢復(fù)金屬本來(lái)的熔點(diǎn)的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)防止連接可靠性降低和接合的耐高溫性。像這樣通過(guò)使用銀納米粒子，能夠在遠(yuǎn)低于金屬本來(lái)具有的熔點(diǎn)的加熱溫度下，將電子器件接合于基板，另外能夠形成布線圖案，但沒(méi)有解決高成本的問(wèn)題。因此，專利文獻(xiàn)4中，提出低溫且短時(shí)、使用銅納米粒子的布線圖案形成方法。但是，與錫同樣地銅在大氣中也容易氧化，所以必須在還原性 氣體的存在下產(chǎn)生的等離子體氣氛中使氧化銅納米粒子發(fā)生還原反應(yīng)，從而形成銅納米粒子的燒結(jié)體。因此，上述技術(shù)存在必須嚴(yán)格控制反應(yīng)氣氛、并且使用特殊裝置的問(wèn)題?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:W02005/025787號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2005-26081號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2008-150630號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 :日本特開(kāi)2004-119686號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述情況，目的在于提供一種金屬納米粒子糊，所述金屬納米粒子糊利用金屬納米粒子的低溫?zé)Y(jié)特性，能夠簡(jiǎn)易地得到導(dǎo)電性及機(jī)械特性優(yōu)異的金屬接合， 另外能夠形成導(dǎo)電性優(yōu)異的布線圖案。本發(fā)明的方案是一種金屬納米粒子糊，其特征在于，包含(A)金屬納米粒子、(B)被覆上述金屬納米粒子的表面的保護(hù)膜、(C)羧酸類、(D)分散介質(zhì)。認(rèn)為起因于在(A)金屬納米粒子和作為(B)保護(hù)膜的構(gòu)成成分的化合物之間產(chǎn)生的靜電力的分子間力、即靜電結(jié)合使(B)保護(hù)膜結(jié)合于(A)金屬納米粒子的表面，(A)金屬納米粒子被(B)保護(hù)膜被覆。(A)金屬納米粒子的表面被(B)保護(hù)膜被覆，從而能夠在(D)分散介質(zhì)中以防止了(A)金屬納米粒子的凝集的狀態(tài)保存金屬納米粒子糊。另外，認(rèn)為如果使金屬納米粒子糊在比金屬納米粒子的熔點(diǎn)低的規(guī)定溫度下進(jìn)行加熱處理、即低溫?zé)Y(jié)，則⑶保護(hù)膜和(C)羧酸類反應(yīng)，從而(A)金屬納米粒子和(B)保護(hù)膜之間的、由起因于靜電力的分子間力形成的結(jié)合被切斷，(B)保護(hù)膜離開(kāi)(A)金屬納米粒子的表面。如果(B)保護(hù)膜在上述加熱條件下離開(kāi)(A)金屬納米粒子的表面，則(A)金屬納米粒子相互凝集、燒結(jié)。應(yīng)予說(shuō)明，“低溫?zé)Y(jié)”是指在比構(gòu)成金屬納米粒子的金屬固有的熔點(diǎn)低的溫度下，金屬納米粒子相互熱粘接而燒結(jié)。本發(fā)明的方案為一種金屬納米粒子糊，其特征在于，上述(A)金屬納米粒子的平均一次粒徑為I lOOnm。本發(fā)明的方案為一種金屬納米粒子糊，其特征在于，上述(A)金屬納米粒子是從由金、銀、銅、鉬、鈀、鎳、鉍、鉛、銦、錫、鋅、鈦、鋁及銻構(gòu)成的組中選擇的至少一種金屬。本發(fā)明的方案是一種金屬納米粒子糊，其特征在于，上述(A)金屬納米粒子是從由金、銀、銅、鉬、鈀、鎳、鉍、鉛、銦、錫、鋅、鈦、鋁及銻構(gòu)成的組中選擇的至少一種金屬合金。本發(fā)明的方案為一種金屬納米粒子糊，其特征在于，上述(A)金屬納米粒子是錫，上述錫的平均一次粒徑為I 50nm。本發(fā)明的方案為一種金屬納米粒子糊，其特征在于，上述(B)被覆金屬納米粒子的表面的保護(hù)膜包含有機(jī)化合物，該有機(jī)化合物具有能與上述(A)金屬納米粒子通過(guò)孤對(duì)電子形成配位鍵的、含氧原子、氮原子或硫原子的基團(tuán)。認(rèn)為構(gòu)成(B)保護(hù)膜的有機(jī)化合物的氧原子、氮原子或硫原子通過(guò)源自靜電力的分子間力結(jié)合于(A)金屬納米粒子，從而(B)保護(hù)膜被覆(A)金屬納米粒子。本發(fā)明的方案是一種金屬納米粒子糊，其特征在于，上述含氧原子的基團(tuán)是羥基(-0H)或氧基(-0-)，上述含氮原子的基團(tuán)是氨基(-NH2),上述含硫原子的基團(tuán)為巰基(-SH)。認(rèn)為構(gòu)成(B)保護(hù)膜的有機(jī)化合物的羥基(-0H)或氧基(-0-)的氧原子、氨基(-NH2)的氮原子或巰基(-SH)的硫原子通過(guò)起因于靜電力的分子間力結(jié)合于(A)金屬納米粒子，從而(B)保護(hù)膜被覆(A)金屬納米粒子。
本發(fā)明的方案為一種金屬納米粒子糊，其特征在于，上述具有含氧原子的基團(tuán)的有機(jī)化合物是下述通式(I)所表示的化合物。
權(quán)利要求
1.一種金屬納米粒子糊，其知■征在于，所述金屬納米粒子糊包含(A)金屬納米粒子、 (B)被覆所述金屬納米粒子的表面的保護(hù)膜、(C)羧酸類和(D)分散介質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬納米粒子糊，其特征在于，所述㈧金屬納米粒子的平均一次粒徑為I lOOnm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的金屬納米粒子糊，其特征在于，所述(A)金屬納米粒子是從由金、銀、銅、鉬、鈀、鎳、鉍、鉛、銦、錫、鋅、鈦、鋁及銻構(gòu)成的組中選擇的至少一種金屬。
4.如權(quán)利要求1或2所述的金屬納米粒子糊，其特征在于，所述(A)金屬納米粒子是從由金、銀、銅、鉬、鈀、鎳、鉍、鉛、銦、錫、鋅、鈦、鋁及銻構(gòu)成的組中選擇的至少一種金屬合金。
5.如權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)所述的金屬納米粒子糊，其特征在于，所述(A)金屬納米粒子為錫，所述錫的平均一次粒徑為I 50nm。
6.如權(quán)利要求1所述的金屬納米粒子糊，其特征在于，所述(B)被覆金屬納米粒子的表面的保護(hù)膜包含有機(jī)化合物，所述有機(jī)化合物具有能夠與所述(A)金屬納米粒子通過(guò)孤對(duì)電子形成配位鍵的、含氧原子、氮原子或硫原子的基團(tuán)。
7.如權(quán)利要求6所述的金屬納米粒子糊，其特征在于，所述含氧原子的基團(tuán)為羥基、 即-OH或氧基、即-0-，所述含氮原子的基團(tuán)為氨基、即-NH2，所述含硫原子的基團(tuán)為巰基、 即-SH0
8.如權(quán)利要求6或7所述的金屬納米粒子糊，其特征在于，所述具有含氧原子的基團(tuán)的有機(jī)化合物為下述通式(I)所表示的化合物，
9.如權(quán)利要求6或7所述的金屬納米粒子糊，其特征在于，所述具有含氮原子的基團(tuán)的有機(jī)化合物為下述通式(IV)所表示的化合物，R6-NH2 (IV)式中，R6表示碳原子數(shù)為2 20的一價(jià)基團(tuán)、飽和烴基或不飽和烴基。
10.如權(quán)利要求1所述的金屬納米粒子糊，其特征在于，所述(C)羧酸類為單羧酸或其酐、或者二羧酸或其酐。
11.如權(quán)利要求10所述的金屬納米粒子糊，其特征在于，所述單羧酸為下述通式(II) 所表示的化合物，R4-COOH (II)式中，R4表示碳原子數(shù)為6 10的一價(jià)基團(tuán)、飽和烴基或不飽和烴基。
12.如權(quán)利要求10所述的金屬納米粒子糊，其特征在于，所述二羧酸為下述通式(III) 所表示的化合物，hooc-r5-cooh (III)式中，R5表示可以具有醚鍵的碳原子數(shù)為I 12的二價(jià)基團(tuán)。
13.如權(quán)利要求1所述的金屬納米粒子糊，其特征在于，所述(A)金屬納米粒子含銀，所述(D)分散介質(zhì)為萜烯醇類。
14.一種電子器件接合體，其特征在于，使用權(quán)利要求1 13中的任一項(xiàng)所述的金屬納米粒子糊將電子器件安裝于基板。
15.一種LED組件，其特征在于，用權(quán)利要求13所述的金屬納米粒子糊將LED元件接合于基板。
16.一種印制電路板的電路形成方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1 13中的任一項(xiàng)所述的金屬納米粒子糊，通過(guò)網(wǎng)板印刷法或噴墨法在印制電路板上形成電極及布線圖案，在 250°C以上進(jìn)行加熱，從而對(duì)所述布線圖案進(jìn)行燒成處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬納米粒子糊，所述金屬納米粒子糊利用金屬納米粒子的低溫?zé)Y(jié)特性，能夠簡(jiǎn)易地得到導(dǎo)電性及機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異的金屬接合，并能夠形成導(dǎo)通性優(yōu)異的布線圖案。一種金屬納米粒子糊，其特征在于，包含(A)金屬納米粒子、(B)被覆上述金屬納米粒子的表面的保護(hù)膜、(C)羧酸類、(D)分散介質(zhì)。
文檔編號(hào)H01B1/22GK103003891SQ20118002962
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月16日
發(fā)明者中谷功, 廣瀨正人, 原島啟太, 栗田聰, 清田達(dá)也 申請(qǐng)人:獨(dú)立行政法人物質(zhì)·材料研究機(jī)構(gòu), 株式會(huì)社田村制作所