低温烧结性优异的金属浆料及该金属浆料的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种金属浆料，其通过将由银粒子构成的固体成分与溶剂进行捏合而成，在该金属浆料中，固体成分由以粒子数为基准含有30％以上的粒径为100至200nm的银粒子的银粒子所构成，并且，银粒子总体的平均粒径为60至800nm，构成固体成分的银粒子为与作为保护剂的碳原子数总和为4至8的胺化合物结合后的银粒子，此外，该金属浆料包含数均分子量为40000至90000的高分子量乙基纤维素作为添加剂。通过含有高分子量乙基纤维素，可在提高印刷性的同时保持低电阻的烧结体。根据本发明专利技术的金属浆料的印刷性良好，并且即使在150℃以下的低温范围中，也可形成低电阻的烧结体。

Metal slurry with excellent low temperature sintering and the manufacturing method of the metal slurry

The invention relates to a metal slurry, the solid component and solvent consisting of silver particles are kneaded together, the metal slurry, solid components composed of silver particles with particle number as the benchmark contains more than 30% of the size of silver particles formed by 100 to 200nm, and the average particle of silver particles the overall size of 60 to 800nm, a silver particle solid component and the number of carbon atoms as a protective agent for the sum of silver particles, with 4 to 8 of the amine compounds in addition, the metal slurry containing a number average molecular weight molecular weight 40000 to 90000 ethyl cellulose as additive. A sintered body with low resistance can be maintained at the same time with high molecular weight ethyl cellulose. The metal slurry in accordance with the invention is well printed and can form a low resistance sintered body even at a low temperature range below 150 degrees C.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低温烧结性优异的金属浆料及该金属浆料的制造方法
本专利技术涉及一种银粒子分散于溶剂中的金属浆料。详细而言，涉及这样一种金属浆料，其必须含有粒径为100至200nm的银粒子，印刷性良好且即使在150℃以下的较低温度下也可烧结。另外，本专利技术提供一种具备上述特性且可生成低电阻的银烧结体的金属浆料。
技术介绍
将导电性的金属粒子作为固体成分捏合分散在溶剂中而成的金属浆料被用作为印刷电子设备中的电路形成材料、或用于将各种半导体元件接合到基板的导电性接合材料。将该金属浆料涂布到基板或被接合部件后进行加热烧成以使金属粒子烧结，由此形成电路/电极或接合部/粘接部。而且，作为对于上述用途特别有用的金属浆料，使用银粒子作为金属粒子的金属浆料受到瞩目。银为比电阻较低的金属，其适当形成的烧结体可作为导电膜有效地发挥作用。另外，银也具有导热性优异的优点，应用银的金属浆料也被认为可有效地作为以下接合材料、导热材料，该接合材料、导热材料用于制造功率设备等的大电流化因而工作温度为高温的半导体器件。作为应用银粒子的金属浆料，例如，在专利文献1中记载了一种接合材料，其由平均一次粒径为1至200nm的银纳米粒子与沸点为230℃以上的分散介质所构成，并且进一步含有0.5至3.0μm的亚微米银粒子。关于专利文献1中记载的由金属浆料所形成的接合材料，用以烧结银粒子的接合温度(烧结温度)为200℃以上。若与钎焊材料的接合温度相比，该接合温度可说是低温，但是难以说是足够的低温。接合温度的高低为可影响被接合材料即半导体元件的因素，故期望一种可在尽可能低的温度下烧结的材料。在此，已知可通过控制金属粒子的尺寸(粒径)来调整金属粒子的烧结温度。这被称为所谓的纳米尺寸效应，其为这样一种现象，即如果金属粒子成为数十纳米以下的纳米级的微粒，则其熔点相比于块体材料显著下降。专利文献1所记载的金属浆料因为含有亚微米尺寸的较大粒径的银粒子因而被认为难以在低温下进行烧结，但据认为如果利用该纳米尺寸效应，则可得到能够在更低温下进行烧结的金属浆料。作为纳米级的银粒子，报告有通过专利文献2等的银配合物的热分解法制造的纳米级银粒子。热分解法为将草酸银(Ag2C2O4)等热分解性的银化合物作为原料，使其与适当的有机物反应而形成作为前驱体的配合物，再将其加热而得到银粒子的方法。根据热分解法，可制造粒径相对均一且平均粒径为数nm至数十nm的微小的纳米级的银粒子。[现有技术文献][专利文献]专利文献1：国际公开第2011/155615号小册子专利文献2：日本特开2010-265543号公报
技术实现思路
[专利技术要解决的课题]在上述金属浆料中，当采用各种印刷技术以形成精细的电路图案或电极等时，需要可以将金属浆料按照所设计的图案转印到基板的良好印刷性。例如，在丝网印刷中，需要在金属浆料不会附着于刮板、或转印形状不发生变形或缺陷等的情况下，能够按照设计进行转印的较高的印刷性。然而，当将上述纳米级的银粒子丝网印刷到基板时，有时会无法得到良好的转印形状。另外，虽然纳米级的银粒子在200℃以下的低温下发生烧结，但相比于块体材料，烧结体的电阻值有变得很高的倾向。对于作为电路材料或导电性接合材料的金属浆料，这个问题会很大地损害其有用性。因而，本专利技术提供一种含有银粒子的金属浆料，其在印刷性良好的同时，可在低温范围下使银粒子烧结，进而可形成电阻低的烧结体或导热性优异的烧结体。设定150℃以下的低温范围作为烧结温度的目标值。[解决课题的手段]解决上述课题的本专利技术为这样一种金属浆料，其是通过将由银粒子构成的固体成分与溶剂进行捏合而成的，其中，所述固体成分由以粒子数为基准含有30％以上的粒径为100至200nm的银粒子的银粒子所构成，并且，银粒子总体的平均粒径为60至800nm，构成固体成分的银粒子为与作为保护剂的碳原子数总和为4至8的胺化合物结合后的银粒子，此外，所述金属浆料包含数均分子量为40000至90000的高分子量乙基纤维素作为添加剂。根据本专利技术的金属浆料包含既定数均分子量的高分子量乙基纤维素作为添加剂，并且，作为构成与溶剂捏合的固体成分的银粒子，其含有一定比例以上的具有粒径100至200nm的中度粒径范围的银粒子，与此同时银粒子总体的平均粒径在既定范围内。另外，这些银粒子为与特定的胺化物所构成的保护剂结合后的产物。根据本专利技术人，作为将主要的银粒子的粒径范围设定为上述范围以及选定适当的保护剂的组合结果，有效地实现了本申请的课题，即低温下的烧结可能性及烧结体的低电阻化。然后，通过含有高分子量乙基纤维素作为添加剂，从而在提高印刷性的同时能够维持低电阻的烧结体。以下更详细地说明本专利技术。本专利技术中的金属浆料包含高分子量乙基纤维素作为添加剂。在本专利技术中，高分子量乙基纤维素是数均分子量为40000至90000的乙基纤维素，并优选是数均分子量为55000至85000的乙基纤维素。通过采用这样的高分子量乙基纤维素，从而当使用该金属浆料形成电路图案等时，可以在浆料不附着于刮板、以及不产生转印不良的情况下依照设计进行转印并印刷。作为以这种方式提高印刷性的原因，可列举出通过添加乙基纤维素从而对金属浆料赋予适度的触变性。考虑到将印刷后的金属浆料烧结而成的烧结体的电阻值，从而将作为添加剂的乙基纤维素的种类设定为高分子量乙基纤维素。如上所述，本专利技术的目的之一在于提供一种考虑到作为电路材料或导电性接合材料的有用性而形成电阻值较低的烧结体的金属浆料。在这个方面上，根据本专利技术人的研究，若乙基纤维素的数均分子量过小，则可能会有烧结后的电阻值变高的情况。从这种观点出发，不仅考虑到印刷性的提高，也考虑到烧结体的电阻值，从而采用上述高分子量乙基纤维素作为添加剂。作为具体的电阻值，对于将本专利技术的金属浆料印刷于基板上之后再进行烧成而成的电阻体，体积电阻值优选为10μΩ·cm以下。需要说明的是，若高分子量乙基纤维素的数均分子量过高，则难以得到印刷性提高的效果。除了高分子量乙基纤维素之外，本专利技术的金属浆料还优选进一步包含低分子量乙基纤维素。在本专利技术中，低分子量乙基纤维素是数均分子量为5000至30000的乙基纤维素，并优选是数均分子量为10000至25000的乙基纤维素。当添加有这样的低分子量乙基纤维素时，金属浆料的触变性增大，可以进一步提高印刷性。若低分子量乙基纤维素的数均分子量过低，则难以得到印刷性提高的效果，若低分子量乙基纤维素的数均分子量过高，则烧结体的电阻值容易升高。在此，当进一步包含低分子量乙基纤维素时，考虑到上述烧结体的电阻值，优选使低分子量乙基纤维素的含量为既定值以下。具体而言，优选使低分子量乙基纤维素的含量(CLOW)相对于高分子量乙基纤维素的含量(CHIGH)的比例(CLOW/CHIGH)为0.05至1.0，特别优选为0.1至0.4。乙基纤维素的总含量(高分子量乙基纤维素的含量与低分子量乙基纤维素的含量之和)相对于整个浆料的质量比优选为1.2重量％至3.5重量％。若小于1.2重量％，则难以得到上述的印刷性提高的效果，若超过3.5重量％，则难以使烧结体的电阻值降低。需要说明的是，作为乙基纤维素，对于高分子量乙基纤维素及低分子量乙基纤维素中的任一种，均可以采用具有任意的乙氧基含量的乙基纤维素。乙氧基含量优选为46.0％至52.0％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属浆料，其是通过将由银粒子构成的固体成分与溶剂进行捏合而成的，在所述金属浆料中，所述固体成分由以粒子数为基准含有30％以上的粒径为100至200nm的银粒子的银粒子所构成，并且，银粒子总体的平均粒径为60至800nm，构成固体成分的银粒子为与作为保护剂的碳原子数总和为4至8的胺化合物结合后的银粒子，此外，所述金属浆料包含数均分子量为40000至90000的高分子量乙基纤维素作为添加剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.25 JP 2015-1653421.一种金属浆料，其是通过将由银粒子构成的固体成分与溶剂进行捏合而成的，在所述金属浆料中，所述固体成分由以粒子数为基准含有30％以上的粒径为100至200nm的银粒子的银粒子所构成，并且，银粒子总体的平均粒径为60至800nm，构成固体成分的银粒子为与作为保护剂的碳原子数总和为4至8的胺化合物结合后的银粒子，此外，所述金属浆料包含数均分子量为40000至90000的高分子量乙基纤维素作为添加剂。2.根据权利要求1所述的金属浆料，其进一步含有数均分子量为5000至30000的低分子量乙基纤维素作为添加剂。3.根据权利要求2所述的金属浆料，其中，低分子量乙基纤维素的含量(CLOW)相对于高分子量乙基纤维素的含量(CHIGH)的比例(CLOW/CHIGH)为0.05至1.0。4.根据权利要求1至3中任一项所述的金属浆料，其中，作为保护剂的胺化合物为丁胺、1,4-二氨基丁烷、3-甲氧基丙胺、戊胺、2,2-二甲基丙胺、3-乙氧基丙胺、N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷、3-乙氧基丙胺、己胺、庚胺、N,N-二乙基-1,3-二氨基丙烷、苄胺。5.根据权利要求1至4中任一项所述的金属浆料，其中，溶剂为碳原...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩井辉久，牧田勇一，松田英和，久保仁志，
申请(专利权)人：田中贵金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP