低温烧结性金属纳米粒子组合物以及利用该组合物形成的电子产品制造技术

作为低温烧结性良好的金属膜的生产方法，本发明专利技术提供了再现性改善了的金属纳米粒子组合物以及利用该组合物的产品。使用碟式离心式粒度分布测定中测定的二次凝集粒径(中值粒径)为2.0μm以下的金属纳米粒子组合物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对基材的密合性良好且可在低温下短时间内形成金属膜或导电电路的金属纳米粒子组合物。
技术介绍
作为多用于电气制品的印刷基板的主要的布线法，有蚀刻铝或铜等的金属箔的方法。如果采用该以往的方法，则通过蚀刻而被除去的部分会发生大量的原材料损失，因此从原材料的有效利用的角度考虑，并不理想。 并且，在该方法中，因进行蚀刻而产生废液等，因此对环境也造成不小的负荷。近几年，从资源节约化、环境对策的观点考虑，积极探讨着通过其它方式形成布线的方法。在这些探讨中的新的布线形成技术中，应用现有的印刷技术而形成布线或导电膜的“印刷电子技术”被期待可大量且容易地获得所需的产品，因此备受瞩目。作为印刷电子技术的用途而被关注有印刷CPU、印刷照明、印刷标签、全印刷显示器、传感器、印刷布线板、有机太阳能电池、电子书籍、纳米压印LED、液晶*PDP面板、印刷存储器或RF-ID等，其适用范围非常广泛。这些印刷电子技术的成功与否主要是取决于显示导电性的金属成分。因此，为了进一步发展印刷电子技术，从作为导电性粒子的金属粒子、特别是对于印刷法的期望值高的微细布线领域和低温烧结性的观点考虑，广泛开展着与具有纳米级的粒径的金属纳米粒子相关的研究(例如，参考专利文献1、2等)。金属具有纳米级的大小时，具有与成块状态下的物性具有较大差异的性质是公知的。这纳米级的粒子的活性非常高，因此处于粒子状态时不稳定。因此，通常纳米粒子是以其表面形成有主要由表面活性剂等有机物形成的被覆层的状态提供，作为组合物，主要是以使被表面活性剂被覆的金属纳米粒子分散于有机溶剂中的状态提供。如上所述，对于金属纳米粒子，通过将其粒子表面用表面活性剂等有机物被覆，从而避免粒子之间的烧结和凝集。通过使用长链的表面活性剂，能够避免粒子之间的烧结和凝集，确保液中粒子的独立性或保存稳定性。不过，即使使得金属为纳米级，如果构成周围部分的表面活性剂为高分子量的物质，形成金属膜时，也还是需要进行高温处理来除去或分解粒子表面的表面活性剂。该处理使对不耐热的布线基板的应用变得困难，因此很有可能使得利用金属纳米粒子的用途的可能范围变得狭窄。并且，以往被报道的应用金属纳米粒子技术的金属膜形成法中加热时，大部分情况下需要进行30分钟至1个小时左右的较长时间，因此从生产性以及节能的观点来看，也经常会产生一些问题。另外，很多情况下，金属纳米粒子分散于癸烷或萜品醇等有机溶剂中。众所周知， 有机溶剂在废弃时如果不小心处理，则有可能会导致环境污染。另外，加热或放置于开放体系时蒸发的有机成分扩散在周围，因此大量处理时还需要局部排气装置的设置等。另外，也会对身体有害。因此，如果可以使用不以有机溶剂为主要成分的分散介质，则在环境和操作方面均理想。基于上述 记载，本专利技术人想到了具有低温烧结性、且可在短时间内形成金属膜的金属纳米粒子的技术，在早先的申请中公开了其内容(参考专利文献3)。专利文献1 日本专利特开2005-200604号公报专利文献2 日本专利特开2005-310703号公报专利文献3 国际专利公报W02008/048316号文本专利技术的概要本专利技术人在制造专利文献3中公开的Ag纳米粒子组合物时，虽然其原因不明，但是有时存在不良的Ag纳米粒子组合物。此时，所谓的不良组合物是指Ag纳米粒子的分散性明显差，这些纳米粒子在短时间内发生沉淀或涂布干燥时作为导电膜显示高电阻值的组合物，或者是发生由涂膜表面形成凹凸等而引起表面粗糙度的恶化的组合物。如果不解决这些课题，即使能够在低温下短时间内进行烧结，其成品率也会很低， 因此使这些粒子的便利性明显降低。上述课题可以通过如下所示的构成来解决。至少第一，使用碟式离心式粒度分布测定中测定的二次凝集粒径(中值粒径)为2. 0 μ m以下的金属纳米粒子组合物。第二，使用上述构成记载的金属纳米粒子组合物，其中，在前述构成要件的基础上，通过透射电子显微镜测定的一次粒径为30nm以下。第三，形成具有前述构成的金属纳米粒子的表面的表面活性剂采用碳数为3 8 的物质。第四，作为具有前述构成的金属纳米粒子的金属种类，选择银。第五，具有前述构成的金属纳米粒子分散于以水为主体的组合物中。这里所述的 “主体”是指，以质量比计，占除金属纳米粒子外的溶剂的构成成分的一半以上的质量。第六，作为组合物的构成要件，组合物的电导率为lS/m以上的范围。第七，作为组合物的构成要件，组合物中的硝酸成分为0.2质量％以上。第八 第十，作为组合物的构成要件，使其含有水性分散树脂、水溶性树脂、或构成单元中具有胺的树脂中的至少一种以上。第十一，在具有前述构成的金属纳米粒子的合成工序中，搅拌机的转速设为 η(rpm)、搅拌机叶轮直径设为d(m)时，在nd(2⑶为160以下的条件下搅拌的同时进行合成。还包括利用上述组合物形成的金属布线、金属膜、RF-ID用天线。用于获得这些产品的特征性条件为，可以使其加热温度为140°C以下，且加热时间少于90秒。通过使用本专利技术的制造方法以及金属纳米粒子及分散有这些金属纳米粒子的组合物，能够再现性良好地获得低温烧结性良好的完成度高的金属膜。附图的简单说明附图说明图1是实施例1的金属纳米离子的透射电子显微镜照片(300000倍，照片中的图像部分的原始尺寸为纵17. 0cm、横24. Icm)。图2是实施例1的金属纳米粒子的粒度分布。图3是表示实施例1 3、比较例1的静置时间和静置中的粒子沉淀时与液面的距离(沉淀量，mm)的图。图4 (a)是拍摄实施例1 3、比较例1的静置120时间之后的组合物的状态而得的照片，(b)是简单表示沉淀量的计算方法的示意图。图5是涂布实施例1的组合物而获得的烧成膜的外观照片。图6是涂布比较例3的组合物而获得的烧成膜的外观照片。实施专利技术的方式 <金属纳米粒子>本专利技术的金属纳米粒子的表面以碳数为3 8的直链脂肪酸或其衍生物被覆。该直链脂肪酸发挥作为所谓的保护剂的效果，即防止粒子之间的烧结、保持粒子之间的距离适当。如果直链碳数大于8，则热分解时需要高热能，因此不适于需要低温烧结性的用途。 但是，为了在一定程度上确保溶液中的稳定性，粒子之间需要达到一定的距离，因此理想的是使用直链的碳数较好为3以上、更好为4以上且小于8的直链脂肪酸。本专利技术的金属纳米粒子是通过湿法制造的粒子，只要可以通过该方法制作即可， 对金属的种类没有特别限制。例如，可以利用金、银、铜、钯、钼、钴等，特别优选使用金、银、 铜、钼。如果可实现溶液中的低温下的合金化，则可以使这些金属形成合金。本专利技术的金属纳米粒子在组合物中所含的比例过低时，涂布后干燥和烧成工序中涂布膜的收缩过于剧烈，因而发生膜破裂等，难以制作均勻的高品质膜。另外，比例过高时， 组合物的粘度过高，印刷以及涂布变得困难。因此，在本专利技术中，理想的比例在5 70质量％、较好是10 70质量％、更好是20 70质量％的范围内。此外，相对于全部金属纳米粒子，被覆周围的脂肪酸在0. 5 70质量％、较好是1 30质量％、最好是2 25质量％ 的范围内。利用透射电子显微镜(TEM)测定的金属纳米粒子的直径为1 lOOnm，较好是1 50nm，更好是1 30nm。粒径大于该范围时，难以获得作为金属纳米粒子所期待的低温烧结性，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．金属纳米粒子组合物，其特征在于，碟式离心式粒度分布测定中测定的二次凝集粒径（中值粒径）为２．０μｍ以下。

【技术特征摘要】
2010.03.26 JP 2010-0734811.金属纳米粒子组合物，其特征在于，碟式离心式粒度分布测定中测定的二次凝集粒径(中值粒径)为2.0μπι以下。2.如权利要求1所述的金属纳米粒子组合物，其特征在于，通过透射电子显微镜测定的一次粒径为30nm以下。3.如权利要求1或2所述的金属纳米粒子组合物，其特征在于，一次粒子的周围存在碳数为3 8的有机羧酸或其衍生物。4.如权利要求1至3中任一项所述的金属纳米粒子组合物，其特征在于，金属种类为银。5.如权利要求1至4中任一项所述的金属纳米粒子组合物，其特征在于，所述粒子分散，且以水为主体。6.如权利要求1至5中任一项所述的金属纳米粒子组合物，其特征在于，组合物的电导率在lS/m以上的范围内。7.如权利要求1至6中任一项所述的金属纳米粒子组合物，其特征在于，组合物中的硝酸成分为0.2质量％以上。8.如权利要求1至7中任一项所述的金属纳米粒子组合物，其特征在于，组合物中含有水性分散树脂。9.如权利要求1至8中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里·A·雅布隆斯基，迈克尔·A·马斯特罗彼得罗，佐藤王高，栗田哲，藤田英史，
申请(专利权)人：同和电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：JP