[發明專利]金屬納米顆粒復合體、金屬膠體溶液和它們的制造方法

有效

• 申請號: 201380026284.5
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN104321153A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 李承澤;森田毅;森脅雅幸;高橋曉雄;梶井智代;姚宗武
• 申請（專利權）人: DIC株式會社
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B22F1/00;B22F9/00;B22F9/24
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本發明涉及適宜作為電子電路基板的制造中使用的導電性墨的主要成分的金屬納米顆粒復合體、其在介質中分散而成的金屬膠體溶液及其制造方法。

背景技術

印刷電路板、半導體裝置的制造主要經過光刻工藝來制造，但涂布型電子裝置的制造技術正受到關注，所述涂布型電子裝置是使近年來正在開發的納米級的金屬材料分散于某些介質而形成墨配混物，并將其用各種印刷方法進行圖案化，作為裝置而進行組裝。

將這樣的技術稱為印刷電子技術(Printed?Electronics，以下簡記作PE)，期待該方法具有能夠以輥對輥(roll-to-roll)大量生產電子電路圖案、半導體元件的可能性、需求性、工序的單純化和節約資源化所帶來的經濟性，期待在顯示裝置、發光裝置、IC標簽(RFID)等的廉價的制造方法中得到發展。

對于PE，導電材料墨、半導體材料墨、絕緣材料墨作為基礎性材料是必須的，尤其是以貴金屬(金、銀、鉑類)和銅的金屬膠體(金屬納米顆粒)為成分的導電性墨是重要的，從經濟性和操作的容易性的方面出發，率先開發了銀膠體及其墨。

構成銀膠體的銀納米顆粒(或簡單稱作納米銀)與塊狀的銀相比，比表面積尤其高，因此要相互熔接而使表面能降低的傾向強。其結果，顆粒在遠低于塊狀的銀的熔點的溫度下相互熔接。有時將該現象稱作量子尺寸效應(久保效應)，但此處存在將銀納米顆粒作為導電材料的優點。

通常，納米材料由于經過特殊的工藝而制造，所以經常變得昂貴，這成為妨礙普及的一個因素。對于銀膠體，為了也低成本地進行制造，不需要真空工藝之類的特殊裝置的液相還原法是有利的。液相還原法是使銀化合物在溶劑中與還原劑反應而還原并得到銀膠體的方法，但此時為了將生成的銀納米顆粒保持為一定以下的粒徑、且形成穩定的金屬膠體狀態，公開了在被稱作“膠體保護劑”的化合物的存在下進行還原的技術。膠體保護劑是設計成具備叔氨基、季銨基、具有堿性氮原子的雜環、羥基、羧基等能夠與金屬顆粒配位的官能團的高分子化合物(例如參照專利文獻1)。

如前所述，期待有良好的低溫熔接現象的銀納米顆粒的直徑為50納米以下，但進一步減小時，根據比表面積而使作為膠體保護劑的高分子化合物的必要量增加，因此，在銀納米顆粒上的殘留量也變多，反而有低溫燒結性(將由銀膠體得到的薄膜在100～150℃下進行燒結而得到的電阻率顯示出10^-6Ωcm級的性能)變得不易表現的問題。從這樣的導電材料的設計的觀點出發，必須使膠體保護劑同時具備制造較小顆粒的能力、進而使其保護穩定化的能力、燒結時迅速從顆粒表面脫離而不會變得阻礙顆粒相互的熔接之類的多種性質。僅僅通過使用Solsperse(Zeneca?K.K.商標)、Flowlen(共榮社化學株式會社商標)等市售的高分子顏料分散劑、在主鏈/側鏈具有顏料親和性基團(胺)、且具有多個溶劑化部分的市售的高分子化合物等的技術，同時實現這些性質是困難的(例如參照專利文獻2～4)。

針對這樣的問題，已經公開了由聚亞烷基亞胺-聚亞烷基二醇-疏水性鏈段形成的三元系高分子、由聚亞烷基亞胺-聚亞烷基二醇形成的二元系高分子對銀納米顆粒的制造是有效的(例如參照專利文獻5～7)。然而，即使使用這些化合物，也無法得到粒徑及其分布的控制、作為膠體溶液的穩定性、以及低溫燒結時的實用的導電性的表現的平衡優異的物質。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2004-346429號公報

專利文獻2：日本特開平11-080647號公報

專利文獻3：日本特開2006-328472號公報

專利文獻4：日本特開2002-245854號公報

專利文獻5：日本特開2008-037884號公報

專利文獻6：國際公開WO2008/143061

專利文獻7：日本特開2005-89784號公報

發明內容

發明要解決的問題

本發明的課題是鑒于如上所述的問題而作出的，提供一種金屬納米顆粒復合體和使其分散而成的金屬膠體溶液、以及它們的制造方法，所述金屬納米顆粒復合體有目的地附加/調節良好的金屬納米顆粒控制能力、高分散穩定性、良好的低溫燒結性以及金屬納米顆粒的容易的純化分離性的多種性質，能夠表現出更實用的導電性。

用于解決問題的方案