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銅微粒子焼結体と導電性基板の製造方法

国内特許コード P160012753
整理番号 S2014-0955-N0
掲載日 2016年2月5日
出願番号 特願2014-097154
公開番号 特開2015-214722
出願日 平成26年5月8日(2014.5.8)
公開日 平成27年12月3日(2015.12.3)
発明者
  • 米澤 徹
  • 塚本 宏樹
出願人
  • 国立大学法人北海道大学
発明の名称 銅微粒子焼結体と導電性基板の製造方法
発明の概要 【課題】焼成バインダーを用いる塗工機やスクリーン印刷への適用が可能であって、多量の保護剤を必要とすることなく、ソルダーレジスト塗工にともなう不都合も懸念されない導電性銅微粒焼結体とこれを用いた導電性基板の新しい製造方法の提供。
【解決手段】少なくとも次の処理工程をもって基板上に樹脂被膜を有する銅微粒子の焼結体を生成させることを特徴とする導電性の銅微粒子焼結体の製造方法。(A)銅微粒子および焼成バインダーを含有する導電性インクの基板上への塗布(B)前記塗布後の銅微粒子のうちの亜酸化銅(Cu2O)分率が7質量%以上となるものとする酸化処理(C)前記酸化処理後の還元処理。基板上に塗布する銅微粒子の平均粒子径が100nm以上で、焼成バインダーの熱分解温度が酸化処理及び還元処理の温度よりも高い銅微粒子焼結体の製造方法。
【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要


金属微粒子を含む導電性インクを既存の印刷技術を利用して所定の配線パターンとして描画させるプリンテッドエレクトロニクスは、従来のプリント基板作製法で用いられる露光やエッチングを必要とせず有害な化学物質を排出しないクリーンな製造工程として近年注目されている。その際の印刷技術としてはドクターブレード、ダイコーター、バーコーター、フローコーター、スピンコーターなどの塗工機や、スクリーン印刷、インクジェット、スプレーなどが知られている。また、導電性インクは主に金属微粒子に加えて分散安定剤、有機溶剤で構成されるが、コーターやスクリーン印刷では、インクに適度な流動性や接着性を与えるため焼成バインダーが添加される。焼成バインダーにはアクリル、フェノール、エポキシ等の合成樹脂や、アセチルセルロース、エチルセルロース等のセルロース類、ゴム類などが用いられる。



ただ、印刷された導電性インクはそのままの状態では独立した微粒子の集合体であるため、導電性は極めて低い。このため、加熱処理をして金属微粒子の焼結体を形成することで導電性を付与している。一般的な金属の焼結は1000℃以上の温度で行われるが、プリント配線材料への適用においては、基板材料のエポキシ樹脂の熱分解温度250~350℃を下回る低温での焼結が求められる。このための低温焼結法としては、金属粒子をnmオーダーまで微粒化させることで、バルク材料よりも低温度で原子や分子の移動が生じ、焼結が容易となることが知られている。そして、金属微粒子の生成過程においては、粒子径を制御するための有機保護剤が用いられ、これに伴い生成された微粒子は有機保護層により覆われている。焼結現象は金属粒子同士が接していなければ生じないため、焼結時はこれらの有機保護層を除去する必要があり、これまでにも様々な手法が考案されている。例えば、銅微粒子の周囲を覆う有機保護層を含酸素雰囲気中で分解させた後、含水素もしくは不活性雰囲気中で還元させる二段階の焼成手法により導電性薄膜を得る手法が考案されている(特許文献1、非特許文献1)。



こうして作製された配線材は、電気絶縁性の担保と、湿度環境におけるイオンマイグレーション防止のため、ソルダーレジストが施されて使用される。ソルダーレジストは基板全面にレジスト剤を印刷した後、レジスト形成面を紫外線硬化させ、アルカリ洗浄液で未硬化部分を洗浄除去して形成される。

産業上の利用分野


本発明は、プリント基板等の回路形成材料、その他の微小配線材料や帯電防止材、電磁波遮断材、赤外線遮断材等の分野において有用な、導電性の銅微粒子焼結体とこれを基板上に有する導電性基板の製造方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
少なくとも次の処理工程をもって基板上に樹脂被膜を有する銅微粒子の焼結体を生成させることを特徴とする導電性の銅微粒子焼結体の製造方法。
(A)銅微粒子および焼成バインダーを含有する導電性インクの基板上への塗布
(B)前記塗布後の銅微粒子のうちの亜酸化銅(Cu2O)分率が7質量%以上となるものとする酸化処理
(C)前記酸化処理後の還元処理

【請求項2】
基板上に塗布する銅微粒子の平均粒子径は100nm以上であることを特徴とする請求項1に記載の銅微粒子焼結体の製造方法。

【請求項3】
焼成バインダーの熱分解開始温度は、酸化処理および還元処理の温度よりも高いことを特徴とする請求項1または2に記載の銅微粒子焼結体の製造方法。

【請求項4】
空気中での加熱による酸化処理であることを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか一項に記載の銅微粒子焼結体の製造方法。

【請求項5】
水素による還元処理であることを特徴とする請求項1から4のうちのいずれか一項に記載の銅微粒子焼結体の製造方法。

【請求項6】
請求項1から5のうちのいずれか一項に記載の方法により形成することを特徴とする導電性基板の製造方法。

【請求項7】
請求項1から5のうちのいずれか一項に記載の方法により得られたものであることを特徴とする銅微粒子焼結体。

【請求項8】
請求項6に記載の方法により得られたものであることを特徴とする導電性基板。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 公開
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