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METHOD FOR MANUFACTURING COPPER FINE PARTICLE SINTERED BODY AND CONDUCTIVE SUBSTRATE

Patent code P160012753
File No. S2014-0955-N0
Posted date Feb 5, 2016
Application number P2014-097154
Publication number P2015-214722A
Patent number P6562196
Date of filing May 8, 2014
Date of publication of application Dec 3, 2015
Date of registration Aug 2, 2019
Inventor
  • (In Japanese)米澤 徹
  • (In Japanese)塚本 宏樹
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人北海道大学
Title METHOD FOR MANUFACTURING COPPER FINE PARTICLE SINTERED BODY AND CONDUCTIVE SUBSTRATE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide new methods for manufacturing a conductive copper fine particle sintered body and a conductive substrate using the sintered body, which can be applied to a coating machine or screen printing using a calcination binder and avoid problems accompanying solder resist coating, without requiring a large amount of a protective agent.
SOLUTION: The method for manufacturing a conductive copper fine particle sintered body comprises producing a sintered body of copper fine particles having a resin coating film on a substrate through at least the following processes. The processes are: (A) applying a conductive ink comprising copper fine particles and a calcination binder on the substrate; (B) oxidizing the ink to obtain a cuprous oxide (Cu2O) fraction of 7 mass% or more in the copper particles after applied; and (C) reducing the ink after the oxidation. The copper fine particles applied on the substrate have an average particle diameter of 100 nm or more; and the calcination binder has a thermal decomposition temperature higher than the temperatures of the oxidation process and the reduction process.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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。

Field of industrial application (In Japanese)

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。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
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、導電性の銅微粒子焼結体の製造方法であって、以下の処理工程:
(A)銅微粒子および焼成バインダーを含有し、銅微粒子と焼成バインダーとの配合比(銅微粒子:焼成バインダー)が重量比で33:1~10:1であ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%以上であり、かつ、亜酸化銅(Cu2O)の粒子直径が数10nm以下になるものとする酸化処理、および
(C)前記酸化処理後の還元処理
を含み、
前記酸化処理および前記還元処理は、130℃以上かつ焼成バインダーの熱分解開始温度より低い温度での加熱によってなされ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。

【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】
 
前記酸化処理は、空気中での加熱である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】
 
銅微粒子の焼結体の周囲に焼成バインダーによる被膜が形成されているとともに、隣接する銅微粒子同士が接触していることを特徴とする銅微粒子焼結体。

【請求項5】
 
請求項4の銅微粒子焼結体による配線パターンが形成されていることを特徴とする導電性基板。
IPC(International Patent Classification)
F-term
State of application right Registered
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