干粉形式的細金屬粒子和細金屬氧化物粒子及它們的應用制造技術

干粉形式的細金屬粒子或細金屬氧化物粒子，其是通過包括以下步驟的方法制備的：用涂覆劑的分子覆蓋金屬粒子或金屬氧化物粒子的表面，該涂覆劑在其末端含有含氧、氮或硫原子的官能團，利用在其表面具有氧化涂層的細金屬粒子或細金屬氧化物粒子在有機溶劑中的穩定分散液，去除分散溶劑，通過用對用于覆蓋所述粒子表面的涂覆劑分子層無害的極性溶劑的洗滌來去除過量的涂覆劑的分子，并且最后蒸發用于洗滌的極性溶劑，接著干燥。上述的細金屬粒子或細金屬氧化物粒子在不使用分散溶劑的情況下長期沒有凝聚，并且可以被用作具有良好分散液形式的特細粒子，并且該方法可以容易而簡單地制備上述細金屬粒子或細金屬氧化物粒子。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及干粉形式的細金屬粒子和細金屬氧化物粒子，它們的制備方法以及使用含有粉狀細金屬粒子或粉狀細金屬氧化物粒子的干印刷涂層，通過在低溫下燒結通過干式還原粉狀細金屬氧化物粒子而得到的粉狀細金屬粒子，或低溫下燒結原樣的粉狀細金屬粒子，而形成低溫燒結導體層的方法。更具體而言，本專利技術涉及通過使用干式印刷，特別是電子照相印刷，使用通過干式還原粉狀細金屬氧化物粒子而得到的粉狀細金屬粒子，或使用原樣的粉狀細金屬粒子，形成具有適宜的圖案并且含有粉狀細金屬粒子或粉狀細金屬氧化物粒子的干印刷涂層，來形成低溫燒結導體層的方法。本專利技術還涉及作為以下物質的用途專利技術，干粉形式的細金屬粒子和細金屬氧化物粒子，含有上述分散在分散溶劑的粉狀細金屬粒子的細金屬粒子分散液，含有上述分散在分散溶劑的粉狀細金屬氧化物粒子的細金屬氧化物粒子分散液，還涉及使用所述的細金屬粒子分散液或細金屬氧化物粒子分散液涂層，通過在低溫下燒結通過還原粉狀細金屬氧化物粒子而得到的細金屬粒子，或在低溫下燒結原樣的粉狀細金屬粒子，而形成低溫燒結導體層的方法。
技術介紹
作為制備具有非常小粒子大小的細金屬粒子，例如平均粒子大小為100nm或更小的細金屬粒子的方法之一，日本專利申請公開No.3-34211公開了一種分散液及其制備方法，在所述的分散液中，將通過氣相蒸發法而制備的10nm或更小的細金屬粒子以膠體狀態分散在分散溶劑中。日本專利申請公開No.11-319538和其它文獻公開了一種分散液及其制備方法，在所述的分散液中，將通過使用還原/沉積方法的濕式工藝而制備的平均粒子大小為數nm至數十nm的細金屬粒子以膠體狀態分散，所述的還原/沉積方法使用胺化合物用于還原。公開于日本專利申請公開No.11-319538和其它文獻中的通過濕式工藝而制備的平均粒子大小為數nm至數十nm的細金屬粒子(金屬納米粒子)的表面覆蓋有聚合物樹脂等，以保持膠體狀態。通常已知的是，平均粒子大小為數nm至數十nm的細金屬粒子是在適宜地低于熔點(例如，在具有清潔表面的細銀粒子(納米粒子)的情況下，甚至在200℃或更低)的溫度燒結的。這是因為，在細金屬粒子(納米粒子)的粒子大小足夠小時，在全部粒子中，在粒子表面上存在的處于高能態的原子的比例在整個粒子中增加，并且金屬原子的表面擴散增加至不能被忽略的水平，結果，晶粒間界由于此表面擴散而生長，從而引起燒結。在使平均粒子大小為數nm至數十nm的細金屬粒子的表面直接接觸時，細金屬粒子相互融合，形成聚集體，這惡化了在分散溶劑中的均勻分散性。由于此原因，將細金屬粒子的表面均勻地覆蓋烷基胺等，使得粒子具有覆蓋分子層的表面，從而細金屬粒子顯示出高的分散性。另一方面，在近來的電子相關領域中，正在進行對將使用的布線板上的布線圖的微型化。此外，考慮到用于形成各種電極圖案的金屬薄膜層，已經開發出具有特別薄的膜厚度的金屬薄膜層的應用。例如，通過由絲網印刷形成細布線或薄膜，將具有特別小的粒子大小的細金屬粒子的分散液用于繪制超精細圖案，或用于形成具有特別薄的膜厚度的薄膜涂層。目前，可以用于上述目的的金和銀的細粒子分散液已經出現在市場上。更具體而言，至于使用細金屬粒子分散液來形成超細布線圖的方法，已經建立了例如用于使用細金粒子或細銀粒子的方法論。如，通過使用含有細金粒子或細銀粒子的用于超細印刷的分散液繪制特別細的電路圖案，并且通過隨后細金屬粒子的燒結，可以在得到的燒結制品布線層上形成線寬和行間距為5至50μm并且體積電阻率為1×10-5Ω·cm或更低的布線。此外，由于線寬和行間距降低，由于電移引起的斷路已經成為另一個問題。具體而言，在具有級差的臺階中形成的具有小的布線膜厚度和窄的線寬度的部件中，在臺階邊的布線膜厚度傾向于比其它部分中的薄，因此，局部地提高了電流密度，并且增大了由于電移而發生斷路的頻率。為了避免由于該電移現象而引起的斷路，使用銅布線是有效的。例如，隨著集成度變得更高，正在深入研究將用于布線圖的銅材料用在半導體器件上。
技術實現思路
常規地，對于使用通過焙燒細金屬粒子而得到的導體層而形成精細圖案布線層或形成具有特別薄的膜厚度的導體薄膜層，已經使用這樣一種技術，該技術使用均勻地分散在分散溶劑中的細金屬粒子的分散液或膏來繪制想要的精細圖案或薄膜形狀的涂膜層。將使用細金屬粒子的分散液或膏繪制的涂膜層干燥，以蒸發分散溶劑，并且在使細金屬粒子由于溶劑的蒸發而相互緊密接觸之后，進行加熱處理，以焙燒細金屬粒子，從而制備出極其緊密填充的燒結制品導體層。此外，提出了這樣一種技術，其中使用細金屬氧化物粒子的分散液或膏來繪制想要的精細圖案或薄膜形狀的涂膜層，在所述的細金屬氧化物粒子分散液或膏中，將在細金屬粒子表面上具有氧化物膜層的細金屬氧化物粒子代替細金屬粒子均勻地分散在分散溶劑中；使在繪制的涂膜層中含有的細金屬氧化物粒子與還原劑反應進行還原處理，使得它們被還原成細金屬粒子；并且在使細金屬粒子相互緊密接觸之后，進行加熱處理，以焙燒細金屬粒子，從而制備出極其緊密填充的燒結制品導體層。盡管這些使用細金屬粒子的分散液或膏或細金屬氧化物粒子的分散液或膏的濕式繪制方法是有效的，但是，需要將所述的分散液或膏用于其它的繪制方法，以更廣泛地利用通過焙燒細金屬粒子而得到的導體層，或通過進行還原處理而得到的導體層，所述的還原處理是通過使細金屬氧化物粒子與還原劑反應，將它們一次還原成細金屬粒子，并且焙燒細金屬粒子而進行的。更具體而言，為了重復地形成許多相同的繪制圖案，適宜的是對于電子照相繪制方法的應用，所述的電子照相繪制方法是具有高重復繪制性的干式印刷方法。本專利技術意欲解決上述問題，并且本專利技術的一個目的在于提供一種制備極其緊密填充的燒結制品導體層的方法，該方法包括在用于印刷布線板的襯底表面上，利用電子照相繪制方法(一種干式印刷方法)以調色劑粒子的形式形成細粒子涂層的所需圖案，所述的調色劑粒子含有粉狀細金屬粒子或粉狀細金屬氧化物粒子，并且使用通過還原在干涂層含有的細金屬氧化物粒子而得到的細金屬粒子，或使用在調色劑細粒中含有的細金屬粒子，進行加熱處理，從而使細金屬粒子相互焙燒。本專利技術的另一個目的在于在使用電子照相繪制方法(一種干式印刷方法)以含有粉狀細金屬粒子或粉狀細金屬氧化物粒子的調色劑粒子形式形成細粒子的涂層時，提供干粉形式的細金屬粒子或細金屬氧化物粒子及它們的制備方法，所述的細金屬粒子或細金屬氧化物粒子適宜于制備含有粉狀細金屬粒子或細金屬氧化物粒子的調色劑粒子形式的細粒。直到現在，已經開發出大量含有納米級細金屬粒子的分散液，并且存在幾種在分散溶劑中長期保持良好分散狀態的技術。但是，盡管試圖通過去除和蒸發分散溶劑而從這種分散液中回收和分離干粉形式的細金屬粒子，但是用于保持和改善在分散液中的分散性的分散劑不必要地被留下，并且容易凝結形成塊體。在其它的情況下，盡管細金屬粒子以干粉形式一次回收，但是相鄰納米級細金屬粒子的金屬表面直接接觸并且容易融合，因此，長期貯存的穩定性尚須改善。另一方面，只由金屬氧化物組成的細粒子在室溫左右不引起相互凝結。因此，可以相對容易地制備干粉形式的細金屬氧化物粒子。例如，當還原干粉形式的納米級細金屬氧化物粒子(納米粒子)來制備細金屬粒子時，通過在相對低的溫度下焙燒，可以制備燒結制品導本文檔來自技高網...

【技術保護點】
干粉形式的細金屬粒子，其特征在于：在１至１００ｎｍ的范圍內選擇細金屬粒子的平均粒子大小；所述的細金屬粒子本身的表面覆蓋有一種或多種化合物，所述化合物含有含氮原子、氧原子或硫原子并且能夠通過所述原子的孤電子對形成配位鍵的基團作為能夠與在所述細金屬粒子中含有的金屬元素形成配位鍵的基團，基于１００質量份的細金屬粒子，通過在５至３５質量份的范圍內選擇所述的一種或多種含有含氮原子、氧原子或硫原子的基團的化合物的總量，調節所述的一種或多種含有含氮原子、氧原子或硫原子的基團的化合物的覆蓋量；和所述覆蓋量的調節是通過下面的處理進行的，所述的處理包括以下步驟：預先使所述的一種或多種含有含氮原子、氧原子或硫原子的基團的化合物與具有在１至１００ｎｍ的范圍內選擇的平均粒子大小的細金屬粒子的表面接觸，從而將所述一種或多種含有含氮原子、氧原子或硫原子的基團、通過配位鍵與在細金屬粒子中含有的金屬元素結合的化合物，基于１００質量份細金屬粒子，以大于所述一種或多種含有含氮原子、氧原子或硫原子的基團的化合物的總的目標覆蓋量的量一次涂覆，以形成其覆蓋層，然后，制備作為原料的分散液，其中將具有所述的一種或多種含有含氮原子、氧原子或硫原子的基團的化合物的覆蓋層的細金屬粒子分散在包含一種或多種有機溶劑的分散溶劑中，在減壓下去除作為分散溶劑的在分散液中含有的有機溶劑，從而濃縮分散液，向進行過濃縮處理的分散液中加入一種或多種極性溶劑，在所述一種或多種極性溶劑中，所述的一種或多種化合物在室溫下的溶解度高于在所述有機溶劑中的溶解度，從而將過量的一種或多種含有含氮原子、氧原子或硫原子的基團的化合物溶解于所述的一種或多種極性溶劑中，然后通過過濾從得到的分散液中分離作為固相組分的細金屬粒子，其中覆蓋量的調節是通過去除過量的一種或多種含有含氮原子、氧原子或硫原子的基團的化合物而實現的，蒸發剩余的一種或多種極性溶劑至干燥。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：伊東大輔，上田雅行，畑憲明，松葉賴重，
申請(專利權)人：播磨化成株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]