金属纳米颗粒分散体、金属纳米颗粒分散体的制造方法以及接合方法_2

文档序号:9421476阅读:来源:国知局
作为制造本实施方式的金属纳米颗粒分散体的方法,没有特别限制,可以利用公 知的方法来制造。在本实施方式中,利用以下所示的方法制造金属纳米颗粒分散体。
[0050] 首先,在本实施方式中,制作表面被胺A覆盖的金属纳米颗粒。作为金属纳米颗 粒,可以使用市售的金属纳米颗粒并对其覆盖胺A,但在本实施方式中,使胺A附着在于反 应溶剂中还原析出的金属纳米颗粒的表面。
[0051] 具体而言,使还原反应进行时,预先使作为保护胶体发挥作用的胺A共存于反应 溶剂中。通过如此操作,胺A会附着到还原反应中析出的金属纳米颗粒的表面上,能够得到 表面被胺A覆盖的金属纳米颗粒。
[0052] 作为金属化合物,可列举出氯化物、硝酸盐、乙酸盐、碳酸盐等,从工业的观点出发 优选硝酸盐。另外,作为还原金属化合物时使用的溶剂,可列举出水。
[0053] 关于还原反应时胺A的量,在金属纳米颗粒为银的情况下,相对于银优选设为 0. 1~20当量。另外,反应溶剂中的银离子浓度优选设为0. 05~5. 0摩尔/L。
[0054] 接着,可以在包含表面被胺A覆盖的金属纳米颗粒的分散体中添加胺B,由此得到 本实施方式的金属纳米颗粒分散体,也可以在进行分散体的固成分浓度的调节、溶剂的添 加等的前后添加胺B而得到本实施方式的金属纳米颗粒分散体。另外,也可以使用混炼脱 泡机等将金属纳米颗粒分散体制为糊剂状。该情况下,会导入至混炼脱泡机而形成该分散 体的混炼物。其后,根据需要,进行机械分散处理,得到糊剂。
[0055] 关于胺B的添加量,相对于被胺A覆盖的金属纳米颗粒100质量份,胺B优选为 0. 1~1质量份。
[0056] (3?使用金属纳米颗粒分散体的接合方法)
[0057] 上述的金属纳米颗粒分散体由于具有上述的构成而适宜作为例如在物质间的接 合中使用的接合材料。以下,针对使用金属纳米颗粒分散体将金属与金属接合的方法进行 说明。
[0058] 首先,准备金属制的基板和金属制的芯片。将上述的金属纳米颗粒分散体涂布在 基板上。作为涂布金属纳米颗粒分散体的方法,只要是能够在基板上均匀地涂布的方法就 没有特别限制,例如可示例出印刷法、分配器法、针(pin)转印法等。在涂布的金属纳米颗 粒分散体上载置芯片,升温至特定温度(例如110~200°C),去除分散介质和胺A,并对金 属纳米颗粒进行烧结。
[0059] 此时,如上所述,由于在分散介质中存在胺B,覆盖在金属纳米颗粒的表面的胺A 变得易于从表面脱离。因此,与不存在胺B的情况相比,在更低温下胺A会被分解或蒸散地 去除。其结果,通过保持低温(例如200°C以下)并将金属纳米颗粒彼此烧结一体化,基板 与芯片介由构成金属纳米颗粒的金属而被牢固地接合。需要说明的是,根据需要,在接合时 也可以加压。
[0060] 如上所述,通过使用本实施方式的金属纳米颗粒分散体,即使为低温(例如200°C 以下),也能够将金属与金属牢固地接合。需要说明的是,在重视接合强度的情况下,使用胺 A为辛胺、胺B为三乙醇胺的金属纳米颗粒分散体作为接合材料是优选的。
[0061] (4?本实施方式的效果)
[0062] 在上述的实施方式中,为了使覆盖于金属纳米颗粒的表面的胺A容易更快地脱 离,使分散介质中含有胺B。该胺B比胺A的碳原子数少,为直链的烷基胺或链烷醇胺。
[0063] 在为了烧结金属纳米颗粒而加热金属纳米颗粒分散体时,胺B通过具有上述的结 构而产生将覆盖应该烧结的金属纳米颗粒的表面的胺A从表面剥离的效果。其结果,与分 散介质中不存在胺B的情况相比,在更低温度下胺A快速地从金属纳米颗粒的表面脱离,金 属纳米颗粒彼此变得容易烧结,因此低温烧结成为可能。
[0064] 在将金属纳米颗粒分散体用作接合材料的情况下,即使接合温度(加热温度)为 低温也充分地进行了烧结,因此能够提高接合强度。另外,在构成金属纳米颗粒的金属具有 导电性时,容易确保接合部的导电。因此,能够降低接合部的体积电阻。因此,上述的金属 纳米颗粒分散体尤其适于要求机械强度和电特性这两种特性的用途、例如将电子部件彼此 接合的用途。另外,由于单凭金属纳米颗粒彼此烧结就能充分确保导电,因此,例如无需进 一步向金属纳米颗粒分散体中添加微米(ym)级的导电性粒子来确保导电。
[0065] 进而,胺B由于比胺A的碳原子数少,因而通常使用分子量小的物质。因此,在烧 结金属纳米颗粒时,胺B被快速地分解或蒸散,因此在接合后,不存在胺B残存在接合部而 使特性恶化的情况。
[0066] 需要说明的是,此处的接合材料为导电糊剂,作为被接合物,可列举出存在于电子 基板上的电路和在其之上搭载的电子部件。具体而言,可列举出1C芯片等。
[0067] 在上述的实施方式中,将金属纳米颗粒分散体用作接合材料,但作为该金属纳米 颗粒分散体的用途,不限定于接合材料,例如,也可以用于导电膜的形成等用途。
[0068] 在导电膜的形成中使用金属纳米颗粒分散体时,导电膜利用公知的方法形成即 可。例如,通过在基材等上涂布金属纳米颗粒分散体,将其加热使金属纳米颗粒烧结,与分 散介质中不存在胺B的情况相比,能够在更低温下形成具有所期望的电阻率的导电膜。需 要说明的是,在重视低电阻率的情况下,优选使用胺A为辛胺、胺B为二乙醇胺的金属纳米 颗粒分散体形成导电膜。
[0069] 以上,针对本发明的实施方式进行了说明,但是本发明不受上述实施方式的任何 限定,可以在不超出本发明的要旨的范围内进行各种变更。
[0070] 实施例
[0071] 以下,基于更详细的实施例对本发明进行说明,但本发明不限定于这些实施例。
[0072](实施例1)
[0073](银纳米颗粒的制作)
[0074] 向5L的反应槽中加入作为反应介质的纯水3422g并调节至40°C。向该反应介质 中添加作为胺A的辛胺(和光纯药株式会社制的特级试剂,分子量129. 24) 51. 06g(胺A相 对于银的摩尔比为2)、作为还原剂的肼水合物(大塚化学株式会社制,80 %溶液)6. 18g(还 原剂相对于银的摩尔比为2),将作为非活性气体的氮气以200mL/分钟的流量吹入,并且利 用搅拌桨以345rpm进行搅拌,制成反应溶液。
[0075] 接着,将作为银化合物的硝酸银晶体(东洋化学株式会社制)33. 6g溶于纯水 180g。将该溶液添加至上述的反应溶液中后,搅拌2分钟,还原硝酸银,使表面覆盖辛胺的 银纳米颗粒析出。接着,添加作为聚集剂的甲苯(和光纯药株式会社,特级试剂)166. 4g, 以150rpm搅拌10分钟,使银纳米颗粒沉降并静置1天后,去除上清液。将该通过倾析而得 到的浓缩液装入50mL的小瓶(vialbottle),添加甲苯30g并用手振荡搅拌1分钟后,静 置2~3分钟去除上清液。反复3次该操作,制作甲苯中分散有表面被辛胺覆盖的银纳米 颗粒的浆料30g(固成分70重量% )。
[0076]将得到的银纳米颗粒利用SEM(HitachiHigh-TechnologiesCorporation制 S-4700)以倍率50000倍观察,取得SEM图像。在该SEM图像中,针对100个以上的任意的 银纳米颗粒,利用图像解析软件(AsahiKaseiEngineeringCorporation制Azokun(注册 商标))算出平均粒径,结果为35.6nm。
[0077](银纳米颗粒分散体的制作)
[0078]向该分散有银纳米颗粒的浆料30g中添加作为分散介质的辛二醇3. 7g,用手振荡 搅拌1分钟后,静置1小时使甲苯挥发,得到在辛二醇中分散有银纳米颗粒的固成分85重 量%的浆料。
[0079] 向该浆料1. 0g中混合作为胺B的三乙醇胺(和光纯药株式会社制,特级试剂,分 子量149. 2)0. 002g(相对于银纳米颗粒100质量份为0. 24质量份),通过用乳钵混炼制作 糊剂状的银纳米颗粒分散体。
[0080] (接合试验)
[0081] 使用得到的银纳米颗粒分散体进行了Cu基板与Cu芯片的接合。首先,在Cu基 板上载置金属掩模(掩模厚50ym),通过使用金属刮板的印刷法,将银纳米颗粒分散体糊 剂涂布在Cu基板上,形成2. 5_见方的图案。涂布后,以1°C/s的升温速度由室温加热至 80°C,在80°C下保持10分钟,去除辛二醇,其后进行冷却,在Cu基板上形成银纳米颗粒分散 的膜。
[0082] 接着,在该膜上搭载2mm见方的Cu芯片,使用倒装贴片机(M-90HiS0L,Inc.制) 进行加压接合。加压接合条件为:在氮气气氛下附加lOMPa的载荷,以1
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