专利名称：含有金属的微粒、含有金属的微粒分散液及含有导电性金属的材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及含有金属的微粒、分散有含有金属的微粒的微粒分散液及微粒分散液的制造方法，以及由微粒分散液形成的含有导电性金属的材料。
背景技术：
近年一直在来研究了使用将含有金属的微粒分散在液体中形成的微粒分散液，通过形成图案、进行加热处理(以下，简称为“烧成”)，使金属微粒之间相互烧结，从而形成导电体的各种方法。作为该示例，可例举如印制电路布线等电路图案的形成以及修复、半导体封装内的层间布线的形成、通过喷墨印刷法形成印制线路板和电子元器件的接合的方法(例如，参考专利文献1)，代替以往锡焊方法的接合金属间的方法(例如，参考专利文献2)，可能代替电子材料领域中的镀膜的形成导电性金属膜的方法(例如，参考专利文献3)等。
上述方法利用了以往公知的金属粒子的表面熔解现象这样的性质(例如，参考非专利文献1)。已知，一般金属粒子的表面熔解现象是由粒子表面原子的异常晶格振动引起的，粒径越小，表面原子比率越高则表面熔解温度下降地越多。例如，已知为银时，块体的熔点在970℃左右，而当为直径10nm左右的微粒(胶体)时，从80℃开始出现表面熔解。由于该表面熔解现象依赖于金属粒子的粒径，因此只要粒子之间没有完全固着，只要一个一个金属微粒具有规定的粒径，则即使在缔合状态可也会发生表面熔解现象。
使金属微粒在溶液中分散时，为了防止凝集一般使用分散剂。在此，为了使金属微粒良好地分散在有机溶剂中，需要在该微粒表面形成大的空间位阻。但是，欲要得到大的空间位阻，则需要将分散剂高分子化，或需要大量增加分散剂的添加量。另外，使用使金属微粒分散的微粒分散液来形成导电体时，如利用高分子化了的分散剂，或增加分散剂的添加量，则存在不在高温下烧成就不能除去分散剂，难以得到导电性的问题。
由于印制线路板的布线中的基板以及半导体封装内的布线中的元件的耐热性的问题，烧成温度越低越好。
专利文献1日本专利特开2002-324966号公报专利文献2日本专利特开2002-126869号公报专利文献3日本专利特开2002-334618号公报非专利文献1“ジヤ一ナルオブゾルゲルサイエンスアンドテクノロジ一(J.Sol-Gel Science and Technology)”，(荷兰)，クル一ワ一アカデミックパブリッシヤ一ズ(Kluwer Academic Publishers)，2001年，第22卷，p.151-166发明的揭示在此，本发明的目的是提供由低温烧成可气化的分散剂覆盖表面的具有良好分散稳定性的含有金属的微粒、分散有该含有金属的微粒的微粒分散液及使用该微粒分散液而形成的体积电阻率优良的含有导电性金属的材料。
本发明人，为了达到上述目的进行了认真的研究，结果发现用气化温度不同的至少2种分散剂覆盖表面的含有金属的微粒具有良好的分散稳定性，使用分散有该含金属化合物的微粒分散液，通过在低温(150～210℃)烧成可形成的含有导电性金属的材料的体积电阻率优良，从而完成了本发明。即，本发明的特征在于具有下述要旨。
(1)通过气化温度不同的至少2种分散剂覆盖表面的含有金属的微粒(第1方式)。
(2)如上述(1)所述的含有金属的微粒，它是分散在以规定的烧成温度进行烧成时使用的微粒分散液中的含有金属的微粒，其中，用在低于上述烧成温度的温度下气化的分散剂和在上述烧成温度以上的温度下气化的分散剂覆盖表面。
(3)微粒分散液(第2方式)，其中，在非水溶性的有机性液体中分散上述(1)或(2)中所述的含有金属的微粒。
(4)微粒分散液的制造方法(第3方式)，它是制造如上述(3)所述的微粒分散液的制造方法，它包括以下工序在水溶性的含有金属的化合物中添加水，得到含有金属离子的水溶液的工序；
在上述水溶液中添加溶解有上述气化温度不同的至少2种分散剂的非水溶性的有机性液体的工序；添加上述有机性液体之后，一边搅拌一边添加还原剂以还原上述金属离子，生成由上述气化温度不同的至少2种分散剂覆盖表面的含有金属的微粒的工序。
(5)微粒分散液的制造方法，它是制造如上述(3)所述的微粒分散液的制造方法，它包括以下工序得到含有柠檬酸离子及铁离子的水溶液的工序；向上述水溶液中，一边搅拌一边添加含有选自金、银、铂、钯、钨、钽、铋、铅、铟、锡、钛及铝的一种或一种以上金属的离子的水溶液，还原该金属离子，得到含有金属的微粒的工序；向包含上述含有金属的微粒的溶液中，一边搅拌一边添加溶解有上述气化温度不同的至少2种分散剂的非水溶性有机性液体，藉此生成由该气化温度不同的至少2种分散剂覆盖表面的含有金属的微粒的工序。
(6)含有导电性金属的材料(第4方式)，其通过以下方法形成，即在被涂物上涂布上述(3)所述的微粒分散液之后，通过在上述至少2种分散剂中最高气化温度和最低气化温度之间的温度下烧成而形成，其体积电阻率在60μΩcm以下。
如下述说明，通过本发明可提供由在低温烧成可气化的分散剂覆盖表面的具有良好分散稳定性的含有金属的微粒，分散有该含有金属的微粒的微粒分散液以及使用该微粒分散液形成的体积电阻率优良的含有导电性金属的材料，因此是有用的。
特别是，通过将本发明的第2方式涉及的微粒分散液(以下，简称为“本发明的微粒分散液”)作为喷墨印刷法的油墨，可以在低温下进行印制电路布线等电路图案的形成及修复、半导体封装内的层间布线的形成、印制线路板与电子元器件的接合，形成的材料还具有优良的导电性，因此是极其有用的。
实施发明的最佳方式以下，详细说明本发明。
本发明的第1方式所涉及的含有金属的微粒(以下，也简称为“本发明的含有金属的微粒”)是由气化温度不同的至少2种分散剂覆盖表面的含有金属的微粒。具体地讲，它为分散在以规定烧成温度进行烧成时使用的微粒分散液中的含有金属的微粒，较好示例如由在低于该烧成温度下气化的分散剂(以下，也简称为“第1分散剂”)和在该烧成温度以上的温度下气化的分散剂(以下，也简称为“第2分散剂”)覆盖表面的含有金属的微粒。
在此，“烧成温度”，是形成后述的本发明的第4方式所涉及的含有导电性金属的材料(以下，也简称为“本发明的含有导电性金属的材料”)时的烧成的温度，具体地讲为将本发明的微粒分散液涂布在被涂物后进行烧成时的温度，可以在规定的范围内任意设定。如上述所述，从印制线路板的布线中的基板以及半导体封装内的布线中的元件的耐热性的方面来看，较好在150～210℃的范围内，更好在150～200℃的范围内。
另外，在本发明中，烧成指使覆盖含有金属的微粒的表面的分散剂解离、并且使分散剂解离后的含有金属的微粒之间熔接的工程。
“覆盖”是指含有金属的微粒的表面的至少一部分被分散剂覆盖的状态。具体地讲，它是在含有金属的微粒的表面的至少一部分上，结合有具有作为可与含有金属的微粒中所含的金属元素结合的取代基的含有氮、氧或硫原子的取代基的有机化合物的状态。另外，用分散剂的覆盖在后述的本发明的第3方式所涉及的微粒分散液的制造方法(以下，也简称为“本发明的微粒分散液的制造方法”)中，当只用气化温度低(30～60℃左右)的分散剂的情况、不用分散剂来制造的情况或者使用不具有可与金属元素结合的取代基的有机物代替分散剂来制造的情况下，不能使分散剂有效地覆盖含有金属的微粒的表面，含有金属的微粒凝集，不能制造出稳定的微粒分散液。与此相对，本发明中可确认制造出分散有含有金属的微粒的微粒分散液。
本发明的含有金属的微粒含有选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铂(Pt)、钯(Pd)、钨(W)、镍(Ni)、钽(Ta)、铋(Bi)、铅(Pb)、铟(In)、锡(Sn)、钛(Ti)及铝(Al)的至少1种金属。其中，特好含有Au、Ag、Cu或Ni，最好含有Cu。
另外，本发明中，“含有金属的微粒”是包括金属微粒本身(例如，Au胶体、Ag胶体等)以及氢化的金属微粒(例如，氢化铜(CuH)胶体等)的概念词语。
因此，本发明的含有金属的微粒可以是被气化温度不同的至少2种分散剂表面被覆的Au胶体、Ag胶体等，也可以是CuH胶体等。
下面，详细介绍分散剂。
作为覆盖本发明的含有金属的微粒的表面的气化温度不同的至少2种分散剂，可如上述例举如第1分散剂和第2分散剂。它们是具有作为可与含有金属的微粒中所含的金属元素配位结合的取代基的含有氮、氧或硫原子的取代基的有机化合物。
在此，“第1分散剂”是指具有低于烧成温度的气化温度的分散剂，同样，“第2分散剂”是指具有在烧成温度以上的气化温度的分散剂。另外，本发明中，气化温度是在下述测定条件下使用热重量分析法测定时，装入质量的50％气化时的温度。
·测定起始温度25℃·升温速度10℃/分·气氛气氮气中(流量20mL/分钟)·装入重量10mg·使用池铝制(5μL)作为这种分散剂，如上述只要是具有作为可与含有金属的微粒中所含的金属元素配位结合的取代基的含有氮、氧或硫原子的取代基的有机化合物，就没有特别的限定，较好为碳原子数为4～25的分散剂，更好为8～23。碳原子数如在该范围中，则具有热稳定性、蒸气压也适宜、操作性也良好，因此较好。另外，碳原子数如在该范围内，则即使在低温烧成也可充分气化，由这种分散剂覆盖表面的含有金属的微粒的分散稳定性也良好，因此较好。
上述分散剂可以是不饱和的也可以是饱和的，较好为具有直链状的长链(例如，癸基、十二烷基等)。
上述分散剂的气化温度较好为125～235℃。
具体地讲，作为具有含有氮原子的取代基的有机化合物，可例举如具有氨基、酰胺基等取代基的化合物。作为具有含有氧原子的取代基的有机化合物，可例举如具有羟基、醚型氧基(-O-)等取代基的化合物，作为具有含有硫原子的取代基的有机化合物，可例举如具有巯基(-SH)、硫化物型的硫基(スルファンジイル基)(-S-)等取代基的化合物。
更具体地讲，作为具有氨基、酰胺基等取代基的化合物，可例举如辛胺、(155℃)、癸胺(170℃)、月桂胺(180℃)、十四烷胺(190℃)、十六烷胺(200℃)、十八烷胺(205℃)、甲基十八烷胺(210℃)、二甲基十八烷胺(215℃)、油胺(205℃)、苄胺(140℃)、月桂酰胺、硬脂酰胺、油酰胺等。作为具有羟基、醚型的氧基(-O-)等取代基的化合物，可例举如十二烷二醇、十六烷二醇、十二烷酸(200℃)、硬脂酸(225℃)、油酸(225℃)、亚油酸、亚麻酸、十二烷二酮、二苯甲酰基甲烷、乙二醇单癸基醚(200℃)、二甘醇单癸基醚、三甘醇单癸基醚、四甘醇单癸基醚、乙二醇单十二烷基醚(210℃)、二甘醇单十二烷基醚、三甘醇单十二烷基醚、四甘醇单十二烷基醚、乙二醇单鲸蜡醚(225℃)、二甘醇单鲸蜡醚等。作为具有巯基(-SH)、硫化物型的硫基(-S-)等取代基的化合物，可例举如癸硫醇(190℃)、十二烷硫醇(205℃)、十四烷硫醇(220℃)、三甲基苄基硫醇、丁基苄基硫醇、己基硫醚等。另外，括弧内的数字是在上述测得条件下测定的气化温度。
在这些分散剂中，适当选择本发明的气化温度不同的2种以上的分散剂，具体地讲，可从这些分散剂中适当选择(组合)第1分散剂及第2分散剂来使用。
例如，如果烧成温度为150℃，可例举如苄胺与辛胺的组合、苄胺与癸胺的组合、苄胺与月桂胺的组合等。如果烧成温度为180℃，可例举如癸胺与十四烷胺的组合、辛胺与十四烷胺的组合、辛胺与十二烷酸的组合。如烧成温度为190℃，可例举如月桂胺与十二烷酸的组合、月桂胺与十四烷胺的组合等。如烧成温度为195℃，可例举如十四烷胺与十二烷酸的组合、十四烷胺与十六烷胺的组合等。如烧成温度为200℃，可例举如月桂胺与十八烷胺的组合、月桂胺与甲基十八烷胺的组合、十四烷胺与二甲基十八烷胺的组合、月桂胺与十二烷硫醇的组合等。如烧成温度为210℃，可例举如十六烷胺与二甲基十八烷胺的组合、十二烷酸与十四烷硫醇的组合、十六烷胺与十四硫醇的组合等。
本发明中，较好为烧成温度与第1分散剂的气化温度之差在25℃以内，同样，较好烧成温度与第2分散剂的气化温度之差也在25℃以内。还较好为，第1分散剂与第2分散剂的气化温度之差在30℃以内。
由这样的分散剂在含有金属的微粒形成的表面覆盖，较好为通过相对于含有金属的微粒100质量份，以合计为2～100质量份、较好为2～20质量份的量添加分散剂来进行。由于所得的含有金属的微粒的分散稳定性良好，因此较好在上述范围内。
具体地讲，如本发明的微粒分散液的制造方法及后述的实施例所示，示例了如下的方法，即通过在利用了湿法还原生成的含有金属的微粒以及溶解有分散剂的非水溶性的有机性液体共存的情况下搅拌，从而用分散剂覆盖含有金属的微粒的表面的方法，但也可以利用所谓的干式法。
另外，所用的分散剂中，第1分散剂与第2分散剂的比例(装入的质量比)为，相对于分散剂的合计装入质量，第1分散剂为60～95质量％，较好为70～90质量％。
由这样的分散剂覆盖表面的本发明的含有金属的微粒的平均粒径为1～100nm左右，即使将分散有该含有金属的微粒的微粒分散液在室温下放置1个月，也不会发生凝集，即可良好地维持分散稳定性，以胶体状态稳定存在。
本发明中，平均粒径通过透射电子显微镜(TEM)或者扫描电子显微镜(SEM)而得。另外，微粒的粒径是观测的1次粒子的粒子直径，平均粒径定义为在观测的微粒中随意选出的100个微粒的粒径的平均值。
另外，本发明的含有金属的微粒经过烧成，覆盖表面的分散剂解离，分散剂解离后的含有金属的微粒之间可熔接形成整体。通过这样，后述的本发明的含有导电性金属的材料显示出导电性及耐热性。
本发明的第2方式涉及的微粒分散液是将上述本发明的第1方式涉及的含有金属的微粒分散在非水溶性的有机性液体中的微粒分散液。
在此，上述有机性液体较好是与覆盖上述含有金属的微粒的表面的分散剂的亲和性良好的极性低的有机性液体。另外还较好的是，形成后述本发明的含有导电性金属的材料时，经过涂布后的加热而较快蒸发，具有不发生热分解的热稳定性的有机性液体。
作为这样的有机性液体，具体可例举如，己烷、庚烷、辛烷、癸烷、十二烷、十四烷、十二碳烯、十四碳烯、环己烷、乙基环己烷、丁基环己烷、环辛烷、萜品醇、己醇、辛醇、环己醇、甲苯、二甲苯、乙苯、、丁苯、α-萜烯、β-萜烯、柠檬烯、AFソルベント(商品名、新日本石油制)等。这些有机性液体可以单独使用1种，也可将2种以上并用。
另外，本发明的微粒分散液根据其用途来适当选择，没有特别的限定，相对于上述含有金属的微粒100质量份，较好为添加20～500质量份有机性液体，更好添加20～200质量份。即，本发明的微粒分散液中的上述含有金属的微粒的浓度，较好为相对上述有机性液体的15～80质量％，更好为30～80质量％。
金属微粒的浓度如在该范围内，则可充分确保涂布、烧所得微粒分散液而得到的本发明的含有导电性金属的材料的导电性。另外，由于所得的微粒分散液的粘度、表面张力等特性良好，容易涂布，因此较为适宜。
可以根据需要，向本发明的微粒分散液中添加添加剂(例如，增塑剂、增粘剂等)、有机粘合剂(バインダ)等。
本发明的微粒分散液的用途没有特别限定，通过在喷墨印刷法中作为油墨使用，可以在低温下进行印制电路布线等电路图案的形成及修复、半导体封装内层间布线的形成、印制线路板与电子元器件的接合，形成的材料也具有优良的导电性，因此极为有用。
本发明的第3方式涉及的微粒分散液的制造方法是制造上述的本发明的第2方式涉及的微粒分散液的制造方法，它包括以下工序向水溶性的含金属化合物中添加水得到含有金属离子的水溶液的工序；向该水溶液中，添加溶解有上述气化温度不同的至少2种分散剂的非水溶性的有机性液体的工序；添加该有机性液体后，通过一边搅拌一边添加还原剂，还原该金属离子，生成用该分散剂覆盖表面的含有金属的微粒的工序。
生成本发明的含有金属的微粒时，通过搅拌由含有金属离子的水溶液形成的水层以及由上述气化温度不同的至少2种分散剂和有机性液体形成的油层，形成水分和油分的悬浮液。在该悬浮液的水分中，通过再添加还原剂将金属离子还原，得到表面被覆盖前的状态的含有金属的微粒。所得的微粒随即被在油分中溶解的上述至少2种分散剂覆盖表面，成为由该分散剂覆盖表面的本发明的含有金属的微粒，认为其被包裹入油分中从而稳定化。
这样生成含有金属的微粒之后，如果放置上述悬浮液，则分离成水层和油层2层。通过回收分离的油层，可以得到在非水溶性的有机性液体中分散有含有金属的微粒的微粒分散液。
该微粒分散液可以直接作为形成含有导电性金属的材料用的所谓的油墨使用，也可通过再适当添加其它添加剂(例如，增塑剂、增粘剂等)后作为所谓的油墨使用。
作为在本发明的微粒分散液的制造方法中使用的水溶性的含金属化合物，具体可例举如硫酸铜、氯化铜、醋酸铜、溴化铜、碘化铜、柠檬酸铜、硝酸铜；醋酸银、柠檬酸银、硝酸银；氯金酸钠、氯金酸；溴化镍、醋酸镍、硝酸镍、氯化镍等。
较好为以浓度为0.1～30质量％的量使上述含金属化合物溶解。如果使含金属化合物溶解而成的水溶液，即含有金属离子的水溶液的浓度在该范围内，则所得的含有金属的微粒的生成效率良好，而且分散稳定性也良好，因此较为适宜。
本发明的微粒分散液的制造方法中，例如，为了得到上述的CuH胶体，则较好将含有金属离子的水溶液的pH调至3以下。具体地讲，较好为在含有金属离子的水溶液中添加酸。
作为为了将pH调至3以下而添加的酸，具体可例举如柠檬酸、丙二酸、马来酸、苯二甲酸、醋酸、丙酸、硫酸、硝酸、盐酸等。通过将pH调整到3以下，则再通过之后添加的还原剂的作用可以容易地由水溶液中的金属离子得到含有金属的微粒。
由于金属氢化物具有强还原能力，因此较好为金属氢化物作为还原剂。具体可例举如，氢化锂、氢化钾、氢化钙、氢化锂铝、硼氢化锂、硼氢化钠、肼、二甲胺硼烷等。其中，由于还原速度以及稳定性优良，较好为氢化锂铝、硼氢化锂、硼氢化钠。
另外，相对于金属离子，较好添加1.5～10倍的摩尔当量的还原剂。还原剂的添加量如在该范围内，由于还原作用充分且所得的含有金属的微粒的分散稳定性也良好，因此较为适宜。
另一方面，本发明的微粒分散液也可以通过以下的制造方法来制造，该制造方法包括以下工序得到含有柠檬酸离子及铁离子的水溶液的工序；向该水溶液中一边搅拌一边添加含有选自金、银、铂、钯、钨、钽、铋、铅、铟、锡、钛及铝的1种以上的金属的金属离子的水溶液，从而还原该金属离子，得到含有金属的微粒的工序；向含有该含有金属的微粒的溶液中，一边搅拌一边添加溶解有上述气化温度不同的至少2种分散剂的非水溶性的有机性液体，从而生成用该分散剂覆盖表面的含有金属的微粒的工序。
本发明的第4方式涉及的含有导电性金属的材料是在被涂物上涂布上述的本发明的第2方式涉及的微粒分散液之后，通过在上述至少2种分散剂中的最高气化温度和最低气化温度之间的温度下烧成而形成的体积电阻率在60μΩcm以下较好在40μΩcm以下，更好在20μΩcm以下，特好在10μΩcm以下的含有导电性金属的材料。
本发明中，体积电阻率是由用四探针式电阻计测得的电阻值和用触针式表面形状测定器测得的膜厚计算获得的值。
在此，作为涂布微粒分散液的方法，可使用以往公知的方法。具体可例举如，喷墨印刷法、网版印刷法、辊涂法、气刀式涂布法、刮涂法、棒式涂布法、凹版涂布法、模涂法、喷涂法、滑动涂布法(slide coat)等。其中，由于由喷墨印刷法进行的涂布，容易适应对微细化的要求以及容易变化印刷图案，因此较为适宜。
由喷墨印刷法进行的涂布较好的是，油墨吐出孔为20μm左右，油墨液滴径在吐出后的空间飞翔时变化，附着在被涂布体上之后，在被涂布体上散开。吐出后油墨的直径为吐出孔径大小，附着在被喷射体时，变化至5～100μm左右。因此，使用本发明的微粒分散液作为油墨时，只要对油墨粘性等没有影响，可以增大油墨中微粒的缔合体，缔合凝集径也可以为2μm左右。
涂布上述微粒分散液的被涂物没有特别限定，作为具体的示例，可例举如玻璃板、环氧等树脂基板等。
烧成温度下的烧成如上所述，是在根据所用的分散剂的气化温度而设定的烧成温度下烧成在被涂物上涂布的微粒分散液。这样，微粒分散液中的含有金属的微粒熔接，形成整体，从而形成体积电阻率在60μΩcm以下的含有导电性金属的材料。
本发明的含有导电性金属的材料的体积电阻率减小的理由还不明确，但是发明人如下考虑。
第1，当单一的分散剂或者多个分散剂的全部的气化温度均高于烧成温度时，即使通过烧成，也不能充分地将分散剂从含有金属的微粒表面解离，通过烧成在含有金属的微粒熔接时，分散剂在界面残留，从而成为导电阻害，导致体积电阻率增大。第2，由于通过烧成可以将分散剂从含有金属的微粒表面解离，因此从导电阻害性的方面来看，较好的是单一的分散剂或者多个分散剂的全部的气化温度均低于烧成温度的情况。但是，熔接的起始只能寄望于由含有金属的微粒的热振动引起的效果，因此含有金属的微粒间的熔接难以进行，这样体积电阻率增高。
与此相对，本发明中，通过具有与烧成温度相关的气化温度的多个分散剂进行表面覆盖，大量存在的气化温度低的分散剂(第1分散剂)在室温附近有助于分散稳定性，在烧成前由于气化不引起导电阻害。与此相对，少量存在的气化温度高的分散剂(第2分散剂)在含有金属的微粒表面由于表面张力等效果而使金属微粒之间相互接近，可促进含有金属的微粒间的熔接，因而体积电阻率降低。另外，由于少量存在的气化温度高的分散剂在烧成后几乎不残留，因此认为使金属微粒之间相互接近的同时，与大量存在的气化温度低的分散剂共同气化(共沸)。
为了进一步提高本发明的含有导电性金属的材料的导电性，除了烧成以外，还可以进行加热、紫外线照射、X射线照射、电子射线照射等。
作为加热，具体可例举如温风加热、热辐射等。
作为紫外线照射，具体可使用例如以254nm为主波长的低压UV灯或以365nm为主波长的高压UV灯。
实施例以下，通过实施例更详细地说明本发明。本发明不限于这些实施例。
气化温度使用热重量分析装置(型号H-9000、岛津制作所制)，在以下的测定条件测得。体积电阻率由使用四探针式电阻计(型式LorestaIPMCP-T250、三菱油化社制)测得的电阻值以及使用触针式表面形状测定器(型式Dektak6M、veeco社制)测得的膜厚算出。
测定起始温度25℃升温速度10℃/分钟气氛气氮气(流量20mL/分钟)装入重量10mg使用池铝制(5μL)(实施例1-1至1-9、比较例1-11至1-19、参考例1-21至1-24CuH胶体)在玻璃容器内，用蒸馏水150g溶解氯化铜(II)二水合物5g得到水溶液。在该水溶液中添加40％柠檬酸水溶液90g(质量换算浓度，以下相同)，再添加使月桂胺0.08g和甲基十八烷胺0.02g溶解于二甲苯10g所得的溶液。一边剧烈搅拌添加后的溶液，一边缓慢滴入3％硼氢化钠水溶液150g。滴入结束后，静置1小时，使之分离成水层和油层之后，只回收油层，得到分散有CuH胶体的黑色微粒分散液。
将所得的微粒分散液在玻璃板上涂布、干燥之后，在氮气氛下，于200℃烧成形成的堆积物1小时，形成具有光泽的金属铜色的金属膜。测定该金属膜的体积电阻率，结果为5μΩcm。另外，月桂胺的气化温度为180℃，甲基十八烷胺的气化温度为210℃。
用分散剂1代替月桂胺，用分散剂2代替甲基十八烷胺，同样操作调制微粒分散液，在规定的烧成温度下烧成1小时，形成金属膜，测定体积电阻率。结果，分散剂1及2以及烧成温度示于下表1(之1)。另外，对于使用1种分散剂的比较例，以及作为参考例的使用2种分散剂但气化温度和烧成温度的关系不符合第4方式中的实施例的示例，与实施例同样操作，调制微粒分散液，测定金属膜的体积电阻率。结果示于下表1(之2)及表1(之3)。另外，下表1(之2)及表1(之3)中、“×”表示不能测定。
表1(之1)
表1(之2)
表1(之3)
(比较例1-19)除了使用丙胺(气化温度40℃)0.1g代替月桂胺0.08g和甲基十八烷胺0.02g之外，通过与实施例1-1相同的方法调制微粒分散液。
将这样调制的实施例1-1至1-9、比较例1-11至1-19、参考例1-21至1-24的各微粒分散液在氮气中于室温下放置1个月。结果，实施例1-1至1-9、比较例1-11至1-18、参考例1-21至1-24中调制的微粒分散液均为黑色。与此相对，比较例1-19中调制的微粒分散液中，微粒发生凝集，形成沉淀，上清液的颜色成为透明。这样可以推测，实施例1-1至1-9、比较例1-11至1-18、参考例1-21至1-24中调制的微粒分散液中，含有金属的微粒被分散剂覆盖表面，可确认具有优良的分散稳定性。
另外，由上述表1所示的结果可确认，实施例1-1至1-9调制的微粒分散液通过烧成可以形成体积电阻率低的金属膜。
(实施例2-1至2-9、比较例2-11至2-19、参考例2-21至2-24Ag胶体)在玻璃容器内，将柠檬酸钠二水合物14g和硫化铁(II)七水合物10g用蒸馏水60g溶解得到水溶液。向该水溶液中，添加10％硝酸银水溶液25g(质量换算浓度，以下相同)，将生成的沉淀物离心分离之后，使之在1kg的蒸馏水中分散。接着，向该溶液25g中，添加使月桂胺0.04g和甲基十八烷胺0.01g溶解在环己烷2.5g中所得的溶液，搅拌1小时。一边搅拌添加后的溶液，一边再添加氯化钠2.5g。之后静置1小时，使水层和油层分离之后，只回收油层，得到分散有Ag胶体的黑色微粒分散液。
使所得的微粒分散液在玻璃板上涂布、干燥之后，将形成的堆积物在氮气气氛中于200℃烧成1小时，形成具有光泽的金属银色的金属膜。测定该金属膜的体积电阻率，结果为5μΩcm。
用分散剂1代替月桂胺，用分散剂2代替甲基十八烷胺，同样操作调制微粒分散液，在规定的烧成温度烧成1小时，形成金属膜，测定其体积电阻率。其结果、分散剂1及2以及烧成温度示于下表2(之1)。另外，对于使用1种分散剂的比较例，以及作为参考例的使用2种分散剂但气化温度和烧成温度的关系不符合第4方式中的实施例的示例，与实施例同样操作，调制微粒分散液，测定金属膜的体积电阻率。结果示于下表2(之2)及表2(之3)。另外，下表2(之2)及表2(之3)中、“×”表示不能测定。
表2(之1)
表2(之2)
表2(之3)
(比较例2-19)除了使用丙胺0.05g代替月桂胺0.04g和甲基十八烷胺0.01g之外，通过与实施例2-1相同的方法调制微粒分散液。
将这样调制的实施例2-1至2-9、比较例2-11至2-19、参考例2-21至2-24的各微粒分散液在氮气中于室温下静置1个月。结果，实施例2-1至2-9、比较例2-11至2-18、参考例2-21至2-24中调制的微粒分散液均为黑色。与此相对，比较例2-19中调制的微粒分散液中，微粒发生凝集，形成沉淀，上清液的颜色成为透明。这样可以推测，实施例2-1至2-9、比较例2-11至2-18、参考例2-21至2-24中调制的微粒分散液中，含有金属的微粒被分散剂覆盖表面，可确认具有优良的分散稳定性。
另外，由上述表2所示的结果可确认，实施例2-1至2-9调制的微粒分散液通过烧成可以形成体积电阻率低的金属膜。
(实施例3-1至3-9、比较例3-11至3-19、参考例3-21至3-24Au胶体)在玻璃容器内，将氯金(III)酸1.5g用蒸馏水150g溶解得到水溶液。一边将该水溶液加热使之沸腾，一边向其中加入1％柠檬酸水溶液3g(质量换算浓度，以下相同)。90秒后，溶液颜色变成红色。接着，向该溶液150g中，添加使月桂胺0.04g和甲基十八烷胺0.01g溶解在正辛烷5g中所得的溶液，搅拌1小时。一边搅拌添加后的溶液，一边再添加氯化钠2.5g。之后静置1小时，使水层和油层分离之后，只回收油层，得到分散有Au胶体的黑红色微粒分散液。
使所得的微粒分散液在玻璃板上涂布、干燥之后，将形成的堆积物在氮气气氛中于200℃烧成1小时，形成具有光泽的金属金色的金属膜。测定该金属膜的体积电阻率，结果为6μΩcm。
用分散剂1代替月桂胺，用分散剂2代替甲基十八烷胺，同样操作调制微粒分散液，在规定的烧成温度烧成1小时，形成金属膜，测定其体积电阻率。其结果、分散剂1及2以及烧成温度示于下表3(之1)。另外，对于使用1种分散剂的比较例，以及作为参考例的使用2种分散剂但气化温度和烧成温度的关系不符合第4方式中的实施例的示例，与实施例同样操作，调制微粒分散液，测定金属膜的体积电阻率。结果示于下表3(之2)及表3(之3)。另外，下表3(之2)及表3(之3)中、“×”表示不能测定。
表3(之1)
表3(之2)
表3(之3)
(比较例3-19)除了使用丙胺0.05g代替月桂胺0.04g和甲基十八烷胺0.01g之外，通过与实施例3-1相同的方法调制微粒分散液。
将这样调制的实施例3-1至3-9、比较例3-11至3-19、参考例3-21至3-24的各微粒分散液在氮气中于室温下静置1个月。结果，实施例3-1至3-9、比较例3-11至3-18、参考例3-21至3-24中调制的微粒分散液均为黑色。与此相对，比较例3-19中调制的微粒分散液中，微粒发生凝集，形成沉淀，上清液的颜色成为透明。这样可以推测，实施例3-1至3-9、比较例3-11至3-18、参考例3-21至3-24中调制的微粒分散液中，含有金属的微粒被分散剂覆盖表面，可确认具有优良的分散稳定性。
另外，由上述表3所示的结果可确认，实施例3-1至3-9调制的微粒分散液通过烧成可以形成体积电阻率低的金属膜。
(实施例4-1至4-9、比较例4-11至4-19、参考例4-21至4-24Ni胶体)在玻璃容器内，用蒸馏水150g溶解氯化镍(II)二水合物5g得到水溶液。向该水溶液中添加40％柠檬酸水溶液90g(质量换算浓度，以下相同)，再添加使月桂胺0.08g和甲基十八烷胺0.02g溶解于正己烷10g所得的溶液。一边剧烈搅拌添加后的溶液，一边缓慢滴入3％硼氢化钠水溶液150g。滴入结束之后，静置1小时，使之分离成水层和油层之后，只回收油层，得到分散有Ni胶体的黑色微粒分散液。
使所得的微粒分散液在玻璃板上涂布、干燥之后，将形成的堆积物在氮气气氛中于200℃烧成1小时，形成灰色的金属膜。测定该金属膜的体积电阻率，结果为23μΩcm。
用分散剂1代替月桂胺，用分散剂2代替甲基十八烷胺，同样操作调制微粒分散液，在规定的烧成温度烧成1小时，形成金属膜，测定其体积电阻率。其结果、分散剂1及2以及烧成温度示于下表4(之1)。另外，对于使用1种分散剂的比较例，以及作为参考例的使用2种分散剂但气化温度和烧成温度的关系不符合第4方式中的实施例的示例，与实施例同样操作，调制微粒分散液，测定金属膜的体积电阻率。结果示于下表4(之2)及表4(之3)。另外，下表4(之2)及表4(之3)中、“×”表示不能测定。
表4(之1)
表4(之2)
表4(之3)
(比较例4-19)除了使用丙胺(气化温度40℃)0.1g代替月桂胺0.08g和甲基十八烷胺0.02g之外，通过与实施例4-1相同的方法调制微粒分散液。
将这样调制的实施例4-1至4-9、比较例4-11至4-19、参考例4-21至4-24的各微粒分散液在氮气中于室温下静置1个月。结果，实施例4-1至4-9、比较例4-11至4-18、参考例4-21至4-24中调制的微粒分散液均为黑色。与此相对，比较例4-19中调制的微粒分散液中，微粒发生凝集，形成沉淀，上清液的颜色成为透明。这样可以推测，实施例4-1至4-9、比较例4-11至4-18、参考例4-21至4-24中调制的微粒分散液中，含有金属的微粒被分散剂覆盖表面，可确认具有优良的分散稳定性。
另外，由上述表4所示的结果可确认，实施例4-1至4-9调制的微粒分散液通过烧成可以形成体积电阻率低的金属膜。
(实施例5-1至5-9、比较例5-11至5-19、参考例5-21至5-24CuH胶体)在玻璃容器内，用蒸馏水150g溶解氯化铜(II)二水合物5g得到水溶液。向该水溶液中添加40％柠檬酸水溶液90g(质量换算浓度，以下相同)，再添加使月桂胺0.08g和甲基十八烷胺0.02g溶解于甲苯10g所得的溶液。一边剧烈搅拌添加后的溶液，一边缓慢滴入3％硼氢化钠水溶液150g。滴入结束之后，静置1小时，使之分离成水层和油层之后，只回收油层，得到分散有CuH胶体的黑色微粒分散液。
向所得的微粒分散液中添加AFソルベント(新日本石油制)10g，在室温下用真空泵减压使甲苯气化进行溶剂取代。
将这样所得的以AFソルベント作为分散剂的微粒分散液涂布在玻璃板上，使之干燥后，将形成的堆积物在氮气气氛中于200℃烧成1小时，形成具有光泽的金属铜色的金属膜。测定该金属膜的体积电阻率，结果为7μΩcm。
用分散剂1代替月桂胺，用分散剂2代替甲基十八烷胺，同样操作调制微粒分散液，在规定的烧成温度烧成1小时，形成金属膜，测定其体积电阻率。其结果、分散剂1及2以及烧成温度示于下表13。另外，对于使用1种分散剂的比较例，以及作为参考例的使用2种分散剂但气化温度和烧成温度的关系不符合第4方式中的实施例的示例，与实施例同样操作，调制微粒分散液，测定金属膜的体积电阻率。结果示于下表14及表15。另外，下表14及表15中、“×”表示不能测定。
表13
表14
表15
(比较例5-19)除了使用丙胺0.1g代替月桂胺0.08g和甲基十八烷胺0.02g之外，通过与实施例5-1相同的方法调制微粒分散液。
将这样调制的实施例5-1至5-9、比较例5-11至5-19、参考例5-21至5-24的各微粒分散液在氮气中于室温下静置1个月。结果，实施例5-1至5-9、比较例5-11至5-18、参考例5-21至5-24中调制的微粒分散液均为黑色。与此相对，比较例5-19中调制的微粒分散液中，微粒发生凝集，形成沉淀，上清液的颜色成为透明。这样可以推测，实施例5-1至5-9、比较例5-11至5-18、参考例5-21至5-24中调制的微粒分散液中，含有金属的微粒被分散剂覆盖表面，可确认具有优良的分散稳定性。
另外，由上述表13所示的结果可确认，实施例5-1至5-9调制的微粒分散液通过烧成可以形成体积电阻率低的金属膜。
由上述表1～15的结果可知，使用分散有用在烧成温度以下的温度气化的分散剂和在烧成温度以上的温度气化的分散剂覆盖表面的含有金属的微粒(CuH胶体、Ag胶体、Au胶体、Ni胶体)的微粒分散液所形成的金属膜的体积电阻率显著降低。
另外，在此引用作为本申请要求优先权的基础的日本专利愿2004-68065号(2004年3月10日向日本专利厅提出申请)的全部说明书的内容，作为本发明的说明书的公开内容。
权利要求
1.含有金属的微粒，其特征在于，由气化温度不同的至少2种分散剂覆盖表面。
2.如权利要求1所述的含有金属的微粒，它是分散在以规定的烧成温度进行烧成时使用的微粒分散液中的含有金属的微粒，其特征在于，用在低于上述烧成温度的温度下气化的分散剂和在上述烧成温度以上的温度下气化的分散剂覆盖表面。
3.微粒分散液，其特征在于，在非水溶性的有机性液体中分散权利要求1或2所述的含有金属的微粒。
4.微粒分散液的制造方法，它是制造权利要求3所述的微粒分散液的制造方法，其特征在于，包括以下工序，在水溶性的含有金属的化合物中添加水，得到含有金属离子的水溶液的工序；在上述水溶液中添加溶解有上述气化温度不同的至少2种分散剂的非水溶性的有机性液体的工序；添加上述有机性液体之后，一边搅拌一边添加还原剂以还原上述金属离子，生成由上述气化温度不同的至少2种分散剂覆盖表面的含有金属的微粒的工序。
5.微粒分散液的制造方法，它是制造权利要求3所述的微粒分散液的制造方法，其特征在于，包括以下工序，得到含有柠檬酸离子及铁离子的水溶液的工序；向上述水溶液中，一边搅拌一边添加含有选自金、银、铂、钯、钨、钽、铋、铅、铟、锡、钛及铝的一种或一种以上金属的离子的水溶液，还原该金属离子，得到含有金属的微粒的工序；向包含上述含有金属的微粒的溶液中，一边搅拌一边添加溶解有上述气化温度不同的至少2种分散剂的非水溶性有机性液体，生成由该气化温度不同的至少2种分散剂覆盖表面的含有金属的微粒的工序。
6.含有导电性金属的材料，其特征在于，在被涂物上涂布权利要求3所述的微粒分散液之后，通过在上述至少2种分散剂中的最高气化温度和最低气化温度之间的温度下烧成而形成，其体积电阻率在60μΩcm以下。
全文摘要
本发明提供了用低温烧成可气化的分散剂覆盖表面的具有良好分散稳定性的含有金属的微粒、分散有该含有金属的微粒的微粒分散液以及使用该微粒分散液形成的体积电阻率优良的含有导电性金属的材料。含有金属的微粒被气化温度不同的至少2种分散剂覆盖表面。
文档编号C09D17/00GK1930638SQ200580007299
公开日2007年3月14日 申请日期2005年3月9日 优先权日2004年3月10日
发明者平社英之, 阿部启介, 真田恭宏 申请人:旭硝子株式会社